Menu

De bloed-hersenbarrière

De hersenen zijn het enige orgaan met een ingebouwd beveiligingssysteem, een netwerk aan bloedvaten die essentiële voedingsstoffen doorlaten maar andere stoffen de toegang weigeren. Helaas staat dit systeem zo strak afgesteld dat het alles de doorgang belemmert, niet alleen schadelijke stoffen, maar vaak ook levensreddende medicijnen die gewonde of zieke hersenen zouden kunnen repareren. Nieuw onderzoek biedt onderzoekers nu creatieve manieren om deze barrière te verleiden om medicatie toch door te laten.

Van hypothese naar visueel bewijs

Elke gedachte en elke handeling vragen een heel precieze communicatie tussen de zenuwcellen in de hersenen. Maar een succesvolle overdracht van deze berichten vereist ook een stabiele omgeving. Tegen het eind van de 19e eeuw zetten de verrassende resultaten van een routineonderzoek een reeks experimenten in gang die lieten zien hoe de hersenen zich gescheiden weten te houden van de natuurlijke chemische fluctuaties die zich in het lichaam voordoen.

Mysterieuze barrière

Al lang voordat de Duitse wetenschapper Paul Ehrlich een geneesmiddel voor syfilis had ontwikkeld, dat hem later de Nobelprijs zou opleveren, was hij gefascineerd door de manier waarop verschillende soorten weefsel op verschillende manieren chemische kleuringen absorbeerden. Ehrlichs uiteindelijke doel was nieuwe onderdelen te vinden die ziekteverwekkers zouden kunnen aanvallen. Maar terwijl hij hiermee bezig was deed hij een bijzondere ontdekking.

In 1885 injecteerde hij blauwe kleurstof in de bloedbaan van muizen. De stof kleurde alle organen van het dier blauw aan – alle organen behalve de hersenen. In een volgend experiment in 1913, injecteerde een van Ehrlichs studenten dezelfde kleurstof rechtstreeks in muizenhersenen. Nu kleurden de hersenen blauw, maar de rest van de organen niet.

Hoewel deze experimenten leken te wijzen op een fysieke barrière tussen de hersenen en de bloedbaan, was er destijds nog geen manier om een dergelijke barrière aan te tonen.

Een ingewikkeld netwerk aan bloedvaten

Bron: decade3d – Adobe Stock

Pas in de jaren ’60 slaagden wetenschappers er in om de barrière die de hersenen van de rest van het lichaam gescheiden houdt te bekijken. Met behulp van een microscoop die zo’n 5000 keer sterker was dan de microscoop die Ehrlich tot zijn beschikking had gehad, konden wetenschappers de anatomie van het netwerk aan bloedvaten in de hersenen in detail bekijken.

Wetenschappers ontdekten dat de bloedvaten van de hersenen als het ware ‘gevoerd’ zijn met een laagje cellen; endotheelcellen. Deze cellen dienen als een raakvlak tussen bloed en bloedvatwand. Echter, anders dan bij de bloedvaten in het lichaam zijn de endotheelcellen in de hersenen heel dicht op elkaar gepakt. Ze vormen op deze manier een zo goed als ondoordringbare scheidingslijn tussen hersenen en bloedbaan; de bloed-hersenbarrière.

De bloed-hersenbarrière omzeilen

De bloed-hersenbarrière voorkomt dat schadelijke stoffen zoals gifstoffen (toxines) en bacteriën de hersenen binnendringen. Maar wetenschappers wisten dat de hersenen ook afhankelijk zijn van de aanlevering van hormonen en essentiële voedingsstoffen vanuit andere organen van het lichaam.

Om te bepalen hoe de barrière van de hersenen bepaalt welke moleculen wel welkom zijn en welke de toegang geweigerd moeten worden, injecteerden wetenschappers chemicaliën in de bloedbaan van dieren, om vervolgens te meten wat daarvan tot in de hersenen wist door te dringen.

Toegang tot de hersenen

Uitgebreid onderzoek heeft geleerd dat hele kleine en/of in vet oplosbare verbindingen, inclusief antidepressiva, medicijnen tegen angstgevoelens, alcohol, cocaïne en veel hormonen, in staat zijn om zonder al te veel moeite door de bloed-hersenbarrière heen weten te glippen. Grotere moleculen zoals glucose of insuline daarentegen, moeten er doorheen worden getransporteerd door eiwitten. Deze transporteiwitten, die zich in de wanden van de bloedvaten in de hersenen bevinden, kiezen de gewenste moleculen en trekken die vanuit het bloed de hersenen in.

