충분한 양의 맥주를 마시면 의자에서 떨어지거나 전혀 모르는 사람에게 2000년대 초 잼의 가사를 큰 소리로 낭송하게 될 수 있습니다. 왜냐하면 알코올은 신체의 가장 강력한 방어막 중 하나를 통과할 수 있기 때문입니다. 알러지 약 때문에 술에 취했거나 취한 적이 있거나 졸린 적이 있다면 일부 분자가 혈뇌 장벽이라는 방어 시스템을 무너뜨리고 뇌로 들어갈 때 어떤 일이 일어나는지 경험한 적이 있을 것입니다.

뇌를 통과하는 수백 마일의 모세혈관 벽에 내장된 장벽은 혈액의 대부분의 분자가 민감한 뉴런에 도달하지 못하도록 합니다. 두개골이 외부의 물리적 위협으로부터 뇌를 보호하는 것과 마찬가지로 혈뇌 장벽은 화학적 및 병원성 위협으로부터 뇌를 보호합니다.

그것은 진화의 환상적인 위업이지만, 그 장벽은 뇌에 치료제를 전달하기 위해 그것을 선택적으로 극복하기 위해 수십 년을 보냈던 약물 개발자들에게 매우 성가신 일입니다. 생의학 연구자들은 장애가 일부 질병의 핵심인 것처럼 보이고 장벽을 조작하면 특정 조건의 치료를 개선하는 데 도움이 될 수 있기 때문에 장벽을 더 잘 이해하기를 원합니다.

“지난 XNUMX년 동안 우리는 많은 것을 배웠습니다. 엘리자베스 레아, 워싱턴 대학 의학 기억 및 뇌 건강 센터의 연구 생물학자. 그러나 "우리는 확실히 기판과 치료제를 전달하는 데 여전히 어려움에 직면해 있습니다."

보호하지만 요새는 아닙니다.

신체의 나머지 부분과 마찬가지로 뇌도 필수 영양소와 산소를 공급하고 노폐물을 제거하기 위해 순환하는 혈액이 필요합니다. 그러나 혈액 화학은 끊임없이 변동하며 뇌 조직은 화학적 환경에 극도로 민감합니다. 뉴런은 의사소통을 위해 이온의 정확한 방출에 의존합니다. 이온이 혈액 밖으로 자유롭게 흐를 수 있다면 그 정밀도는 손실될 것입니다. 다른 유형의 생물학적 활성 분자도 섬세한 뉴런을 자극하여 생각, 기억 및 행동을 방해할 수 있습니다.

"적절한 뇌 기능을 위해 환경을 제어하기 위해 실제로 존재합니다."라고 말했습니다. 리처드 데인먼, 캘리포니아 대학교 샌디에고의 약리학 부교수.

따라서 혈액 뇌 장벽은 보호 기능을 제공하지만 요새 주변의 벽과 같은 분리된 구조는 아닙니다. 대신, 이 용어는 뇌 혈관의 고유한 특성과 해당 혈관 주위를 밀접하게 감싸고 있는 이웃 뇌 세포의 특성을 나타냅니다.

대부분의 신체 모세혈관은 분자 수준에서 "누설"되어 있어 영양분과 기타 물질이 자유롭게 흐를 수 있습니다. 그들의 투과성은 신장 및 간과 같은 기관의 기능에 매우 중요합니다.

그러나 뇌의 혈관은 더 높고 덜 새는 기준으로 만들어졌습니다. 모세혈관 벽을 구성하는 내피 세포는 밀착 연접이라는 구조에 의해 서로 단단히 고정되어 있습니다. 얇은 평행 단백질 가닥은 "벽돌을 통과하는 전선"처럼 세포를 함께 붙입니다. 엘리사 코노파구, Columbia University의 생물 의학 공학 및 방사선과 교수. 몇 가지 종류의 분자가 지나갈 수 있지만 소량입니다. 그리고 그들은 대부분 매우 작고 수용성입니다.

그러나 뇌는 포도당과 인슐린과 같은 다른 많은 분자도 필요로 하는데, 이 분자들은 단단한 접합부 사이를 비집고 들어갈 수 없습니다. 따라서 장벽에는 엘리트 클럽의 경비원처럼 특정 분자만 허용하고 대부분의 침입자를 신속하게 배출하는 펌프와 수용체가 늘어서 있습니다. 모세혈관 벽 자체 너머에는 장벽을 유지하고 투과성을 조정하는 데 도움이 되는 혈관주위세포 및 성상세포를 포함한 지지 세포층이 있습니다.

그럼에도 불구하고 이러한 모든 보호막에도 불구하고 일부 원치 않는 물질은 확실히 뇌를 통과합니다. 알코올 음료의 주성분인 에탄올은 단순히 세포막을 통해 확산될 수 있습니다. 일부 분자는 필요한 분자와 너무 흡사해 접근이 금지됩니다. 처방전 없이 살 수 있는 알레르기용 항히스타민제가 왜 당신을 졸리게 만드는지 궁금한 적이 있다면, 그것은 장벽을 빠져나가 뉴런에 도달하기 때문입니다. (최신의 졸지 않는 항히스타민제는 장벽을 통과하지 못하고 혈액 내 면역 세포에만 작용합니다.)

혈액-뇌 장벽은 "뇌가 필요로 하는 것을 전달하기 위해 존재한다"고 Daneman은 말했습니다. 그러나 뇌의 모든 부분이 동일한 분자를 필요로 하는 것은 아니므로 장벽은 모든 곳에서 동일하지 않습니다. 예를 들어, 후각 망울의 장벽은 다르게 작용하고 해마의 장벽과는 다른 단백질 구성을 가지고 있다고 Rhea는 말했습니다.

