Bariera krew-mózg - Blood–brain barrier

Bariera krew-mózg
Bariery ochronne mózgu.jpg
Przepuszczalność substancji rozpuszczonej w BBB
vs. splot naczyniówkowy
Detale
System Układ neuroimmunologiczny
Identyfikatory
Akronim(y) BBB
Siatka D001812
Terminologia anatomiczna

Barierę krew-mózg ( BBB ) jest wysoce selektywnym półprzepuszczalną granicy komórki śródbłonka , która zapobiega substancje rozpuszczone w krążącej krwi z nieselektywnie Pod- pozakomórkowego płynu do ośrodkowego układu nerwowego gdzie neurony zamieszkania. Bariera krew- mózg jest tworzona przez komórki śródbłonka ściany naczyń włosowatych , końcówki astrocytów osłaniające naczynia włosowate oraz pericyty osadzone w błonie podstawnej naczyń włosowatych . System ten umożliwia przechodzenie niektórych małych cząsteczek przez dyfuzję bierną , a także selektywny i aktywny transport różnych składników odżywczych, jonów, anionów organicznych i makrocząsteczek, takich jak glukoza i aminokwasy, które są kluczowe dla funkcjonowania neuronów.

Bariera krew-mózg ogranicza przenikanie patogenów , dyfuzję substancji rozpuszczonych we krwi oraz dużych lub hydrofilowych cząsteczek do płynu mózgowo-rdzeniowego , jednocześnie umożliwiając dyfuzję cząsteczek hydrofobowych (O 2 , CO 2 , hormony) i małych cząsteczek niepolarnych Cząsteczki. Komórki bariery aktywnie transportują produkty przemiany materii , takie jak glukoza, przez barierę za pomocą określonych białek transportowych . Bariera ogranicza również przenikanie obwodowych czynników odpornościowych, takich jak cząsteczki sygnałowe, przeciwciała i komórki odpornościowe, do OUN, izolując w ten sposób mózg przed uszkodzeniem spowodowanym obwodowymi zdarzeniami immunologicznymi.

Wyspecjalizowane struktury mózgowe uczestniczące w integracji czuciowej i wydzielniczej w obwodach nerwowych mózgu – narządy okołokomorowe i splot naczyniówkowy – mają natomiast wysoce przepuszczalne naczynia włosowate.

Struktura

Część sieci naczyń włosowatych zaopatrujących komórki mózgowe
Astrocyty typu 1 otaczające naczynia włosowate w mózgu
Szkic przedstawiający konstytucję naczyń krwionośnych w mózgu

BBB wynika z selektywności ścisłych połączeń między komórkami śródbłonka naczyń włosowatych mózgu, które ograniczają przechodzenie substancji rozpuszczonych. Na styku krwi i mózgu, komórki śródbłonka przylega stale tych ścisłych połączeń, które składają się z małych podjednostek białek transbłonowych , takich jak okludynę , claudins (takie jak Claudin-5 ) łącznikowych cząsteczki adhezji (np JAM- A). Każde z tych białek połączenia ścisłego jest stabilizowane na błonie komórkowej śródbłonka przez inny kompleks białkowy, który zawiera białka rusztowania, takie jak białko połączenia ścisłego 1 (ZO1) i powiązane białka.

BBB składa się z komórek śródbłonka, które bardziej selektywnie ograniczają przechodzenie substancji z krwi niż komórki śródbłonka naczyń włosowatych w innych częściach ciała. Astrocytów rzuty komórkowe zwane gwiaździakowe stóp (znane również jako „ limitans glejowych ”) otaczają komórkach śródbłonka BBB, zapewniając wsparcie dla biochemicznego tych komórek. BBB różni się od dość podobnej bariery krew-płyn mózgowo-rdzeniowy , która jest funkcją komórek naczyniówkowych splotu naczyniówkowego , oraz od bariery krew-siatkówka , którą można uznać za część całej sfery takich barier.

Nie wszystkie naczynia w mózgu człowieka wykazują właściwości BBB. Przykładami tego są narządy okołokomorowe , sklepienie trzeciej i czwartej komory , naczynia włosowate w szyszynce na sklepieniu międzymózgowia i szyszynka . Szyszynka wydziela hormon melatoninę „bezpośrednio do krążenia ogólnoustrojowego”, dzięki czemu bariera krew-mózg nie wpływa na melatoninę.

