Genvej til hjernen via næsen
Det er ofte vanskeligt at sende lægemiddelstoffer ind i centralnervesystemet med blodet, fordi passagen hindres af blod-hjerne-barrieren. Direkte indgift via lugtecellerne i det olfaktoriske område i næsehulen er en interessant mulighed, som nu undersøges i dyreforsøg.
Af Morten Aavad Bagger og Erik Bechgaard
Fra Lægemiddelforskning 2001
Mange lægemiddelstoffer udøver deres effekt i hjernen eller andre dele af centralnervesystemet. Det gælder f.eks. stoffer, som bruges til at behandle stærke smerter, migræne, epilepsi og Parkinsons syge.
Når sådanne lægemiddelstoffer indgives som tabletter eller ved indsprøjtninger, skal de være i stand til at passere blodhjerne-barrieren for at virke. blod-hjerne-barrieren er hjernens forsvar mod fremmede stoffer, som cirkulerer rundt i blodet. Barrieren udgøres af cellerne i hjernens kapillærvægge, hvor åbningerne mellem cellerne er meget små. Derfor er det kun små molekyler, som kan passere gennem åbningerne og komme ind i hjernen.
Dette er en meget effektiv barriere mod mange vandopløselige lægemiddelstoffers passage fra blodet ind i hjernen, da disse ofte er for store til at slippe gennem nåleøjet. Samtidig indeholder blodkarrene i blod-hjerne-barrieren transportører, der fungerer som udsmidere. Transportørerne genkender forskellige molekylære strukturer og sørger for at pumpe sådanne stoffer tilbage til blodstrømmen. Denne mekanisme tager sig især af fedtopløselige stoffer, hvilket kan blokerere for potentielt aktive lægemiddelstoffers adgang til hjernen. I de senere år har en række dyreforsøg imidlertid vist, at der er en mulig genvej for lægemiddelstoffer, som har svært ved at komme ind i hjernen og rygmarvsvæsken. Genvejen går via de nerveceller i næsehulen, som sender duftindtryk ind i hjernen.
Absorption af lægemiddelstoffer via nervecellerne i næsehulen kan have et potentiale indenfor behandling af sygdomme i centralnervesystemet, og samtidig vil bivirkninger, som er relateret til koncentrationen af lægemiddelstofferne i blodet kunne mindskes. For nye konventionelle næsesprays vil eksistens af denne transportvej omvendt kunne medføre øgede dokumentationskrav på grund af risiko for bivirkninger i centralnervesystemet, som ikke vil optræde ved anvendelse af tabletter eller injektioner.
Bagdør til hjernen
Lugtecellerne findes i den øverste, bageste del af næsehulen, hvor kun slimhinden - det olfaktoriske epitel - og en hullet benplade - sibenet - danner barriere mellem centralnervesystemet og de ydre omgivelser. De nøgne ender af lugtecellerne stikker ud gennem slimhinden og rækker således helt ind i næsehulen. Her kan fedtopløselige lægemiddelstoffer optages i nervecellerne og diffundere gennem dem ind til lugtehjernen, som findes i både højre og venstre side af hjernen. Denne transportvej anses for at være relativt langsom med en transporttid til hjernen i størrelsesordenen af timer til dage.
Derimod kan vandopløselige lægemiddelstoffer komme ind i hjernen i løbet af minutter, fordi transportvejen her ikke går gennem nervecellerne, men langs med dem via den rygmarvsvæske, som omslutter nervecellerne helt frem til slimhindens bagside. Optagelse af vandopløselige lægemiddelstoffer gennem slimhinden i næsehulen vil derfor ske til rygmarvsvæsken, hvorfra stofferne kan diffundere videre til væsken mellem hjernecellerne.
På grund af den begrænsede barriere mellem næsehulens duftområde og centralnervesystemet, er det væsentligt, at man i dyreforsøg sammensætter de eksperimentelle lægemidler på en måde, så der ikke opstår skader på dyrenes slimhinder i næsehulen på grund af hjælpestoffer. Flere undersøgelser er gennemført på bedøvede dyr, hvor svælget er afsnøret. Derfor drænes lægemiddelstof og hjælpestoffer ikke bort, som det sker under normale forhold, hvorfor skader på slimhinden lettere kan opstå.
- Skitse af det olfaktoriske områdes placering i næsehulen og af opbygningen af det olfaktoriske epitel. A: Lugtehjernen, B: Si-benet, C: Olfaktorisk nervecelle, D: Olfaktorisk næseslimhinde.
Krav til lægemidler
Da direkte absorption af lægemiddelstoffer via næsehulen hidtil kun er blevet undersøgt i begrænset omfang, er det endnu uklart hvilke fysisk-kemiske egenskaber et lægemiddelstof skal have for at opnå den bedste udnyttelse af den olfaktoriske transportvej.
Det er dog påvist, at lav molekylevægt og moderat fedtopløselighed fremmer transporten af lægemiddelstoffer fra næsehulen til rygmarvsvæsken. Det svarer til, hvad der generelt er optimalt for molekylers passage over biologiske barrierer. Derfor vil lægemiddelstoffer med disse egenskaber ligeledes nemt optages fra næseslimhinden til det almindelige blodkredsløb. Når man arbejder med modelstoffer, er det derfor en fordel at udvælge stofferne på en måde, så den direkte optagelse til hjernen ikke overskygges af absorption via blodkredsløbet.
