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18.4: La barrera hematoencefálica
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The Blood-brain Barrier
 
TRANSCRIPCIÓN

18.4: The Blood-brain Barrier

18.4: La barrera hematoencefálica

Overview

The blood-brain barrier (BBB) refers to the specialized vasculature that provides the brain with nutrients in the blood while strictly regulating the movement of ions, molecules, pathogens, and other substances. It is composed of tightly linked endothelial cells on one side and astrocyte projections on the other. Together they provide a semipermeable barrier that protects the brain and poses unique challenges to the delivery of therapeutics.

Cellular Components

The BBB is made up of a variety of cellular components, including endothelial cells and astrocytes. These cells share a common basement membrane and together regulate the passage of components between the circulation and the interstitial fluid surrounding the brain.

The first type of cellular component, specialized endothelial cells, make up the walls of the cerebral capillaries. They are connected by extremely tight and complex intercellular junctions. These junctions create a selective physical barrier, preventing simple diffusion of most substances, including average to large-sized molecules such as glucose and insulin.

A second cell type, astrocytes, are a type of glial cell of the central nervous system which influences endothelial cell function, blood flow, and ion balance in the brain through interaction and close association with cerebral vasculature. They provide a direct link between the vasculature and neurons: they extend processes—called endfeet—that wrap around blood vessels on one end while making intimate contact with neurons at synapses on the other end.

Chemical Exchange

The ability of a substance to cross the BBB and the efficiency with which this exchange occurs depends on the chemical and molecular properties of each molecule or ion. In general, small lipid-soluble components, such as oxygen and carbon dioxide, undergo rapid, simple diffusion through the endothelial layer. In contrast, larger or water-soluble components often require a more selective process that may involve passive or active transport through an endothelial cell. The exchange of these substances generally occurs more slowly or may not occur at all, depending on the relative abundance and efficiency of molecule-specific receptors and transport proteins on the surface of endothelial cells, among other factors.

The BBB Protects the Brain

The neural protection facilitated by the BBB is critical to proper brain health and function. Dysregulation of the BBB can lead to severe neurological disease including multiple sclerosis, infection, and ischemia due to an inadequate blood supply. Conversely, the activity of the BBB may be detrimental to the treatment of some neurologic diseases by preventing or substantially reducing the passage of neuroactive pharmaceutical drugs into the central nervous system. For this reason, drugs with neurological targets must be designed in a way that facilitates passage through the BBB.

Visión general

La barrera hematoencefálica (BBB) se refiere a la vasculatura especializada que proporciona al cerebro nutrientes en la sangre mientras regula estrictamente el movimiento de iones, moléculas, patógenos y otras sustancias. Se compone de células endoteliales estrechamente unidas en un lado y proyecciones de astrocitos en el otro. Juntos proporcionan una barrera semipermeable que protege el cerebro y plantea desafíos únicos para la entrega de terapias.

Componentes Celulares

El BBB se compone de una variedad de componentes celulares, incluyendo células endoteliales y astrocitos. Estas células comparten una membrana sótano común y juntas regulan el paso de componentes entre la circulación y el líquido intersticial que rodea el cerebro.

El primer tipo de componente celular, células endoteliales especializadas, conforman las paredes de los capilares cerebrales. Están conectados por uniones intercelulares extremadamente estrechas y complejas. Estas uniones crean una barrera física selectiva, evitando la difusión simple de la mayoría de las sustancias, incluyendo moléculas de tamaño medio a grande como la glucosa y la insulina.

Un segundo tipo de célula, los astrocitos, son un tipo de célula glial del sistema nervioso central que influye en la función celular endotelial, el flujo sanguíneo y el equilibrio iónico en el cerebro a través de la interacción y la estrecha asociación con la vasculatura cerebral. Proporcionan un vínculo directo entre la vasculatura y las neuronas: extienden procesos, llamados endfeet, que se envuelven alrededor de los vasos sanguíneos en un extremo mientras hacen contacto íntimo con las neuronas en las sinapsis en el otro extremo.

Intercambio de productos químicos

La capacidad de una sustancia para cruzar el BBB y la eficiencia con la que se produce este intercambio depende de las propiedades químicas y moleculares de cada molécula o ion. En general, pequeños componentes solubles en lípidos, como el oxígeno y el dióxido de carbono, experimentan una difusión rápida y sencilla a través de la capa endotelial. Por el contrario, los componentes más grandes o solubles en agua a menudo requieren un proceso más selectivo que puede implicar el transporte pasivo o activo a través de una célula endotelial. El intercambio de estas sustancias generalmente ocurre más lentamente o puede no ocurrir en absoluto, dependiendo de la abundancia relativa y la eficiencia de los receptores específicos de moléculas y las proteínas de transporte en la superficie de las células endoteliales, entre otros factores.

El BBB protege el cerebro

La protección neuronal facilitada por el BBB es fundamental para la salud y la función adecuadas del cerebro. La desregulación del BBB puede conducir a una enfermedad neurológica grave, como la esclerosis múltiple, la infección y la isquemia debido a un suministro de sangre inadecuado. Por el contrario, la actividad del BBB puede ser perjudicial para el tratamiento de algunas enfermedades neurológicas mediante la prevención o reducción sustancial del paso de fármacos neuroactivos en el sistema nervioso central. Por esta razón, los fármacos con dianas neurológicas deben diseñarse de manera que facilite el paso a través del BBB.


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