témavezető: Veszelka Szilvia
helyszín (magyar oldal): MTA SZBK Biofizikai Intézet helyszín rövidítés: SzBK
A kutatási téma leírása:
Összefoglalás
A központi idegrendszer betegségeinek, mint a neurodegeneratív betegségek, agyi tumorok különösen nehéz a gyógyszeres kezelése, mivel a gyógyszerek bejutását az agyba jelentősen korlátozza a vér-agy gát, amely a terápiás vegyületek fő bejutási útvonala. A potenciális gyógyszerjelölt molekulák jelentős részének, a vízoldékony molekuláknak, biofarmakonoknak és az efflux transzporterek ligandjainak igen alacsony az átjutása a vér-agy gáton. A különböző típusú nanohordozók, köztük a kolloidális rendszerek ígéretes megoldást jelenthetnek. Kutatásunk célja, hogy olyan biokompatibilis és biodegradábilis nanoméretű hordozó rendszereket hozzunk létre és vizsgáljunk meg, amelyek mind hidrofil mind pedig hidrofób hatóanyagok szállítására alkalmasak. A nanorészecskék felszínére a vér-agy gát transzport fehérjéinek ligandjait kötve lehetőség nyílik arra, hogy hatóanyagokat célzottan, megnövelt hatékonysággal juttassunk az agyba a vér-agy gáton keresztül.
A kutatás háttere
A hatóanyagok vér-agy gáton való átjuttatására számos technika létezik, melyeket alapvetően három csoportba sorolhatunk: (1) a vér-agy gát megkerülése, (2) a vér-agy gát funkciók módosítása, (3) illetve a hatóanyagok kémiai tulajdonságának módosítása. (1) A terápiás anyagok agykamrákba vagy az agyszövetbe való közvetlen injektálása széles körben elterjedt módszer a vér-agy gát kikerülésére. Azonban az ilyen beavatkozások klinikai, műtéti körülmények között zajlanak, kockázatosak és potenciális fertőzésveszéllyel járhatnak. Alternatív megoldás a vér-agy gát megkerülésére a gyógyszerek nazálisan, azaz orrnyálkahártyán keresztül történő bejuttatása az agyba. A módszer hátránya, hogy elsősorban az agy elülső részeibe és kis mennyiségű anyagbevitelre alkalmas. (2) Az endotélsejtek közötti szoros zárókapcsolatok és az efflux pumpák képezik a vér-agy gát „gát” funkciójának alapját, melynek köszönhetően nincs szabad anyagáramlás a vérből az agyba. A zárókapcsolatok átmeneti megnyitása permeabilitást fokozó anyagokkal, illetve az efflux pumpák blokkolása lehetséges megoldást ad a gyógyszerek központi idegrendszerbe való bejuttatására, de sajnos számos káros mellékhatással jár a periférián. (3) A potenciális gyógyszerjelölt molekulák fiziko-kémiai tulajdonságainak módosításával, mint például a lipofilitás vagy a pozitív töltés növelésével jobb agyi bejutást lehet elérni. A biológiai membránokon könnyebben átjutó lipofil anyagok könnyebben jutnak át a vér-agy gáton, ugyanakkor más szövetekbe is csapdázódhatnak, ezáltal alacsonyabb agyi koncentrációt érhetnek el. Az utóbbi években a jelenlegi invazív és konvencionális módszerek alternatívájaként új hordozó rendszerek, az úgynevezett nanocarrierek fejlesztése került előtérbe. Ezek a hordozó rendszerek ígéretesek lehetnek hatóanyagok központi idegrendszerbe való bejuttatására is. Ellentétben például a perifériás tumorok kezelésével, ahol már használnak nanohordozókat gyógyszerbevitelre (Doxil: liposzómába csomagolt doxorubicin), az idegrendszeri betegségek kezelésére még nem áll rendelkezésre ilyen rendszer. Számos kísérletes eredmény igazolja, hogy a vér-agy gát fiziológiás transzport és receptor fehérjéinek ligandjaival targetált nanopartikulumok képesek bejutni illetve átjutni agyi endotélsejt rétegeken. Azonban eddig nem vizsgáltak olyan nanohordozót, amely több vér-agy gát szállítófehérjét célzó molekulát tartalmazott volna.
Kapcsolódó kutatási előzmények a kutatócsoportban
Kutatócsoportunk több mint 20 éves tapasztalattal rendelkezik hatóanyagok vér-agy gáton való átjutásának vizsgálatában mind állatkísérletekben, mind a vér-agy gát tenyészetes modelljein. Az elmúlt években sikerült együttműködő partnerekkel megtervezni és létrehozni olyan nem-ionos, felületaktív anyagokból felépülő nioszómákat, amelyek felszínére a vér-agy gát tápanyagszállító fehérjéit célzó ligandokat, glükóz analógokat és/vagy aminosavat kötöttünk. A nioszómák belsejébe csomagolt Evans kék festékkel jelölt albuminnak köszönhetően fluoreszcens mikroszkóp alatt követni tudtuk a nioszómák szöveti eloszlását. Állatkísérletben eXplore Optix in vivo optikai képalkotó rendszerrel vizsgálva az intravénásan beadott glükóz analóggal célzott nioszómák bejutása az agyba szignifikánsan magasabb volt, mint a többi szövetben. Kutatásaink során a nioszómák mellett más típusú célzott, illetve hatóanyagot tartalmazó nanopartikulumok, például liposzómák, szilárd nanorészecskék átjutását is vizsgáljuk vitro vér-agy gát modellen. A vizsgált nanopartikulumok fluorescent festéket vagy hatóanyagot, mint például kurkumint tartalamznak. A partikulumok felszínére különböző, a vér-agy gát fiziológiás transzport fehérjéit vagy receptorait célzó ligandokat kötöttünk és humán illetve patkány agyi endotélsejteken is teszteltük a toxicitásukat.
