Mózg jest cenny, a ewolucja dołożyła wszelkich starań, aby chronić go przed uszkodzeniami. Najbardziej oczywista jest nasza czaszka o grubości 7 mm, ale mózg jest również otoczony płynem ochronnym (mózgowo-rdzeniowym – mózgu i kręgosłupa) oraz ochronną błoną zwaną oponami. Obie zapewniają dalszą ochronę przed obrażeniami fizycznymi. 
Kolejnym elementem ochronnym jest bariera krew-mózg. Jak sama nazwa wskazuje, jest to bariera między naczyniami krwionośnymi mózgu (kapilarami) a komórkami i innymi składnikami tworzącymi tkankę mózgową. Podczas gdy czaszka, opony mózgowo-rdzeniowe i płyn mózgowo-rdzeniowy chronią przed fizycznymi uszkodzeniami, bariera krew-mózg zapewnia ochronę przed chorobotwórczymi patogenami i toksynami, które mogą być obecne w naszej krwi.
Odkryto barierę krew-mózg pod koniec XIX wieku, kiedy niemiecki lekarz Paul Ehrlich wstrzyknął barwnik do krwiobiegu myszy. Ku jego zaskoczeniu, barwnik przeniknął do wszystkich tkanek z wyjątkiem mózgu i rdzenia kręgowego. Chociaż to pokazało, że istnieje bariera między mózgiem a krwią, dopiero w latach 60. naukowcy mogli użyć mikroskopów wystarczająco mocnych do określenia fizycznej warstwy bariery krew-mózg.
Znamy teraz kluczową strukturę bariery krew-mózg stanowiącej barierę to „ścisłe połączenie śródbłonka”. Komórki śródbłonka wyściełają wnętrze wszystkich naczyń krwionośnych. W naczyniach włosowatych, które tworzą barierę krew-mózg, komórki śródbłonka są zaklinowane bardzo blisko siebie, tworząc tak zwane ciasne połączenia.
Ciasna szczelina pozwala tylko małym cząsteczkom, cząsteczkom rozpuszczalnym w tłuszczach i niektórym gazom swobodnie przechodzić przez ścianę naczyń włosowatych do tkanki mózgowej. Niektóre większe cząsteczki, takie jak glukoza, mogą dostać się przez białka transportujące, które działają jak specjalne drzwi, które otwierają się tylko dla określonych cząsteczek.
Wokół komórek śródbłonka naczynia krwionośnego znajdują się inne składniki bariery krew-mózg, które nie są ściśle związane z zatrzymaniem rzeczy ge z krwi do mózgu, ale które komunikują się z komórkami tworzącymi barierę, aby zmienić selektywność bariery krew-mózg.
Dlaczego tego potrzebujemy?
Celem bariera krew-mózg ma na celu ochronę przed krążącymi toksynami lub patogenami, które mogą powodować infekcje mózgu, jednocześnie umożliwiając dotarcie do mózgu ważnych składników odżywczych.
Jej inną funkcją jest pomoc w utrzymaniu względnie stałego poziomu hormony, składniki odżywcze i woda w mózgu – wahania, które mogą zakłócić precyzyjnie dostrojone środowisko.
A więc co się stanie, jeśli bariera krew-mózg zostanie uszkodzona lub w jakiś sposób naruszona?
Jeden wspólny Dzieje się tak przez zakażenie bakteryjne, jak w przypadku choroby meningokokowej. Bakterie meningokokowe mogą wiązać się ze ścianą śródbłonka, powodując lekkie otwarcie ciasnych połączeń. W rezultacie bariera krew-mózg staje się bardziej porowata, umożliwiając bakteriom i innym toksynom infekowanie tkanki mózgowej, co może prowadzić do zapalenia, a czasem do śmierci.
Uważa się również, że funkcja bariery krew-mózg może spadek w innych warunkach. Na przykład w stwardnieniu rozsianym wadliwa bariera krew-mózg umożliwia białym krwinkom infiltrację mózgu i atakowanie funkcji, które przesyłają informacje z jednej komórki mózgowej (neuronu) do drugiej. Powoduje to problemy ze sposobem, w jaki neurony sygnalizują sobie nawzajem.
Kiedy musimy przez to przejść?
Bariera krew-mózg na ogół bardzo skutecznie zapobiega przedostawaniu się niepożądanych substancji do mózg, który ma wadę. Ogromna większość potencjalnych terapii lekowych nie przekracza łatwo bariery, co stanowi ogromną przeszkodę w leczeniu zaburzeń psychicznych i neurologicznych.
Jednym z możliwych sposobów obejścia tego problemu jest „oszukanie” bariery krew-mózg, aby pozwolić przejście leku. Jest to tak zwane podejście konia trojańskiego, w którym lek jest połączony z cząsteczką, która może przejść przez barierę krew-mózg za pośrednictwem białka transportera.
Inne podejście polega na tymczasowym otworzyć barierę krew-mózg za pomocą ultradźwięków.
U myszy z chorobą Alzheimera wykazaliśmy, że użycie ultradźwięków do otwarcia bariery krew-mózg może poprawić funkcje poznawcze i zmniejszyć ilość toksycznej płytki nazębnej gromadzącej się w mózgu. Uważamy, że może to być ze względu na zdolność ultradźwięków, w połączeniu z wtryskiwanymi mikropęcherzykami gazu, do czasowego i bezpiecznego otwierania bariera krew-mózg, aby wpuścić ochronne czynniki przenoszone przez krew. Co ważne, takie podejście nie uszkodziło mózgu.
W nowym badaniu wykazaliśmy, że poprzez tymczasowe otwarcie bariery krew-mózg, ultradźwięki wpuszczają więcej terapeutycznego przeciwciała do mózgu, poprawiając patologię i funkcje poznawcze podobne do choroby Alzheimera, niż przy użyciu ultradźwięków lub przeciwciała w izolacji.
Ultradźwięki są zatem obiecującym narzędziem do tymczasowego i bezpiecznego pokonywania zwykle bardzo użytecznej, ale czasami problematycznej bariery krew-mózg. Może być stosowany do poprawy dostarczania leków do mózgu, a tym samym do obniżenia kosztów leczenia choroby Alzheimera i innych chorób mózgu.