Cercetătorii se confruntă cu provocări legate de găsirea unor medicamente care să poată trece din sânge în creier în concentraţii suficiente pentru a putea trata mai multe boli cerebrale, de la cancere agresive, la Alzheimer şi depresie. Bariera hemato-encefalică este un strat de celule care înconjoară vasele de sânge ce hrănesc creierul. Se presupune că este impenetrabilă selectiv, ceea ce înseamnă că permite doar materialelor necesare pentru a menţine un creier sănătos să treacă în ţesutul creierului. Oamenii de ştiinţă cred însă că acum sunt mai aproape ca niciodată de a penetra această barieră pentru a introduce tratamente importante în creier.
Creierul uman este organul cel mai protejat al corpului, şi asta pentru un motiv întemeiat.
Pentru a păstra „centrul de control" al corpului nostru în siguranţă faţă de agenţi patogeni şi toxine, creierul şi măduva spinării sunt situate într-o excludere privilegiată faţă de restul corpului.
Atunci însă când lucrurile nu funcţionează cum trebuie, toxinele, celulele sau agenţii patogeni nedoriţi pot pătrunde prin bariera-hematoencefalică ceea ce poate duce la complicaţii.
Celulele canceroase care reuşesc să treacă de barieră pot dezvolta tumori; s-a demonstrat că virusul care provoacă boala Covid-19, SARS-CoV-2, pătrunde prin această barieră şi provoacă ceaţă cerebrală; iar trecerea prea multor celule albe din sânge poate duce la afecţiuni autoimune, cum ar fi scleroza multiplă. Şi asta doar pentru a numi câteva dintre aceste complicaţii.
Bariera hemato-encefalică, acest „turn de fildeş", cum este deseori numită de oamenii de ştiinţă, reprezintă, de asemenea, o barieră semnificativă pentru medicină.
În prezent, practic toate medicamentele cu molecule mari şi peste 98% dintre medicamentele cu molecule mici din sângele uman nu pot pătrunde în sistemul nervos central din cauza acestei „porţi blocate", cunoscută sub numele de bariera hemato-encefalică.
Oamenii de ştiinţă spun că acum sunt mai aproape ca niciodată de a penetra această barieră pentru a introduce tratamente importante.
Cercetătorii de la Universitatea din Pennsylvania (UPenn) au creat în laborator un model simplu al barierei hemato-encefalice, ceea ce le permite să testeze cei mai buni transportatori de medicamente.
Echipa a conceput o metodă de transmitere a ARN-ului mesager (ARNm) în creier cu ajutorul nanoparticulelor lipidice, ceea ce ar putea duce la îmbunătăţirea tratamentelor pentru boala Alzheimer şi alte boli neurologice.
Mai exact, echipa studiază livrarea de „pachete" solubile în grăsimi (nanoparticule lipidice), care pot trece prin bariera hemato-encefalică şi pot transporta cu ele proteine, anticorpi sau chiar ARNm.
Acest ambalaj lipidic este cel care permite vaccinului cu ARNm pentru Covid-19 să pătrundă şi în celulele organismului.
Terapiile cu ARNm au un mare potenţial în tratarea bolilor neurologice, deoarece, teoretic, pot fi utilizate pentru a înlocui proteinele lipsă sau pentru a modifica genele defecte din creier. Dar, mai întâi, trebuie să ajungă acolo.
„Modelul nostru s-a comportat mai bine la traversarea barierei hemato-encefalice decât altele şi ne-a ajutat să identificăm particule specifice pe care le-am validat ulterior în alte modele", explică bioinginerul Michael Mitchell, într-un comunicat al UPen.
„Este o dovadă de concept importantă care, fără îndoială, va informa noi abordări pentru tratarea unor afecţiuni precum leziunile cerebrale traumatice, accidentele vasculare cerebrale (AVC) şi Alzheimer", spune cercetătorul.
Astfel de tratamente sunt extrem de necesare. Excluzând medicamentele care tratează tulburările afective, cum ar fi antidepresivele, unele estimări sugerează că doar un procent din toate medicamentele disponibile sunt active în sistemul nervos central.
Pentru a ocoli bariera hemato-encefalică, unele medicamente sunt injectate direct în creier, dar această procedură este extrem de invazivă, iar medicamentul nu se difuzează cu uşurinţă peste tot la nivel cerebral, ceea ce limitează domeniul de aplicare a tratamentului.
În 2015, oamenii de ştiinţă au folosit unde sonore pentru a permite pentru prima dată ca medicamentele de chimioterapie să treacă de bariera hemato-encefalică, ceea ce a stimulat studiile clinice în curs. Dar acest cel mai nou studiu are o abordare diferită.
Oamenii de ştiinţă studiază de ani de zile nanoparticulele lipidice şi capacitatea lor de a livra medicamente la creier, dar modelele anterioare nu au putut măsura cât de mult ARNm a ajuns efectiv în sistemul nervos central.
„Am petrecut luni de zile pentru a găsi condiţiile optime pentru acest nou sistem in vitro, inclusiv condiţiile de creştere a celulelor şi reportofoanele fluorescente pe care să le folosesc", explică bioinginerul Emily Han.
„După ce a devenit robustă, am analizat biblioteca noastră de nanoparticule lipidice şi le-am testat pe modele animale".
Bariera hemato-encefalică, un strat celular protector care protejează creierul, blochează corpurile străine, dar împiedică şi administrarea medicamentelor, ceea ce complică tratamentul afecţiunilor neurologice. Echipa UPenn a conceput o metodă de livrare a ARNm în creier cu ajutorul nanoparticulelor lipidice (LNP), ceea ce ar putea duce la îmbunătăţirea tratamentelor pentru Alzheimer şi alte bori neurologice. Foto: Livrarea de ARNm în celule cerebrale. Imagine de microscopie cu fluorescenţă care arată ARNm cu proteină fluorescentă roşie livrată de nanoparticule lipidice în celulele endoteliale cerebrale (verzi cu nuclee albastre). Credit: Emily Han, ianuarie 2024
Dintre cele 14 nanoparticule lipidice pe care echipa le-a testat în vase de laborator, cinci au fost selectate pentru o analiză ulterioară la şoareci vii.
Aceste „pachete" de medicamente - marcate cu markeri fluorescenţi - au fost transportate la un nivel ridicat prin bariera hemato-encefalică.
Atunci când au fost injectate în fluxul sanguin al şoarecilor, o parte din medicament a generat un semnal bioluminescent în celulele creierului care a putut fi citit de oamenii de ştiinţă chiar şi şase ore mai târziu.
Totuşi, deşi unele nanoparticule lipidice au reuşit să treacă bariera hemato-encefalică, nu toate medicamentele au ajuns efectiv în celulele creierului.
Acest lucru sugerează că cercetătorii trebuie să fie determine mai exact ce purtători de medicamente aleg pentru cercetările viitoare.
Autorii speră că noul lor model in vitro îi va ajuta pe oamenii de ştiinţă să identifice cei mai buni candidaţi, orientând dezvoltarea viitoare a tratamentelor orientate spre creier.
„În plus, platforma ar putea fi reproiectată pentru a studia livrarea de nanoparticule lipidice către şi prin alte bariere biologice, cum ar fi bariera hemato-placentară, pentru a studia bolile legate de sarcină, şi bariera hemato-retiniană, pentru a studia bolile retinei", adaugă echipa de la UPenn.
Studiul a fost publicat recent în revista ştiinţifică Nano Letters.
Foto articol: Proteine fluorescente roşii în celulele creierului. Credit: Emily Han.
