איך המוח מגן על עצמו מאיומים בדם | מגזין קוונטה

מספיק ליטרים של בירה יכולים לגרום לך ליפול מכסא הבר שלך או לדקלם בקול רם מילים לריבות של תחילת שנות ה-2000 לזרים מוחלטים, כי אלכוהול יכול לעבור את אחת ההגנות החזקות בגוף. אם אי פעם היית שיכור, גבוה או ישנוני מתרופות לאלרגיה, חווית מה קורה כאשר מולקולות מסוימות מביסות את מערכת ההגנה הנקראת מחסום הדם-מוח ועושות אותה לתוך המוח.

המחסום, המוטבע בקירות של מאות קילומטרים של נימים המתפתלים במוח, מונע מרוב המולקולות בדם להגיע אי פעם לנוירונים רגישים. כמו שהגולגולת מגנה על המוח מפני איומים פיזיים חיצוניים, מחסום הדם-מוח מגן עליו מפני כימיים ופתוגניים.

למרות שזהו הישג פנטסטי של אבולוציה, המחסום מהווה מטרד מאוד עבור מפתחי תרופות, שבילו עשרות שנים בניסיון להתגבר עליו באופן סלקטיבי כדי לספק תרופות טיפוליות למוח. חוקרים ביו-רפואיים רוצים להבין טוב יותר את המחסום מכיוון שנראה כי הכשלים שלו הם המפתח למחלות מסוימות וכי מניפולציה של המחסום יכולה לעזור לשפר את הטיפול במצבים מסוימים.

"למדנו הרבה בעשור האחרון", אמר אליזבת ריאה, ביולוג מחקר באוניברסיטת וושינגטון מרכז זיכרון ובריאות המוח לרפואה. אבל "אנחנו בהחלט עדיין מתמודדים עם אתגרים בהעברת מצעים וטיפולים".

הגנה, אבל לא מבצר

כמו שאר הגוף, המוח זקוק לדם במחזור כדי לספק חומרים מזינים וחמצן חיוניים וכדי לסחוב פסולת. אבל הכימיה בדם משתנה ללא הרף, ורקמת המוח רגישה ביותר לסביבתה הכימית. נוירונים מסתמכים על שחרורים מדויקים של יונים כדי לתקשר - אם יונים היו יכולים לזרום בחופשיות מהדם, הדיוק הזה יאבד. סוגים אחרים של מולקולות פעילות ביולוגית יכולים גם לסחוט את הנוירונים העדינים, ולהפריע למחשבות, לזיכרונות ולהתנהגויות.

"זה באמת שם כדי לשלוט בסביבה לתפקוד תקין של המוח," אמר ריצ'רד דנמן, פרופסור חבר לפרמקולוגיה באוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו.

אז מחסום הדם-מוח מספק הגנה, אבל זה לא מבנה בדיד כמו החומות מסביב למבצר. במקום זאת, המונח מתייחס לתכונות הייחודיות של כלי הדם במוח ושל תאי המוח השכנים העוטפים מקרוב את אותם כלי דם.

רוב הנימים של הגוף "דולפים" ברמה מולקולרית כדי לאפשר זרימה חופשית של חומרים מזינים וחומרים אחרים. החדירות שלהם חיונית לתפקודם של איברים כמו הכליה והכבד.

אבל כלי הדם של המוח בנויים בסטנדרט גבוה יותר, פחות דולף. תאי האנדותל המרכיבים את דפנות הנימים מחוברים בחוזקה זה לזה על ידי מבנים הנקראים צמתים הדוקים. גדילי חלבון מקבילים דקים מדביקים את התאים זה לזה כמו "חוטים דרך הלבנים", אמר אליסה קונופאגו, פרופסור להנדסה ביו-רפואית ורדיולוגיה באוניברסיטת קולומביה. כמה סוגים של מולקולות יכולים לעבור, אבל בכמויות קטנות. והם לרוב קטנים מאוד ומסיסים במים.

אבל המוח זקוק גם למולקולות רבות אחרות כמו גלוקוז ואינסולין, שאינם יכולים להידחק בין הצמתים ההדוקים. לכן המחסום מרופד גם במשאבות ובקולטנים, שבדומה לסדרנים למועדון עילית, מאפשרים רק מולקולות מסוימות להיכנס - ומוציאים במהירות את רוב מסיגי הגבול. מעבר לדופן הנימים עצמו יש שכבות של תאים תומכים הכוללים פריציטים ואסטרוציטים, המסייעים אף הם בשמירה על המחסום והתאמת החדירות שלו.

עם זאת, למרות כל שכבות ההגנה הללו, כמה חומרים לא רצויים אכן עוברים למוח בצורה מהימנה. אתנול, המרכיב העיקרי במשקאות אלכוהוליים, יכול פשוט להתפזר דרך ממברנות התא. חלק מהמולקולות דומות מדי למולקולות הדרושות כדי להרחיק אותן. אם אי פעם תהיתם מדוע אנטיהיסטמינים ללא מרשם לאלרגיות גורמים לכם לישון, זה בגלל שהם חומקים דרך המחסום ומגיעים אל הנוירונים שלכם. (אנטיהיסטמינים חדשים יותר שאינם מנוממים אינם חודרים את המחסום ופועלים רק על תאי חיסון בדם.)

מחסום הדם-מוח הוא "שם כדי לספק את מה שהמוח צריך", אמר דנמן. אבל לא כל חלק במוח זקוק לאותן מולקולות, ולכן המחסום אינו זהה בכל מקום. המחסום בפקעת הריח, למשל, פועל בצורה שונה ויש לו הרכב חלבון שונה מהמחסום בהיפוקמפוס, אמר ריאה.

