NANOPARTIKULUMOK BEJUTÁSA AZ IDEGRENDSZERBE: A VÉR-AGY GÁT SZEREPE Deli Mária MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont Biofizikai Intézet Molekuláris Neurobiológiai Csoport
A SZERVEZET GÁTRENDSZEREI Külső (hámsejtes) gátak bőr légutak hámja (orr, tüdő) gasztrointesztinális felszín Belső gátak méhlepény (trofoblasztok) magzat vér-here gát(sertoli sejtek) hímivarsejtek Idegrendszer: többszörös védelem
AZ IDEGRENDSZER GÁTRENDSZEREI Vér-agy gát Agyhártyák Vér-likvor gát / choroid plexus Ependima sejtek Neuwelt et al., Nature Rev Neurosci., 12: 169, 2011
A VÉR-AGY GÁT = AGYI HAJSZÁLEREK Agyi mikroér hálózat: hossza: 650 km felszíne: 10-20 m 2 térfogata: az agy 1 ezreléke! Működése?
A VÉR-AGY GÁT SZERKEZETE, FOGALMA ÉS SZEREPE A vér és a központi idegrendszer között dinamikus határfelület funkcionális egység Morfológiai alap: Fő szerepei: agyi endotélsejtek közötti szoros kapcsolatok agyi ionos homeosztázis megteremtése tápláló és a káros anyagoktól mentesítő funkció kommunikáció idegrendszer és periféria között
A VÉR-AGY GÁT MŰKÖDÉSÉNEK ELEMEI VÉR Transzporterek Alacsony permeabilitás TJ Receptorok Metabolikus gát Agyi endotélsejt AGY Kölcsönhatás Astroglia, pericyta, neuron TJ: sejtközötti kapcsolatok
SEJTKÖZÖTTI KAPCSOLATOK KAPU nem engedi át az ionokat, molekulákat és sejteket magas elektromos ellenállás KERÍTÉS sejtek polaritása elválasztott sejtmembránokon eltérő fehérjék Agy táplálása?
A VÉR-AGY GÁT TRANSZPORTÚTJAI VÉR AGY Szabad utak 1. Lipid-mediált szabad diffúzió koffein, nikotin, etanol, heroin 3. Tápanyagot szállító fehérjék glükóz, aminosavak, tejsav 5. Receptor-mediált transzcitózis peptidek, fehérjék: inzulin Gátolt utak 2. Paracelluláris transzport vízoldékony molekulák 4. Efflux transzporterek xenobiotikumok, gyógyszerek 6. Adszorptív-mediált transzcitózis plazma fehérjék: albumin
A VÉR-AGY GÁT ÉS A NANORÉSZECSKÉK TERÁPIÁS FELHASZNÁLÁS Diagnosztika (MRI, PET) Gyógyszerek átjuttatása a vér-agy gáton idegrendszeri beteségek kezelése: agydaganatok, epilepszia, agyvérzés, Parkinson-kór, Alzheimer-kór IDEGRENDSZERI TOXICITÁS Környezeti nanorészecskék Terápiás nanorészecskék mellékhatása
TERÁPIÁS FELHASZNÁLÁS Diagnosztika (MRI, PET) TERÁPIÁS NANORÉSZECSKÉK Gyógyszerek átjuttatása a vér-agy gáton idegrendszeri beteségek kezelése: agydaganatok, epilepszia, agyvérzés, Parkinson-kór, Alzheimer-kór Yang, Pharm Res, 27, 1759, 2010
VÉR-AGY GÁT TRANSZPORTUTAK FELHASZNÁLÁSA NANORÉSZECSKÉK CÉLZOTT ÁTJUTTATÁSÁRA Szállítófehérjék Receptor-mediált transzcitózis VÉR AGY
NANORÉSZECSKÉK CÉLZOTT ÁTJUTTATÁSA A VÉR-AGY GÁTON: RECEPTOR-MEDIÁLT TRANSZPORT Molekuláris trójai falovak Immunliposzómák Vektorok ellenanyag: inzulin vagy transzferrin receptor melanotranszferrin (LRP-1) aprotinin, angiopep-2 (LRP-2) apolipoprotein E (LDL receptor) CRM197, mutáns diphteria toxin (HB-EGF) Farmakonok gének peptidek, fehérjék növekedési faktorok (NGF, BDNF) neurodiagnosztikum Pardridge 2002 Nat Rev Drug Disc 1: 131-139
NANORÉSZECSKÉK CÉLZOTT ÁTJUTTATÁSA A VÉR-AGY GÁTON: SZÁLLÍTÓFEHÉRJÉK Glutation-transzporter a vér-agy gáton (Kannan et al. 1990, 2000.; Zlokovic et al. 1994) To-BBB (Leiden, Hollandia) Doxorubicinnal töltött glutationnal targetált pegilált liposzóma (2B3-101) 2011- Fázis I/II klinikai vizsgálat agytumorok www.tobbb.com
A VÉR-AGY GÁT ÉS A NANORÉSZECSKÉK TERÁPIÁS FELHASZNÁLÁS Diagnosztika (MRI, PET) Gyógyszerek átjuttatása a vér-agy gáton idegrendszeri betegségek kezelése: agydaganatok, epilepszia, agyvérzés, Parkinson-kór, Alzheimer-kór IDEGRENDSZERI TOXICITÁS Környezeti nanorészecskék Terápiás nanorészecskék mellékhatása Hogyan jutnak be?
