“Attraversare” la barriera emato-encefalica per far passare i farmaci

Il cervello è il centro di controllo dell'organismo e insieme al midollo spinale costituisce il sistema nervoso centrale (Snc), l’organo più complesso e delicato del nostro corpo. È responsabile di funzioni vitali, quali il respiro e l’attività del cuore, ma anche cognitive, come la memoria e il pensiero, ed emotive. Come tutti gli altri componenti del corpo corre anche dei rischi, può infatti essere colpito da ictus, tumori, traumi, malattie neurodegenerative e disturbi psichiatrici. Dal momento che coordina le funzioni vitali e gestisce le informazioni provenienti dall’interno e dall’esterno dell’organismo, necessita di una protezione particolare, che è fornita dalla barriera emato-encefalica (Bee), una sorta di “contenitore”, che può essere considerato un efficace guardiano del cervello, preservando la salute e l’omeostasi dell’intero sistema nervoso centrale. Vediamo allora meglio cos’è la Bee con Manuele Gori, ricercatore dell’Istituto di biochimica e biologia cellulare (Ibbc) del Cnr.

“La barriera emato-encefalica è un’interfaccia biologica altamente selettiva, che difende il sistema nervoso centrale da agenti patogeni esterni, come virus, batteri, tossine e altre sostanze potenzialmente nocive presenti nel circolo sanguigno. Questo “sbarramento” semipermeabile, interposto tra il cervello e la circolazione sistemica, controlla in maniera dinamica il passaggio di cellule, nutrienti e metaboliti tra sangue e cervello. La Bee è composta da un tipo particolare di cellule endoteliali dei vasi sanguigni, da cellule nervose come neuroni e astrociti e da cellule contrattili note come periciti, che insieme costituiscono l’unità neurovascolare (Nvu). Sebbene protegga il cervello, essa però rappresenta anche un ostacolo all’ingresso di molti farmaci e molecole terapeutiche in quantità rilevanti dal punto di vista clinico”, spiega Gori. “In diverse patologie come tumori cerebrali, quali ad esempio il glioblastoma; malattie neurodegenerative come l’Alzheimer, il Parkinson o la Sclerosi multipla; ma anche a seguito di traumi come l’ictus, l’integrità della Nvu può essere compromessa. E le sue alterazioni strutturali aumentano la permeabilità di questa barriera, riducendo la sua funzione protettiva e consentendo l’ingresso nel cervello di sostanze dannose, come proteine del plasma e cellule immunitarie, che possono scatenare una forte risposta infiammatoria, aggravando la condizione patologica”.

Per evitare situazioni come questa è dunque necessario sviluppare nuovi metodi e tecniche che tendano a “ingannare” la Bee, facilitando la sua apertura temporanea, così da comprenderne meglio i meccanismi che ne regolano la permeabilità e favorire il passaggio verso il cervello di nuovi farmaci e molecole terapeutiche. Ed è proprio ciò che nel campo della ricerca si sta studiando. “Per superare l’ostacolo della barriera emato-encefalica e garantire il rilascio di farmaci in specifiche aree cerebrali a dosi terapeutiche efficaci, negli ultimi decenni le scienze biomediche, chimiche e ingegneristiche stanno sviluppando nuove strategie e sistemi per la veicolazione di medicine in maniera mirata, controllata e sicura, riducendone gli effetti collaterali. Tra quelli più promettenti ci sono le nanoparticelle (NPs) (nell’ordine del miliardesimo di metro), che possiedono un’elevata stabilità nei fluidi biologici. Grazie alle loro proprietà fisico-chimiche e alle ridotte dimensioni, sono capaci infatti di attraversare la Bee, penetrare il cervello e aumentare la protezione e il rilascio dei farmaci contenuti al loro interno. Inoltre, possono essere sfruttate anche a scopo diagnostico, combinando il rilascio di farmaci con il monitoraggio e la visualizzazione tramite imaging del bersaglio terapeutico, grazie a sonde e mezzi di contrasto. In questo caso si parla di nanoteranostica, ossia l’integrazione di terapia e diagnosi in un'unica piattaforma”, continua il ricercatore.

Ma cosa sono le nanoparticelle? “Le NPs possono essere costituite da molecole sia organiche che inorganiche, naturali o sintetiche e altamente biocompatibili. Tra i principali tipi vi sono: nanoparticelle lipidiche, esosomi, nanogel, nanocristalli semiconduttori- quantum dots, nanotubi in carbonio, nanodischi, ma anche nanoparticelle a base di metalli e leghe o polimeriche. In particolare, queste ultime sono molto versatili, dal momento che possono essere ingegnerizzate e modificate chimicamente in maniera mirata per conferire loro le caratteristiche desiderate. Tuttavia, prima di un loro impiego clinico su larga scala, le NPs devono superare diverse criticità, come appropriati controlli di qualità e biocompatibilità, il completo e corretto riassorbimento/eliminazione dall’organismo, e la definizione di dimensioni, forma, materiali e meccanismi di rilascio dei farmaci più efficaci nel microambiente cerebrale”, chiarisce l’esperto.

Per permettere il transito corretto di farmaci attraverso la barriera emato-encefalica si ricorre anche ad altre tecniche. “Un'ulteriore strategia impiegata soprattutto in neuro-oncologia consiste nella rottura osmotica della Bee tramite infusioni o iniezioni intra-arteriose periodiche di sostanze come il mannitolo, che provocano uno stress osmotico transitorio. Questo induce un’apertura temporanea della Bee, utile sia per comprendere meglio i meccanismi molecolari coinvolti, sia per scopi terapeutici. Si utilizzano anche altre tecniche non invasive, come l’impiego di ultrasuoni focalizzati a bassa intensità guidati dalla risonanza magnetica, che permettono di aumentare temporaneamente e reversibilmente la permeabilità dell’unità neurovascolare, facilitando il passaggio selettivo di farmaci - spesso veicolati da nanoparticelle - verso specifiche aree cerebrali”, precisa Gori, che conclude: “Nel complesso, i progressi della nanomedicina rendono le nanotecnologie sempre più promettenti sia per comprendere meglio il funzionamento della Bee, sia per sviluppare nuove ed efficaci terapie contro malattie neurodegenerative invalidanti e potenzialmente mortali”.

Fonte: Manuele Gori, Istituto di biochimica e biologia cellulare, manuele.gori@cnr.it