Beyin Kendini Kan Yoluyla Gelen Tehditlerden Nasıl Korur | Quanta Dergisi

Yeterince bira bardağı bar taburenizden düşmenize veya 2000'lerin başındaki reçellerin sözlerini tamamen yabancılara yüksek sesle okumanıza neden olabilir, çünkü alkol vücuttaki en güçlü savunmalardan birini geçebilir. Daha önce sarhoş olduysanız, yüksekteyseniz veya alerji ilaçları yüzünden uykunuz geldiyse, bazı moleküller kan-beyin bariyeri denen savunma sistemini yenip beyne girdiğinde neler olduğunu deneyimlemişsinizdir.

Beynin içinde dolanan yüzlerce kilometrelik kılcal damarların duvarlarına gömülü olan bariyer, kandaki çoğu molekülün hassas nöronlara ulaşmasını engeller. Kafatası beyni dış fiziksel tehditlerden koruduğu gibi, kan-beyin bariyeri de onu kimyasal ve patojenik tehditlerden korur.

Bu, evrimin harika bir başarısı olsa da, beyne terapötikler ulaştırmak için seçici bir şekilde üstesinden gelmek için onlarca yılını harcayan ilaç geliştiricileri için bariyer çok fazla bir baş belasıdır. Biyomedikal araştırmacıları bariyeri daha iyi anlamak istiyor çünkü başarısızlıkları bazı hastalıkların anahtarı gibi görünüyor ve bariyeri manipüle etmek belirli durumların tedavisini iyileştirmeye yardımcı olabilir.

"Son XNUMX yılda çok şey öğrendik" Elizabeth RheaWashington Üniversitesi Tıp Hafızası ve Beyin Sağlığı Merkezi'nde araştırma biyoloğu olan Dr. Ancak "substratları ve terapötikleri yayma konusunda kesinlikle hâlâ zorluklarla karşılaşıyoruz."

Koruma, ancak Kale Değil

Vücudun geri kalanı gibi beynin de temel besinleri ve oksijeni sağlamak ve atıkları uzaklaştırmak için dolaşımdaki kana ihtiyacı vardır. Ancak kan kimyası sürekli dalgalanır ve beyin dokusu kimyasal ortamına karşı son derece hassastır. Nöronlar iletişim kurmak için kesin iyon salınımlarına güvenir - iyonlar kandan serbestçe akabilseydi, bu hassasiyet kaybolurdu. Diğer biyolojik olarak aktif molekül türleri de hassas nöronları tınlayarak düşüncelere, anılara ve davranışlara müdahale edebilir.

“Düzgün beyin fonksiyonu için çevreyi kontrol etmek için gerçekten orada” dedi. Richard Daneman, San Diego'daki California Üniversitesi'nde farmakoloji doçenti.

Yani kan-beyin bariyeri koruma sağlar, ancak bir kalenin etrafındaki duvarlar gibi ayrık bir yapı değildir. Bunun yerine terim, beyindeki kan damarlarının ve bu damarları sıkıca saran komşu beyin hücrelerinin benzersiz özelliklerini ifade eder.

Vücudun kılcal damarlarının çoğu, besin maddelerinin ve diğer maddelerin serbest akışına izin vermek için moleküler düzeyde "sızıntılıdır". Geçirgenlikleri, böbrek ve karaciğer gibi organların işlevi için çok önemlidir.

Ancak beynin kan damarları daha yüksek, daha az sızdıran bir standarda göre yapılmıştır. Kılcal duvarları oluşturan endotel hücreleri, sıkı bağlantı adı verilen yapılarla sıkıca birbirine tutturulmuştur. İnce paralel protein şeritleri, hücreleri "tuğlaların arasından geçen teller" gibi birbirine yapıştırır. Elisa KonofagouColumbia Üniversitesi'nde biyomedikal mühendisliği ve radyoloji profesörü olan Dr. Birkaç tür molekül geçebilir, ancak küçük miktarlarda. Ve çoğunlukla çok küçük ve suda çözünürler.

Ancak beyin, sıkı bağlantılar arasında sıkışamayan glikoz ve insülin gibi başka birçok moleküle de ihtiyaç duyar. Bu nedenle bariyer, seçkin bir kulüp için fedailer gibi, yalnızca belirli moleküllerin içeri girmesine izin veren ve izinsiz girenlerin çoğunu hızla dışarı atan pompalar ve alıcılarla kaplıdır. Kılcal duvarın ötesinde, perisitler ve astrositler dahil olmak üzere, bariyeri korumaya ve geçirgenliğini ayarlamaya da yardımcı olan destekleyici hücre katmanları bulunur.

Bununla birlikte, tüm bu koruma katmanlarına rağmen, bazı istenmeyen maddeler beyne güvenilir bir şekilde ulaşır. Alkollü içeceklerin ana maddesi olan etanol, hücre zarlarından kolaylıkla difüze olabilir. Bazı moleküller, dışarıda tutulması gerekenlere çok benziyor. Alerjiler için reçetesiz satılan antihistaminiklerin neden sizi uykulu yaptığını merak ettiyseniz, bunun nedeni bariyeri aşıp nöronlarınıza ulaşmalarıdır. (Daha yeni, uyuşuk olmayan antihistaminikler bariyeri aşmaz ve yalnızca kandaki bağışıklık hücrelerine etki eder.)

Daneman, kan-beyin bariyerinin "beynin ihtiyaç duyduğu şeyi sağlamak için orada" olduğunu söyledi. Ancak beynin her bölümü aynı moleküllere ihtiyaç duymaz, bu nedenle bariyer her yerde aynı değildir. Rhea, örneğin koku ampulündeki bariyerin hipokampustaki bariyerden farklı davrandığını ve farklı bir protein bileşimine sahip olduğunu söyledi.

