Odkrywanie tajemnic mózgu i znalezienie skutecznych metod leczenia schorzeń takich jak guzy mózgu i choroba Alzheimera od dawna stanowią wyzwanie ze względu na barierę krew-mózg (BBB), naturalny mechanizm obronny regulujący, jakie substancje mogą przedostać się do mózgu. Pomimo swojej ochronnej roli, BBB stanowi również istotne wyzwanie w dziedzinie neurologii i onkologii, ograniczając dostarczanie leków potencjalnie ratujących życie do dotkniętych obszarów mózgu. W obliczu tych wyzwań ostatnie postępy w naukach medycznych doprowadziły do ​​ekscytujących przełomów w omijaniu tej bariery i dostarczaniu leków bezpośrednio tam, gdzie są najbardziej potrzebne, co oznacza, że ​​istnieje możliwość poprawy wyników leczenia pacjentów z guzami mózgu i chorobą Alzheimera.

Pod kierunkiem dr Stephena Wonga i doktora Hong Zhao zespół z Houston Methodist Hospital i Texas A&M University, w skład którego wchodzili Gefei Song, Pierce Plumlee i Ju Young Ahn, ocenił współczesne metody kliniczne leczenia guzów mózgu i choroby Alzheimera. Ta kompleksowa recenzja została opublikowana w szanowanym czasopiśmie Biomedicine & Pharmacotherapy i stanowi znaczący krok naprzód w dążeniu do ulepszenia podejść terapeutycznych w przypadku tych trudnych schorzeń neurologicznych.

Zbadane metody obejmowały skupione ultradźwięki (FUS), które obejmują skupione ultradźwięki o wysokiej intensywności (HIFU) i skupione ultradźwięki o niskiej intensywności (LIFU); ułatwione przez mannitol dostarczanie leków przeciwnowotworowych; transcytoza za pośrednictwem receptora koniugatów przeciwciało-lek (ADC); oraz wektory wirusowe do terapii genowej. Trwające badania kliniczne z wykorzystaniem technik FUS można podzielić na trzy kategorie: wszczepione urządzenia ultradźwiękowe, urządzenia FUS pod kontrolą MR (MRgFUS) i urządzenia pod kontrolą neuronawigacji.

Naukowcy zgłębili także złożoną dynamikę molekularną BBB, która może ulegać zmianom w odpowiedzi na chorobę. Stosując podejścia biologii systemów i badając interakcje między genami, białkami, komórkami i szlakami sygnałowymi, badacze zdobywają cenne informacje na temat mechanizmów związanych z tymi zmianami. To lepsze zrozumienie zwiększa potencjał identyfikacji nowych strategii skutecznego dostarczania leków zarówno przez barierę krew-mózg, jak i barierę nowotworową krew-mózg.

Chociaż liczba badań klinicznych z wykorzystaniem tych metod spadła, badania łączące FUS z dostarczaniem leku wykazały obiecującą skuteczność. „Większość tych badań klinicznych obejmuje małe kohorty pacjentów, w związku z czym brakuje im mocy statystycznej do wyciągnięcia wniosków, co wskazuje na ciągłą potrzebę zbadania tych strategii” – podsumowują naukowcy, podkreślając potrzebę dalszych badań. Do pozostałych wyzwań należy ustalenie profili bezpieczeństwa, określenie optymalnych parametrów, minimalizacja efektów odbiegających od docelowych, koordynacja czasu podawania leku w odniesieniu do leczenia FUS oraz stworzenie ustandaryzowanego podejścia do poszczególnych pacjentów.

Podejścia oparte na biologii systemów zapewniły nowy wgląd w regulację BBB i zidentyfikowały potencjalne nowe cele i ścieżki dostarczania leków. Integrując profilowanie molekularne, analizę sieci i modelowanie obliczeniowe, badacze mogą lepiej zrozumieć złożoność BBB i zidentyfikować alternatywne strategie leczenia. Odkrycia te dają nadzieję na poprawę selektywności i minimalizowanie efektów ubocznych w strategiach dostarczania leków. „Aby osiągnąć ten cel, konieczne jest dalsze badanie i poszerzanie naszej wiedzy na temat skomplikowanych mechanizmów molekularnych związanych z przekraczaniem bariery krew-mózg i ukierunkowanym dostarczaniem leków do mózgu” – debatują naukowcy. Wydaje się, że dalsze badania nad mechanizmami przekraczania BBB są niezbędne do opracowania skutecznych terapii chorób ośrodkowego układu nerwowego.

