कैसे मस्तिष्क रक्त-जनित खतरों से खुद को बचाता है | क्वांटा पत्रिका

बीयर की पर्याप्त मात्रा आपको अपने बार स्टूल से गिराने या 2000 के दशक के शुरूआती जामों के बोल जोर-जोर से अजनबियों को सुनाने पर मजबूर कर सकती है, क्योंकि शराब शरीर की सबसे मजबूत सुरक्षा में से एक को पार कर सकती है। यदि आप कभी नशे में रहे हों, नशे में हों या एलर्जी की दवा से उनींदापन महसूस कर रहे हों, तो आपने अनुभव किया होगा कि क्या होता है जब कुछ अणु रक्त-मस्तिष्क बाधा नामक रक्षा प्रणाली को हरा देते हैं और मस्तिष्क में प्रवेश कर जाते हैं।

मस्तिष्क के माध्यम से घूमने वाली सैकड़ों मील लंबी केशिकाओं की दीवारों में अंतर्निहित, अवरोध रक्त में अधिकांश अणुओं को संवेदनशील न्यूरॉन्स तक पहुंचने से रोकता है। जिस तरह खोपड़ी मस्तिष्क को बाहरी शारीरिक खतरों से बचाती है, उसी तरह रक्त-मस्तिष्क अवरोध इसे रासायनिक और रोगजनक खतरों से बचाता है।

हालांकि यह विकास की एक शानदार उपलब्धि है, लेकिन दवा डेवलपर्स के लिए यह बाधा बहुत बड़ी परेशानी है, जिन्होंने मस्तिष्क तक चिकित्सीय सेवाएं पहुंचाने के लिए इसे चुनिंदा तरीके से दूर करने की कोशिश में दशकों बिताए हैं। बायोमेडिकल शोधकर्ता बाधा को बेहतर ढंग से समझना चाहते हैं क्योंकि इसकी विफलताएं कुछ बीमारियों की कुंजी लगती हैं और क्योंकि बाधा में हेरफेर करने से कुछ स्थितियों के उपचार में सुधार करने में मदद मिल सकती है।

“हमने पिछले दशक में बहुत कुछ सीखा है,” कहा एलिजाबेथ रियावाशिंगटन यूनिवर्सिटी मेडिसिन मेमोरी एंड ब्रेन वेलनेस सेंटर में एक शोध जीवविज्ञानी। लेकिन "हम निश्चित रूप से अभी भी सबस्ट्रेट्स और चिकित्सीय प्राप्त करने में चुनौतियों का सामना कर रहे हैं।"

सुरक्षा, लेकिन किला नहीं

शरीर के बाकी हिस्सों की तरह, मस्तिष्क को भी आवश्यक पोषक तत्व और ऑक्सीजन पहुंचाने और अपशिष्ट पदार्थ को बाहर निकालने के लिए रक्त संचार की आवश्यकता होती है। लेकिन रक्त रसायन विज्ञान में लगातार उतार-चढ़ाव होता रहता है, और मस्तिष्क के ऊतक अपने रासायनिक वातावरण के प्रति बेहद संवेदनशील होते हैं। न्यूरॉन्स संचार करने के लिए आयनों के सटीक रिलीज पर भरोसा करते हैं - यदि आयन रक्त से स्वतंत्र रूप से बह सकते हैं, तो वह सटीकता खो जाएगी। अन्य प्रकार के जैविक रूप से सक्रिय अणु भी नाजुक न्यूरॉन्स को मोड़ सकते हैं, विचारों, यादों और व्यवहारों में हस्तक्षेप कर सकते हैं।

"यह वास्तव में मस्तिष्क के समुचित कार्य के लिए पर्यावरण को नियंत्रित करने के लिए है," ने कहा रिचर्ड डेनमैन, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन डिएगो में फार्माकोलॉजी के एक एसोसिएट प्रोफेसर।