Direkte optagelse af lægemiddelstoffer via lugtecellerne i næsehulen er tidligere blevet undersøgt ved nasal indgift af radioaktive isotoper af tungmetaller til forsøgsdyr. Dyrene er efterfølgende blevet aflivet, og man har kunnet måle udbredelsen af radioaktivitet fra slimhinden over lugtehjernen og videre ind i den resterende del af hjernen.
Metoden, som også anvendes til at undersøge optagelsen af lægemiddelstoffer, har den ulempe, at der kræves et stort antal forsøgsdyr for at beskrive absorptionen som funktion af tid, ligesom det ikke altid er muligt at opnå kvantitative mål. Derfor er der også blevet udført studier med totalbestemmelse af lægemiddelstoffer i hjernevævet og med løbende opsamling af prøver fra blodet og rygmarvsvæsken på forsøgsdyr.
Et eksempel er L-Dopa, som anvendes til behandling af Parkinsons syge. Det er i dyreforsøg fundet, at koncentrationerne i rygmarvsvæsken i forhold til koncentrationerne i blodet er 10 til 20 gange højere efter indgift i næsehulen end efter injektioner til såvel mus som rotter.
Måling på hjernevæsken
Mikrodialyse er en metode, som kan bruges til opsamling af lægemiddelstoffer fra hjernevæsken. Undersøgelserne kan både gennemføres på bedøvede og ubedøvede dyr, da de ikke medfører væsentlige gener. Dyrene kan endda indgå i overkrydsningsforsøg, hvor forskellige stoffer eller indgiftsformer afprøves i de forskellige grupper af dyr med nogle dages mellemrum, hvilket nedsætter behovet for et stort antal forsøgsdyr. Samtidig er mikrodialyse en af de eneste metoder, som kan vise, hvordan lægemiddelstoffer over tid fordeles og omsættes i hjernen.
Mikrodialysen foregår ved hjælp af et meget tyndt stålrør, som indføres i hjernen på forsøgsdyret. De yderste 1-10 millimeter af røret består af en rørformet dialysemembran. Små molekyler i hjernevæsken kan trænge gennem membranen og over i den saltopløsning, som røret ved lav hastighed gennemstrømmes af. Derimod er membranen lukket for store molekyler som blodceller og proteiner, hvilket letter det efterfølgende analysearbejde.
Når et lægemiddelstof indgives gennem næsehulen og kommer ud i hjernevæsken, vil stoffet således diffundere gennem membranen og komme ind i saltopløsningen. Denne opsamles løbende i fraktioner, som senere kan analyseres med henblik på bestemmelse af sammenhængen mellem tid og koncentration.
Ved anvendelse af mikrodialyse fortages implanteringen ved hjælp af udstyr, som muliggør en meget præcis placering af røret, således at den ønskede struktur i hjernen rammes. På grund af de små dimensioner kan implanteringen ske uden væsentlig skade på det omkringliggende væv.
Dette er vigtigt, da resultaterne af forsøgene kun er pålidelige, når der ikke sker skader på blod-hjerne-barrieren. Sådanne skader er naturligvis især uacceptable, når man undersøger transporten til hjernen af lægemiddelstoffer, som normalt kun passerer blod-hjerne-barrieren i begrænset omfang. Kontrol af den fysiske integritet af blod-hjerne-barrieren kan foretages med intravenøs indgift en fluorescerende markør, som ikke er i stand til at passere en intakt blodhjerne barriere.
Selv om flere studier af lægemiddelstoffers optagelse via lugtecellerne i næsehulen har virket overbevisende med hensyn til direkte transport til centralnervesystemet, især til rygmarvsvæsken, er det endnu uklart, hvorvidt transportvejen er anvendelig ved behandling af mennesker.
For det første er det oftest små stofmængder, som totalt set absorberes via genvejen til hjernen. For det andet har de anvendte forsøgsdyr - mus, rotter og kaniner - en langt større del af næsehulen dækket med lugteceller, end det er tilfældet hos mennesket. Flere forskningsgrupper arbejder dog på at skabe ny viden på området, og fremtiden vil vise om den direkte transportvej gennem næsehulen vil kunne udnyttes til at behandle sygdomme i centralnervesystemet.
- Optagelsen og omsætningen af et lægemiddelstof i hjernen kan måles på forsøgsdyr ved hjælp af mikrodialyse. Princippet er, at lægemiddelstoffet diffunderer gennem en membran ind i en hul nål – en såkaldt probe – der ved lav hastighed gennemstrømmes med en saltopløsning. Billedet viser en mikrodialyseprobe til kontinuert opsamling af lægemiddelstof fra hjernevæsken i en bedøvet rotte. Den 4 mm lange dialysemembran, som sidder på probens spids, tillader diffusion af molekyler op til 20 kDa. Den viste probes dimensioner er 0,5 x 30 mm, hvoraf membranen udgør 0,5 x 4 mm. Mikrodialyseprober fås, som vist, i en stiv version til implantering i hjernevæv samt en fleksibel version til implantering i f.eks. blodkar.
