Čuvar mozga: krvno-moždana barijera Understand article
Uvidi u jedinstvenu zaštitnu barijeru mozga bi mogli da ponude obećavajuće tretmane za bolesti kao što su multipla skleroza ili Alchajmer.
Kada je nemački naučnik Paul Erlih ubrizgao boju u krvotok miševa pre više od 130 godina, naišao je na neobičan fenomen. Boja se polako širila kroz tkivo, bojeći svaki organ sem jednog – mozak. Erlihovi eksperimenti sa bojenjem će tek dostići vrhunac u njegovom otkriću prvog hemoterapijskog leka koji će se koristiti u lečenju sifilisa – i doneti mu Nobelovu nagradu – ipak ga je ovaj poseban rezultat zbunjivao. Predložio je da je nepostojanje obojenosti posledica toga što mozak prihvata manje boje.
Tatiana Shepeleva/Shutterstock.com
Kada je je jedan od njegovih studenata, Edvin Goldman, ubrizgao boju direktno u mozak umesto u krvotok, objašnjenje problema je postalo očiglednije. Desio se obrnut efekat: samo je mozak bio obojen dok su drugi organi bili pošteđeni bojenja (videti sliku 1). Ovo je bila naznaka postojanja krvno-moždane barijere. Prvobitno nazvana na nemačkom Blut-Hirn-Schranke, u prevodu ono što razdvaja cirkulišuću krv od mozga i kičmene moždine kao delova centralnog nervnog sistema (CNS-a). Barijera nije precizno locirana sve do otkrića elektronske mikroskopije tokom 60-ih godina prošlog veka. Tada je gusto isprepletena ultrastruktura ćelija koje čine ovu barijeru postala vidljiva.
Yun Jiang
Šta je krvno-moždana barijera?
Naše razumevanje mozga, koji je nesporno najvažniji i najsenzitivniji organ u ljudskom telu, je daleko od završenog. Ali naše znanje o krvno-moždanoj barijeri je znatno napredovalo od Erlihovog vremena. Kroz celo telo, endotelne ćelije ograničavaju unutrašnju površinu krvnih i limfnih sudova. Endotelne ćelije, na primer, kontrolišu razmenu supstanci između krvi koja cirkuliše i okolnog tkiva.
Mozak, s druge strane, zahteva specijalnu negu i zaštitu jer mnoge supstance koje su bezopasne po druge organe mogu biti štetne za centralni nervni sistem (CNS).
Na primer, neki proteini u krvnoj plazmi, kao što su albumin i imunoglobulin mogu prouzrokovati zapaljenje nervnog sistema.
Kako ove supstance ne bi dospele u mozak, specijalizovane endotelne ćelije formiraju barijeru da bi sprečile kretanje supstanci iz cirkulišuće krvi u ekstracelularnu tečnost CNS-a. Ključna razlika između ovih ćelija i normalnih endotelnih ćelija je način na koji su međusobno povezane.
Čvrste veze
Raznovrsne specijalne konekcije, koje nazivamo čvrstim vezama, povezuju prostore između bliskih entotelnih ćelija u mozgu. Ove čvrste veze se formiraju od strane proteina koji se protežu kroz ćelijske membrane. Unutar ćelija, proteini su ukotvljeni za citoskelet (mreža vlakana unutar ćelije koji ćeliji daju njen oblik), dok sa spoljašnje strane ćelije oni dolaze u interakciju sa drugim proteinima čvrstih veza obližnjih ćelija. Kao traka, lepljiva sa obe strane, ove čvrste veze drže dve ćelije zalepljenim i na taj način sprečavaju prolazak većine molekula i jona kroz prostor između samih ćelija (slika 2).
Yun Jiang
Samo mali molekuli (voda, neki gasovi kao što je kiseonik i ugljen dioksid) i supstance koje se rastvaraju u lipidima (kao što su masne kiseline kratkog lanca) mogu da prođu pasivno kroz ovu barijeru.
Drugi odabrani molekuli, kao što je glukoza, moraju biti transportovani od strane specijalizovanih transportnih proteina koji su ugrađeni unutar same membrane.
Stoga, mikrosredina mozga se održava tako da nervni sistem može optimalno da funkcioniše i CNS je zaštićen od štetnih supstanci.
Pored čvrstog endotela, neuroni i druge secijalizovane ćelije koje nisu neuroni (npr. astrociti i mikroglija) upravljaju načinom na koji funkcioniše krvno-moždana barijera (pogledati sliku 3). Zajedno sa endotelnim ćelijama, one formiraju dinamičnu strukturu koja se naziva neurovaskularna jedinica (neurovascular unit, NVU). Ako i jedna od ovih ćelija u okviru neurovaskularne jedinice zakaže, cela barijera pada.
Yun Jiang
Krvno-moždana barijera i neurološke bolesti
Različiti poremećaji, kao što su infekcije ili traume, mogu naškoditi čvrstim vezama i neurovaskularnim jedinicama, i poremetiti čvrsto isprepletenu strukturu krvno-moždane barijere. Ako se ovo desi, prethodno kontrolisani protok molekula i jona ka unutrašnjosti mozga i ka njegovoj spoljašnjosti postaje nestalan. Toksini, patogeni ili ćelije imunskog sistema mogu ući unutar mozga i započeti zapaljenski proces CNS-a. Kao odgovor na novonastalu situaciju, ćelije koje su probile barijeru oslobađaju citokine – supstance koje prate procese zapaljenja ili aktivnost imunskog sistema.