Célkitűzés
A vér-agy gát transzport rendszereit célzó új nanopartikulumok kifejlesztése hatóanyagok sikeres agyba való bejuttatására. Szeretnénk vizsgálni különböző típusú nanohordozók, ligandok és ligandkombinációk felvételét agyi endotélsejtekbe és átjutását a vér-agy gát tenyészetes modelljein.
Anyagok és módszerek
- a vér-agy gát tenyészetes modelljeinek előállítása: sejtvonalak, primer ko-kultúrák
- toxicitás vizsgálatok (MTT és LDH tesztek, valós idejű sejtanalízis)
- nanopartikulumok felvételének vizsgálata agyi endotélsejtekben
- vér-agy gát permeabilitási vizsgálatok
- immunhisztokémia
- konfokális mikroszkópia
- konfokális mikroszkópos képek kvalitatív és kvantitatív analízise
Ajánlott irodalom
Avdeef A, et al.: In vitro assays for assessing BBB permeability: artificial membrane and cell culture models. Blood–brain barrier in drug discovery: optimizing brain exposure of CNS drugs and minimizing brain side effects for peripheral drugs. Edited by Li Di and Edward H. Kerns. New Jersey: John Wiley & Sons. pp. 188-237 (2015).
Lu CT, et al.: Current approaches to enhance CNS delivery of drugs across the brain barriers. Int. J. Nanomed. 9:2241–2257. (2014)
Hellinger É, et al.: Comparison of brain capillary endothelial cell based and epithelial cell based (MDCK-MDR1, Caco-2, and VB-Caco-2) surrogate blood-brain barrier penetration models. Eur. J. Pharm. Biopharm. 82:340-351. (2012)
Craparo EF, et al.: Nanoparticulate systems for drug delivery and targeting to the central nervous system. CNS Neurosci. Therap. 17:670-677. (2011)
Sipos E, et al.: Intranasal delivery of human beta-amyloid peptide in rats: effective brain targeting. Cell Mol Neurobiol. 30:405-13. (2010)
Horvát S, et al. .Sodium hyaluronate as a mucoadhesive component in nasal formulation enhances delivery of molecules to brain tissue. Eur J Pharm Biopharm. 72:252-9. (2009)
Toth A, et al.: Patented in vitro blood-brain barrier models in CNS drug discovery. Recent Patents on CNS Drug Discovery 6:107-118. (2011)
Veszelka S, et al.: Tools of Modelling Blood-Brain Barrier Penetrability. In: Tihanyi K, Vastag M (szerk.) Solubility, Delivery and ADME Problems of Drugs and Drug-Candidates. Washington: Bentham Science Publishers, pp. 166-188. (2011)
Deli MA: Drug Transport and the Blood-Brain Barrier. In: Tihanyi K, Vastag M (szerk.) Solubility, Delivery and ADME Problems of Drugs and Drug-Candidates. Washington: Bentham Science Publishers, pp. 144-165. (2011)
A fogadó laboratórium rövid bemutatása
Válogatott publikációk
Campos-Bedolla P, et al.:Role of the Blood-Brain Barrier in the Nutrition of the Central Nervous System. Arc. Med. Res. 45:610-638 (2014)
Tóth AE, et al.: Edaravone protects against methylglyoxal-induced barrier damage in human brain endothelial cells. PLoS One, 9:e100152 (2014)
Hülper P, et al.: Acute effects of short-chain alkylglycerols on blood-brain barrier properties of cultured brain endothelial cells. Br. J. Pharmacol., 169:1561-73 (2013)
Veszelka S et al.: Docosahexaenoic acid reduces amyloid-β induced toxicity in cells of the neurovascular unit. J. Alzheimers Dis., 36:487-501 (2013)
Cardoso FL, et al.: Exposure to lipopolysaccharide and/or unconjugated bilirubin impair them integrity and function of brain microvascular endothelial cells PLoS One 7:e35919 (2012)
Válogatott pályázati támogatások
“Gyógyszerek irányított átjuttatása a vér-agy gáton nanorészecskék segítségével” (PD-OTKA, 105622, 2012-2017)
“BBB changes in epilepsy: cellular interactions and cytokines (HAS-CINVESTAV, 2013-2016)
“Drug development in CNS diseases” (GOP, 2012-2014)
Jelenlegi és közelmúltbeli hallgatók
Harazin A, PhD, 2013-; “Vér-agy gát változások akut hasnyálmirigy gyulladásban”
Bocsik A, PhD, 2011-; “Szoros kapcsolatokat nyitó peptidek összehasonlító vizsgálata biológiai barrierek tenyészetes modelljein”
Walter F, PhD, 2010-; “A tesmilifene és a rövidláncú alkilglicerolok hatása a vér-agy gát permeabilitására és transzportereire, vizsgálatok in vitro és in vivo modelleken”
Kiss L, PhD, 2007-2014, “Effects of absorption enhancer surfactants on culture models of intestinal and vascular barriers”
Tóth A, PhD, 2005-2014, “A vér-agy gát védelme kórállapotokban”
ajánlott nyelvtudás (magyar oldal): angol felvehető hallgatók száma: 1
Jelentkezési határidő: 2015-10-13
2024. IV. 17. ODT ülés Az ODT következő ülésére 2024. június 14-én, pénteken 10.00 órakor kerül sor a Semmelweis Egyetem Szenátusi termében (Bp. Üllői út 26. I. emelet).
Bejelentkezés
