科学家们发现一种让大脑更快、更有效的获得药物的方法

撰稿人 Robin Seaton Jefferson

Nov 18, 2018, 06:46pm

    罗切斯特大学医学中心的研究人员已经发现了一种来潜在的把药物带到大脑的新方法。这项发表在上月《国际医疗卫生机构认证联合委员会洞察》杂志上的研究, 可能会显著的改变我们怎样治疗阿尔茨海默氏症、帕金森症、肌萎缩侧索硬化和脑癌。

3D大脑治疗低多边形渲染。药物益智人类能力刺激智能心智健康。阿尔茨海默病与痴呆患者媒介描画艺术中的医学认知康复。GETTY

    罗切斯特大学医学中心转化神经内科中心联合主任和国际医疗卫生机构认证联合委员会洞察杂志上洞察文章的主要作者麦肯·内德加德医学博士说，"改善向中枢神经系统输送药物是一项相当大的临床挑战，这项研究的结果展示大脑的废物清除系统可以被利用来快速的和有效的将药物输送到大脑"。

    内德加德应该知道。她在2012年发现了淋巴系统------大脑的独特的去除废物的过程。

    按照内德加德, 许多有希望的中枢神经系统疾病疗法已经在临床试验中失败了, 因为很难将足够的有效的药物弄进大脑。"这是因为大脑维持自己的封闭的环境, 它被一个复杂的称为血脑屏障的分子网关系统保护, 这个系统严格的控制进入和退出大脑的"。

    内德加德说, 科学家已经在他们的努力使用抗体来治疗阿尔茨海默氏症患者大脑中积累的淀粉样β斑块的积累时发现了这些限制。罗切斯特大学医学中心的研究人员相信由于抗体通常是通过静脉注射的, 这些大蛋白质进入大脑被血脑屏障阻止。因此, 他们说估计只有 2% 的疗法实际上进入这个器官。

    昆士兰大学克莱姆·琼斯老年痴呆症研究中心主任居尔根·高茨写道， "大脑是珍贵的, 进化已经尽了最大的努力来保护它免受伤害。最明显的是我们7毫米厚的头骨, 而大脑也被保护液(脑脊液--大脑和脊椎的) 和一种叫做脑膜的保护膜包围，这两者都为防止身体伤害提供进一步的防御"。另一个保护元素是血脑屏障。顾名思义, 这是一个大脑的血管 (毛细血管) 和构成大脑组织的细胞和其他成分之间的屏障。虽然头骨、脑膜和脑脊液保护防止身体破坏, 但血脑屏障为抵御可能存在于我们血液中的致病病原体和毒素提供防御。

    德国医生保罗·埃利希在19世纪末当他将一种染料注射进一只老鼠的血液中时发现了血脑屏障。这种染料渗进了除大脑和脊髓以外的所有组织, 表明大脑和血液之间确实存在着一个屏障。但直到20世纪60年代研究人员才能够使用足够强大的显微镜来观察血液的物理层------大脑屏障。

    科学家们现在知道血脑屏障的目的是防止可能导致大脑感染的循环毒素或病原体, 同时允许重要的营养素到达大脑并保持大脑中的激素、营养水平和水。

    高茨写道, 如果血脑屏障被破坏或不知何故受损, 通过例如脑膜炎球菌病的细菌感染它能变得更多漏洞的, 允许细菌和其它毒素来感染大脑组织, 从而导致炎症甚至死亡。而血脑屏障的功能能在其他症状像多发性硬化症症状降低, 其中一个有缺陷的血脑屏障允许白细胞渗透进大脑并攻击从一个大脑细胞 (神经元)向另一个发送信息的功能。

    高茨说,不过,有时我们需要通过这个血脑屏障。绝大多数潜在的药物治疗方法并不容易跨越这个障碍, 对治疗精神和神经疾病构成一个巨大障碍。

    他写道，"围绕这个问题的一个可能的方法是 "欺骗" 血脑屏障允许药物的通过。这就是所谓的特洛伊木马方法, 其中药物融合到一种经由一种能通过血脑屏障转运蛋白的分子上，另一种方法是使用超声波暂时打开血脑屏障"。

