La importancia de los modelos y la medición de la barrera hematoencefálica: un enfoque en TEER
Un Enfoque en la Resistencia Eléctrica Transepithelial
Introducción
La barrera hematoencefálica (BBB) es un sistema complejo, especializado e intrincado que desempeña un papel fundamental en el mantenimiento de la homeostasis del sistema nervioso central (SNC). Actúa como una barrera protectora, regulando el intercambio de sustancias entre la sangre y el cerebro. Comprender la estructura, función y técnicas de medición de la BBB es de suma importancia para diversos campos, incluyendo la neurociencia, farmacología y administración de fármacos. Este artículo tiene como objetivo explorar la importancia de estudiar la BBB, el valor de los modelos de BBB y las diversas técnicas de medición como la resistencia eléctrica transepitelial (TEER) que ayudan en la evaluación de la BBB.
Adrienne L. Watson, PhD, Directora Científica, World Precision Instruments
La Barrera Hematoencefálica: Una Visión General
La BBB es una interfaz dinámica entre los vasos sanguíneos y el cerebro, compuesta por células endoteliales especializadas, uniones estrechas, astrocitos, pericitos y componentes de la membrana basal. Actúa como una barrera física y bioquímica, impidiendo el paso libre de la mayoría de las moléculas y sustancias desde la sangre hacia el cerebro. Esta permeabilidad selectiva es esencial para mantener un ambiente óptimo para la función neuronal y proteger el cerebro de sustancias potencialmente dañinas como patógenos y toxinas. La BBB es una barrera crítica que debe superarse para tratar patologías cerebrales con terapéuticos, y los modelos de BBB son cruciales para el desarrollo de fármacos dirigidos al cerebro.
Trastornos y Enfermedades Neurológicas
Estudiar la BBB es fundamental para entender la patogénesis y progresión de diversos trastornos y enfermedades neurológicas. La disfunción de la BBB se ha implicado en condiciones como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, la esclerosis múltiple y los tumores cerebrales. Al investigar los cambios en la integridad y permeabilidad de la BBB en estas condiciones, los investigadores pueden obtener información sobre los mecanismos de la enfermedad e identificar posibles objetivos terapéuticos.
Administración de Fármacos y Terapéuticos
La BBB representa un desafío significativo en la administración de fármacos al cerebro. Muchos fármacos potencialmente beneficiosos no pueden cruzar eficazmente la BBB, limitando su efectividad en el tratamiento de enfermedades del SNC. Comprender los mecanismos de transporte y la regulación de la permeabilidad de la BBB puede ayudar en el desarrollo de estrategias para mejorar la administración de fármacos al cerebro. Se están explorando activamente técnicas como sistemas de administración de fármacos dirigidos, nanotransportadores y la interrupción temporal de la BBB para mejorar la penetración y eficacia de los fármacos.
Neurofarmacología y Toxicología
Estudiar la BBB es esencial en la investigación de neurofarmacología y toxicología. La BBB actúa como un guardián, controlando la entrada de fármacos y toxinas al cerebro. Comprender los transportadores y receptores involucrados en la captación y expulsión de fármacos en la BBB puede ayudar a predecir la eficacia del fármaco y posibles efectos adversos. Además, estudiar la respuesta de la BBB a toxinas y contaminantes ambientales puede proporcionar información sobre su neurotoxicidad y ayudar en el desarrollo de medidas preventivas.
Técnicas de Medición para Evaluar la Barrera Hematoencefálica: Resistencia Eléctrica Transepithelial (TEER)
TEER es una técnica ampliamente utilizada para evaluar la integridad y permeabilidad de la BBB en cultivos celulares y sistemas microfisiológicos como órganos en chip. TEER mide la resistencia eléctrica a través de una monocapa de células endoteliales o epiteliales. El valor de TEER refleja la estrechez de las uniones estrechas entre las células, un determinante clave de la función de la BBB. Valores disminuidos de TEER indican un aumento de la permeabilidad y una integridad comprometida de la barrera. Se han realizado mediciones de TEER en cultivos celulares y sistemas de órganos en chip, y estos valores de TEER se han correlacionado con la permeabilidad de la BBB a varios compuestos y fármacos.
