Hjernen er dyrebar, og evolutionen har gjort meget for at beskytte den mod skader. Den mest åbenlyse er vores 7 mm tykke kranium, men hjernen er også omgivet af beskyttende væske (cerebrospinal – i hjernen og rygsøjlen) og en beskyttende membran kaldet hjernehinderne. Begge giver yderligere forsvar mod fysisk skade. 
Et andet beskyttende element er blod-hjerne-barrieren. Som navnet antyder, er dette en barriere mellem hjernens blodkar (kapillærer) og cellerne og andre komponenter, der udgør hjernevæv. Mens kraniet, hjernehinde og cerebrospinalvæske beskytter mod fysisk skade, giver blod-hjerne-barrieren et forsvar mod sygdomsfremkaldende patogener og toksiner, der kan være til stede i vores blod.
Blod-hjerne-barrieren blev opdaget i slutningen af det 19. århundrede, da den tyske læge Paul Ehrlich injicerede et farvestof i blodbanen til en mus. Til hans overraskelse infiltrerede farvestoffet i alle væv undtagen hjernen og rygmarven. Mens dette viste, at der eksisterede en barriere mellem hjerne og blod, var det først i 1960erne, at forskere kunne bruge mikroskoper, der var kraftige nok til at bestemme det fysiske lag af blod-hjernebarrieren.
Vi kender nu nøglestrukturen. af blod-hjerne-barrieren, der giver en barriere, er “endotelialt kryds”. Endotelceller stikker indvendigt i alle blodkar. I kapillærerne, der danner blod-hjerne-barrieren, er endotelceller klemt ekstremt tæt på hinanden og danner såkaldte stramme kryds.
Det tætte mellemrum tillader kun små molekyler, fedtopløselige molekyler og nogle gasser at passere frit gennem kapillærvæggen og ind i hjernevævet. Nogle større molekyler, såsom glukose, kan få adgang gennem transportørproteiner, der fungerer som specielle døre, der kun åbner for bestemte molekyler.
Omkring blodkarrets endotelceller er andre komponenter i blod-hjerne-barrieren, der ikke er strengt involveret i stop ting ge tting fra blod til hjerne, men som kommunikerer med cellerne, der danner barrieren for at ændre, hvor selektiv blod-hjernebarrieren er.
Hvorfor har vi brug for det?
Formålet med blod-hjerne-barrieren er at beskytte mod cirkulerende toksiner eller patogener, der kan forårsage hjerneinfektioner, samtidig med at vitale næringsstoffer kan nå hjernen.
Dens anden funktion er at hjælpe med at opretholde relativt konstante niveauer af hormoner, næringsstoffer og vand i hjernen – udsving, der kan forstyrre det finjusterede miljø.
Så hvad sker der, hvis blod-hjerne-barrieren er beskadiget eller på en eller anden måde kompromitteret?
En almindelig måde dette sker på er gennem bakteriel infektion, som ved meningokoksygdom. Meningokokbakterier kan binde sig til endotelvæggen og forårsage, at tætte kryds åbner let. Som et resultat bliver blod-hjerne-barrieren mere porøs, hvilket gør det muligt for bakterier og andre toksiner at inficere hjernevævet, hvilket kan føre til betændelse og undertiden døden.
Det menes også, at blod-hjerne-barriereens funktion kan fald i andre forhold. I multipel sklerose tillader f.eks. En defekt blod-hjerne-barriere hvide blodlegemer at infiltrere hjernen og angribe de funktioner, der sender meddelelser fra en hjernecelle (neuron) til en anden. Dette medfører problemer med, hvordan neuroner signalerer til hinanden.
Hvornår har vi brug for at komme igennem det?
Blod-hjerne-barrieren er generelt meget effektiv til at forhindre uønskede stoffer i at få adgang til hjerne, som har en ulempe. Langt størstedelen af potentielle lægemiddelbehandlinger krydser ikke let barrieren, hvilket udgør en enorm hindring for behandling af mentale og neurologiske lidelser.
En mulig måde at omgå problemet på er at “narre” blod-hjerne-barrieren til at tillade passage af lægemidlet. Dette er den såkaldte trojanske hestetilgang, hvor lægemidlet smeltes sammen med et molekyle, der kan passere blod-hjerne-barrieren via et transportørprotein.
En anden tilgang er at midlertidigt åbne blod-hjerne-barrieren ved hjælp af ultralyd.
Hos en mus med Alzheimers sygdom viste vi, at brug af ultralyd til at åbne blod-hjerne-barrieren kan forbedre kognitionen og mindske mængden af toksisk plak, der akkumuleres i hjernen. Vi tror, det kan være på grund af ultralyds evne i kombination med injicerede gasmikrobobler til midlertidigt og sikkert at åbne blod-hjerne-barriere for at lade beskyttende blodbårne faktorer komme ind. Vigtigere er, at denne tilgang ikke beskadigede hjernen.
I en ny undersøgelse har vi vist, at ultralyd muliggør mere af et terapeutisk antistof i hjernen ved midlertidigt at åbne blod-hjerne-barrieren, hvilket forbedrer Alzheimers-lignende patologi og kognition mere end ved brug af ultralyd eller antistoflægemiddel isoleret.
Ultralyd er derfor et lovende værktøj til midlertidigt og sikkert at overvinde den normalt meget nyttige, men undertiden problematiske, blod-hjerne-barriere. Det kan bruges til at forbedre levering af lægemidler til hjernen og dermed gøre behandlinger af Alzheimers og andre hjernesygdomme mere omkostningseffektive.