Hjärnan är dyrbar, och evolutionen har gått mycket för att skydda den från skador. Det mest uppenbara är vår 7 mm tjocka skalle, men hjärnan är också omgiven av skyddsvätska (hjärn- och ryggmärgen – i hjärnan och ryggraden) och ett skyddande membran som kallas hjärnhinnorna. Båda ger ytterligare försvar mot fysisk skada. 
Ett annat skyddande element är blod-hjärnbarriären. Som namnet antyder är detta en barriär mellan hjärnans blodkärl (kapillärer) och cellerna och andra komponenter som utgör hjärnvävnad. Medan skallen, hjärnhinnorna och hjärnvätskan skyddar mot fysisk skada, ger blod-hjärnbarriären ett försvar mot sjukdomsframkallande patogener och toxiner som kan finnas i vårt blod.
Blod-hjärnbarriären upptäcktes. i slutet av 1800-talet, när den tyska läkaren Paul Ehrlich injicerade ett färgämne i en muss blodomlopp. Till sin förvåning infiltrerade färgämnet alla vävnader utom hjärnan och ryggmärgen. Även om detta visade att det fanns en barriär mellan hjärna och blod, var det inte förrän 1960-talet kunde forskare använda mikroskop tillräckligt kraftiga för att bestämma det fysiska lagret av blod-hjärnbarriären.
Vi känner nu till nyckelstrukturen. av blod-hjärnbarriären som erbjuder en barriär är ”endotelial tight junction”. Endotelceller sträcker sig inuti alla blodkärl. I kapillärerna som bildar blod-hjärnbarriären är endotelcellerna kilade extremt nära varandra och bildar så kallade snäva korsningar.
Det täta gapet tillåter endast små molekyler, fettlösliga molekyler och vissa gaser att passera fritt genom kapillärväggen och in i hjärnvävnaden. Vissa större molekyler, såsom glukos, kan få tillträde genom transportproteiner, som fungerar som speciella dörrar som endast öppnas för vissa molekyler.
Omkring endotelcellerna i blodkärlet finns andra komponenter i blod-hjärnbarriären som inte är strikt involverade i att stoppa saker ge tting från blod till hjärna, men som kommunicerar med cellerna som bildar barriären för att förändra hur selektiv blod – hjärnbarriären är.
Varför behöver vi det?
Syftet med blod-hjärnbarriären är att skydda mot toxiner eller patogener i cirkulation som kan orsaka hjärninfektioner, samtidigt som vitala näringsämnen når hjärnan.
Dess andra funktion är att hjälpa till att upprätthålla relativt konstanta nivåer av hormoner, näringsämnen och vatten i hjärnan – fluktuationer i vilka kan störa den finjusterade miljön.
Så vad händer om blod-hjärnbarriären skadas eller på något sätt äventyras?
En vanlig sätt detta sker genom bakteriell infektion, som vid meningokocksjukdom. Meningokockbakterier kan bindas till endotelväggen och orsaka att täta korsningar öppnas något. Som ett resultat blir blod-hjärnbarriären mer porös, vilket gör att bakterier och andra toxiner kan infektera hjärnvävnaden, vilket kan leda till inflammation och ibland död.
Man tror också att blod-hjärnbarriärens funktion kan minskning av andra förhållanden. Till exempel vid multipel skleros tillåter en defekt blod-hjärnbarriär vita blodkroppar att infiltrera hjärnan och attackera de funktioner som skickar meddelanden från en hjärncell (neuron) till en annan. Detta orsakar problem med hur neuroner signalerar till varandra.
När behöver vi komma igenom det?
Blod-hjärnbarriären är i allmänhet mycket effektiv för att förhindra att oönskade ämnen kommer in i hjärna, som har en nackdel. De allra flesta potentiella läkemedelsbehandlingar passerar inte lätt barriären, vilket utgör ett stort hinder för behandling av psykiska och neurologiska störningar.
En möjlig väg runt problemet är att ”lura” blod-hjärnbarriären för att tillåta genomgång av läkemedlet. Detta är den så kallade trojanska hästen, där läkemedlet smälter samman med en molekyl som kan passera blod-hjärnbarriären via ett transportörprotein.
En annan metod är att tillfälligt öppna blod – hjärnbarriären med ultraljud.
Hos en mus med Alzheimers sjukdom visade vi att användning av ultraljud för att öppna blod – hjärnbarriären kan förbättra kognitionen och minska mängden giftig plack som ackumuleras i hjärnan. Vi tror att detta kan vara på grund av förmågan hos ultraljud, i kombination med injicerade gasmikrobubblor, att tillfälligt och säkert öppna upp blod-hjärnbarriären för att låta skyddande blodburna faktorer komma in. Det är viktigt att detta tillvägagångssätt inte skadade hjärnan.
I en ny studie har vi visat att genom att tillfälligt öppna blod-hjärnbarriären tillåter ultraljud mer av en terapeutisk antikropp i hjärnan, vilket förbättrar Alzheimersliknande patologi och kognition mer än när man använder ultraljud eller antikroppsmedicin i isolering.
Ultraljud är därför ett lovande verktyg för att tillfälligt och säkert övervinna den normalt mycket användbara men ibland problematiska blod-hjärnbarriären. Det kan användas för att förbättra leverans av läkemedel till hjärnan och därmed göra behandlingar mot Alzheimers och andra hjärnsjukdomar mer kostnadseffektiva.