तो रक्त-मस्तिष्क बाधा सुरक्षा प्रदान करती है, लेकिन यह किले के चारों ओर की दीवारों की तरह एक अलग संरचना नहीं है। इसके बजाय, यह शब्द मस्तिष्क में रक्त वाहिकाओं और पड़ोसी मस्तिष्क कोशिकाओं के अद्वितीय गुणों को संदर्भित करता है जो उन वाहिकाओं के चारों ओर बारीकी से लपेटते हैं।

पोषक तत्वों और अन्य पदार्थों के मुक्त प्रवाह की अनुमति देने के लिए शरीर की अधिकांश केशिकाएं आणविक स्तर पर "रिसी हुई" होती हैं। उनकी पारगम्यता गुर्दे और यकृत जैसे अंगों के कार्य के लिए महत्वपूर्ण है।

लेकिन मस्तिष्क की रक्त वाहिकाएं उच्च, कम रिसाव वाले मानक पर निर्मित होती हैं। केशिका की दीवारों को बनाने वाली एंडोथेलियल कोशिकाएं टाइट जंक्शन नामक संरचनाओं द्वारा एक साथ कसकर चिपकी होती हैं। पतले समानांतर प्रोटीन स्ट्रैंड कोशिकाओं को "ईंटों के माध्यम से तारों" की तरह एक साथ चिपकाते हैं एलिसा कोनोफागौ, कोलंबिया विश्वविद्यालय में बायोमेडिकल इंजीनियरिंग और रेडियोलॉजी के प्रोफेसर। कुछ प्रकार के अणु आगे बढ़ सकते हैं, लेकिन कम मात्रा में। और वे अधिकतर बहुत छोटे और पानी में घुलनशील होते हैं।

लेकिन मस्तिष्क को ग्लूकोज और इंसुलिन जैसे कई अन्य अणुओं की भी आवश्यकता होती है, जो तंग जंक्शनों के बीच सिकुड़ नहीं सकते। इसलिए अवरोध को पंपों और रिसेप्टर्स से भी सुसज्जित किया गया है, जो एक विशिष्ट क्लब के बाउंसरों की तरह, केवल कुछ अणुओं को अंदर आने की अनुमति देते हैं - और अधिकांश अतिचारियों को तुरंत बाहर निकाल देते हैं। केशिका दीवार के परे पेरिसाइट्स और एस्ट्रोसाइट्स सहित सहायक कोशिकाओं की परतें होती हैं, जो बाधा को बनाए रखने और इसकी पारगम्यता को समायोजित करने में भी मदद करती हैं।

फिर भी, सुरक्षा की उन सभी परतों के बावजूद, कुछ अवांछित पदार्थ मस्तिष्क तक विश्वसनीय रूप से प्रवेश कर जाते हैं। इथेनॉल, मादक पेय पदार्थों में मुख्य घटक, आसानी से कोशिका झिल्ली के माध्यम से फैल सकता है। कुछ अणु इतने अधिक दिखते हैं कि उन्हें बाहर रखना ज़रूरी नहीं है। यदि आपने कभी सोचा है कि एलर्जी के लिए ओवर-द-काउंटर एंटीहिस्टामाइन आपको नींद क्यों देते हैं, तो इसका कारण यह है कि वे बाधा से फिसलते हैं और आपके न्यूरॉन्स तक पहुंच जाते हैं। (नए, गैर-नींद वाले एंटीहिस्टामाइन अवरोध को भेद नहीं पाते हैं और केवल रक्त में प्रतिरक्षा कोशिकाओं पर कार्य करते हैं।)

डेनमैन ने कहा, "रक्त-मस्तिष्क बाधा मस्तिष्क की जरूरतों को पूरा करने के लिए मौजूद है।" लेकिन मस्तिष्क के हर हिस्से को समान अणुओं की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए बाधा हर जगह समान नहीं होती है। उदाहरण के लिए, घ्राण बल्ब में अवरोध अलग तरह से कार्य करता है और इसमें हिप्पोकैम्पस में अवरोध की तुलना में एक अलग प्रोटीन संरचना होती है, रिया ने कहा।