Rozwój

BBB wydaje się funkcjonować w momencie narodzin. P-glikoproteiny , o transporter , istnieje już w śródbłonku zarodka.

Pomiary wychwytu przez mózg różnych substancji rozpuszczonych we krwi wykazały, że komórki śródbłonka noworodków były funkcjonalnie podobne do komórek dorosłych, co wskazuje, że selektywna BBB działa już przy urodzeniu.

U myszy utrata Claudin-5 podczas rozwoju jest śmiertelna i powoduje selektywne pod względem wielkości rozluźnienie BBB.

Funkcjonować

Bariera krew-mózg skutecznie chroni mózg przed krążącymi patogenami . W związku z tym infekcje mózgu przenoszone przez krew są rzadkie. Występujące infekcje mózgu są często trudne do wyleczenia. Przeciwciała są zbyt duże, aby przekroczyć barierę krew-mózg i tylko niektóre antybiotyki są w stanie przejść. W niektórych przypadkach lek należy podawać bezpośrednio do płynu mózgowo-rdzeniowego, skąd może przedostać się do mózgu, przekraczając barierę krew-płyn mózgowo-rdzeniowy .

Bariera krew-mózg może stać się nieszczelna w wybranych chorobach neurologicznych , takich jak stwardnienie zanikowe boczne , padaczka , uraz i obrzęk mózgu oraz w chorobach ogólnoustrojowych , takich jak niewydolność wątroby . Bariera krew-mózg staje się bardziej przepuszczalna podczas stanu zapalnego , potencjalnie umożliwiając przemieszczanie się antybiotyków i fagocytów przez BBB.

Narządy okołokomorowe

Narządy okołokomorowe (CVO) to pojedyncze struktury zlokalizowane w sąsiedztwie czwartej lub trzeciej komory mózgu i charakteryzują się gęstymi łożyskami kapilarnymi z przepuszczalnymi komórkami śródbłonka, w przeciwieństwie do bariery krew-mózg. Wśród CVOs o dużej przepuszczalności kapilar są najdalsze obszar , narząd subfornical , narząd naczyniowe terminalis blaszki , mediana wygarb , szyszynki , a trzy płaty przysadki .

Przepuszczalne naczynia włosowate czuciowych CVO (obszar postrema, narząd podskrzydłowy, narząd naczyniowy blaszki końcowej) umożliwiają szybkie wykrycie sygnałów krążących we krwi ogólnoustrojowej, natomiast wydzielniczych CVO (pośrednia wzniosłość, szyszynka, płaty przysadki) ułatwiają transport mózgu pochodzące od sygnałów do krążącej krwi. W konsekwencji przepuszczalne naczynia włosowate CVO są punktem dwukierunkowej komunikacji krew-mózg dla funkcji neuroendokrynnych .

Specjalistyczne strefy przepuszczalne

Strefy graniczne między tkanką mózgową „za” barierą krew-mózg a strefami „otwartymi” na sygnały krwi w niektórych CVO zawierają wyspecjalizowane hybrydowe naczynia włosowate, które są bardziej nieszczelne niż typowe naczynia włosowate mózgu, ale nie tak przepuszczalne jak naczynia włosowate CVO. Strefy takie występują na granicy obszaru postrema — jądro tractus solitarii (NTS) i wyniosłości środkowej — jądro łukowate podwzgórza . Strefy te wydają się funkcjonować jako regiony szybkiego przejścia dla struktur mózgowych zaangażowanych w różne obwody nerwowe – takie jak NTS i jądro łukowate – w celu odbierania sygnałów krwi, które są następnie przekazywane do wyjścia nerwowego. Przepuszczalna strefa włośniczkowa dzielona między środkowym wzniesieniem a jądrem łukowatym podwzgórza jest wzmocniona przez szerokie przestrzenie okołowłośniczkowe, ułatwiające dwukierunkowy przepływ substancji rozpuszczonych między dwiema strukturami i wskazujące, że środkowa wzniosłość jest nie tylko narządem wydzielniczym, ale może również być narządem czuciowym .

