血液脳関門に関する新たな知見

血液脳関門（BBB）は、脳と体内を循環する血液を分ける特別なバリアなんだ。このバリアは、脳を健康に保つためにすごく大事で、何が脳に入ったり出たりするかを調整してる。必要な栄養素が通過できる一方で、有害な物質はブロックするんだ。

#血液脳関門の構造

BBBは、いろんな種類の細胞でできてる。主なのは脳の血管をラインする脳内皮細胞。これらの細胞は密に詰まってて、タイトジャンクションを形成して無駄な物質が通過するのを防いでる。アストロサイトやペリサイトなどのサポート細胞も、BBBの構造や機能を維持するのを手伝ってる。アストロサイトは長い突起を持っていて、血管の周りを巻きつけてサポートしたり、脳細胞の周りの環境を調整したりしてる。

#血液脳関門の重要性

BBBは、脳を有害な物質、毒素、病原体から守る重要な役割を果たしてる。でも、この保護機能が脳の病気の治療を難しくすることもあるんだ。多くの有用な薬はBBBを越えられないから、治療が難しくなる。研究者たちは、がん、アルツハイマー病、そして多発性硬化症のような病気を治療するために、薬の脳への送達を改善する方法を見つけようとしてる。

#血液脳関門の透過性の評価

科学者たちは、物質がBBBを通過する方法を研究するためにいろんな方法を開発してきた。一部の方法は、動物モデルや細胞培養を使った実験技術に頼ってる。特によく使われる方法の一つが「インシチュ脳灌流」で、これは薬がどれだけBBBを通過できるかを評価する標準的なテストとして使われることが多い。ただし、倫理的な問題や人間でのテストの限界から、より良いインビトロモデルの必要性が強調されてる。

#血液脳関門のインビトロモデル

BBBをよりよく理解するために、研究者たちはその構造を模したインビトロモデルを作ったんだ。一つの有望なアプローチは、異なる種類の脳細胞を組み合わせた共培養システムを使うこと。例えば、脳内皮細胞とアストロサイト、ニューロンを一緒に含むモデルなんかがある。この組み合わせは、実際の生物の中でBBB内で起こるインタラクションをより正確に再現するのを助ける。

#ニューロンとアストロサイトの役割

研究によると、ニューロンとアストロサイトはBBBの完全性や機能を保つのに重要な役割を果たしてる。ニューロンは内皮細胞の行動に影響を与えるいろんなシグナル分子を放出するんだ。アストロサイトは脳内で最も豊富なグリア細胞で、重要なサポートを提供し、脳組織の血流を調節してる。これらの細胞は一緒になってバリアを強化し、その保護機能を向上させる。

#トリプル共培養モデルの確立

最近の研究では、科学者たちは人間の脳内皮細胞、アストロサイトーマ細胞、神経芽腫細胞を組み合わせた新しいインビトロBBBモデルを作ろうとした。これがトリプル共培養モデルで、以前の単一培養モデルよりもBBBをより正確に表現できるように開発されてる。

#トリプル共培養モデルの特性評価

研究者たちは、細胞層間の電気抵抗、すなわちトランスエピテリアル電気抵抗（TEER）を測定して、BBBモデルの完全性を評価した。共培養の最初の数日間にTEER値が増加するのが見られた。最高のTEER値はトリプル共培養モデルで見られ、他の細胞タイプが少ないモデルよりも強いバリア機能を示してた。さらに、いろんな物質の透過性もテストして、トリプル共培養モデルがより厳しく物質の侵入を制限していることを確認した。

#細胞間の相互作用の調査

研究者たちは、共培養内の細胞が直接触れ合う必要がないことを発見した。代わりに、周囲の環境に分泌されたシグナル分子に頼ってコミュニケーションをとっているんだ。異なる細胞タイプの条件付き培地を調べることで、BBBの維持に重要なタンパク質の発現を促進する因子を特定した。

#BBBの完全性における重要なシグナル分子

ニューロンとアストロサイトが生成するシグナル分子の中で、グリア由来神経栄養因子（GDNF）が重要な因子として際立ってた。GDNFは、内皮細胞間のタイトジャンクションを強化するクレアリン-5とVE-カドヘリンの発現を上げることが示された。GDNFをブロックした場合、これらのタンパク質の発現が減少し、BBBの透過性が増すことになった。

#GDNFの作用メカニズムの探求

GDNFは、細胞内で特定の経路を介して作用して、タンパク質の発現に変化をもたらす。研究者たちは、GDNFがホスファチジルイノシトール-3-キナーゼ（PI3K）/AKTとミトゲン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）/ERK経路を活性化することを発見した。これらの経路は、成長や生存などのさまざまな細胞機能を調整することでよく知られている。これらの経路をブロックするために抑制剤を使うことで、GDNFがクレアリン-5とVE-カドヘリンの発現を高める効果がこれらのシグナルルートに依存していることを確認した。

#発現調節におけるFOXO1とETS1の役割

さらに調査した結果、クレアリン-5の発現を抑える傾向があるFOXO1がGDNFによってトリガーされるシグナルに影響されることが分かった。活性化されたAKTの高レベルはFOXO1のリン酸化を引き起こし、それが核内のFOXO1の存在を減少させ、クレアリン-5の発現を増加させる。一方で、GDNFシグナルによって活性化される別の転写因子ETS1は、VE-カドヘリンの発現調整に重要な役割を果たす。この相互作用は、BBBの完全性を保つための複雑な調節ネットワークを示してる。

#トリプル共培養モデルのin vivo 検証

インビトロの研究結果をさらに確認するために、研究者たちはin vivo実験を行った。マウスモデルを使って、GDNFが生物内のBBBにどのように影響するかを評価した。脳のGDNFをノックダウンする方法を使った結果、BBBの透過性が増加し、GDNFがその完全性を維持するために重要であることを支持することができた。

#BBBを越える薬剤透過性の予測

この研究は、トリプル共培養モデルが薬がBBBを越える能力を予測する上での有効性も試そうとした。モデルの予測を動物研究からの実際の観察結果と比較したところ、トリプル共培養モデルはよりシンプルなモデルよりも薬剤透過性の予測が正確だった。この結果は、モデルが開発過程で潜在的な薬候補のスクリーニングに役立つ可能性があることを示してる。

#結論

この研究は、BBBの複雑な構造と機能をこれまでのモデルよりも正確に模倣する新しいインビトロトリプル共培養モデルを成功裏に開発した。このアプローチは、ニューロン、アストロサイト、内皮細胞の間の複雑な相互作用がBBBの完全性を保つために重要であることを浮き彫りにしてる。これらのメカニズムを理解し、薬の送達方法を改善することで、研究者たちは神経疾患の効果的な治療法の開発を促進できることを目指してる。

#将来の方向性

今後、研究者たちはトリプル共培養BBBモデルをさらに洗練させ、完全性に影響を与える追加の因子を探求する予定なんだ。このモデルを改善することで、薬の試験プロセスが向上し、脳関連の疾患の治療法がより良く開発されることを期待してる。研究者、薬理学者、臨床医の協力が、実験室での発見と臨床応用のギャップを埋めるために不可欠で、最終的にはさまざまな神経疾患に苦しむ患者に利益をもたらすことになる。