Otras Técnicas para la Evaluación de la BBB
Además de TEER, se utilizan varias otras técnicas para evaluar la BBB in vitro y in vivo:
- Modelos In Vitro: Los modelos de cultivo celular, como los cocultivos de células endoteliales con astrocitos o pericitos, proporcionan una representación simplificada de la BBB. Estos modelos permiten estudiar los mecanismos de transporte de la BBB, la permeabilidad a fármacos y las interacciones con otros tipos celulares.
- Técnicas de Imagen In Vivo: Técnicas avanzadas de imagen, como la resonancia magnética (MRI) y la tomografía por emisión de positrones (PET), pueden usarse para visualizar y cuantificar la integridad y permeabilidad de la BBB en animales vivos y humanos. Estas técnicas proporcionan información valiosa sobre la disfunción de la BBB en diversos trastornos neurológicos.
- Imagen Molecular y Biomarcadores: Las técnicas de imagen molecular, incluyendo la imagen por fluorescencia y la radiomarcación, pueden usarse para visualizar moléculas y receptores específicos en la BBB. Los biomarcadores, como las proteínas de las uniones estrechas y los transportadores, pueden ser dirigidos para evaluar la integridad y función de la BBB.
Implicaciones Clínicas y Direcciones Futuras
Comprender el papel de la BBB en los trastornos neurológicos y la administración de fármacos tiene importantes implicaciones clínicas. Las estrategias de administración de fármacos dirigidos, como el uso de nanopartículas o transporte mediado por receptores, pueden mejorar la eficacia del fármaco mientras minimizan los efectos secundarios sistémicos. Además, los avances en la investigación de la BBB pueden conducir al desarrollo de nuevos enfoques terapéuticos para enfermedades neurodegenerativas y tumores cerebrales. La capacidad de medir la BBB de manera precisa y no invasiva con TEER permite a los investigadores y desarrolladores de fármacos evaluar rápidamente cientos o miles de compuestos para el tratamiento de enfermedades del SNC.
Las direcciones futuras en la investigación de la BBB incluyen explorar el papel de la BBB en la neuroinflamación, el acoplamiento neurovascular y la neurodegeneración. Una mayor comprensión de los mecanismos moleculares involucrados en la regulación y el transporte de la BBB abrirá el camino para el desarrollo de terapias innovadoras y herramientas diagnósticas. Finalmente, implementar mediciones de permeabilidad de la BBB, como TEER, en una amplia variedad de modelos de BBB permitirá una evaluación estandarizada y de alto rendimiento de terapéuticos necesarios para mejorar la vida de los pacientes.
Conclusión
Estudiar la barrera hematoencefálica es de suma importancia en diversos campos, incluyendo la neurociencia, farmacología y administración de fármacos. La permeabilidad selectiva de la BBB y la regulación del intercambio de sustancias entre la sangre y el cerebro juegan un papel crucial en el mantenimiento de la homeostasis del SNC. Técnicas de medición como TEER proporcionan información valiosa sobre la integridad y permeabilidad de la BBB. Los avances en la investigación de la BBB tienen el potencial de revolucionar la administración de fármacos al cerebro y mejorar la comprensión y el tratamiento de los trastornos neurológicos.
Referencias
- Abbott NJ, Patabendige AA, Dolman DE, et al. Estructura y función de la barrera hematoencefálica. Neurobiol Dis. 2010;37(1):13-25.
- Daneman R, Prat A. La barrera hematoencefálica. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2015;7(1):a020412.
- Hawkins BT, Davis TP. La barrera hematoencefálica/unidad neurovascular en salud y enfermedad. Pharmacol Rev. 2005;57(2):173-185.
- Pardridge WM. La barrera hematoencefálica: cuello de botella en el desarrollo de fármacos para el cerebro. NeuroRx. 2005;2(1):3-14.
- Sweeney MD, Sagare AP, Zlokovic BV. Ruptura de la barrera hematoencefálica en la enfermedad de Alzheimer y otros trastornos neurodegenerativos. Nat Rev Neurol. 2018;14(3):133-150.
- Wolburg H, Lippoldt A. Uniones estrechas de la barrera hematoencefálica: desarrollo, composición y regulación. Vascul Pharmacol. 2002;38(6):323-337.