MESTERSÉGES NANORÉSZECSKÉK ÚTJA A LÉGUTAKBÓL AZ IDEGRENDSZERBE Hogyan jutnak át a sejteken? Oberdörster, J Internal Med 267, 89, 2009
MESTERSÉGES NANORÉSZECSKÉK BEJUTÁSA SEJTEKBE Mitől függ a bejutás? Simkó and Mattsson Particle and Fibre Toxicology, 7, 42, 2010
MESTERSÉGES NANORÉSZECSKÉK BEJUTÁSA SEJTEKBE Sejttípus Nanorészecske méret (és tulajdonság) Müller et al. / Eur J Pharm Biopharm 78, 1, 2011
MESTERSÉGES NANORÉSZECSKÉK CSOPORTOSÍTÁS TOXICITÁS ALAPJÁN Nanorészecske méret és tulajdonság Müller et al. / Eur J Pharm Biopharm 78, 1, 2011
NANORÉSZECSKÉK - IDEGRENDSZERI TOXICITÁS Nem biodegradábilis fehérje nanorészecskék Bondy Int. J. Environ. Res. Public Health, 8, 2200, 2011
NANORÉSZECSKÉK - IDEGRENDSZERI TOXICITÁS Mesterséges nanorészecskék Állatkísérletek Fém nanorészecskék (Ag, Cu, Al) szabad oxigén gyökök gyulladás Bondy Int. J. Environ. Res. Public Health, 8, 2200, 2011
NANORÉSZECSKÉK IDEGRENDSZERI TOXICITÁSA KOCKÁZAT BECSLÉS Akut expozíció: alacsony kockázat Krónikus expozíció: nincs elegendő adat További vizsgálatok Simkó and Mattsson Particle and Fibre Toxicology 2010, 7:42
NANORÉSZECSKÉK TOXICITÁSÁNAK BECSLÉSE Oberdörster, J Internal Med 267, 89, 2009
A VÉR-AGY GÁT 3 SEJTTÍPUSBÓL ÁLLÓ MODELLJE Hogyan készül? Nakagawa és mtsai, Cell Mol Neurobiol., 27: 687-694, 2007 Niwa M, Nakagawa S, Deli MA, WO07072953, 2007 Nakagawa és mtsai, Neurochem Int., 54: 253-263, 2009
SEJTTENYÉSZETEK AGYI HAJSZÁLEREKBŐL Patkány agyszövet Mikroerek izolálása asztrociták periciták Mikroér réteg agyi mikroér endotélsejtek 遠 心 後 赤 血 球 層 Mire alkalmas? Percoll grádiens szeparálás
VÉR-AGY GÁT MODELL ALKALMAZÁSA
CITOTOXICITÁSI TESZTEK Laktát dehidrogenáz felszabadulás sejtpusztulás mérése MTT festék átalakulás életképesség mérése Valós idejű sejtanalízis sejtpusztulás kinetikája Kettős fluoreszcens magfestés élő/elpusztult sejtek
IMPEDANCIA MÉRÉSEN ALAPULÓ RENDSZER RTCA-SP (ACEA Biosciences) Valósidejű sejtanalízis Jelölésmentes Impedancia mérés 96-lyukú tenyésztőlemezek aranyelektródákkal
MIT MÉR ÉS HOGYAN? Solly et al. Assay Drug Dev Technol 2004
MILYEN SEJTVÁLASZOKAT MIRE LEHET HASZNÁLNI? Sejtadhézió Sejtalak változások Sejt-sejt kapcsolódás Sejtnövekedés Sejtszám változások Toxicitás Sejtközötti kapcsolatok megnyílása Scott et al. DDT 2010
NANORÉSZECSKÉK TOXICITÁS VIZSGÁLATA vezikuláris nanorészecske célzó ligand: SLC transzporter szubsztrát töltet: Evans kék-albumin komplex D3 humán agyi endotélsejtek valósidejű sejtanalízis: dózis- és időfüggő toxicitás Kiss Lóránd, együttműködés: SZTE Gyógyszertechnológiai Intézet
ÖSSZEFOGLALÁS A nanorészecskék idegrendszeri bejutását az agy gátrendszerei szabályozzák A vér-agy gát szállítórendszerei segítik a terápiás nanorészecskék célzott agyba juttatását Az agyi endotélsejt tenyészeteken alapuló modellek alkalmasak a nanorészecskék vér-agy gáton való átjutásának és sejtes toxicitásának vizsgálatára.
Vér-agy gát pathológia és farmakológia témacsoport Gróf Ilona Dr. Veszelka Szilvia Walter Fruzsina Sántha Petra Harazin András Kiss Lóránd Bocsik Alexandra Tóth Andrea Glässer Erik http://www.szbk.u-szeged.hu/biophys_blood_brain_barrier_pathology_and_pharmacology.php