Людський мозок є найбільш захищеним органом тіла, і на те є вагомі причини.
Щоб захистити “центр управління” нашого тіла від патогенів і токсинів, головний і спинний мозок перебувають у привілейованій ізоляції від решти тіла.
Але ця вежа зі слонової кістки також створює значний бар’єр для медицини.
Сьогодні практично всі ліки з великими молекулами і понад 98 відсотків ліків з малими молекулами в крові людини не можуть потрапити до центральної нервової системи через “зачинені ворота”, відомі як гематоенцефалічний бар’єр.
Вчені кажуть, що зараз вони ближчі, ніж будь-коли, до того, щоб контрабандним шляхом проникати через цей бар’єр для важливих видів лікування.
Дослідники з Університету Пенсильванії створили в лабораторії просту модель гематоенцефалічного бар’єру, що дозволило їм протестувати найкращі транспортери ліків.
Зокрема, команда вивчає доставку жиророзчинних “пакунків”, так званих ліпідних наночастинок, які можуть проходити через гематоенцефалічний бар’єр і переносити з собою білки, антитіла або навіть РНК-месенджери.
Саме ця ліпідна упаковка дозволяє мРНК-вакцині проти COVID-19 потрапляти в клітини організму.
Терапія мРНК має великий потенціал у лікуванні неврологічних захворювань, оскільки теоретично їх можна використовувати для заміни відсутніх білків або редагування дефектних генів у мозку. Але спершу їх треба туди доставити.
“Наша модель краще за інших подолала гематоенцефалічний бар’єр і допомогла нам ідентифікувати специфічні для органів частинки, які ми згодом перевірили в майбутніх моделях”, – пояснює біоінженер Майкл Мітчелл (Michael Mitchell).
“Це захоплююче підтвердження концепції, яке, без сумніву, допоможе розробити нові підходи до лікування таких захворювань, як черепно-мозкова травма, інсульт та хвороба Альцгеймера”.
Такі методи лікування вкрай необхідні. За винятком ліків для лікування афективних розладів, таких як антидепресанти, за деякими оцінками, лише один відсоток усіх наявних ліків діє на центральну нервову систему.
Щоб обійти гематоенцефалічний бар’єр, деякі ліки вводять безпосередньо в мозок, але ця процедура є дуже інвазивною, і ліки не можуть легко дифундувати по всьому організму, що обмежує сферу їхнього застосування.
У 2015 році вчені вперше використали звукові хвилі, щоб дозволити хіміотерапевтичним препаратам подолати гематоенцефалічний бар’єр, що дало поштовх для проведення клінічних випробувань. Але це найновіше дослідження використовує інший підхід.
Вчені вже багато років вивчають ліпідні наночастинки та їхню здатність доставляти ліки до мозку, але попередні моделі не могли виміряти, скільки мРНК насправді потрапляє до центральної нервової системи.
“Я витратила місяці, щоб визначити оптимальні умови для цієї нової системи in vitro, зокрема, які умови росту клітин і флуоресцентні репортери використовувати”, – пояснює біоінженер Емілі Хан.
“Після того, як система стала надійною, ми перевірили нашу бібліотеку ліпідних наночастинок і протестували їх на тваринних моделях”.
Зображення флуоресцентної мікроскопії, що показує червону флуоресцентну білкову мРНК, доставлену ліпідними наночастинками в ендотеліальні клітини мозку (зелені з синіми ядрами). (Емілі Хан)
З 14 ліпідних наночастинок, які команда протестувала в лабораторному посуді, п’ять були відібрані для подальшого аналізу на живих мишах.
Ці “упаковки” ліків, марковані флуоресцентними маркерами, продемонстрували високий рівень транспортування через гематоенцефалічний бар’єр.
При введенні в кров мишей деякі ліки генерували біолюмінесцентний сигнал у клітинах мозку, який вчені могли прочитати вже через шість годин.
Проте, хоча деяким ліпідним наночастинкам вдалося подолати гематоенцефалічний бар’єр, не всі ліки потрапили в клітини мозку.
Це свідчить про те, що дослідники повинні бути прискіпливими до того, які носії ліків вони обирають для майбутніх досліджень.
Автори сподіваються, що їхня нова модель in vitro допоможе вченим визначити найкращих кандидатів, спрямовуючи майбутній розвиток лікування, спрямованого на мозок.
“Крім того, – додає команда з UPenn, – платформа може бути перероблена для вивчення доставки ліпідних наночастинок через інші біологічні бар’єри, такі як гематоплацентарний бар’єр для вивчення захворювань, пов’язаних з вагітністю, і бар’єр кров-сітківка для вивчення захворювань сітківки”.