Bluthirnschranke - die magische Grenze:

Blut ist ein ideales Transportmittel: Es durchströmt den Körper bis in den letzten Winkel, erreicht alle Organe. Mit ihm gelangen Nährstoffe, Stoffwechselprodukte und die Atemgase an ihr Ziel. Auch Medikamente bringt es in kürzerster Zeit dorthin, wo sie wirken sollen. Nur im Gehirn klappt das nicht: Hier bilden die Zellen der Blutgefäße die so genannte Bluthirnschranke. Sie lässt nur wenige, ganz bestimmte Stoffe ins Gehirn und schützt es so vor schädlichen Substanzen aus dem Blut. Diese Barriere zwischen dem Gehirn und dem übrigen Körper ist überlebensnotwendig. Sie hat aber auch einen Haken: Medikamente, die direkt ins Gehirn müssen, um helfen zu können - wie z. B. Zytostatika gegen Gehirntumore oder AIDS-Medikamente gegen ADC (AIDS Dementia Complex) -, werden ebenfalls ausgesperrt. Mediziner, Pharmakologen und Biologen suchen deshalb nach Wegen, diese Grenze zu umgehen und diese Wirkstoffe ins Gehirn zu schleusen.

Geschlossene Gesellschaft ...

Die Kernspintomographie zeigt: Die meisten Stoffe bleiben an der Bluthirnschranke hängen. Auch das Kontrastmittel (weiss) bleibt in den Adern und dringt nicht ins Gehirn ein.

Blutgefäße sind von einer Zellschicht ausgekleidet, den so genannten Endothelzellen. Im Körper sind diese Endothelzellen relativ locker miteinander verbunden: Dort können Stoffe zwischen benachbarten Gefäßzellen und zwischen dem Innenraum der Adern und den restlichen Geweben hin und her diffundieren. In den Blutgefäßen des Gehirns sind diese Zellen jedoch so eng miteinander verbunden, dass zwischen ihnen kein Stoffaustausch mehr möglich ist. Der einzige Weg vom Blut ins Gehirn führt deshalb jeweils quer durch eine Endothelzelle hindurch. Dazu müssen die Stoffe zunächst durch die Zellmembran der Gefäßzellen. Die aber bildet zur Blutgefäßseite hin eine hermetische Barriere. Zur Gehirnseite hin ist sie relativ durchlässig.

... Einlass nur mit Passierschein

Glucose dockt an den Glucoserezeptor in der Membran der Blutgefäßzellen an und wird durch die Bluthirnschranke geschleust.

Wie jede Zellmembran ist auch hier die Membran aus einer Doppelschicht aufgebaut, die außen wasserlöslich (hydrophil) und innen fettlöslich (lipophil) ist. Wasserlösliche Stoffe kommen durch diese innere, fettlösliche Schicht nicht durch und haben deshalb an der Bluthirnschranke keine Chance. Gleiches gilt für sehr große Moleküle. Es sei denn, sie haben einen Passierschein, also eine bestimmte Struktur, die zu speziellen Rezeptormolekülen in der Membran passt wie ein Schlüssel zum Schloss. Wenn sie an diesen Rezeptor andocken, werden sie durch die Membran ins Innere der Zelle geschleust. Glucose  z. B. gelangt auf diesem Weg durch die Bluthirnschranke und auch große Fettmoleküle, die an Trägermoleküle gebunden im Blut zirkulieren.

Achtung Türsteher!

Je kleiner und fettlöslicher ein Molekül ist, desto leichter kann es durch eine Zellmembran wandern. Damit auf diese Weise nicht alle erdenklichen Stoffe ins Gehirn gelangen, sind die Membranen der Gefäßzellen dort mit Wächterproteinen gespickt. Sie werden ABC-Carrier genannt. Diese Wächterproteine erkennen und binden die meisten im Gehirn unerwünschten Moleküle und werfen sie wieder hinaus, bevor sie das Zellinnere erreichen. Manche Moleküle schaffen es aber, sich an den Wächtern vorbeizumogeln und ins Gehirn zu gelangen, wie Alkohol, Nikotin oder auch Heroin. Bei manchen dieser Moleküle – Nikotin zum Beispiel - ist noch nicht ganz klar, warum ausgerechnet sie dazu in der Lage sind. Überhaupt weiß niemand ganz genau, wie ein Molekül aussehen muss, damit es eine Chance hat, die ABC-Carrier zu überlisten.

