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Blut-Hirn-Schranke - Was ist das und wie funktioniert es?

Die Blutgefäße des Gehirns sind mit Endothelzellen ausgekleidet, die fest miteinander verkeilt sind, wodurch eine fast undurchlässige Grenze zwischen Gehirn und Blutkreislauf entsteht. Das Gehirn ist das einzige Organ, von dem bekannt ist, dass es ein eigenes Sicherheitssystem hat, ein Netzwerk von Blutgefäßen, das den Eintritt essentieller Nährstoffe ermöglicht und gleichzeitig andere Substanzen blockiert. Leider schützt diese Barriere so effektiv vor dem Durchgang von Fremdstoffen, dass sie oft verhindert, dass lebensrettende Medikamente das verletzte oder erkrankte Gehirn reparieren können. Neue Studien führen Forscher zu kreativen Wegen, um diese Barriere zu öffnen und sie dazu zu bringen, Medikamente eindringen zu lassen.

Von der Hypothese zum visuellen Beweis

Jeder Gedanke, den Sie haben, und jede Handlung, die Sie ergreifen, erfordert eine präzise Kommunikation zwischen den Nervenzellen in Ihrem Gehirn. Damit diese Nachrichten erfolgreich übertragen und empfangen werden können, muss die Umgebung stabil sein. In den späten 1800er Jahren setzten die überraschenden Ergebnisse eines Routinetests eine Reihe von Experimenten in Gang, die zeigten, wie sich das Gehirn von den natürlichen chemischen Fluktuationen trennt, die im Körper auftreten.

Mysteriöse Barriere

Lange bevor der deutsche Wissenschaftler Paul Ehrlich ein Heilmittel gegen Syphilis entwickelte, dass ihm später den Nobelpreiseinbringen sollte, war er fasziniert von der Art und Weise, wie verschiedene Gewebetypen chemische Farbstoffe unterschiedlich aufnehmen. Ehrlichs ultimatives Ziel war es, neue Verbindungen zu finden, die krankheitserregende Mikroben angreifen könnten. Aber im Laufe dieser Arbeit machte er eine seltsame Entdeckung.

1885 injizierte Ehrlich blauen Farbstoff in den Blutkreislauf von Mäusen. Der Farbstoff färbte alle Organe der Tiere blau - außer ihren Gehirnen. In einem Folgeexperiment im Jahr 1913 injizierte einer von Ehrlichs Schülern den gleichen Farbstoff direkt in das Gehirn von Mäusen. Diesmal wurden die Gehirne blau, während die anderen Organe dies nicht taten.

Obwohl diese Experimente eine physische Barriere zwischen dem Gehirn und dem Blutkreislauf nahelegten, konnte mit den damaligen Instrumenten keine solche Barriere nachgewiesen werden.

Ein kompliziertes Netzwerk von Blutgefäßen

Es dauerte bis in die 1960er Jahre, bis Wissenschaftler einen Blick auf die tatsächliche Barriere zwischen dem Rest des Körpers und dem Gehirn erhaschen konnten. Mit einem Mikroskop, das etwa 5.000 mal leistungsfähiger war als das von Ehrlich verwendete, konnten die Wissenschaftler die detaillierte Anatomie des Netzwerks von Blutgefäßen im Gehirn sehen, das die heutige Blut-Hirn-Schranke umfasst.

Ähnlich wie alle anderen Blutgefäße im Körper erfuhren die Wissenschaftler, dass die Blutgefäße des Gehirns mit Endothelzellen ausgekleidet sind, die als Schnittstelle zwischen zirkulierendem Blut und der Gefäßwand dienen. Im Gegensatz zu anderen Blutgefäßen im Körper sind die Endothelzellen im Gehirn jedoch fest miteinander verkeilt, wodurch eine nahezu undurchlässige Grenze zwischen Gehirn und Blutkreislauf entsteht.

Die Barriere des Gehirns umgehen

Die Blut-Hirn-Schranke hilft, schädliche Substanzen wie Toxine und Bakterien daran zu hindern, in das Gehirn einzudringen. Aber Wissenschaftler wussten, dass das Gehirn auch von der Abgabe von Hormonen und Schlüsselnährstoffen, einschließlich Glukose und mehreren Aminosäuren, aus anderen Organen des Körpers abhängt.

Um zu bestimmen, wie der Türsteher des Gehirns entscheidet, welche Moleküle aufgenommen und welche abzuwenden sind, injizierten Wissenschaftler Chemikalien in die Blutbahnen von Tieren und maßen später die Menge, die im Gehirn ankam.

Zugang zum Gehirn

Durch umfangreiche Studien haben Wissenschaftler herausgefunden, dass Verbindungen, die sehr klein und / oder fettlöslich sind, einschließlich Antidepressiva, Anti-Angst-Medikamente, Alkohol, Kokain und viele Hormone, in der Lage sind, ohne viel Aufwand durch die Endothelzellen zu schlüpfen, aus denen die Blut-Hirn-Schranke besteht. Im Gegensatz dazu müssen größere Moleküle wie Glukose oder Insulin durch Proteine transportiert werden. Diese Transporter Proteine, die sich in den Blutgefäßwänden des Gehirns befinden, schnappen sich selektiv und ziehen die gewünschten Moleküle aus dem Blut in das Gehirn.

