مدل سه بعدی سد خونی مغزی روی تراشه

محققان مؤسسه فناوری جورجیا، ایالات متحده، تراشه‌ای ساخته‌اند که امکان مدل‌سازی سه بعدی سد خونی مغزی (BBB) را فراهم کرده و بینش جدیدی در مورد چگونگی تسهیل انتقال مولکول‌ها توسط آستروسیت‌ها بین مغز و عروق ایجاد کرده است. این مدل سه بعدی سد خونی مغزی​​ می‌تواند برای آزمایش داروهای مورد نیاز جهت عبور از BBB، مانند آن‌هایی که آلزایمر را هدف قرار می‌دهند، استفاده شود. این مدل به محققان امکان مشاهده نحوه ارتباط آستروسیت‌ها با سلول‌های اندوتلیال عروق را می‌دهد.

به گفته YongTae kim، محقق اصلی مطالعه: “ما باید بتوانیم یک بافت را روی تراشه در وضعیتی سالم مشابه‌سازی کنیم. چنانچه نتوانیم از وضعیت سالم الگوبرداری کنیم، نمی‌توانیم بیماری را نیز الگوبرداری کنیم، زیرا هیچ کنترل دقیقی برای اندازه‌گیری آن نخواهیم داشت. هیچ مدل حیوانی به اندازه کافی به عملکرد پیچیده سد خونی مغزی انسان نزدیک نیست و ما به الگوهای انسانی بهتری نیاز داریم زیرا داروهای آزمایشی که با موفقیت وارد مغز حیوانات شده‌اند در سد خونی مغزی انسانی با شکست مواجه شدند.

این مطالعه به طور دقیق نشان می‌دهد که آستروسیت‌ها چگونه جذب مواد را از طریق BBB، تنظیم می‌کنند. با توجه به نیاز مغز، آستروسیت‌ها در زمان واقعی برای دستیابی به آنچه که مغز بدان نیاز دارد، با عروق همکاری و دریچه‌های خود را باز می‌کنند تا تنها به آب و مواد مغذی اجازه عبور دهند.

به گفته محققان، آستروسیت‌ها از ساختار پروتئین آکوآپورین 4 در غشای خود استفاده می‌کنند تا آب را از عروق خارج کرده و مواد زائد را از مغز آزاد کنند. در تراشه‌های قبلی، بیان آکوآپورین 4 مشاهده نشده بود. این تراشه اولین نمونه است که می‌تواند در تحقیقات مربوط به بیماری آلزایمر مهم باشد، زیرا آکواپورین 4 برای پاکسازی پروتئین‌های شکسته شده از مغز بسیار حائز اهمیت است.

طبق گفته محققان، آستروسیت‌ها سطوح افزایش‌یافته سیگنال‌های استرس را در محیط کشت سه بعدی برخلاف کشت دوبعدی، بیان نمی‌کنند و همین امر بیانگر سالم‌تر بودن آن‌هاست. آستروسیت‌ها در کشت دو بعدی میزان قابل توجهی LCN2 نسبت به کشت سه بعدی بیان می‌کنند ولی این میزان در کشت دوبعدی تقریباً یک چهارم است. آستروسیت‌ها در محیط کشت سه بعدی واکنش ایمنی بهتری نیز در پاسخ به استرس نشان دادند که باز هم سالم‌تر بودن آن‌ها را نشان می‌دهد.

در آزمایش‌های مربوط به تحویل دارو، نانوذرات پس از درگیر شدن با گیرنده‌های سلول‌ اندوتلیال از طریق سد خونی مغزی منتقل شده و همین امر باعث می‌شود سلول‌ها ذرات را درگیر کنند و سپس آن‌ها را به مغز انتقال دهند. به گفته Kim: “هنگامی‌که گیرنده را مهار کردیم، اکثر نانوذرات قادر به ورود دارو نبودند. این نوع آزمایش به دلیل عدم دقت گونه‌های متقابل بین حیوانات و انسان‌ها در مدل‌های حیوانی کارساز نخواهد بود. این یک نمونه از نحوه عملکرد تراشه جدید بود که به ما امکان مطالعه سد خونی مغزی انسان را برای تحویل داروها به روشی که نمی‌توان در مدل‌های حیوانی به آن رسید، می‌دهد.”