למעשה, בחלקים מסוימים של המוח אין מחסום דם-מוח מסורתי כלל. במקלעת הכורואיד, רקמה בחללים הגדולים של המוח המייצרת נוזל מוחי (CSF), דפנות כלי הדם דולפות הרבה יותר. הם חייבים להיות בגלל המחסום "דם-CSF" של מקלעת ה-choroid צריך להפריש חצי ליטר של CSF למוח בכל יום, וסוג כזה של פלט דורש כמויות נרחבות של מים, יונים וחומרי מזון מהדם.

למרות שפונקציית ההגנה הזו אינה מושלמת, היא שימושית באופן אוניברסלי כל כך שלכל אורגניזם עם מערכת עצבים מורכבת יש משהו שדומה למחסום דם-מוח, אמר דנמן.

אפילו לזבובים ולחרקים אחרים, שאין להם כלי דם, יש כזה. המקבילה שלהם לדם פשוט גולשת דרך איברים בתוך השלד החיצוני שלהם, אבל המקבילה שלהם למוח עטופה בתאי גליה מגנים.

"שכבת אוזון"

כאשר המחסום מתפרק, הוא מביא גל של צרות למוח. מחסום הדם-מוח "הוא כמו שכבת האוזון עבור כדור הארץ", אמר בריסלאב זלוקוביץ', יו"ר המחלקה לפיזיולוגיה ומדעי המוח בבית הספר לרפואה קק של אוניברסיטת דרום קליפורניה. בדיוק כפי שפתיחת חור בשכבה האטמוספרית הדקה הזו גרמה לקרינה מזיקה להציף את כדור הארץ, פתיחת מחסום הדם-מוח עלולה לגרום למולקולות מזיקות להציף את המוח.

קבוצות רבות בודקות כיצד המחסום משתנה במהלך מחלה או פציעה. התמוטטות של מחסום הדם-מוח הוא סימן היכר של מחלת אלצהיימר, למשל. מחקר שנערך לאחרונה בכתב העת Nature Neuroscience מיפה שינויים משמעותיים בביטוי הגנים בתוך תאי מחסום דם-מוח במוחם של חולי אלצהיימר. בטרשת נפוצה, מחסום הדם-מוח מתפרק, מה שמוביל להצפת תאי מערכת החיסון במוח שתוקפים את הבידוד המגן סביב נוירונים. פציעות מוח טראומטיות ושבץ עלולים גם הם לפתוח את המחסום ולגרום לנזק שעלול להיות בלתי הפיך.

עם זאת, פתיחה או סגירה סלקטיבית של מחסום הדם-מוח יכולה להיות מועילה. תרופות רבות שעלולות להיות שימושיות אינן יכולות לעבור את המחסום. הסיבה לכך היא שחלק ניכר מההתקדמות בחקר מחסום הדם-מוח הפריעו למגבלות טכניות, שרבות מהן התגברו מאז עם טכנולוגיות חדשות. מריה להטינן, יו"ר למחקר פתולוגיה ילדים בבית החולים לילדים בבוסטון. "אני חושב שזו תקופה ממש מרגשת עבור השדה".

בשנים האחרונות, קבוצות רבות התאפסו בגישה של "סוס טרויאני" שבה מסמים תרכובת למוח על ידי אחיזה במולקולות שיכולות לעבור את המחסום באופן טבעי. עבודות אחרות בדקו שימוש באולטרסאונד ממוקד כדי לפתוח חלקים מהמחסום ולהעביר תרופות לטיפול במחלת פרקינסון ובמחלות אחרות. במחקר שנערך לאחרונה ב התקדמות מדע, למשל, חוקרים העבירו בהצלחה חלבונים פלואורסצנטיים למוחם של מקוק על ידי פתיחת מחסום הדם-מוח באמצעות אולטרסאונד. כעת הם פועלים להתאים את הגישה הזו לאספקת תרופות לטיפול גנטי שיכולות להילחם במחלת פרקינסון.

היכן שפעם מחסום הדם-מוח נחשב כקיר סטטי, בלתי משתנה, מדענים רואים אותו כיום כדינמי ו"חי", אמר להטין. סביר להניח שהוא "גדל ומתפתח בדרכים שונות בחלקים שונים של מערכת העצבים." הוא חורק באופן זמני כאשר אנו נמצאים בשנת REM עמוקה או כאשר אנו מתאמנים. זה משתנה עם החשיפה להורמונים ולתרופות, סוגר אפיקים ישנים לכניסה או פותחים חדשים. כאשר מולקולות מסוימות נקשרות למחסום, התאים שלה יכולים לפעמים לאותת למוח כיצד לפעול מבלי לאפשר למולקולה לעבור, אמרה ריאה.

אז במקום חומת אבן מסביב למבצר מימי הביניים, מחסום הדם-מוח הוא כמו חומה קסומה שבה דלתות מופיעות ונעלמות, וחלונות גדלים וקטנים. חלקים מסוימים מתפוררים, חלקים מסוימים נבנים בחזרה - וזה משתנה כל הזמן.

מחסום הדם-מוח "אף פעם לא סטטי", אמרה ריאה. "אף פעם לא רק החומה הזו צריכה להתגבר."

הערת העורך: מריה להטין היא חוקרת עם יוזמת מחקר האוטיזם של קרן סימונס (SFARI) וריצ'רד דנמן קיבל בעבר מימון מקרן סימונס. גם קרן סימונס מממנת Quanta כמגזין עצמאי מבחינה עריכה. להחלטות המימון אין השפעה על הסיקור שלנו.