血脑屏障的破坏有助于某些药物向脑部的递送。通过动脉内给予甘露醇可使血管周围细胞收缩，从而在物理上破坏该屏障。
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摘要
摘要
内皮细胞通过紧密连接，与基底膜及星形胶质细胞终足共同包绕脑血管，形成血脑屏障1。该屏障根据分子的大小和电荷选择性地阻止物质在血液与脑组织之间自由通过。这一功能可能阻碍治疗神经系统疾病药物的递送。例如，多种化疗药物无法有效穿过血脑屏障以到达肿瘤细胞2。因此，提高药物穿越血脑屏障的递送效率成为研究关注的领域。
提高药物向脑部递送的最常见方法是直接脑内灌注和血脑屏障破坏3直接脑内灌注可确保治疗药物到达脑部，但该方法在药物扩散方面能力有限4血脑屏障破坏（BBBD）可使药物直接从循环系统进入脑组织 进入大脑，从而更有效地作用于分散的肿瘤细胞。屏障开放的三种方法包括渗透性屏障开放、药理性屏障开放以及聚焦超声联合微泡技术。渗透性开放由Neuwelt首创，采用25%高渗甘露醇溶液，使血脑屏障细胞脱水收缩，从而破坏其紧密连接。药理性屏障开放则可通过血管活性化合物（如组胺）实现5 和缓激肽6然而，该方法主要对脑肿瘤屏障具有选择性7此外，与使用25%甘露醇进行渗透性血脑屏障开放（BBBD）相比，缓激肽类似物RMP-7在直接对比中表现较差。8另一种方法是聚焦超声（FUS）联合微泡超声造影剂，该方法也已证明可逆性地开放血脑屏障9与FUS相比，25%甘露醇在人类患者中具有更长的安全使用历史，使其成为转化研究中一种经过验证的工具。10-12.
为了实现血脑屏障破坏（BBBD），必须以高流速将甘露醇直接输送到脑部动脉循环中。在人体中，可通过导管介入技术将导管引导至脑部，从而实现快速、直接的灌注。本方案尽可能模拟了人类的 BBBD 过程。在暴露颈总动脉分叉处后，将导管逆行插入颈外动脉（ECA），并用于将甘露醇直接注入颈内动脉（ICA）的血流中。使用异丙酚和一氧化二氮（N2O）麻醉，因其能够最大程度地增强血脑屏障的破坏效果13。若操作得当，该方法能够安全、有效且可逆地开放血脑屏障，从而改善那些通常无法进入脑组织的药物的递送效率8,13,14。
方案
1. 准备实验动物和实验设备
- 手术开始前，准备手术区域和动物。通过将23号钝头针插入一段12英寸PE50导管的一端来制备颈动脉导管。在导管的另一端切出约45°的斜面。在手术前对器械进行灭菌。佩戴手术帽、外科口罩和无菌手套。
- 在手术操作台表面放置加热垫，启动并预热。用吸水性实验台垫覆盖该区域。
- 确认25%甘露醇溶液中无结晶。若存在结晶，将药瓶置于80 °C热水浴中并定期振荡，直至结晶溶解。
- 记录动物的质量。
- 配制丙泊酚稀释液，以0.1 ml/min的速度输注，使给药剂量为0.8 mg/kg/min。
- 将大鼠放入诱导箱中3分钟。设置参数：异氟烷浓度5%，呼吸机气体流速2 L/min。
- 在一次性毛巾上剃除颈部及两侧内侧大腿的毛发。
2. 对大鼠进行插管
- 将动物放回诱导箱中，持续 3 分钟。
- 使用静脉留置针准备气管插管。针对此体型和品系的大鼠，我们使用 18 号留置针。插管必须足够大以保证充足的气流，但又需足够小，以便无损伤地插入气管。将针头从塑料套管中抽出，并小心地在距其尖端约 1 cm 处折断针头。钝化的针头将作为引导丝使用。随后将该针头重新插入套管中。
- 将大鼠的牙齿挂在倾斜的表面上，使其悬垂。
- 将光源直接照射在动物颈部，并对准两耳之间....
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结果
图 1. 通过伊文思蓝染料外渗可视化血脑屏障的破坏。 伊文思蓝染料是一种可与白蛋白结合的色素，在生理条件下不会渗入脑组织。当大脑一侧的血脑屏障受到破坏时，伊文思蓝即可进入并使受损半球染成蓝色，而未受损半球则保持不变，因此该染料可作为血脑屏障破坏的有效标志物。图 1A 为未发生血脑屏障破坏的大脑示例。图 1B 为使用 25% 甘露醇进行渗透性血脑屏障开放（BBBD）后脑组织被染成蓝色的示例。注意其中一个半球被染成蓝色，而另一个半球未被染色。部分蓝色染料因威利斯环处血流混合而进入左侧半球靠近正中纵裂的区域。
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讨论
提高BBBD效果的方法有多种。在手术切开阶段，应尽量减少出血。大量出血会影响血压和心率，而这些因素已知会影响BBBD的程度13。可通过结扎必须切断的主要血管（如甲状腺上动脉和枕动脉）来减少出血。此外，可使用电凝术切断血管，并分离血供丰富的区域。保持进入动物体内的所有管路（尤其是颈动脉导管）中无空气和固体物质也非常重要。快速操作甘露醇有助于防止其在注射器或管路内形成结晶。
使用甘露醇的流速时，必须根据本实验所用大鼠的体型和品系选择有效的流速。甘露醇输注的流速需与大鼠颈总动脉内的压力相匹配，以确保高浓度甘露醇进入颈内动脉，而不会沿颈总动脉向下流入心脏和肺部，否则可能造成损伤。若研究人员选用与本研究中不同体型或品系的大鼠，应通过实验确定合适的甘露醇流速。
该操作方法的一个局限性在于，它需要牺牲外颈动脉（ECA）。一旦对ECA进行插管，再次插管将变得困难且不可靠。因此，同一脑半球不能重复进行该操作。此外，在血脑屏障开放（BBBD）后给予的化合物必须仔细检测其神经毒性。一些通常情况下安全的药物，一旦穿过血脑屏障.......
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致谢
本工作由 J.B. Marshall 基金会资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Long Evans 大鼠 | Harlan Laboratories | 210–250 g，雄性 | |
| PE 50 管 | Beckton-Dickinson | ||
| 18 号 × 2.5" 静脉导管 | Terumo | 用于气管插管 | |
| 30" 静脉延长管 | Abbott | ||
| 26 号兽用静脉导管 | Monoject | ||
| 伊文思蓝染料 | Sigma | E2129 | |
| 双极电极 | Codman | ||
| 滤器，5 μm | Braun |
参考文献
- Abbott, N. J., Patabendige, A. A. K., Dolman, D. E. M., Yusof, S. R., Begley, D. J. Structure and function of the blood-brain barrier. Neurobiology of disease. 37, 13-25 (2010).
- Smith, Q. R. The Blood-Brain Barrier. 89, 193-208 (2003).
- Kroll, R. A., Neuwelt, E. A.
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