Mózg na chipie pozwoli na tworzenie modeli przedklinicznych
Demencja to termin, pod którym kryją się liczne choroby mózgu z jedną wspólną cechą, jaką jest utrata funkcji poznawczych. W samej Europie dotyka ona około 10 milionów ludzi, przy czym szacunki pokazują, że przed upływem dekady ta liczba jeszcze się podwoi. Niestety, pomimo dziesięcioleci wypełnionych badaniami medycyna nadal nie zna skutecznej metody leczenia tych chorób. „Złożoność budowy mózgu sprawia, że planowanie i opracowywanie nowych rozwiązań medycznych stanowi ogromne wyzwanie”, mówi Manuel Bañobre, pracownik naukowy Międzynarodowego Iberyjskiego Laboratorium Nanotechnologii(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Z tego względu złotym standardem w badaniach i opracowywaniu leków stały się dwuwymiarowa hodowla komórek oraz modele zwierzęce. Jednak, pomijając kwestie etyczne, modele te nie są w stanie w sposób dokładny imitować budowy ani złożoności fizjologicznej mózgu. Tutaj pojawiają się rozwiązania typu „mózg na chipie” (ang. Brain-on-a-Chip, BoC), które mogą wypełnić tę technologiczną lukę. „Dzięki podzieleniu mózgu na wiele różnych struktur komórkowych, przy jednoczesnym zachowaniu ich wzajemnych połączeń, rozwiązania BoC jawią się jako obiecujące, łatwe w obsłudze narzędzie do wykonywania modeli przedklinicznych”, dodaje Bañobre. W wykorzystaniu tej szansy pomóc ma finansowany przez Unię Europejską projekt BrainChip4MED.
Modelowanie bariery krew-mózg
Projekt, który otrzymał wsparcie w ramach działań „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (MSCA), poświęcony był modelowaniu bariery krew-mózg. „Bariera krew-mózg ewoluowała jako dodatkowy system ochrony naczyń krwionośnych, działając jak swego rodzaju strażnik, który zapobiega przedostawaniu się toksyn i innych szkodliwych substancji do mózgu”, wyjaśnia Raquel Rodrigues, stypendystka MSCA prowadząca badania w ramach projektu. Jak zauważa Bañobre, skuteczność tej bariery zależy od fizjologicznej konformacji komórek śródbłonka naczyniowego. W ten sposób powstają ścisłe połączenia o właściwościach adhezyjnych, tworzące półprzepuszczalną barierę bez fenestracji, która ogranicza swobodną dyfuzję i szybką wymianę cząsteczek między krwią a mózgiem. „Ta ochronna bariera krew-mózg stanowi również jedno z głównych wyzwań podczas opracowywania skutecznych leków, które są w stanie przekroczyć tę barierę i dotrzeć do komórek mózgowych”, zauważa Bañobre, który pełni funkcję koordynatora projektu.
Znaczący postęp w modelowaniu bariery krew-mózg
Chcąc sprostać temu wyzwaniu, naukowcy opracowali innowacyjną błonę biologiczną opartą na natywnej macierzy pozakomórkowej mózgu. Nowa błona biologiczna została zbudowana przy użyciu nowej proangiogennej błony na bazie żelatyny, która może wprowadzać i uwalniać czynniki wzrostu potrzebne do prawidłowego unaczynienia mózgu, dzięki czemu rozwiązanie to dokładnie imituje właściwości mechaniczne mózgu, stopień nawodnienia i właściwości adhezyjne. Rezultatem tej pracy jest prosta, szybka i nietoksyczna metoda wytwarzania błony biologicznej dokładnie odwzorowującej barierę krew-mózg, zdolnej do podtrzymywania i generowania idealnych warunków do rozprzestrzeniania się, przylegania i tworzenia ścisłych połączeń komórek śródbłonka naczyniowego przez kilka dni. „Stanowi to znaczący postęp w dotychczasowych pracach nad modelami bariery krew-mózg”, podkreśla Bañobre.
W kierunku lepszej opieki zdrowotnej dla wszystkich
Ostatecznie w ramach projektu uczonym udało się zaprojektować platformę nanomedyczną, która umożliwia wykonywanie badań przesiewowych wybranych preparatów umożliwiających dostarczanie leków do komórek mózgu. Ponadto opracowano nowatorską strategię opartą na bioczujnikach optycznych na potrzeby monitorowania markerów choroby Alzheimera podczas badań przedklinicznych. „Jest to ważny pierwszy krok w kierunku opracowania narzędzia do badań przedklinicznych, które może wspierać decyzje dotyczące rokowania oraz skutecznego leczenia, w tym o zastosowaniu leków lub innych metod nanoterapeutycznych przeznaczonych do leczenia chorób neurodegeneracyjnych, zapewniając lepszą opiekę zdrowotną i poprawę dobrostanu z myślą o całym społeczeństwie”, podsumowuje Rodrigues. Rodrigues kontynuuje prace nad rozwojem prototypu BrainChip4MED, kładąc szczególny nacisk na integrację bioczujników umożliwiających prowadzenie – w sposób ciągły i w czasie rzeczywistym – badań przesiewowych leków i nanonośników leków, które są opracowywane z myślą o leczeniu chorób neurodegeneracyjnych.
