MODELLI IN VITRO DI BARRIERA EMATOENCEFALICA: ANALISI BIOCHIMICA E MOLECOLARE DELLE INTERAZIONI TRA CELLULE NERVOSE, GLIALI ED ENDOTELIALI ED APPLICAZIONE PER LO STUDIO DELLA PERMEAZIONE DI FARMACI E PROFARMACI DIRETTI AL SISTEMA NERVOSO CENTRALE

La barriera ematoencefalica (Blood-brain barrier, BBB) è una struttura dinamica che assicura l'omeostasi del microambiente cerebrale. E’ formata dalle cellule endoteliali dei capillari cerebrali (BCEC) sotto l'effetto di segnali induttivi derivanti dalle altre popolazioni cellulari del cervello (neuroni, cellule gliali, periciti).
Le BCEC sono connesse da giunzioni strette (tight junctions, TJ) che impediscono il traffico paracellulare di molecole tra il sangue ed il cervello. Esse inoltre presentano, sia sulla membrana plasmatica luminale sia su quella abluminale trasportatori specifici che controllano il transito transcellulare dei nutrienti in ingresso e dei cataboliti in uscita dal sistema nervoso.
Numerose patologie cerebrali, inclusi i tumori maligni, mostrano un’alterazione della struttura delle TJ ed una conseguente alterazione della funzione barriera.
D'altra parte, è noto che i numerosi sistemi di trasporto presenti nelle BCEC influenzano enormemente l'ingresso e la distribuzione dei diversi farmaci nel cervello.
Data la complessità del sistema barriera, comunque, non è semplice analizzarne la funzione e la permeabilità in vivo. Per questo motivo, già da alcuni anni, stiamo usando un sistema modello di BBB, basato su co-colture di classi diverse di cellule cerebrali di ratto.
Partendo dalle osservazioni fatte in precedenza, la ricerca proposta ha tre obiettivi generali:
1. Approfondire l’analisi molecolare dei meccanismi che consentono la formazione e la maturazione della BBB;
2. Analizzare le alterazioni provocate nel modello dalla presenza di cellule tumorali;
3. Analizzare la permeabilità del modello a nuovi pro-farmaci aventi come bersaglio il sistema nervoso centrale.
In particolare, contiamo di:
1) Studiare in maggiore dettaglio lo “shedding” di vescicole extracellulari di membrana da parte di neuroni ed astrociti, cercando di chiarire da quali microdomini di membrana traggano origine e quali classi di molecole trasportino. Abbiamo già dimostrato che contengono fattori angiogenetici come FGF-2 e VEGF e chaperones molecolari ed abbiamo indicazioni a favore della presenza in esse anche di RNA;
2) Analizzare i meccanismi di recezione da parte delle BCEC dei fattori prodotti da neuroni e glia;
3) Studiare la sintesi e la localizzazione a livello delle TJs dell'occludina e di altre proteine delle giunzioni, cercando di identificare i fattori cellulari capaci di legare specificamente l'mRNA per l'occludina e di sequestrarlo, bloccandone la traduzione;
4) Studiare l’effetto di cellule tumorali cerebrali sulla formazione e sul mantenimento della BBB in vitro;
5) Studiare la capacità di alcuni pro-farmaci amminoacidici di attraversare la barriera modello e di essere eventualmente metabolizzati dalle cellule cerebrali. I pro-farmaci saranno forniti dal gruppo del Prof Italo Giannola con il quale è in corso una collaborazione.