Cellen in en aan beide kanten van de bloed-hersenbarrière hebben voortdurend contact met elkaar over de moleculen die mogen worden doorgelaten en wanneer. Als de zenuwcellen in een hersengebied bijzonder hard moeten werken, zullen ze de bloedvaten vragen om zich verder uit te zetten, zodat de benodigde voedingsstoffen snel vanuit het bloed naar de zenuwcellen kunnen reizen.

Gevaarlijke lekken

Als de bloed-hersenbarrière defecten gaat vertonen, zoals bij sommige vormen van kanker of infecties, of wanneer zich kleine scheurtjes in de bloedvaten vormen, dan kan het gebeuren dat stoffen die normaal gesproken geweerd worden zich toch toegang weten te verschaffen tot de hersenen, en daar vervolgens problemen veroorzaken. Er zijn aanwijzingen dat een verzwakte bloed-hersenbarrière voorafgaat aan een aantal neurodegeneratieve aandoeningen, of die versnellen of bijdragen aan het ontstaan er van. Zo zijn er bijvoorbeeld onderzoeken die wijzen op lekkage in de bloed-hersenbarrière bij mensen met multipele sclerose (MS), waarbij een overdaad aan witte bloedlichaampjes in de hersenen terechtkomt. Zo gauw deze bloedlichaampjes toegang tot de hersenen hebben vallen ze het myeline aan, de isolerende laag tussen de zenuwcellen, en dat leidt dan weer tot de verwoestende symptomen van deze aandoening.

De ontwikkeling van medicijnen die door de bloed-hersenbarrière kunnen dringen

Het repareren van lekkage in de bloed-hersenbarrière is een horde die de wetenschap nog moet nemen. Een andere horde is het vinden van nieuwe manieren om openingen in de barrière te creëren, zodat levensreddende medicijnen in de hersenen terecht kunnen komen.
Geschat wordt dat 98% van de geschikte medicatie niet in staat is om door die barrière heen te breken. Als gevolg daarvan zijn de mogelijkheden voor patiënten met een hersentumor en andere hersenaandoeningen beperkt.

Oversteekplaatsen

In het licht van deze uitdagingen, zijn onderzoekers nu bezig met het ontwikkelen van creatieve strategieën waarmee de slagbomen tijdelijk open gaan om medicatie de kans te geven door te dringen in de hersenen.

Eén manier waarop wetenschappers de barrière beter doordringbaar willen maken is via het toedienen van een oplossing die water wegzuigt uit de weefsels van nabijgelegen aderen met toegang tot de hersenen. Deze oplossing onttrekt water uit de endotheelcellen in de hersenen, waardoor ze verschrompelen, wat dan weer openingen creëert waar medicatie tijdelijk doorheen kan. Binnen een paar uur hebben de cellen weer hun normale maat, en worden de sluizen weer gesloten.

Deze experimentele manier is in een aantal gevallen met succes ingezet om chemotherapie toe te kunnen dienen aan patiënten met een hersentumor. De techniek is ook gebruikt om tijdelijk openingen te creëren in de barrière, waardoor vervolgens een micro-catheter kon worden ingevoerd om antistollingsmiddelen te kunnen toedienen na een beroerte.

Wetenschappers zijn ook bezig nieuwe strategieën te ontwikkelen om medicatie vast te hechten aan moleculen die sowieso toegang hebben. Deze ‘Paard van Troje’ methode is met succes ingezet bij diermodellen, waarbij medicatie kon worden toegediend – zonder schadelijke gevolgen – die anders geen toegang tot de hersenen hadden gehad. Maar experts geven hierbij een winstwaarschuwing: deze techniek heeft het stadium van klinische trials nog niet bereikt.

Door de ontwikkeling van nieuwe technieken creëren onderzoekers nieuwe manieren om de bloed-hersenbarrière te doordringen zodat levensreddende medicatie de hersenen bereikt. Ondanks dat er nog veel uitdagingen zijn op dit vlak, zijn veel wetenschappers positief over de ontwikkelingen en verwachten ze dat de nieuwe kennis leidt tot een betere behandeling van een aantal hersenaandoeningen.

Bron: BrainFacts.org
Vertaling: Wilma Verweij
Afbeelding: decade3d – AdobeStock