वास्तव में, मस्तिष्क के कुछ हिस्सों में पारंपरिक रक्त-मस्तिष्क अवरोध बिल्कुल भी नहीं होता है। कोरॉइड प्लेक्सस में, मस्तिष्क की बड़ी गुहाओं में एक ऊतक जो मस्तिष्कमेरु द्रव (सीएसएफ) का उत्पादन करता है, रक्त वाहिकाओं की दीवारें बहुत अधिक लीक होती हैं। ऐसा इसलिए होना चाहिए क्योंकि कोरॉइड प्लेक्सस के "रक्त-सीएसएफ" अवरोध को हर दिन मस्तिष्क में आधा लीटर सीएसएफ स्रावित करने की आवश्यकता होती है, और उस तरह के उत्पादन के लिए रक्त से व्यापक मात्रा में पानी, आयन और पोषक तत्वों की आवश्यकता होती है।

हालांकि यह सुरक्षात्मक कार्य सही नहीं है, यह इतना सार्वभौमिक रूप से उपयोगी है कि जटिल तंत्रिका तंत्र वाले प्रत्येक जीव में रक्त-मस्तिष्क बाधा जैसा कुछ होता है, डेनमैन ने कहा।

यहां तक ​​कि मक्खियों और अन्य कीड़ों में भी, जिनमें रक्त वाहिकाएं नहीं होती हैं, एक होती है। उनके रक्त के समकक्ष बस उनके बाह्यकंकाल के अंदर अंगों के माध्यम से फिसल जाता है, लेकिन उनके मस्तिष्क के समकक्ष सुरक्षात्मक ग्लियाल कोशिकाओं में लिपटा होता है।

एक 'ओजोन परत'

जब अवरोध टूट जाता है, तो यह मस्तिष्क में परेशानी की लहर ला देता है। रक्त-मस्तिष्क अवरोध "पृथ्वी के लिए ओजोन परत की तरह है," ने कहा बेरिस्लाव ज़्लोकोविच, दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के केक स्कूल ऑफ मेडिसिन में फिजियोलॉजी और तंत्रिका विज्ञान विभाग के अध्यक्ष। जिस तरह उस पतली वायुमंडलीय परत में एक छेद खोलने से ग्रह पर हानिकारक विकिरण की बाढ़ आ गई, उसी तरह रक्त-मस्तिष्क अवरोध को खोलने से मस्तिष्क में हानिकारक अणुओं की बाढ़ आ सकती है।

कई समूह जांच कर रहे हैं कि बीमारी या चोट के दौरान बाधा कैसे बदलती है। उदाहरण के लिए, रक्त-मस्तिष्क अवरोध का टूटना अल्जाइमर रोग की पहचान है। जर्नल में एक हालिया अध्ययन नेचर न्यूरोसाइंस अल्जाइमर रोगियों के मस्तिष्क में रक्त-मस्तिष्क बाधा कोशिकाओं के भीतर जीन अभिव्यक्ति में महत्वपूर्ण परिवर्तनों का पता लगाया। मल्टीपल स्केलेरोसिस में, रक्त-मस्तिष्क बाधा टूट जाती है, जिससे मस्तिष्क में प्रतिरक्षा प्रणाली कोशिकाओं का अतिप्रवाह हो जाता है जो फिर न्यूरॉन्स के आसपास सुरक्षात्मक इन्सुलेशन पर हमला करते हैं। दर्दनाक मस्तिष्क की चोटें और स्ट्रोक भी बाधा को खोल सकते हैं और संभावित रूप से अपरिवर्तनीय क्षति का कारण बन सकते हैं।

