Αναπτύσσοντας ένα εμπόδιο αίματος-εγκεφάλου που λειτουργεί

Από προσωπικό Brain & Behavior

Οι ερευνητές με επικεφαλής τον νεαρό ερευνητή BBRF του 2016 Ethan Lippmann, Ph.D., αναφέρουν ότι κατάφεραν να «χτίσουν» αγγειακό ιστό που λειτουργεί όπως η κρίσιμη προστατευτική μεμβράνη του εγκεφάλου, που ονομάζεται φράγμα αίματος-εγκεφάλου. Το φράγμα δρα σαν ένα επιλεκτικό κόσκινο, διατηρώντας μεγάλα μόρια συμπεριλαμβανομένων βακτηρίων έξω από τον εγκέφαλο και το νωτιαίο υγρό, αλλά επιτρέποντας την είσοδο οξυγόνου, γλυκόζης και άλλων ζωτικών ουσιών.

Η εργασία, που πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο Vanderbilt και δημοσιεύθηκε στις 14 Φεβρουαρίου 2019 στο Stem Cell Reports, θα βοηθήσει στην επιτάχυνση της μετάφρασης των επιστημονικών ιδεών στην έρευνα για τον εγκέφαλο.

Ενώ στο παρελθόν έχουν αναπτυχθεί δισδιάστατες καλλιέργειες εγκεφάλων-κυττάρων, είναι η πρώτη φορά που έχει δημιουργηθεί ένα τρισδιάστατο μοντέλο που λειτουργεί όπως το ανθρώπινο αίμα-εγκεφαλικό φράγμα. Το μοντέλο αναπτύσσεται από κύτταρα που έχουν δειχθεί από ανθρώπινο αγγειακό σύστημα τα οποία προκαλούνται να αναπτυχθούν εκ νέου ως εξειδικευμένος τύπος κυττάρων που αποτελεί τη βάση του αιματοεγκεφαλικού φραγμού. Στη συνέχεια συναρμολογούνται σε μια τρισδιάστατη μήτρα που λειτουργεί σαν ικρίωμα.

Η τεχνική επαναπρογραμματισμού κυττάρων, που πρωτοστάτησε στην έρευνα του εγκεφάλου από τους δικαιούχους BBRF και άλλους κατά την τελευταία δεκαετία, ονομάζεται iPSC, το οποίο σημαίνει τεχνολογία «επαγόμενων πολλαπλών βλαστικών κυττάρων». Έχει πολλές εφαρμογές στην ιατρική, ιδίως στη δημιουργία διαφόρων τύπων "οργανοειδών" - ζωντανών, τρισδιάστατων καλλιεργειών κυττάρων που είναι ομοαξονικά για να αναπτυχθούν εκ νέου ως κυτταρικοί τύποι ειδικοί σε διάφορα σωματικά όργανα. Μια πολλά υποσχόμενη πορεία προς τα εμπρός στη δοκιμή ναρκωτικών και την έρευνα για ασθένειες έγκειται στη δημιουργία οργανοειδών μοντέλων ανθρώπινων οργάνων, για τον προσδιορισμό της αποτελεσματικότητας και της ισχύος των φαρμάκων.

Ενώ οι ερευνητές έχουν πειραματιστεί με στοιχειώδη οργανοειδή εγκεφάλου, η νέα μέθοδος για την αναδημιουργία δομών που εκτελούν το ρόλο του ανθρώπινου αιματοεγκεφαλικού φραγμού, εάν ενσωματωθεί σε εγκεφαλικά οργανοειδή, θα φέρει την επιστήμη ένα μεγάλο βήμα πιο κοντά στη δημιουργία «εγκεφάλων σε ένα πιάτο» που πιστά αναπαραγάγετε τόσο τη δομή όσο και τη λειτουργία των πραγματικών ανθρώπινων εγκεφάλων, ή τμήματα αυτών.

Η αναπαραγωγή του ενδοθηλιακού φραγμού στα εγκεφαλικά οργανοειδή είναι κρίσιμη, διότι ο εγκέφαλος πρέπει να προστατεύεται από ουσίες στο αίμα.

Ο φραγμός αίματος-εγκεφάλου αναπτύσσει «διαρροές» σε ορισμένες ασθένειες, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων νευρολογικών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένης της ALS και της επιληψίας. Είναι επίσης πιο διαπερατό όταν η φλεγμονή στο σώμα φτάνει σε υψηλά επίπεδα. Αυτός μπορεί να είναι ένας τρόπος με τον οποίο τα φλεγμονώδη μόρια εισέρχονται στον εγκέφαλο και διαταράσσουν την κανονική λειτουργία, για παράδειγμα σε σκλήρυνση κατά πλάκας.