Липосомы помогут в лечении последствий инсульта
Новое исследование ученых Манчестерского университета показало высокий потенциал использования в лечении пациентов, перенесших инсульт, крошечных внутриклеточных структур под названием липосомы, которые способны преодолевать гематоэнцефалический барьер и быть носителями жизненно важных лекарств, предотвращающих повреждение мозга. Эти микроскопические частицы в 15000 раз меньше булавочной головки, а их диаметр составляет всего 100 нанометров. Крошечный размер и способность использовать внутренние транспортные пути позволяют им легко преодолевать защитный барьер мозга.
Гематоэнцефалический барьер
Гематоэнцефалический барьер представляет собой плотную сеть кровеносных сосудов с тесно вплетенными в них эндотелиальными клетками, которые формируют плотные соединения, а также совокупность других морфологических структур, физиологических и физико-химических механизмов, функционирующих как единое целое.
Все вместе они образуют мембрану с избирательной проницаемостью, или барьер. Он выполняет функцию высокоселективного фильтра, блокируя путь к мозгу циркулирующим в крови опасным микроорганизмам, токсичным веществам и слишком активным элементам иммунной системы, но при этом пропускает питательные вещества, сигнальные молекулы и другие необходимые мозгу соединения.
Только крошечные жирорастворимые молекулы и некоторые газы могут свободно проникать через стенки кровеносных сосудов и получать доступ к мозгу. Глюкоза, например, способна активно проникать сквозь гематоэнцефалический барьер только с помощью специализированных транспортных белков, предназначенных для этой цели. Иными словами, гематоэнцефалический барьер действует как система безопасности для предотвращения попадания в мозг нежелательных веществ.
Почему барьер важен при инсульте
Создавая «зеленый коридор» для некоторых веществ, для целого ряда лекарственных препаратов гематоэнцефалический барьер остается непроницаемым, что обезоруживает врачей в борьбе со многими патологиями центральной нервной системы, в том числе с инсультом: он препятствует лечению поврежденных нейронов головного мозга, не допуская к ним жизненно важные терапевтические вещества.
Как клетки, так и неклеточные компоненты создают огромные трудности для транспортировки лекарств в мозг. В настоящее время при инсульте либо используют тромболитические препараты (растворяющие тромб внутри сосуда и благодаря этому восстанавливающие кровоток в нем), либо удаляя сгусток хирургическим путем в течение максимум 4,5 часов после инсульта. При этом не существует эффективных методов борьбы с сотнями деструктивных процессов, включая окисление и воспаление, которые продолжают травмировать клетки мозга после оказания первой помощи. Если бы лекарствам удалось добраться к месту повреждения, они могли бы изменить ход событий.
Липосомы
Липосомы это внутриклеточные органеллы, представляющие собой крошечные пузырьки воды, окруженные одним или несколькими слоями липидов – длинных цепочек молекул жира, которые встречаются во всех живых организмах. Эти небольшие молекулы произвели революцию в лечении рака, заболеваний кожи и легких, а также доставки вакцин с тех пор, как были впервые обнаружены британским ученым Алеком Бингхэмом в 1965 году. Наиболее широкое применение они получили в качестве носителей лекарств.
Описывая липосомы как «проверенный и испытанный метод доставки лекарственных веществ в организм», ученый Захраа аль-Ахмади отмечает: «Их легко изготавливать и использовать в различных областях здравоохранения. Наше исследование показывает, что липосомы имеют огромное значение, в частности, для неврологов».
В настоящее время эти живые наночастицы применяются в экспериментальной онкологии для целенаправленного воздействия на опухоли противораковыми препаратами, позволяя создать нужную концентрацию лекарственных веществ в пораженных болезнью участках организма, минимизируя при этом их влияние на другие, здоровые части тела.
Исследование
В новом исследовании ученые использовали ультрасовременный метод визуализации, чтобы отследить транспортировку лекарственных препаратов, предназначенных для лечения инсульта, в мозг мышей, у которых искусственным образом было вызвано состояние острого нарушения мозгового кровообращения, с помощью липосом.
Команда доказала, что вызванное инсультом повреждение гематоэнцефалического барьера обеспечило липосомам, которые использовали мембранно-защищенные мешочки, называемые кавеолами, возможность проникнуть через эндотелиальные клетки и таким образом преодолеть барьер. Это означает, что если однажды появятся препараты для предотвращения и лечения гипоксии в клетках головного мозга, липосомы можно было бы использовать в качестве носителей этих лекарств. Это важный этап в предотвращении дальнейшего повреждения мозга и уменьшения негативных последствий инсульта.
Ученые ввели флюоресцирующие липосомы мышам, у которых было вызвано временное прекращение кровотока через главную мозговую артерию для имитации последствий инсульта. Инъекции выполнялись через 30 минут, 4 часа, 24 часа и 48 часов с момента прекращения кровообращения. Таким образом исследователи хотели изучить раннее и отдаленное влияние инсульта на прохождение липосом.
Они обнаружили, что после инсульта липосомы накапливались в пораженных участках мозга, воспользовавшись для этого временным разрушением гематоэнцефалического барьера. Разрушение клеточного барьера происходит в два этапа и в сочетании с поздним разрушением парацеллюлярного барьера, состоящего из базальной мембраны и других компонентов. Эти изменения мозгового барьера обычно происходят еще до начала острого неврологического повреждения.
В результате происходит долговременное накопление липосом в зоне поражения. Впоследствии эти частицы стимулируют процесс восстановления нейронов после инсульта. Кроме того, выяснилось, что глиальные клетки мозга в области, находившейся в условиях ограниченного кровотока, избирательно поглощали больше липосом на поздних стадиях инсульта – примерно на второй-третий день.
Выводы
Это открытие может стать прекрасной возможностью для предотвращения потенциально опасных поздних воспалительных реакций, направленных на восстановление мозга. Тот факт, что липосомы оказались способными проникать в мозг как сразу после приступа, так и позже, то есть дважды, указывает на две отдельные возможности влиять на развитие инсульта, стимулируя регенерацию поврежденных клеток.
«То, что наноматериалы, как выяснилось, могут помочь в лечении инсульта, удивительно, – говорит участник исследовательской команды Стюарт Алан. – Ученые давно пытаются преодолеть трудности в лечении травм и заболеваний головного мозга. Для неврологии возможность справиться с непроницаемостью гематоэнцефалического барьера может стать огромным прорывом и использоваться не только при лечении инсульта, но и найти применение в терапии других состояний – хотя, несомненно, впереди еще много работы».
Сами ученые называют свое открытие важной вехой в использовании липосом и гордятся тем, что применять их теперь можно будет и для борьбы с такой тяжелой патологией, как инсульт. Они надеются, что уже вскоре смогут увидеть результаты этого открытия.
