Barriera ematoencefalica - Blood–brain barrier
| Barriera emato-encefalica | |
|---|---|
 Permeabilità dei soluti alla BBB
vs plesso coroideo | |
| Particolari | |
| Sistema | Sistema neuroimmune |
| Identificatori | |
| Acronimi | BBB |
| Maglia | D001812 |
| Terminologia anatomica | |
La barriera ematoencefalica ( BBB ) è altamente selettivo semipermeabile bordo di cellule endoteliali che impedisce soluti nella circolazione sanguigna da non selettivo attraversamento nel fluido extracellulare del sistema nervoso centrale in cui i neuroni risiedono. Il sangue- cervello barriera è costituita da cellule endoteliali della parete dei capillari , astrociti finali piedi sovrapposti che rivestono il capillare e periciti incorporati nel capillare membrana basale . Questo sistema consente il passaggio di alcune piccole molecole per diffusione passiva , nonché il trasporto selettivo e attivo di vari nutrienti, ioni, anioni organici e macromolecole come glucosio e amminoacidi fondamentali per la funzione neurale.
La barriera emato-encefalica restringe il passaggio di agenti patogeni , la diffusione dei soluti nel sangue, e di grandi dimensioni o idrofili molecole nel fluido cerebrospinale , pur consentendo la diffusione di idrofobe molecole (O 2 , CO 2 , ormoni) e piccole non polare molecole. Le cellule della barriera trasportano attivamente prodotti metabolici come il glucosio attraverso la barriera utilizzando proteine di trasporto specifiche . La barriera limita anche il passaggio di fattori immunitari periferici, come molecole di segnalazione, anticorpi e cellule immunitarie, nel SNC, isolando così il cervello dai danni dovuti a eventi immunitari periferici.
Strutture cerebrali specializzate che partecipano all'integrazione sensoriale e secretoria all'interno dei circuiti neurali del cervello - gli organi circumventricolari e il plesso coroideo - hanno invece capillari altamente permeabili.
Struttura
La BBB risulta dalla selettività delle giunzioni strette tra le cellule endoteliali dei capillari cerebrali, limitando il passaggio dei soluti. All'interfaccia tra sangue e cervello, cellule endoteliali sale comunicano continuamente da queste giunzioni strette, che sono composti da piccole subunità di proteine transmembrana , come occludina , claudine (come Claudin-5 ), molecola di adesione giunzionale (come Jam- UN). Ognuna di queste proteine a giunzione stretta è stabilizzata alla membrana delle cellule endoteliali da un altro complesso proteico che include proteine di impalcatura come la proteina 1 a giunzione stretta (ZO1) e proteine associate.
La BBB è composta da cellule endoteliali che limitano il passaggio di sostanze dal sangue in modo più selettivo rispetto alle cellule endoteliali dei capillari in altre parti del corpo. Le proiezioni delle cellule degli astrociti chiamate piedi astrocitici (noti anche come " glia limitans ") circondano le cellule endoteliali della BBB, fornendo supporto biochimico a tali cellule. La BBB è distinta dalla barriera sangue-liquido cerebrospinale abbastanza simile , che è una funzione delle cellule coroidali del plesso coroideo , e dalla barriera emato-retinica , che può essere considerata una parte dell'intero regno di tali barriere.
Non tutti i vasi nel cervello umano mostrano proprietà BBB. Alcuni esempi di questo includono gli organi circumventricolari , il tetto del terzo e del quarto ventricolo , i capillari nella ghiandola pineale sul tetto del diencefalo e la ghiandola pineale . La ghiandola pineale secerne l'ormone melatonina "direttamente nella circolazione sistemica", quindi la melatonina non è influenzata dalla barriera emato-encefalica.
Sviluppo
La BBB sembra essere funzionante al momento della nascita. La glicoproteina-P , un trasportatore , esiste già nell'endotelio embrionale.
La misurazione dell'assorbimento cerebrale di vari soluti trasportati dal sangue ha mostrato che le cellule endoteliali neonate erano funzionalmente simili a quelle degli adulti, indicando che un BBB selettivo è operativo alla nascita.
Nei topi, la perdita di Claudin-5 durante lo sviluppo è letale e provoca un allentamento selettivo della dimensione della BBB.
Funzione
La barriera emato-encefalica agisce efficacemente per proteggere il cervello dai patogeni circolanti . Di conseguenza, le infezioni del cervello trasmesse dal sangue sono rare. Le infezioni del cervello che si verificano sono spesso difficili da trattare. Gli anticorpi sono troppo grandi per attraversare la barriera emato-encefalica e solo alcuni antibiotici sono in grado di passare. In alcuni casi, un farmaco deve essere somministrato direttamente nel liquido cerebrospinale dove può entrare nel cervello attraversando la barriera sangue-liquido cerebrospinale .
La barriera emato-encefalica può perdere in alcune malattie neurologiche , come la sclerosi laterale amiotrofica , l' epilessia , traumi ed edemi cerebrali, e nelle malattie sistemiche , come l'insufficienza epatica . La barriera emato-encefalica diventa più permeabile durante l' infiammazione , consentendo potenzialmente agli antibiotici e ai fagociti di spostarsi attraverso la BEE.
Organi circumventricolari
Gli organi circumventricolari (CVO) sono strutture individuali situate adiacenti al quarto ventricolo o al terzo ventricolo nel cervello e sono caratterizzati da densi letti capillari con cellule endoteliali permeabili a differenza di quelli della barriera ematoencefalica. Tra i CVO con capillari altamente permeabili vi sono l' area postrema , l' organo subfornicale , l'organo vascolare della lamina terminale , l' eminenza mediana , la ghiandola pineale ei tre lobi della ghiandola pituitaria .
