Мозг состоит из миллиардов нейронов — уязвимых клеток, которым для нормального функционирования требуется защитная среда. Эта деликатная среда защищена 400 милями специализированной сосудистой сети, предназначенной для ограничения того, какие вещества вступают в контакт с мозгом. Этот гематоэнцефалический барьер необходим для защиты органа от токсинов и патогенов. Но в контексте неврологических заболеваний барьер «становится вашим злейшим врагом», — говорит Энн Эйхманн, доктор философии, профессор медицины (кардиологии) и профессор клеточной и молекулярной физиологии, поскольку он также блокирует прохождение терапевтических препаратов.
В течение многих лет цель неврологов и сосудистых биологов заключалась в том, чтобы найти волшебную палочку для временного открытия и повторного закрытия барьера для введения лекарств. Теперь команда Эйхмана разработала антитело как инструмент для открытия гематоэнцефалического барьера на пару часов, что позволяет доставлять лекарства в больной мозг. Команда опубликовала свои выводы в Nature Communications 4 марта.
«Мы впервые выяснили, как контролировать гематоэнцефалический барьер с помощью молекулы», — говорит Эйхманн, старший автор исследования.
Развитие и поддержание гематоэнцефалического барьера зависят от так называемого сигнального пути Wnt, который регулирует ряд важных клеточных процессов. Команда Эйхмана стремилась выяснить, можно ли модулировать этот путь, чтобы открыть барьер «по требованию».
Когда Кевин Бойе, научный сотрудник Йельского университета и первый автор исследования, присоединился к лаборатории Эйхмана в 2017 году, он решил изучить молекулу, известную как Unc5B, рецептор эндотелиальной мембраны, экспрессируемый в эндотелиальных клетках капилляров. Он обнаружил, что если он нокаутировал этот рецептор у мышей, они умирали на ранних стадиях эмбрионального развития, потому что их сосудистая сеть не формировалась должным образом, что указывает на то, что это важная молекула в развитии сосудов. Он также обнаружил, что белок, известный как Claudin5, который важен для создания плотных соединений между эндотелиальными клетками гематоэнцефалического барьера, также был значительно снижен. Это заставило команду понять, что рецептор может быть важен для поддержания этого барьера.
Ранее не было известной связи между Unc5B и сигнальным путем Wnt. Благодаря этому новому исследованию команда выяснила, что рецептор Unc5B контролирует этот путь, выступая в качестве вышестоящего регулятора.
Затем Бойе пошел еще дальше и удалил рецептор у взрослых мышей с уже установленным гематоэнцефалическим барьером и обнаружил, что барьер остается открытым в отсутствие рецептора. Затем он хотел определить, какие лиганды, которые связываются с рецепторами и посылают сигналы между клетками или внутри них, ответственны за барьерный эффект. Он обнаружил, что один лиганд, Нетрин-1, также вызывал нарушение гематоэнцефалического барьера при его удалении.
Затем команда разработала антитело, которое могло блокировать связывание Netrin-1 с его рецептором. После инъекции антитела команда смогла нарушить сигнальный путь Wnt, в результате чего гематоэнцефалический барьер временно открылся по требованию.
«Это было довольно увлекательное путешествие, особенно разработка наших блокирующих антител», — говорит Бойе. «И увидеть, что мы можем открыть гематоэнцефалический барьер очень чувствительным ко времени способом, чтобы способствовать доставке лекарств».
Поскольку гематоэнцефалический барьер блокирует проникновение всех, кроме небольшого подмножества малых молекул, неврологические заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз, опухоли головного мозга и депрессия, чрезвычайно трудно поддаются лечению. Контроль над барьером будет полезен для будущих предприятий по доставке лекарств. Команда еще не выявила каких-либо потенциальных осложнений, но планирует оценить эффективность и потенциальную токсичность антитела в дальнейших исследованиях.
«Это открывает путь к более интересным фундаментальным исследованиям того, как тело строит такой плотный барьер для защиты своих нейронов и как им можно манипулировать для доставки лекарств», — говорит Эйхманн. «Кроме того, есть возможность использовать это как платформу для доставки лекарств в мозг».
В будущих исследованиях команда надеется понять, как применить полученные результаты к проведению химиотерапии для лечения опухолей головного мозга. В настоящее время они также работают над тем, чтобы увидеть, смогут ли они применить свои антитела к другим областям центральной нервной системы за пределами мозга.