Przegląd przeprowadzony przez zespół kierowany przez dr Stephena Wonga i dr Hong Zhao rzuca światło na różnorodne strategie omijania bariery krew-mózg (BBB) ​​w celu skutecznego leczenia chorób mózgu, koncentrując się na obiecującej integracji skupionych ultradźwięków (FUS) z dostarczaniem leków, roli mannitolu w ułatwianiu przepuszczalności leku oraz potencjale transcytozy za pośrednictwem receptora (RMT) i terapii genowej. W szczególności integracja FUS z jednoczesnym podawaniem krążących mikropęcherzyków wykazała w najnowszych badaniach klinicznych na przestrzeni wielu lat rygorystycznych eksperymentów coraz bardziej obiecującą skuteczność, podkreślając jej potencjał jako nieinwazyjnej metody poprawiającej dostarczanie leku do określonych obszarów mózgu. Ponadto badanie podkreśla znaczenie pojawiających się podejść do biologii systemów w zrozumieniu złożonej dynamiki molekularnej BBB. Podejścia te, w tym profilowanie molekularne, analiza sieci i modelowanie obliczeniowe, mają kluczowe znaczenie dla identyfikowania nowych celów i strategii dostarczania leków, których celem jest poprawa wyników leczenia nowotworów mózgu i choroby Alzheimera. W artykule podkreślono także konieczność dalszych badań w celu udoskonalenia tych technik, ustalenia profili bezpieczeństwa i opracowania standardowych protokołów leczenia dostosowanych do indywidualnych potrzeb pacjenta, co stanowi znaczący krok naprzód w poszukiwaniu skutecznych metod leczenia chorób ośrodkowego układu nerwowego.

Ogólnie rzecz biorąc, ustalenia przeglądu naukowców podkreślają postęp w opracowywaniu innowacyjnych podejść do leczenia chorób ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Stojąc u progu nowej ery w interwencjach neuroterapeutycznych, możliwość znacznej poprawy wyników leczenia osób dotkniętych guzami mózgu i chorobą Alzheimera nie jest tylko odległym marzeniem, ale zbliżającą się rzeczywistością. Podkreślają jednak również ciągłą konieczność dalszych badań i udoskonalania obecnych metod. Ciągłe badanie mechanizmów molekularnych związanych z przenikaniem bariery krew-mózg (BBB) ​​i ukierunkowanym dostarczaniem leków pozostaje kluczowe dla opracowania nowych i skutecznych terapii zaburzeń OUN.

ODNIESIENIE DO DZIENNIKA

Song G, Plumlee P, Ahn JY, Wong ST, Zhao H. „Strategie translacyjne i spostrzeżenia z biologii systemów dotyczące otwierania i dostarczania bariery krew-mózg w guzach mózgu i chorobie Alzheimera”. Biomed Pharmacother, listopad 2023;167:115450. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biopha.2023.115450

O AUTORACH

Stephena T. Wongadoktor, piastuje stanowisko prezydenta Johna S. Dunna z wyróżnieniem i kieruje zarówno SMAB, jak i Shared Resources w Houston Methodist Near Cancer Center. Kieruje także Centrum TT & WF Chao dla BRAIN oraz Laboratorium Biofotoniki Translacyjnej. Dzięki stanowisku profesora na Uniwersytecie Cornell pionierskie badania dr Wonga w dziedzinie bioinżynierii łączą nowotwory i choroby neurologiczne. Jego wkład zyskał uznanie w postaci stypendiów i wyróżnień w wielu organizacjach, takich jak IEEE, AIMBE, IAMBE, Optica, ACMI, AMIA i AAIA.

Hong ZhaoMD, Ph.D., pełniąc funkcję profesora nadzwyczajnego medycyny molekularnej w Houston Methodist Academic Institute i Weill Cornell Medicine oraz jako współdyrektor Houston Methodist Advanced Tissue and Cellular Microscope Core Facility. Jej badania są wspierane przez liczne granty NIH, wszystkie w dziedzinie biologii systemów nowotworowych. Opublikowała ponad 100 publikacji naukowych z ponad 1700 cytowaniami i dwoma patentami amerykańskimi.

Gefei (Sylvia) Song, BS, poprzednio asystent naukowy na Wydziale Medycyny Systemowej i Bioinżynierii (SMAB) w Houston Methodist Near Cancer Center, posiada podwójny tytuł licencjata z biologii i statystyki uzyskany na Uniwersytecie Wisconsin-Madison. Obecnie studiuje studia magisterskie z biostatystyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Jej badania koncentrują się na zrozumieniu mechanizmów nowotworowych, modelowaniu chorób i biologii obliczeniowej.

Po odbyciu stażu w dziale SMAB w Houston Methodist Near Cancer Center w ramach wsparcia finansowego konsorcjum Cancer Systems Biology Consortium NCI, Pierce’a Plumlee’a przygotowuje się do uzyskania tytułu licencjata z inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Alabama w Birmingham. Jego badania skupiają się na biologii nowotworów, osteogenezie i kardiomiopatii.

Ju Young Ahnlicencjat, inżynier biomedyczny po ukończeniu Johns Hopkins, jest obecnie asystentem naukowym w SMAB, Houston Methodist i realizuje tytuł doktora/doktoratu. na Uniwersytecie A&M w Teksasie. Jego rozprawa doktorska, prowadzona w laboratorium Wong, bada mikrośrodowisko guza, chorobę Alzheimera, biologię obliczeniową i uczenie maszynowe.