I capillari permeabili dei CVO sensoriali (area postrema, organo subfornicale, organo vascolare della lamina terminale) consentono una rapida rilevazione dei segnali circolanti nel sangue sistemico, mentre quelli dei CVO secretori (eminenza mediana, ghiandola pineale, lobi ipofisari) facilitano il trasporto del cervello -segnali derivati nel sangue circolante. Di conseguenza, i capillari permeabili al CVO sono il punto di comunicazione ematoencefalica bidirezionale per la funzione neuroendocrina .
Zone permeabili specializzate
Le zone di confine tra il tessuto cerebrale "dietro" la barriera ematoencefalica e le zone "aperte" ai segnali ematici in alcuni CVO contengono capillari ibridi specializzati che sono più permeabili dei tipici capillari cerebrali, ma non così permeabili come i capillari CVO. Tali zone esistono al confine dell'area postrema— nucleo tractus solitarii (NTS), e dell'eminenza mediana— nucleo arcuato ipotalamico . Queste zone sembrano funzionare come regioni di rapido transito per le strutture cerebrali coinvolte in diversi circuiti neurali, come l'NTS e il nucleo arcuato, per ricevere segnali sanguigni che vengono poi trasmessi in uscita neurale. La zona capillare permeabile condivisa tra l'eminenza mediana e il nucleo arcuato ipotalamico è aumentata da ampi spazi pericapillari, facilitando il flusso bidirezionale di soluti tra le due strutture e indicando che l'eminenza mediana non è solo un organo secretorio, ma può anche essere un organo sensoriale .
Ricerca terapeutica
Come bersaglio della droga
La barriera ematoencefalica è formata dall'endotelio dei capillari cerebrali ed esclude dal cervello il 100% dei neuroterapeutici a grandi molecole e oltre il 98% di tutti i farmaci a piccole molecole. Superare la difficoltà di somministrare agenti terapeutici a specifiche regioni del cervello rappresenta una sfida importante per il trattamento della maggior parte dei disturbi cerebrali. Nel suo ruolo neuroprotettivo, la barriera ematoencefalica funziona per ostacolare il rilascio di molti agenti diagnostici e terapeutici potenzialmente importanti al cervello. Le molecole terapeutiche e gli anticorpi che potrebbero essere altrimenti efficaci nella diagnosi e nella terapia non attraversano la BEE in quantità adeguate per essere clinicamente efficaci.
I meccanismi per il targeting dei farmaci nel cervello comportano l'andare "attraverso" o "dietro" la BBB. Le modalità di somministrazione del farmaco al cervello in dosi unitarie attraverso la BBB comportano la sua interruzione per via osmotica , o biochimicamente mediante l'uso di sostanze vasoattive, come la bradichinina , o anche per esposizione localizzata a ultrasuoni focalizzati ad alta intensità (HIFU) .
Altri metodi utilizzati per passare attraverso la BBB possono comportare l'uso di sistemi di trasporto endogeni, inclusi trasportatori mediati da trasportatori, come trasportatori di glucosio e aminoacidi, transcitosi mediata da recettori per insulina o transferrina e il blocco di trasportatori di efflusso attivi come p -glicoproteina . Alcuni studi hanno dimostrato che i vettori che prendono di mira i trasportatori della BBB, come il recettore della transferrina , rimangono intrappolati nelle cellule endoteliali cerebrali dei capillari, invece di essere trasportati attraverso la BBB nell'area mirata.
Nanoparticelle
La nanotecnologia è in fase di ricerca preliminare per il suo potenziale di facilitare il trasferimento di farmaci attraverso la BBB. Le cellule endoteliali capillari e i periciti associati possono essere anormali nei tumori e la barriera ematoencefalica potrebbe non essere sempre intatta nei tumori cerebrali. Altri fattori, come gli astrociti , possono contribuire alla resistenza dei tumori cerebrali alla terapia con nanoparticelle. Le molecole liposolubili di peso inferiore a 400 Dalton possono diffondersi liberamente oltre la BBB attraverso la diffusione passiva mediata dai lipidi .
Storia
Paul Ehrlich era un batteriologo che studiava la colorazione , una procedura utilizzata in molti studi di microscopia per rendere visibili le strutture biologiche fini utilizzando coloranti chimici. Quando Ehrlich iniettava alcuni di questi coloranti (in particolare i coloranti all'anilina che erano allora ampiamente usati), il colorante macchiava tutti gli organi di alcuni tipi di animali tranne il cervello . A quel tempo, Ehrlich attribuì questa mancanza di colorazione al cervello semplicemente non raccogliendo così tanto del colorante.
Tuttavia, in un esperimento successivo nel 1913, Edwin Goldmann (uno degli studenti di Ehrlich) iniettò il colorante direttamente nei fluidi cerebrospinali del cervello degli animali. Scoprì quindi che il cervello si era tinto, ma il resto del corpo no, dimostrando l'esistenza di una compartimentazione tra i due. A quel tempo, si pensava che i vasi sanguigni stessi fossero responsabili della barriera, poiché non era possibile trovare alcuna membrana evidente. Il concetto di barriera ematoencefalica (allora chiamata barriera ematoencefalica ) fu proposto da un medico berlinese, Lewandowsky, nel 1900.
Guarda anche
- Barriera sangue-aria – Membrana che separa l'aria alveolare dal sangue nei capillari polmonari
- Barriera emato-oculare – Barriera fisica tra i vasi sanguigni locali e la maggior parte delle parti dell'occhio stesso
- Barriera emato-retinica – Parte della barriera emato-oculare che impedisce a determinate sostanze di entrare nella retina
- Barriera sangue-testicolo – Una barriera fisica tra i vasi sanguigni e i tubuli seminiferi dei testicoli animali
- Barriera sangue-timo – Barriera formata dai capillari sanguigni continui nella corteccia timica