一个新的穿越血脑屏障的机制

血脑屏障(BBB)是一个严格的,几乎无法穿透的层细胞保护大脑,保护重要器官等危害血液中的毒素或细菌和只允许一组非常有限的小分子,如营养物质,通过。这一层的保护,然而,很难人员研究和设计药物,可以治疗大脑紊乱。

现在,加州理工学院的一项研究发现了一个前所未知的机制,确定病毒载体蛋白质外壳设计携带各种期望透过BBB cargo-can交叉。这种机械的见解可能提供一种新的方法来设计病毒载体用于研究和治疗的应用。理解这和其他新的机制也可能给了解大脑如何防御可能利用紧急病原体,使研究人员能够准备的方法来阻止他们。

的研究是在实验室进行的Viviana Gradinaru路易斯和维克多Troendle神经科学和生物工程教授和加州理工学院的分子和细胞神经科学中心主任,天桥的一部分,问陈加州理工学院神经科学研究所,并发表在《华尔街日报》科学的进步4月19日。该研究的第一作者盖谢,加州理工学院的科学主管贝克曼研究所三叶草中心;生物工程研究生Xiaozhe丁;和艾琳·沙利文三叶草研究助理。

尽管BBB作为大脑的强大的国防,某些病毒有自然进化的能力绕过它。几十年来,研究人员已经研究了如何使用这些病毒作为一种BBB-crossing特洛伊木马;,研究人员挖成原始病毒病毒携带的货物,然后使用他们的空心管坯渡轮有益的治疗或工具进行研究。

病毒载体能够穿过BBB可以提供所需的基因注入大脑通过一个简单的血液中,因此不需要创注入大脑。不幸的是,大多数矢量来源于自然进化病毒穿越BBB效率很低,所以他们必须在高剂量,增加副作用的风险。

灵感来自大自然,Gradinaru实验室在过去的十年中使用定向进化技术开创了加州理工学院的过程由诺贝尔奖得主弗朗西斯。阿诺指南的进化穿过BBB向量和增强他们的能力。多年来,该组织已经生成数十个向量与不同能力跨越BBB和目标不同组织和细胞类型在不同的物种。在这个过程中,他们发现不同的向量可以跨生物模型表现不同,这表明这些向量可能每个已经确定了不同的和有效的路径从血液到大脑。

然而,尽管研究人员知道这些向量可以交叉,目前还不清楚它们是如何穿越。哪里的入口点强化BBB的墙吗?

在这个新的研究中,研究小组由谢,沙利文,丁旨在确定这些机制使用多学科方法相结合研究人员的专长技术的蛋白质化学、分子生物学、和数据科学,分别。

首先,谢和沙利文发达细胞培养屏幕快速测试得分的能力不同的蛋白质发现表面的BBB增强在培养皿中向量的传染性。丁然后使用一个先进的计算模型(基于一个复杂的人工智能程序称为AlphaFold)来模拟如何向量与不同的蛋白质相互作用,揭示了几何图形的交互的发现在屏幕上。接下来,一种“疯狂三月”竞争的也就一个即将到来的paper-determined向量的主题互动最好的蛋白质,再捕捉屏幕的实验结果。

研究小组发现了一个特定的酶,称为碳酸酐酶IV (CA-IV),使得一些不同的病毒载体BBB。有趣的是,发现CA-IV是一种古老的酶,这种酶元bbb的许多不同的物种,包括人类;这不是之前所知促进任何BBB-crossing过程。在未来,这种结合实验和计算的方法可能会加速发现额外的BBB穿越解决方案和团队兴奋的可能性这些分子网关应用于脑疗法的交付。

“穿越血脑屏障是一个关键的生物学难题,”Gradinaru说。“说一种酶,调节血液酸碱度,让我们品味苏打饮料,是一种直观的目标帮助病毒通过BBB只是轻描淡写。现在我们可以利用CA-IV和其他令人兴奋的目标,继续走出我们的方法植根于识别BBB-crossing病毒载体的机制,来帮助我们设计下一代病毒和病毒性交付向量对大脑。也许,它还将帮助我们建立弹性对紧急病原体为大脑条目可以劫持相同的路线。”

理解机制的范围病毒载体进入大脑是至关重要的,使个性化治疗可能来自于不同的人群。大脑,和他们的元bbb,跨物种差异很大,甚至在人类中。事实上,一个人的BBB可以随自己的一生。通过揭示新的BBB-crossing机制,更大范围的neuropharmaceutical交付选项可以根据患者不同生理概要文件。