Aslında, beynin bazı kısımlarında geleneksel bir kan-beyin bariyeri hiç yoktur. Beynin büyük boşluklarında beyin omurilik sıvısı (BOS) üreten bir doku olan koroid pleksusta, kan damarlarının duvarları çok daha fazla sızdırıyor. Olmak zorundalar çünkü koroid pleksusun "kan-BOS" bariyerinin beyne her gün yarım litre BOS salgılaması gerekiyor ve bu tür bir çıktı kandan çok miktarda su, iyon ve besin gerektiriyor.

Daneman, bu koruyucu işlevin mükemmel olmasa da, karmaşık bir sinir sistemine sahip her organizmanın kan-beyin bariyerine benzeyen bir şeye sahip olması için evrensel olarak yararlı olduğunu söyledi.

Kan damarları olmayan sinekler ve diğer böceklerde bile bir tane vardır. Kan eşdeğerleri, dış iskeletlerinin içindeki organlardan kolayca geçer, ancak beyin eşdeğerleri koruyucu glial hücrelerle kaplanmıştır.

Bir 'Ozon Tabakası'

Bariyer kırıldığında, beyne bir sorun dalgası getirir. Kan-beyin bariyeri "Dünya için ozon tabakası gibidir" dedi Berislav ZlokoviçGüney Kaliforniya Üniversitesi Keck Tıp Okulu'nda fizyoloji ve nörobilim bölümü başkanı. Nasıl ki o ince atmosfer tabakasında bir delik açmak zararlı radyasyonun gezegeni doldurmasına neden oluyorsa, kan-beyin bariyerini açmak da zararlı moleküllerin beyni doldurmasına neden olabilir.

Birçok grup, hastalık veya yaralanma sırasında bariyerin nasıl değiştiğini inceliyor. Örneğin, kan-beyin bariyerinin bozulması, Alzheimer hastalığının ayırt edici özelliğidir. Dergide yakın zamanda yapılan bir çalışma Nature Neuroscience Alzheimer hastalarının beyinlerindeki kan-beyin bariyeri hücreleri içindeki gen ifadesindeki önemli değişikliklerin haritasını çıkardı. Multipl sklerozda, kan-beyin bariyeri yıkılır ve beyindeki bağışıklık sistemi hücrelerinin taşmasına neden olur ve bu hücreler daha sonra nöronların etrafındaki koruyucu izolasyona saldırır. Travmatik beyin yaralanmaları ve inmeler de bariyeri açabilir ve potansiyel olarak geri dönüşü olmayan hasara neden olabilir.

Bununla birlikte, kan-beyin bariyerini seçici olarak açmak veya kapatmak faydalı olabilir. Potansiyel olarak yararlı birçok ilaç bariyeri geçemez. Bunun nedeni kısmen, kan-beyin bariyerini incelemedeki ilerlemenin çoğunun teknik sınırlamalar tarafından engellenmesi ve bunların çoğunun o zamandan beri yeni teknolojilerle aşılmasıdır. Maria Lehtinen, Boston Çocuk Hastanesi'nde pediatrik patoloji araştırmaları başkanı. "Bence bu saha için gerçekten heyecan verici bir zaman."

Son yıllarda birçok grup, ilaçların bariyeri doğal olarak geçebilen molekülleri tutarak beyne geri döndüğü bir "Truva atı" yaklaşımına odaklandı. Diğer çalışmalar, bariyerin bazı kısımlarını açmak ve Parkinson hastalığını ve diğer rahatsızlıkları tedavi etmek için ilaçları dağıtmak için hedefli ultrason kullanmaya baktı. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada Bilim Gelişmelerörneğin araştırmacılar, kan-beyin bariyerini ultrasonla açarak makakların beyinlerine başarılı bir şekilde flüoresan proteinler verdiler. Şimdi bu yaklaşımı Parkinson hastalığıyla savaşabilecek gen terapisi ilaçlarının sağlanmasına uyarlamak için çalışıyorlar.

Lehtinen, bir zamanlar kan-beyin bariyerinin statik, değişmeyen bir duvar olarak düşünüldüğü yerde, bilim adamlarının artık onu dinamik ve "canlı" olarak gördüklerini söyledi. Muhtemelen "sinir sisteminin farklı bölümlerinde farklı şekillerde büyür ve gelişir." Derin REM uykusundayken veya egzersiz yaparken doğal olarak geçici olarak gıcırdayarak açılır. Hormonlara ve ilaçlara maruz kalma, eski giriş yollarını kapatma veya yenilerini açma ile değişir. Rhea, bazı moleküller bariyere bağlandığında, hücrelerinin bazen beyne molekülün geçmesine izin vermeden nasıl hareket etmesi gerektiğini işaret edebileceğini söyledi.

Dolayısıyla, bir ortaçağ kalesinin etrafındaki taş bir surdan ziyade, kan-beyin bariyeri, kapıların görünüp kaybolduğu ve pencerelerin büyüyüp küçüldüğü büyülü bir duvar gibidir. Bazı parçalar ufalanır, bazı parçalar yeniden inşa edilir ve sürekli değişir.

Rhea, kan-beyin bariyerinin "asla statik olmadığını" söyledi. "Asla aşılması gereken sadece bu duvar değildir."

Editörün notu: Maria Lehtinen, Simons Vakfı'nın Otizm Araştırma Girişimi'nde (SFARI) araştırmacıdır ve Richard Daneman daha önce Simons Vakfı'ndan fon almıştır. Simons Vakfı da fon sağlıyor Kuantum editoryal olarak bağımsız bir dergi olarak. Finansman kararlarının kapsamımız üzerinde hiçbir etkisi yoktur.