Zellen innerhalb und auf beiden Seiten der Blut-Hirn-Schranke stehen in ständiger Kommunikation darüber, welche Moleküle wann durchgelassen werden sollen. Wenn zum Beispiel die Nervenzellen in einer Region des Gehirns besonders hart arbeiten, signalisieren sie den Blutgefäßen, sich zu erweitern, so dass zelltreibende Nährstoffe schnell vom Blut zu den bedürftigen Nervenzellen gelangen können.

Gefährliches Leck

Wenn die Blut-Hirn-Schranke zusammenbricht, wie es bei einigen Hirntumoren und Hirninfektionen der Fall ist oder wenn winzige Brüche an Blutgefäßen auftreten, gelangen einige Substanzen, die normalerweise aus dem Gehirn ferngehalten werden, in das Gehirn und verursachen Probleme für das Gehirn.

Einige Hinweise deuten darauf hin, dass die Schwächung der Blut-Hirn-Schranke sogar einer Reihe von neurodegenerativen Erkrankungen vorausgehen, sie beschleunigen oder dazu beitragen kann. Zum Beispiel deuten Studien darauf hin, dass eine undichte Blut-Hirn-Schranke zu viele weiße Blutkörperchen in die Gehirne von Menschen mit Multipler Sklerose (MS) lässt. Mit Zugang zum Gehirn greifen diese Zellen Myelinan, die isolierende Beschichtung zwischen Nervenzellen an, was zu den verheerenden Symptomen der Krankheit führt.

Entwicklung von Medikamenten, die die Blut-Hirn-Schranke durchdringen können

Die Reparatur von Leckagen in der Blut-Hirn-Schranke ist eine Hürde für Wissenschaftler. Eine andere ist die Bestimmung neuer Wege, um Öffnungen in der Schranke zu schaffen, damit lebensrettende Medikamente auf das Gehirn zugreifen können.

Schätzungsweise 98 Prozent der potenziellen medikamentösen Behandlungen für Hirnerkrankungen sind nicht in der Lage, die Blut-Hirn-Schranke zu durchdringen. Infolgedessen gibt es begrenzte Möglichkeiten für Patienten mit Hirntumoren und anderen neurologischen Erkrankungen.

Barriere Übergänge

Angesichts dieser Herausforderungen entwickeln Forscher nun kreative Strategien, um die Barriere vorübergehend zu öffnen, damit Medikamente ihre Ziele im Gehirn erreichen können.

Eine Möglichkeit, wie Wissenschaftler versuchen, die Blut-Hirn-Schranke durchlässiger zu machen, besteht darin, eine Lösung zu verabreichen, die Wasser aus dem umgebenden Gewebe einer Arterie saugt, die zum Gehirn führt. Diese Lösung zieht Wasser aus den Endothelzellen des Gehirns, wodurch sie schrumpfen, wodurch Lücken entstehen, durch die Medikamente vorübergehend passieren können. Innerhalb weniger Stunden kehren die Zellen zur normalen Größe zurück und schließen das Schleusentor wieder.

Diese experimentelle Methode wurde verwendet, um einigen Patienten mit Hirntumoren erfolgreich Chemotherapeutika zu geben. Forscher haben diese Technik auch verwendet, um vorübergehend Lücken in der Barriere zu schaffen, durch die sie einen Mikrokatheter einfädeln können, um nach einem Schlaganfall Antilotting-Medikamente zu liefern.

Wissenschaftler entwickeln auch neue Strategien, um Medikamente an Moleküle anzuheften, die auf natürliche Weise über die Barriere transportiert werden. Diese sogenannte "Trojanische Pferd"-Methode hat in mehreren Tiermodellen Erfolge gezeigt, indem sie es Medikamenten ermöglichte, die sonst aus dem Gehirn ausgeschlossen waren, ohne Nebenwirkungen einzusteigen. Experten warnen jedoch davor, dass eine solche Technik noch in klinischen Studien getestet werden muss.

Durch die Entwicklung neuer Gehirntechnologien schaffen Wissenschaftler neue Wege, um die Blut-Hirn-Schranke zu befreien, so dass lebensrettende Medikamente bestimmte Ziele im Gehirn erreichen können, ohne die laufende Aktivität zu beeinträchtigen. Obwohl wahrscheinlich zahlreiche Herausforderungen vor uns liegen, hoffen viele Wissenschaftler, dass neue Erkenntnisse über die Funktion der Blut-Hirn-Schranke unter normalen und kranken Bedingungen eines Tages zu besseren Behandlungen für einige der schwierigsten und hartnäckigsten Gehirnerkrankungen führen werden.

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