    2015年, 高茨和他的同事们表明了使用超声波打开血脑屏障能改善认知和减少积累在大脑中的有毒斑块的量。

    在2017年的一项研究中, 高茨的研究人员宣称了超声波是暂时打开血脑屏障的一个很有前途的工具。他们争辩超声波允许一个治疗的抗体更多进入大脑, 比当单独使用超声波或抗体药物时更多改善阿尔茨海默氏症样的病理和认知。

    内德加德和罗切斯特大学医学中心的新研究挖掘首次由内德加德在 2 0 1 2年发现的淋巴系统的力量。大脑的独特的去除废物的过程, 淋巴系统由一种似乎来扩张大脑的血管的工作的管道系统组成,在大脑中的功能就像淋巴系统在身体其他部位一样-----把脊髓液(CSF) 泵过大脑的组织和冲洗掉废物。内德加德的实验室还报告说他的所谓的淋巴系统主要在我们睡觉时工作, 在创伤性脑损伤后被中断, 并可能在阿尔茨海默氏症等疾病中是一个关键参与者。

    内德加德当时说，对每个器官废物清除是至关重要的, 关于大脑怎样清除它的废物一直存在疑问。"这项工作表明, 大脑正在以一种以比前更有组织的方式和一个远更大的规模进行自我清洁"。

    内德加德的研究小组将该系统称为"淋巴系统", 因为它的作用很像淋巴系统, 但被称为胶质细胞的大脑细胞管理。科学家们已经知道脑脊液在一个叫做扩散的过程通过清洁大脑组织带走废物并将营养物质输送到脑组织中起到一个重要的作用。内德加德的研究小组表明了通过科学家所说的散装流或对流,这个淋巴系统把脑脊髓液远更有效的循环到大脑的每一个角落。

    内德加德说，"这就好像大脑有两个垃圾运输器一样------一个是我们已经知道的缓慢的, 一个是我们刚刚遇到的快速的"。

    研究人员说到目前为止这种系统一直没有引起科学家们的注意, 因为它只在当是完整的和在活体大脑中运行时发挥功能, 因此对早期的科学家因为他们看不到活体动物中的脑脊液流动进行研究很难, 而不得不来研究非活着的大脑组织的部分。科学家现在能用一个双光子显微镜来研究活体的，整个大脑允许他们观察活体动物大脑中的血液、脑脊液和其它物质的流动。

    在这项新的研究中, 研究人员利用淋巴系统的机制将药物输送到小鼠大脑深处, 直接向脑脊液中注射抗体。随后, 他们给小鼠注射了高渗盐水, 这种治疗方法用于降低创伤性脑损伤患者的颅内压。

    研究人员报告说盐水引发一种阳离子失衡, 从而将脑脊液拉出大脑。"当这种情况发生时由淋巴系统提供的新的脑脊液流进来代替它, 将抗体携带到脑组织中"。研究人员开发了一种新的成像系统来非侵入的观察进入动物大脑中抗体的增加。

    按照内德加德, 研究人员相信这种方法不仅可以用来向大脑输送大量的蛋白质抗体, 而且还可以用来转交用于基因治疗的小分子药物和病毒。

    这项研究的合著者包括罗切斯特大学的Benjamin Plog、 Humberto Mestre, Genaro Olveda、Amanda Sweeney、 H. Mark Kenney、Alexander Cove、Kosha Dholakia、Jeffrey Tithof、Thomas Nevins、Iben Lundgaard、Ting Du和罗切斯特大学的Douglas Kelley 。这项研究得到了国家健康研究院、国家神经疾病和中风研究所以及同行审查阿尔茨海默氏症研究方案下负责卫生事务的助理国防部长办公室的支持。

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    罗宾西顿杰斐逊（Robin Seaton Jefferson）刚好与她的24年的丈夫和两个女儿住在圣路易斯外。在Twitter @SeatonJefferson和Facebook上找到她，或在rsjreporter@charter.net联系她。

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