دانشمندان سیگنال ضروری برای تشکیل سد خونی مغزی را شناسایی کردند

چه چیزی باعث ایجاد لایه حیاتی سلول های محافظ در اطراف مغز و نخاع می شود -; سد خونی مغزی -؛ نفوذپذیری کم و بیش یکی از سوالات مبهم در علوم اعصاب بوده است.

درک اینکه چگونه مانع برای ورود یا جلوگیری از ورود مواد خاص کار می کند، پیامدهای مهمی برای همه چیز از پیشرفت بیماری گرفته تا تحویل دارو دارد.

اکنون، یک مطالعه جدید دانشکده پزشکی هاروارد، که در 11 ژوئیه منتشر شده است سلول رشدی، دانشمندان را یک قدم به کشف آن نزدیکتر کرده است.

این تیم با کار روی گورخرماهی و موش دریافتند که سیگنالی که از یک ژن در نورون‌ها نشات می‌گیرد برای تشکیل صحیح سد خونی مغزی در طول رشد جنینی ضروری است و کمک می‌کند تا اطمینان حاصل شود که این مانع در طول بزرگسالی دست نخورده باقی می‌ماند.

اگر این یافته ها در آزمایشات بعدی حیوانی و در نهایت در انسان تکرار شود، می تواند به دانشمندان در کنترل نفوذپذیری سد خونی مغزی کمک کند. با انجام این کار، محققان ممکن است بتوانند راه‌های مؤثرتری برای انتقال داروهای سرطان یا روان‌پزشکی به مغز و استراتژی‌های بهتری برای مبارزه با آسیب‌های سدی ناشی از تخریب عصبی یا سکته ایجاد کنند.

دنبال علم

سد خونی مغزی از سلول های به هم پیوسته محکم ساخته شده است. سلول های اندوتلیال، پری سیت ها و آستروسیت ها -؛ پوشش رگ های خونی مغز و نخاع که سیستم عصبی مرکزی را تشکیل می دهند. این سلول ها با هم یک غشای لایه ای و نیمه تراوا را تشکیل می دهند که به طور انتخابی مواد مغذی و مولکول های کوچک را وارد می کند و در عین حال از مواد مضر جلوگیری می کند.

ناتاشا اوبراون، سرپرست تیم تحقیق در زیست شناسی سیستم ها در HMS، توضیح داد: در زندگی عادی و روزمره، شما به یک سد خونی مغزی نیاز دارید تا از شما در برابر هجوم سموم و عوامل بیماری زا در خون محافظت کند. در سپتامبر آزمایشگاه خود را در دانشگاه راتگرز شروع کرد.

در مورد بیماری های عصبی مانند آلزایمر یا پارکینسون یا سکته مغزی، سد شروع به شکستن می کند و سیستم عصبی مرکزی را مستعد عفونت می کند. از طرف دیگر، نفوذناپذیری سد مانعی برای رساندن دارو به مغز است.

برای دهه‌ها، دانشمندان می‌دانستند که نفوذپذیری سد خونی مغزی تا حدی توسط سلول‌های محیط اطراف کنترل می‌شود. به عنوان ریز محیط شناخته می شود. با این حال، ژن های موجود در آن سلول های مجاور تا حد زیادی یک راز باقی مانده است.

بدون اطلاع محققان، سرنخ اصلی در حال شنا کردن در داخل مخازن ماهی در آزمایشگاه نویسنده ارشد شان مگاسون، استاد زیست‌شناسی سیستمی در موسسه بلاواتنیک در HMS بود.

اوبراون در حال مطالعه ژنی به نام بود mfsd2aa هنگامی که جهش پیدا می کند، باعث می شود که سد خونی مغزی در گورخرماهی در سراسر مغز نشت کند. با این حال، او متوجه شد که برخی از گورخرماهی ها دارای مانعی هستند که در قسمت جلویی و مغز میانی قابل نفوذ است، اما در مغز عقب دست نخورده است.

این مشاهدات من را به سمت سوراخ خرگوشی برای یافتن ژنی که باعث نفوذپذیری سد خونی مغزی می‌شود، هدایت کرد.»

ناتاشا اوبراون، پژوهشگر در زیست شناسی سیستم ها در HMS

یک شخصیت جدید ظاهر می شود

اوبراون غربالگری های ژنتیکی را روی گورخرماهی انجام داد و متوجه شد که شکست ناحیه خاص سد با جهش در ارتباط است. سpock1 – ژنی که نامش شخصیت Star Trek را به یاد آورد اما برای او ناآشنا بود.

