Varför har vissa läkemedel effekt på hjärnan medan andra inte kan? Svaret har att göra med ett av naturens mest sofistikerade skyddsmekanismer: blod-hjärnbarriären.
Vad är blod-hjärnbarriären?
Blod-hjärnbarriären (BBB (blood brain barrier)) är en biologisk barriär som omsluter människans hjärna. Den hjälper till att skydda vårt centrala nervsystem från skadliga ämnen, samtidigt som den tillåter nödvändiga näringsämnen att passera igenom. Blod-hjärnbarriären är en extremt selektiv semipermeabel gräns som skiljer det cirkulerande blodet från hjärnans extracellulära vätska. BBB finns överallt där blodkärl möter hjärnvävnad.
Blod-hjärnbarriären består av kapillärväggarnas endotelceller som är tight sammanfogade av så kallade ”tight junctions”. Dessa celler är omgivna av basalmembran och astrocyter (en typ av gliaceller) som hjälper till att upprätthålla barriärens funktion.
Blod-hjärnbarriären fungerar som en skyddsvägg mot potentiellt skadliga ämnen som finns i blodet, men tillåter samtidigt nödvändiga näringsämnen att passera till hjärnvävnaden. Den skyddar också hjärnan från hormonella förändringar i kroppen och bidrar till att upprätthålla en konstant miljö i hjärnan.
För att en molekyl ska kunna passera BBB, krävs det vanligtvis att den är både liten och lipofil (fettlöslig). Vissa molekyler kan även transporteras aktivt över BBB via specifika transportproteiner.
Blod-hjärnbarriären och läkemedel
Läkemedel som är avsedda att påverka centrala nervsystemet måste kunna passera blod-hjärnbarriären för att kunna ha effekt. Detta är en stor utmaning inom läkemedelsutveckling, eftersom många potentiellt effektiva läkemedel inte kan passera BBB. Därför är forskning kring hur man kan överbrygga eller manipulera BBB för läkemedelsleverans ett aktivt och viktigt forskningsfält.
Exempel på läkemedel som passerar blod-hjärnbarriären
Morfin
Morfin är en opiat som används för att lindra svår smärta. Morfinmolekylen är tillräckligt liten och även fettlöslig vilket gör att den kan korsa blod-hjärnbarriären genom passiv difussion. När morfin passerat BBB binder den till opiatreceptorer i hjärnan.
Diazepam (t.ex. Stesolid, Valium)
Diazepam är en bensodiazepin som används för att behandla bland annat epileptiska kramper och ångest. Diazepam är en liten fettlöslig molekyl vilket gör att den kan korsa blod-hjärnbarriären genom passiv diffusion. Efter att ha passerat BBB binder diazepram till GABA-receptorer i hjärnan. Bensodiazepinr förstärker effekten av signalsubstansen GABA vilket leder till minskad ångest och muskelavslappning.
L-dopa
L-dopa används för att minska besvärande symtom vid Parkinsons sjukdom. Parkinsons sjukdom är en neurodegenerativ sjukdom som kännetecknas av brist på dopamin i vissa delar av hjärnan. L-dopa är en förstadie till dopamin och kan passera blod-hjärnbarriären genom att använda samma transportmekanism som aminosyror. Efter att L-dopa passerat BBB omvandlas L-dopa till dopamin i hjärnan, vilket hjälper till att återställa dopaminnivåer.
Exempel på läkemedel som inte passerar blod-hjärnbarriären
Penicillin
Penicillin är ett antibiotikum och används för att bekämpa bakteriella infektioner. Penicillin har dock begränsad förmåga att passera blod-hjärnbarriären på grund av dess storlek samt att den inte är tillräckligt fettlöslig.
Insulin
Insulin är ett peptidhormon som används för att reglera blodsockernivåer vid diabetes mellitus. Insulin är ett stort protein vilket förhindrar den från att korsa blod-hjärnbarriären.
Vancomycin
Vancomycin är ett antibiotium som, liksom penicillin, används för att bekämpa bakteriella infektioner. På grund av dess storlek och vattenlöslighet kan vancomycin inte lätt passera blod-hjärnbarriären. Det medför att vancomycin inte kan användas för att behandla infektioner i det centrala nervsystemet.
Hur forskare försöker lösa blod-hjärnbarriärens ”problem”
Använda transportproteiner
Ett sätt att förbättra transporten av läkemedel över blod-hjärnbarriären är att utforma läkemedel så att de kan binda till och utnyttja de transportproteiner som naturligt finns i BBB. Dessa proteiner är normalt involverade i transporten av nödvändiga näringsämnen till hjärnan. Genom att ”kamuflera” läkemedel som dessa näringsämnen kan forskare potentiellt förbättra leveransen av läkemedel till hjärnan.
Nanopartiklar
Forskare använder också nanopartiklar för att förbättra läkemedelsleverans över blod-hjärnbarriären. Genom att inkapsla läkemedel i dessa extremt små partiklar kan forskare potentiellt förbättra läkemedlens förmåga att penetrera BBB.
Läs om nanoteknik på SMER (statens medicinsk-etiska råd).
Fokuserad ultraljudsteknik (FUS)
Denna teknik använder ultraljud och mikrobubblor för att tillfälligt ”öppna” blod-hjärnbarriären, vilket gör det möjligt för läkemedel att passera in i hjärnan. Denna teknik är fortfarande i de tidiga stadierna av forskning, men har visat löfte i prekliniska studier.
Genetisk teknik
Genetiska tekniker, som genredigering, används också för att undersöka möjligheten att modifiera BBB för att förbättra läkemedelsleveransen. Till exempel kan forskare potentiellt modifiera de celler som utgör BBB för att producera mer av vissa transportproteiner, vilket skulle kunna förbättra leveransen av vissa läkemedel.
Sjukdomar som påverkar blod-hjärnbarriärens funktion
- Multipel skleros (MS)
- Stroke
- Hjärntumörer
- Meningit
Läs mer
KI.se: ”Nyckel till blod-hjärnbarriären öppnar för behandling mot Alzheimers och stroke”
Theseus.fi ”Ultraljudets olika användningsområden inom hälso-och sjukvården”
Biostock.se ”Läkemedel kan passera blod-hjärnbarriären med ultraljud”.
The University of Queensland: ”What is the blood-brain barrier?”