हालाँकि, रक्त-मस्तिष्क अवरोध को चुनिंदा रूप से खोलना या बंद करना फायदेमंद हो सकता है। कई संभावित उपयोगी औषधियाँ इस बाधा को पार नहीं कर पातीं। ऐसा आंशिक रूप से इसलिए है क्योंकि रक्त-मस्तिष्क बाधा के अध्ययन में बहुत सी प्रगति तकनीकी सीमाओं के कारण बाधित हुई थी, जिनमें से कई को नई प्रौद्योगिकियों के साथ दूर कर लिया गया है, ऐसा कहा गया मारिया लेहटीनन, बोस्टन चिल्ड्रेन हॉस्पिटल में बाल रोग विज्ञान अनुसंधान में अध्यक्ष। "मुझे लगता है कि यह क्षेत्र के लिए वास्तव में रोमांचक समय है।"

हाल के वर्षों में, कई समूहों ने "ट्रोजन हॉर्स" दृष्टिकोण पर ध्यान केंद्रित किया है जिसमें दवाएँ उन अणुओं को पकड़कर मस्तिष्क में वापस चली जाती हैं जो स्वाभाविक रूप से बाधा को पार कर सकते हैं। अन्य कार्यों में बाधा के कुछ हिस्सों को खोलने और पार्किंसंस रोग और अन्य बीमारियों के इलाज के लिए दवाएं देने के लिए लक्षित अल्ट्रासाउंड का उपयोग करने पर ध्यान दिया गया है। हाल ही में हुए एक अध्ययन में विज्ञान अग्रिमउदाहरण के लिए, शोधकर्ताओं ने अल्ट्रासाउंड के साथ रक्त-मस्तिष्क बाधा को खोलकर मकाक के मस्तिष्क में सफलतापूर्वक फ्लोरोसेंट प्रोटीन पहुंचाया। वे अब जीन थेरेपी दवाओं के वितरण के लिए उस दृष्टिकोण को अनुकूलित करने के लिए काम कर रहे हैं जो पार्किंसंस रोग से लड़ सकते हैं।

जहां एक बार रक्त-मस्तिष्क बाधा को एक स्थिर, अपरिवर्तनीय दीवार के रूप में माना जाता था, वैज्ञानिक अब इसे गतिशील और "जीवित" के रूप में देखते हैं, लेहटीनन ने कहा। यह संभवतः "तंत्रिका तंत्र के विभिन्न भागों में अलग-अलग तरीकों से बढ़ता और विकसित होता है।" जब हम गहरी आरईएम नींद में होते हैं या जब हम व्यायाम करते हैं तो यह अस्थायी रूप से स्वाभाविक रूप से खुलता है। यह हार्मोन और दवाओं के संपर्क में आने से बदलता है, प्रवेश के पुराने रास्ते बंद कर देता है या नए रास्ते खोल देता है। रिया ने कहा, जब कुछ अणु अवरोध से जुड़ते हैं, तो इसकी कोशिकाएं कभी-कभी मस्तिष्क को संकेत दे सकती हैं कि अणु को अंदर जाने दिए बिना कैसे कार्य करना है।

तो एक मध्ययुगीन किले के चारों ओर एक पत्थर की प्राचीर के बजाय, रक्त-मस्तिष्क बाधा एक जादुई दीवार की तरह है जिसमें दरवाजे दिखाई देते हैं और गायब हो जाते हैं, और खिड़कियां बड़ी और छोटी हो जाती हैं। कुछ हिस्से टूट जाते हैं, कुछ हिस्से वापस बन जाते हैं - और यह लगातार बदलता रहता है।

रिया ने कहा, रक्त-मस्तिष्क बाधा "कभी स्थिर नहीं होती"। "यह कभी भी केवल इस दीवार को पार करने की आवश्यकता नहीं है।"

संपादक का नोट: मारिया लेहटीनन सिमंस फाउंडेशन के ऑटिज़्म रिसर्च इनिशिएटिव (एसएफएआरआई) के साथ एक अन्वेषक हैं और रिचर्ड डेनमैन को पहले सिमंस फाउंडेशन से धन प्राप्त हुआ है। सिमंस फाउंडेशन भी फंड देता है क्वांटा संपादकीय रूप से स्वतंत्र पत्रिका के रूप में। फंडिंग संबंधी निर्णयों का हमारे कवरेज पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।