Det er notorisk svært at behandle sygdomme i hjernen med medicin, men nu har forskere fundet ud af, hvordan de kan få lægemidler i nanostørrelse til at omgå hjernens beskyttende barriere. Medicinen skal ”blot” injiceres direkte i spinalvæsken i nakken, hvorefter det glymfatiske system sørger for at bringe lægemidlet dybt ind i hjernen.
I kampen for at lave medicin til en lang række sygdomme, som påvirker hjernen, støder læger igen og igen på det samme problem, nemlig at der findes en såkaldt blod-hjerne-barriere, som forhindrer selv partikler i nanostørrelse i at krydse fra blodbanen og ind i hjernen.
Frustrationen bliver ikke mindre af, at der faktisk findes lægemidler, som har vist sig at have en fantastisk effekt på nogle neurologiske sygdomme, men at det bare ikke er muligt at få dem derind, hvor de skal virke.
Nu viser ny forskning, hvordan man kan narre hjernens eget rensningssystem, det såkaldte glymfatiske system, til at bringe medicin i nanostørrelse fra en injektion direkte i spinalvæsken i nakken og frem til selv de dybeste afkroge af hjernen.
Opdagelsen åbner op for helt nye medicinske muligheder til behandling af neurologiske sygdomme, som vi i dag ikke har gode behandlinger til.
"I praksis bliver alle biologiske lægemidler blokeret af blod-hjerne-barrieren. Nanopartikler kan derimod benyttes til at bringe en lang række lægemidler dybt ind i hjernen via det glymfatiske system, og i dette studie viser vi både, hvordan det kan lade sig gøre, og hvor nanopartiklerne ender i hjernen, når man laver en tilførsel via spinalvæsken," fortæller en af forskerne bag studiet, docent Tuomas Lilius fra Universitet i Helsinki og Københavns Universitet.
Forskningen, der for en stor dels vedkommende er udført på Center for Translationel Medicin ved Københavns Universitet under professor Maiken Nedergaard, er offentliggjort i Journal of Controlled Release.
Udnytter hjernens rensningsanlæg
Nanopartikler er ultrasmå partikler, som har et stort medicinsk potentiale, fordi deres struktur og medicinske effekt kan designes til at være både sikker og effektiv, og fordi integrationen af nanopartikler med andre lægemidler kan forbedre lægemiddelstabilitet eller forlænge lægemiddeleffekt.
Det gælder også inden for behandling af sygdomme relateret til hjernen, hvis man altså kan lykkes med at få nanopartiklerne derind.
I studiet har Tuomas Lilius sammen med sine kollegaer undersøgt, om de ved at injicere radioaktive guld-nanopartikler i spinalvæsken i nakken på rotter kan få nanopartiklerne til at ende dybt i rotternes hjerner og derved omgå blod-hjerne-barrieren.
Tanken bag forsøget var, at det glymfatiske system ville assistere i transporten af nanopartiklerne.
Det glymfatiske system er hjernens eget rensningsanlæg, der skubber væske rundt om og dybt ind i hjernen, hvorved væskeflowet renser hjernen for affaldsstoffer.
"Man kender allerede en del til injektion af medicin i spinalvæsken, hvilket man for eksempel gør ved blokeringer, som man typisk tilfører i lænden. Lænden er dog langt væk fra hjernen, så det er usikkert, hvor meget medicin, der egentlig når hjernen, hvis man injicerer det der. I studiet her ønskede vi at følge nanopartikler, som vi havde givet til rotter via en injektion i nakken og dermed tættere på hjernen, og hvor spinalvæsken er tilgængelig hos både rotter og mennesker," forklarer Tuomas Lilius.
Brugte avanceret billedteknik
For at følge nanopartiklerne benyttede forskerne en avanceret billedskanningsmetode kaldet SPECT, der danner billeder på baggrund af radioaktive gammastråler.
På den måde var de i stand til at følge flowet af radioaktive guldnanopartikler, som flød via spinalvæsken og rundt i kroppen – inklusiv til hjernen.
Tuomas Lilius fortæller, at forskerne også gav rotterne en saltvæske i blodet for at skubbe saltbalancen mellem blodet og hjernen i retning af mere salt i blodet. Mere salt i blodet gør, at blodet trækker vand fra hjernen, hvilket omvendt øger flowet af spinalvæske ind i hjernen – også spinalvæske fyldt med nanopartikler.
Tuomas Lilius uddyber, at fordi nanopartikler kun har meget lille biologisk aktivitet og derfor ikke binder til alle mulige andre stoffer, foregår flowet rundt i kroppen helt uhindret.
I studiet så forskerne, at nanopartiklerne især endte i de områder af hjernen og omkring rygmarven, som er fyldt med spinalvæske.
"Det er en revolutionerende måde at følge lægemidler, som bevæger sig rundt i kroppen," siger Tuomas Lilius.
Nanopartikler kan transportere lægemidler ind i hjernen
Tuomas Lilius mener, at kombinationen af det glymfatiske systems transport af væske i og omkring hjernen i kombination med nanopartikler præsenterer en potent ny måde at tænke medicinsk behandling af hjernen på.
Man kan ifølge forskeren blandt andet forestille sig, at man i nanopartiklerne indkapsler lægemidler, der består af små molekyler. Dertil kommer, at der findes mange typer af nanopartikler, som vil være velegnede til at transportere lægemidler dybt ind i hjernen.
Derudover er studiet kun det første af sin slags, idet der er forskellige muligheder i at benytte nanopartikler af forskellige størrelser til at ramme forskellige dele af hjernen.
"De benyttede nanopartikler i dette studie var alle sammen 10 nanometer i diameter, men det vil være let at lave nanopartikler i forskellige størrelser og undersøge, hvordan man optimalt skal designe dem for at kunne levere medicin i hjernen," siger Tuomas Lilius.
Han uddyber, at studiet også afslørede, at selvom en stor del af nanopartiklerne når hjernen, bliver de ikke hængende. Efter kort tid, hvori de kan have en potentiel medicinsk effekt, forsvinder de igen, hvilket formentlig betyder, at det glymfatiske system fjerner dem fra hjernen igen og sender dem i retning af nyrerne, så de kan blive udskilt via urinen i stedet for at blive i kroppen på ubestemt tid.
"Det kan også være en attraktiv egenskab, når det gælder medicin til hjernen," siger Tuomas Lilius.
