Мозг нуждается в защите, поскольку он является «главным командиром» вашего тела, и эту миссию выполняет гематоэнцефалический барьер. Мозг — единственный известный орган, имеющий собственную систему безопасности — сеть кровеносных сосудов, которая пропускает необходимые питательные вещества и блокирует другие вещества. К сожалению, этот барьер настолько эффективен в защите от проникновения инородных веществ, что часто не позволяет жизненно важным лекарствам восстановить поврежденный или больной мозг.
Есть исследования, которые ищут способы обмануть этот защитный барьер и таким образом можно будет назначать больным людям необходимые лекарства.
Что такое
Эволюция приложила немало усилий, чтобы защитить мозг от любых внешних повреждений. Толщина черепа составляет 7 мм, но мозг также окружен защитной жидкостью (спинномозговой, головной и спинной мозг). защитная мембрана, называемая мозговыми оболочками. Оба обеспечивают большую защиту от физических травм.
Еще одним защитным элементом является гематоэнцефалический барьер. Как следует из названия, это барьер между кровеносными сосудами головного мозга (капиллярами) и клетками и другими компонентами, составляющими ткань мозга. В то время как череп, мозговые оболочки и спинномозговая жидкость защищают от физических повреждений, гематоэнцефалический барьер обеспечивает защиту от патогенов и инфекций. токсины, которые могут присутствовать в нашей крови.
Как это было обнаружено
Гематоэнцефалический барьер был открыт в конце 19 века, когда немецкий врач Пауль Эрлих ввел краситель в кровоток мыши. К их удивлению, краситель проник во все ткани, кроме головного и спинного мозга. В последующем эксперименте в 1913 году один из учеников Эрлиха ввел тот же краситель прямо в мозг мышей. На этот раз, Мозг стал синим, а другие органы — нет.
Хотя эти эксперименты предполагали наличие физического барьера между мозгом и кровотоком, такой барьер нельзя было обнаружить инструментами того времени. Хотя это продемонстрировало существование барьера между мозгом и кровью, только в 1960-х годах исследователи смогли использовать микроскопы, достаточно мощные, чтобы определить физический слой гематоэнцефалического барьера.
Как это работает?
Сейчас известно, что ключевой структурой гематоэнцефалического барьера, обеспечивающей барьер, является «плотное эндотелиальное соединение». Эндотелиальные клетки выстилают внутреннюю часть всех кровеносных сосудов. В капиллярах, образующих гематоэнцефалический барьер, эндотелиальные клетки чрезвычайно плотно прилегают друг к другу, образуя так называемые плотные соединения.
Другими словами, чтобы лучше это понять, кровеносные сосуды головного мозга покрыты эндотелиальными клетками, которые служат связующим звеном между циркулирующей кровью и сосудистой стенкой. Однако, в отличие от других кровеносных сосудов в организме, эндотелиальные клетки головного мозга плотно упакованы вместе. создавая почти непроницаемую границу между мозгом и кровотоком.
Узкая щель позволяет только небольшим молекулам, жирорастворимым молекулам и некоторым газам свободно проходить через стенку капилляра в ткань мозга. Некоторые более крупные молекулы, такие как глюкоза, могут проникать через белки-переносчики, которые действуют как специальные двери, открывающиеся только для определенных молекул.
Эндотелиальные клетки кровеносного сосуда окружают другие компоненты гематоэнцефалического барьера, которые не участвуют строго в предотвращении передачи веществ из крови в мозг, но Они общаются с клетками, образующими барьер для изменения избирательности работы мозга с кровью.
Зачем нам это нужно?
Как мы уже говорили выше, цель гематоэнцефалического барьера — защитить от циркулирующих токсинов или патогенов, которые могут вызвать инфекции головного мозга, одновременно позволяя жизненно важным питательным веществам достигать мозга. Другая его функция — поддерживать относительно постоянный уровень гормонов, питательных веществ и воды в мозге. колебания, которые могут нарушить тонко настроенную среду.
Так что же произойдет, если гематоэнцефалический барьер каким-либо образом поврежден или нарушен? Обычно это происходит через бактериальную инфекцию, например, менингококковую инфекцию. Менингококковые бактерии могут связываться с эндотелиальной стенкой, вызывая незначительное раскрытие плотных соединений. В результате гематоэнцефалический барьер становится более пористым, позволяя бактериям и другим токсинам инфицировать ткани мозга., что может привести к воспалению, а иногда и к смерти.
Также считается, что функция гематоэнцефалического барьера может быть снижена и при других состояниях. Например, при рассеянном склерозе дефектный гематоэнцефалический барьер позволяет лейкоцитам проникать в мозг и атаковать функции, которые отправляют сообщения от одной клетки мозга (нейрона) к другой. Это вызывает проблемы с взаимодействием нейронов друг с другом.
Когда его следует пересечь?
Гематоэнцефалический барьер очень эффективен для предотвращения доступа нежелательных веществ в мозг, что имеет и обратную сторону. Подавляющее большинство потенциальных медикаментозных методов лечения нелегко преодолеть барьер, что представляет собой большое препятствие для лечения психических и неврологических расстройств.
Возможное решение проблемы, как мы указывали вначале, состоит в том, чтобы «обмануть» гематоэнцефалический барьер, заставив его пройти через него. Это так называемый подход «троянского коня», при котором лекарство объединяется с молекулой, способной преодолевать гематоэнцефалический барьер через белок-носитель. Другой способ сделать это — временно открыть барьер с помощью ультразвука.
Как пройти
Благодаря обширным исследованиям ученые обнаружили, что очень мелкие и/или жирорастворимые соединения, такие как антидепрессанты, успокаивающие препараты, алкоголь, кокаин и многие гормоны, могут без особых усилий проходить через эндотелиальные клетки, которые формируют мозг из крови. усилие.
В противоположность этому, Более крупные молекулы, такие как глюкоза или инсулин, должны транспортироваться белками. Эти транспортные белки, расположенные на стенках кровеносных сосудов головного мозга, избирательно захватывают и извлекают нужные молекулы из крови в мозг.
Клетки внутри и по обе стороны гематоэнцефалического барьера постоянно сообщают, какие молекулы пропустить и когда это сделать. Например, если нервные клетки в определенной области мозга работают, они посылают сигнал кровеносным сосудам о расширении., позволяя питательным веществам, действующим на клетки, быстро перемещаться из крови к нервным клеткам, которые в них нуждаются.