اوبراون در یک سری آزمایش روی گورخرماهی و موش تایید کرد که الف اسپک 1 جهش باعث شد که سد خونی مغزی در برخی مناطق نفوذپذیر شود اما در برخی دیگر نه. اون هم اینو دید اسپک 1 در نورون های سراسر شبکیه، مغز و نخاع بیان شد، اما نه در سلول هایی که خود سد را تشکیل می دهند.

در آزمایشات بعدی، حیوانات با a اسپک 1 جهش دارای وزیکول های بیشتری بود – حباب های بین سلولی که می توانند مولکول های بزرگ را از سد خونی مغزی عبور دهند – در سلول های اندوتلیال آنها آنها همچنین غشای پایه کوچکتری داشتند، شبکه ای از پروتئین ها که بین سلول های اندوتلیال و پری سیت ها در سد یافت می شود. تجزیه و تحلیل RNA سلول به سلول نشان داد که اسپک 1 باعث تغییراتی در بیان ژن در سلول‌های اندوتلیال و پری‌سیت‌ها در سد خونی مغزی شد، اما در سایر انواع سلول‌های مغز تغییری نکرد. وقتی اوبراون دوز از انسان SPOCK1 پروتئین در مغز گورخرماهی، حدود 50 درصد از عملکرد سد خونی مغزی را با ترمیم پری سیت بازیابی کرد.–فعل و انفعالات سلول های اندوتلیال در سطح مولکولی

بر اساس این یافته ها، محققان به این نتیجه رسیدند که Spock1 پروتئین تولید شده توسط نورون ها به سد خونی مغزی می رود، جایی که شروع به تشکیل صحیح سد در طول تکامل می کند و به حفظ سد بعد از آن کمک می کند.

“اسپاک 1 یک سیگنال عصبی ترشح شده قوی است که قادر به ترویج و القای خواص مانع در این رگ های خونی است. اوبراون گفت: بدون آن، شما یک سد خونی-مغزی عملکردی نخواهید داشت. این مانند جرقه ای روی اجاق گاز است که نشانه ای را ارائه می دهد که به برنامه مانع می گوید که روشن شود.

تکمیل تصویر

این مطالعه به تحقیقات فزاینده‌ای توسط زیست‌شناس مشهور سد خونی-مغزی، چنگ‌هوا گو، استاد نوروبیولوژی در HMS، محقق در موسسه پزشکی هوارد هیوز و نویسنده مقاله جدید اضافه می‌کند. آزمایشگاه او در حال مطالعه یک سیستم قاچاق سلولی است که به نظر می رسد نفوذپذیری سد خونی مغزی را از طریق تنظیم می کند. Mfsd2a، و کاوش سایر جنبه های ریزمحیط که ممکن است درگیر باشد. در مجموع، این کار به دانشمندان تصویر کاملی از نحوه عملکرد سد خونی مغزی ارائه می دهد.

به دست آوردن این تصویر کامل ضروری است زیرا محققان تلاش می کنند نفوذپذیری مانع را دستکاری کنند. برای تحویل دارو، آنها اغلب می‌خواهند سد را نفوذپذیرتر کنند، بنابراین درمان‌هایی که برای سرطان یا اختلالات روانپزشکی مؤثر هستند، می‌توانند به مغز برسند و وظایف خود را انجام دهند. برای بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی مانند پارکینسون و آلزایمر یا موقعیت‌هایی مانند سکته، دانشمندان می‌خواهند با بدتر شدن سد خونی مغزی که سیستم عصبی مرکزی را در برابر حملات خارجی آسیب‌پذیر می‌کند، مقابله کنند.

اوبراون اشاره کرد که اسپک 1 هدف جذابی برای کنترل خواص سد خونی مغزی است زیرا در انسان حفظ می شود و به نظر می رسد به عنوان یک تنظیم کننده سطح بالایی از سلول های مانع در طول توسعه عمل می کند.

او اکنون می‌خواهد بررسی کند که چگونه دودمان‌های مختلف پری‌سیت‌ها در سد به طور متفاوت تحت تأثیر قرار می‌گیرند اسپک 1 سیگنالینگ. او همچنین می‌خواهد مدل‌های سکته مغزی را آزمایش کند تا ببیند آیا تجویز می‌شود یا خیر اسپک 1 می تواند با اثرات سکته مغزی بر سد خونی مغزی مقابله کند.

اوبراون گفت: «این اولین سیگنال عصبی نیست که دانشمندان یافته‌اند، اما این اولین سیگنال از نورون‌ها است که به‌نظر می‌رسد به طور خاص ویژگی‌های مانع را تنظیم می‌کند. “من فکر می کنم این باعث می شود که این یک ابزار قدرتمند برای تلاش و تغییر سوئیچ باشد.”