Durch die Mauer: Mit dem Holzhammer ...

Die meisten Arzneimittel, die man ins Gehirn schleusen möchte, sind entweder zu groß, zu wasserlöslich oder sie werden von den ABC-Carriern abgefangen. Also müssen die Wissenschaftler nach anderen Lösungen suchen. Eine Möglichkeit ist, die Bluthirnschranke eine Zeit lang komplett außer Gefecht zu setzen. Das geht zum Beispiel mit hochkonzentrierter Lösung von im Körper schwer abbaubaren Zuckern. Sie bewirken, dass die engen Zellverbindungen der Blutgefäße im Gehirn zerreißen und die Bluthirnschranke wird für mehrere Stunden völlig durchlässig. In dieser Zeit kann man dann die erforderlichen Medikamente,  z. B. Anti-Tumormittel, verabreichen. Das Verfahren ist jedoch nicht risikofrei, denn das Gehirn ist in diesen Stunden vor sämtlichen schädlichen Stoffen aus dem Blut völlig ungeschützt. Wissenschaftler vom Max Planck Institut für Biophysik in Göttingen und Ärzte der Kinderklinik in Göttingen arbeiten jedoch zurzeit gemeinsam daran, diese Strategie zu verfeinern. Sie setzen die Bluthirnschranke mit so genannten Alkylglycerinen außer Gefecht. Allerdings hält der Effekt dieser Substanzen weniger als zwei Minuten an. Die Gefahren für das Gehirn sind dadurch sehr viel geringer. Das Verfahren ist im Moment noch im Versuchsstadium, steht aber kurz vor den ersten klinischen Tests.

... oder mit dem trojanischen Pferd.

Ein Zellkultur von Bluthirnschrankenzellen: Leuchtfarbstoff an den Nanopartikeln zeigt, dass sie in den Zellen angekommen sind.

Eine Alternative ist es, die Arzneistoffe gezielt und selektiv durch die Bluthirnschranke zu schleusen: Huckepack mit Stoffen, die die Barriere überwinden können. Ein Team aus Pharmakologen, Zellbiologen und Medizinern aus Frankfurt verfolgt diesen Ansatz mit so genannten Nanopartikeln. Aus neutralen, in Körperzellen abbaubaren Molekülen stellen sie winzige Partikeln von maximal einem hunderttausendstel Millimeter her. In diese bauen sie ein Anti-Tumormittel, ein Zytostatikum, ein. Wenn diese Nanopartikeln mit einem bestimmten Tensid überzogen sind, werden sie durch die Membranen der Bluthirnschrankenzellen geschleust. Die Forscher vermuten, dass der Hilfsstoff selektiv einen "Passierschein" aus dem Blutplasma anzieht: ein kleines Molekül, das an einen Rezeptor in der Zellmembran der Bluthirnschranke passt. Damit können sich die Nanopartikeln "tarnen". In den Zellen angekommen, zerfallen sie dann in ihre Einzelmoleküle und setzen den Wirkstoff frei. Dieser tritt auf der "Gehirnseite" der Zellen wieder aus.

Eine Therapie gegen Gehirntumore?

Die Frankfurter Forscher haben die mit Zytostatika beladenen Nanopartikeln an Ratten getestet, die an einem Glioblastom leiden: dem bösartigsten und häufigsten aller Gehirntumoren. Spritzt man den Ratten den Wirkstoff alleine, wächst der Tumor sehr schnell. Die Tiere sterben dann in zwei bis vier Wochen. Ist der Wirkstoff jedoch an die Nanopartikeln gebunden, überleben die Tiere deutlich länger. Das Wachstum des Tumors wird gestoppt, oft bildet er sich sogar völlig zurück. Im nächsten Schritt sollen nun klinische Tests zeigen, ob eine solche Therapie auch Menschen mit Gehirntumoren helfen kann.