導入
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新薬の開発中、薬理学的量は非常に重要です。それは、物質が血液脳関門をどの程度通過できるか（英語では、脳取り込み）です。これは、中枢神経系で作用を発揮する必要がある向精神薬と、特にそこに浸透してはいけない末梢器官向けの薬の両方にとって重要です。特定の物質の流速と血液脳関門への浸透機構を調査するために、これまでに一連の異なる方法が開発されてきました。古典的な方法は、生体内でモデル生物に作用します。血液脳関門はすべての哺乳類で実質的に同じ方法で構築されるため、生体内で得られた結果は人間に正確に翻訳されます。より現代的な方法では細胞培養 ( in vitro ) が使用されており、さらに最近ではコンピューターシミュレーション ( in silico ) を使用し始めています。
身体の基礎
血液脳関門の透過性を測定するために、単一の毛細血管に基づく単純化されたモデルが Renkin (1959) と Crone (1965) によって開発されました。簡略化されているにもかかわらず、このモデルは実際の状況を最もよく近似しています。透過性表面積積 PS は、毛細管サンプルの全体的な透過性の尺度です。この積は「クローネ・レンキン定数」とも呼ばれ、特定の物質の透過係数と移動に利用できる表面積の積です。測定単位はml・min -1・g -1 (湿潤組織の質量を g) で、血流量 Q に相当します。抽出された一方向性画分 E は、脳に流入する物質の割合です。シングルパス。それは次のように与えられます。
- $$ {\scriptstyle E = 1 – e^{-{\frac{PS}{Q}}}} $$
流量 Q が透過性表面積積 PS より小さい場合、物質の移動は血液供給によって制限されます。逆に、Q が PS より大きい場合、物質移動は透過性によって制限されます。
原則として、流入が血液供給量を超えることはできないため、すべての物質について E の値は常に 1 未満です。値が 0.2 未満の場合、通常、透過性が脳への輸送の制限要因であると言われます。 0.2 ～ 0.8の範囲では、透過性は中程度であると言われます。
インビトロプロセス
培養内皮細胞では、血液脳関門における物質の挙動について大量の定量的研究を行うことができます。
最も単純なin vitroプロセスは、単離されたまだ生きている血管を使用することです。そこでは細胞レベルでの輸送メカニズムに関する研究を行うことができます。このために、解剖から採取した人間の毛細血管を使用することもあります。たとえ細胞内の ATP の供給が大幅に減少したとしても、毛細血管は収集後も依然として代謝活動を続けています。しかし、このプロセスでは、内皮細胞の管腔側と管腔外の両側が研究対象の物質に曝露されます。したがって、物質との相互作用に関して両者を区別することはできません。共焦点蛍光顕微鏡により、インキュベートされた毛細管上の空間分布を分析できます。たとえば、トランスフェリン受容体に対するモノクローナル抗体の取り込みを研究できます。この方法は、内皮の管腔側からの物質の流出に関する半定量的アッセイを可能にする点まで改良することができる。
不死化内皮細胞株を使用すると、物質の透過性に関する定量的な結果を得ることができます。今では多種多様な血統が存在します。これらは基礎研究と医薬品開発の両方に使用されます。内皮細胞は毛細血管と同様、単層（単層）で維持されています。これらの層の品質は、たとえば上皮層の電気抵抗 (経内皮電気抵抗= TEER) によって判断されますが、この電気抵抗は可能な限り高くなければなりません。生体では、この値は2,000 Ω・cm 2より大きく、主に密着結合の品質に依存します。 in vitro では、この値よりせいぜい一桁低い値にしか到達しません。星状細胞と内皮細胞の混合培養物を使用すると、これらの値は大幅に向上します。星状細胞は、密着結合の形成に関与する遺伝子の発現にプラスの影響を与えます。このようにして、最大800 Ω・cm 2の値を達成できます。アストロサイトを使用しない場合でも、培養物にコルチゾールを添加することによって、同様に大きな値を達成することができます。