Ovo narušava normalno stanje neurona i degeneriše ih, što dovodi do razvoja neuroloških bolesti. Jedna ovakva bolest je multipla skleroza (MS), autoimunski poremećaj gde imunski sistem napada CNS. Pacijenti proživljavaju osećaj utrnulosti u rukama i nogama, senzacije električnih šokova i probleme sa vidom. Razvoj ove bolesti je komplikovan, ali se veruje da promene u krvno-moždanoj barijeri igraju značajnu ulogu u tome.
Naučnici smatraju da neki početni zapaljenski odgovori pomažu u povećanju propustljivosti barijere što omogućava imunskim ćelijama da napadnu mozak. Ovo povećava broj imunskih odgovora u okviru CNS-a što dalje remeti barijeru i povećava štetu koja nastaje na nervnim ćelijama.
Terapije za budućnost
Mnoge studije su pokazale da postoji veza između oštećene krvno-moždane barijere i drugih neuroloških oboljenja, uključujući i moždani udar, epilepsiju, Alchajmerovu i Parkinsonovu bolest.
Na osnovu toga, naučnici veruju da je poboljšanje popravke narušenih krvno-moždanih barijera dobra strategija za lečenje neuroloških bolesti.
Jedan primer ovakvog tretmana je korišćenje steroidnog hormona koji se zove glukokortikoid, koji smanjuje neželjene zapaljenske odgovore i veruje se da utiče na formiranje čvrstih veza.
Pokazano je da glukokortikoid popravlja krvno-moždanu barijeru kako kod pacijenata obolelih od multiple skleroze tako i kod srodnih model organizama, miševa (Salvador et al., 2014).). Ipak, ovaj hormon možda nije pogodan za dugoročno korišćenje s obzirom da postoje neželjene reakcije koje uključuju promene raspoloženja, gastrointestinalne probleme i visok šećer u krvi (Ciriaco et al., 2013; Liu et al., 2013).
Pa ipak, druge potencijalne terapije se još uvek istražuju. Transplantacija jedne vrste progenitorske ćelije koja može da generiše nove endotelne ćelije bi mogla da pomogne u rekonstrukciji krvno-moždane barijere nakon moždanog udara (Kaneko et al., 2012). Nastavkom istraživanja, dobija se dublje razumevanje o tome kako se krvno-moždana barijera narušava i popravlja. Ova razumevanja će pružiti mnoge druge opcije kada je reč o lečenju neuroloških bolesti koje su u vezi sa krvno-moždanom barijerom.
References
- Ciriaco M et al. (2013) Corticosteroid-related central nervous system side effects. Journal of Pharmacology and Pharmacotherapeutics 4(S1): S94-S98. doi: 10.4103/0976-500X.120975
- Kaneko Y et al. (2012) Cell therapy for stroke: emphasis on optimizing safety and efficacy profile of endothelial progenitor cells. Current Pharmaceutical Design 18(25): 3731-3734. doi: 10.2174/138161212802002733
- Liu D et al. (2013) A practical guide to the monitoring and management of the complications of systemic corticosteroid therapy. Allergy, Asthma & Clinical Immunology 9(1): 30. doi: 10.1186/1710-1492-9-30
- Salvador E, Shityakov S, Förster C (2014) Glucocorticoids and endothelial cell barrier function. Cell and Tissue Research 355(3): 597-605. doi: 10.1007/s00441-013-1762-z
Resources
- Upoznavanje sa krvo-moždinskom barijerom za decu, posetite University of Washington website.
- Za dalje upoznavanje sa krvno-moždinskom barijerom i neurovaskularnom jedinicom, pogledati videe na JuTubu: ‘Blood Brain Barrier‘ i ‘2-Minute Neuroscience: Blood-Brain Barrier.
Review
Ovaj članak elegantno opisuje opservaciju koja je napravljena pre sto godina i koja govori o distribuciji boje u okviru mozga i zaključuje da postoji fizička barijera koja štiti mozak. Članak je vrlo interaktivan s obzirom da inspiriše čitaoca da razmišlja o anatomiji i funkcionalnosti ovako jedinstvene strukture kao što je krvno-moždinska barijera.
Veza između oštećenja krvo-moždinske barijere i neuroloških bolesti je važna jer može dovesti do napretka u načinu na koji lečimo bolesti centralnog nervnog sistema. Fokus na multiplu sklerozu je vrlo važam ako se uzme u obzir da je ovo najčešći oblik neurološkog oštećenja kod mladih ljudi.
Ovaj članak je koristan za sakupljanje dodatnih informacija o bilo kojoj temi koja je u vezi sa ovom ili kao vežba za razumevanje. Takođe, može se koristiti kao deo diskusije poput one koja za temu ima matične ćelije koje mogu služiti za obnavljanje krvno-moždinske barijere. Pronalazi se i potencijal u ovom članku jer bi mogao da posluži kao odskočna daska za druge, detaljnije eseje na ovu temu.
Pitanja u vezi sa člankom mogu biti sledeća:
- Koje posebnosti omogućavaju endotelijanim ćelijama da formiraju čvrsgte veze?
- Kako se molekuli transportuju kroz krvno-moždinsku barijeru?
- Navedite razloge zbog kojih normalna funkcija krvno-moždinske barijere može biti poremećena.
- Da li smatrate da je naziv krvno-moždinska barijera uopšte prigodan, s obzirom da je to ipak jedna dinamična struktura koja dopušta kontrolisani protok molekula?
Dr Mari Brenan, profesorka biologije, Konkord koledž, Ujedinjeno Kraljevstvo