Badania terapeutyczne

Jako cel narkotykowy

Bariera krew-mózg jest tworzona przez śródbłonek naczyń włosowatych mózgu i wyklucza z mózgu 100% wielkocząsteczkowych neuroterapeutyków i ponad 98% wszystkich małocząsteczkowych leków. Przezwyciężenie trudności w dostarczaniu środków terapeutycznych do określonych obszarów mózgu stanowi główne wyzwanie w leczeniu większości zaburzeń mózgu. W swojej neuroprotekcyjnej roli bariera krew-mózg utrudnia dostarczanie do mózgu wielu potencjalnie ważnych czynników diagnostycznych i terapeutycznych. Cząsteczki terapeutyczne i przeciwciała, które w innym przypadku mogłyby być skuteczne w diagnostyce i terapii, nie przekraczają BBB w odpowiednich ilościach, aby były skuteczne klinicznie.

Mechanizmy celowania leków w mózgu obejmują przechodzenie „przez” lub „za” BBB. Sposoby dostarczania leku do mózgu w dawkach jednostkowych przez BBB pociągają za sobą jego zakłócenie za pomocą środków osmotycznych lub biochemicznie przez zastosowanie substancji wazoaktywnych, takich jak bradykinina , lub nawet przez miejscową ekspozycję na ultradźwięki o wysokiej intensywności (HIFU) .

Inne metody stosowane do przejścia przez BBB mogą obejmować wykorzystanie endogennych systemów transportowych, w tym transporterów za pośrednictwem nośników, takich jak nośniki glukozy i aminokwasów, transcytoza za pośrednictwem receptora dla insuliny lub transferyny oraz blokowanie aktywnych transporterów wypływu, takich jak p -glikoproteina . Niektóre badania wykazały, że wektory celujące w transportery BBB, takie jak receptor transferyny , pozostają uwięzione w komórkach śródbłonka mózgu naczyń włosowatych, zamiast przenosić się przez BBB do docelowego obszaru.

Nanocząstki

Nanotechnologia jest poddawana wstępnym badaniom pod kątem możliwości ułatwienia transferu leków przez BBB. Komórki śródbłonka naczyń włosowatych i związane z nimi pericyty mogą być nieprawidłowe w guzach, a bariera krew-mózg nie zawsze może być nienaruszona w guzach mózgu. Inne czynniki, takie jak astrocyty , mogą przyczyniać się do odporności guzów mózgu na terapię z użyciem nanocząstek. Cząsteczki rozpuszczalne w tłuszczach o masie mniejszej niż 400 daltonów mogą swobodnie dyfundować przez BBB poprzez pasywną dyfuzję za pośrednictwem lipidów .

Historia

Paul Ehrlich był bakteriologiem badającym barwienie , procedurę stosowaną w wielu badaniach mikroskopowych w celu uwidocznienia drobnych struktur biologicznych przy użyciu barwników chemicznych. Gdy Ehrlich wstrzyknął niektóre z tych barwników (zwłaszcza barwniki anilinowe, które były wówczas szeroko stosowane), barwnik zabarwił wszystkie organy niektórych gatunków zwierząt z wyjątkiem ich mózgów . W tamtym czasie Ehrlich przypisywał ten brak barwienia mózgowi, który po prostu nie wchłaniał tak dużej ilości barwnika.

Jednak w późniejszym eksperymencie w 1913 Edwin Goldmann (jeden z uczniów Ehrlicha) wstrzyknął barwnik bezpośrednio do płynów mózgowo-rdzeniowych mózgów zwierząt. Odkrył wtedy, że mózgi zostały ufarbowane, ale reszta ciała nie, co wskazuje na istnienie podziału między nimi. W tamtym czasie uważano, że za barierę odpowiadają same naczynia krwionośne , ponieważ nie można było znaleźć żadnej wyraźnej błony. Koncepcja bariery krew-mózg (wtedy określanej jako bariera hematoencefaliczna ) została zaproponowana przez berlińskiego lekarza Lewandowsky'ego w 1900 roku.

Zobacz też

  • Bariera krew-powietrze  – Błona oddzielająca powietrze pęcherzykowe od krwi w naczyniach włosowatych płuc
  • Bariera krew-gałka  – Fizyczna bariera między lokalnymi naczyniami krwionośnymi a większością części samego oka
  • Bariera krew-siatkówka  – Część bariery krew-ocznej, która zapobiega przedostawaniu się niektórych substancji do siatkówki
  • Bariera krew–jądro  – fizyczna bariera między naczyniami krwionośnymi a kanalikami nasiennymi jąder zwierzęcych
  • Bariera krew-grasica  – Bariera utworzona przez ciągłe naczynia włosowate krwi w korze grasicy

Bibliografia

Zewnętrzne linki