사실, 뇌의 일부에는 전통적인 혈액-뇌 장벽이 전혀 없습니다. 뇌척수액(CSF)을 생성하는 뇌의 큰 구멍에 있는 조직인 맥락막 신경총에서 혈관벽은 훨씬 더 누출됩니다. 맥락막 신경총의 "혈액-CSF" 장벽이 매일 XNUMX리터의 CSF를 뇌로 분비해야 하기 때문에 그런 종류의 출력에는 혈액에서 많은 양의 물, 이온 및 영양분이 필요합니다.

이 보호 기능이 완벽하지는 않지만 복잡한 신경계를 가진 모든 유기체가 혈액-뇌 장벽과 유사한 것을 가지고 있을 정도로 보편적으로 유용하다고 Daneman은 말했습니다.

혈관이 없는 파리와 다른 곤충들에게도 혈관이 있습니다. 그들의 혈액에 해당하는 것은 단순히 외골격 내부의 기관을 통과하지만 뇌에 해당하는 것은 보호용 아교 세포에 싸여 있습니다.

'오존층'

장벽이 무너지면 뇌에 문제의 물결이 일게 됩니다. 혈액 뇌 장벽은 "지구의 오존층과 같다"고 말했습니다. 베리슬라프 즐로코비치, 서던 캘리포니아 대학교 켁 의과대학 생리학 및 신경과학과 학과장. 그 얇은 대기층에 구멍을 열면 유해한 방사선이 지구에 범람하게 되는 것처럼 혈액-뇌 장벽이 열리면 유해한 분자가 뇌에 범람할 수 있습니다.

많은 그룹이 질병이나 부상 중에 장벽이 어떻게 변하는지 조사하고 있습니다. 예를 들어 혈액-뇌 장벽의 붕괴는 알츠하이머병의 특징입니다. 저널의 최근 연구 자연 신경 과학 알츠하이머 환자의 뇌에 있는 혈뇌 장벽 세포 내 유전자 발현에 대한 중요한 변화를 지도화했습니다. 다발성 경화증에서는 혈뇌 장벽이 무너져 뇌의 면역 체계 세포가 넘쳐 뉴런 주변의 보호 절연체를 공격합니다. 외상성 뇌 손상 및 뇌졸중도 장벽을 열어 잠재적으로 돌이킬 수 없는 손상을 일으킬 수 있습니다.

그러나 혈액-뇌 장벽을 선택적으로 열거나 닫는 것이 도움이 될 수 있습니다. 많은 잠재적으로 유용한 약물은 장벽을 통과할 수 없습니다. 부분적으로는 혈액 뇌 장벽 연구의 많은 진전이 기술적 한계로 인해 방해를 받았기 때문이며, 그 중 많은 부분이 이후 신기술로 극복되었다고 말했습니다. 마리아 레티넨, Boston Children's Hospital의 소아 병리학 연구 책임자. "지금이 현장에서 정말 흥미로운 시간이라고 생각합니다."

최근 몇 년 동안 많은 그룹이 장벽을 자연적으로 통과할 수 있는 분자를 붙잡아 두어 약물이 뇌에 피기백하는 "트로이 목마" 접근법에 집중했습니다. 다른 연구에서는 표적 초음파를 사용하여 장벽의 일부를 열고 파킨슨병 및 기타 질병을 치료하기 위한 약물을 전달하는 방법을 살펴보았습니다. 최근 연구에서 과학의 발전예를 들어 연구자들은 초음파로 혈액 뇌 장벽을 열어 형광 단백질을 원숭이의 뇌에 성공적으로 전달했습니다. 그들은 현재 파킨슨병과 싸울 수 있는 유전자 치료 약물 전달에 대한 접근 방식을 적용하기 위해 노력하고 있습니다.

한때 혈액-뇌 장벽이 정적이며 변하지 않는 벽으로 생각되었던 곳에서 과학자들은 이제 이를 역동적이고 "살아 있는" 것으로 간주한다고 Lehtinen은 말했습니다. 그것은 "신경계의 다른 부분에서 다른 방식으로 성장하고 발달"할 가능성이 있습니다. 우리가 깊은 REM 수면에 있거나 운동을 할 때 일시적으로 자연스럽게 삐걱거리며 열립니다. 그것은 호르몬과 약물에 대한 노출에 따라 변화하여 기존 진입로를 차단하거나 새로운 진입로를 엽니다. 일부 분자가 장벽에 결합할 때 그 세포는 때때로 분자를 통과시키지 않고 어떻게 행동해야 하는지 뇌에 신호를 보낼 수 있다고 Rhe는 말했습니다.

따라서 중세 요새를 둘러싼 돌 성벽이라기보다 혈액 뇌 장벽은 문이 나타났다 사라지며 창문이 점점 커지고 작아지는 마법의 벽과 같습니다. 일부 부품은 무너지고 일부 부품은 다시 만들어지며 끊임없이 변화합니다.

혈액-뇌 장벽은 "결코 정적이지 않습니다"라고 Rhea는 말했습니다. “넘어가야 할 것은 결코 이 벽만이 아닙니다.”

편집자 주: Maria Lehtinen은 Simons Foundation의 Autism Research Initiative(SFARI)의 조사관이며 Richard Daneman은 이전에 Simons Foundation으로부터 자금을 지원 받았습니다. 시몬스 재단도 자금을 지원합니다. 콴타 편집 독립 잡지로. 자금 지원 결정은 보장 범위에 영향을 미치지 않습니다.