Νανοτεχνολογία και ψυχιατρική

Νανοτεχνολογία και ψυχιατρική

Ο εγκέφαλος αποτελεί το πιο πολύπλοκο όργανο στο σώμα μας. Είναι υπεύθυνος για τις γνωστικές, συμπεριφορικές και συναισθηματικές μας δεξιότητες. Όμως επηρεάζεται από πολλά νοσήματα και διαταραχές, από τους τραυματισμούς μέχρι τον καρκίνο και τα νευροεκφυλιστικά νοσήματα. Οι παθήσεις του εγκεφάλου είναι η κύρια αιτία αναπηρίας και μια από τις κύριες αιτίες θανάτου. Με ποιο τρόπο μπορεί να συμβάλλει η νανοτεχνολογία στο μέλλον της ψυχιατρικής;

Νανοτεχνολογία και παθήσεις του εγκεφάλου

Το κύριο θέμα όσον αφορά τον εγκέφαλο και τα φάρμακα, είναι η ανάπτυξη φαρμάκων που θα μπορούν να διαπεράσουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό. Υπάρχουν φάρμακα που επιδρούν στη δομή και στη λειτουργία του εγκεφάλου σε μοντέλα ζώων, αλλά υπάρχουν πολλές προκλήσεις σχετικά με την ειδικότητα και την τοξικότητα τους. Επίσης, είναι σημαντική η στόχευση συγκεκριμένων περιοχών του εγκεφάλου με όσο γίνεται λιγότερες παρενέργειες. Στην εποχή μας, η νανοτεχνολογία ανοίγει νέους δρόμους στη διάγνωση και στη θεραπεία των παθήσεων του εγκεφάλου, διευκολύνει την απορρόφηση και μεταφορά των φαρμάκων και βελτιώνει την αποτελεσματικότητά τους. Με τη συμβολή της νανοτεχνολογίας σίγουρα η διάγνωση και η θεραπεία θα είναι πιο αποτελεσματικές.

Οι διαταραχές του εγκεφάλου αφορούν μια μεγάλη ομάδα παθήσεων που επηρεάζουν τον εγκέφαλο. Μπορεί να περιλαμβάνουν τραυματισμούς, λοιμώξεις και φλεγμονές, όγκους, και νευρολογικές διαταραχές, αυτοάνοσα νοσήματα. Φυσικά, σύμφωνα με τα στοιχεία, οι παθήσεις του εγκεφάλου είναι η κύρια αιτία αναπηρίας και η δεύτερη αιτία θνησιμότητας.

Ο όρος παθήσεις του εγκεφάλου αφορά μια ομάδα νευρολογικών παθήσεων που συνήθως η αιτία τους είναι εξωτερικοί παράγοντες, όπως οι ιοί. Ενώ από την άλλη πλευρά οι διαταραχές του εγκεφάλου περιλαμβάνουν κληρονομικές παθήσεις που οφείλονται στην ανώμαλη δομή και λειτουργία του ως αποτέλεσμα κάποιας γενετικής ανωμαλίας. Οι παθήσεις του εγκεφάλου περιλαμβάνουν τις λοιμώξεις από ιούς/βακτήρια/μύκητες/παράσιτα. Αντίθετα οι διαταραχές του εγκεφάλου περιλαμβάνουν την άνοια, τις διαταραχές στο φάσμα του αυτισμού, την σκλήρυνση κατά πλάκας.

Ο ρόλος του αιματοεγκεφαλικού φραγμού στην θεραπεία

Ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός είναι ένας φυσικός φραγμός που αποτελείται από ενδοθηλιακά κύτταρα με κύριο σκοπό την διατήρηση και τη ρύθμιση της κίνησης των θρεπτικών συστατικών και άλλων ουσιαστικών στοιχείων στον εγκέφαλο, και την προστασία της ακεραιότητάς του. Τα ενδοθηλιακά κύτταρα αποτρέπουν την  εύκολη διείσδυση των ουσιών στον εγκέφαλο. Κάποιες από τις κύριες λειτουργίες του αιματοεγκεφαλικού φραγμού είναι η ρύθμιση της ροής των ουσιών μέσα και έξω από τον εγκέφαλο, η ιοντική ισορροπία και η προστασία από διάφορους παράγοντες , νευροδιαβιβαστές, ξενοβιοτικά, και άλλες ενώσεις που επηρεάζουν την ακεραιότητα του εγκεφάλου.

Ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός αποτρέπει την είσοδο ενώσεων ανάλογα με το μέγεθος και την διαλυτότητα τους. Έτσι, τα περισσότερα φάρμακα αποτυγχάνουν να τον διαπεράσουν γιατί δεν πληρούν συγκεκριμένα κριτήρια. Μια από τις γνωστές τεχνικές για την βελτίωση της μεταφοράς των φαρμάκων μέσω του φραγμού είναι με τη βοήθεια υπερήχων. Αυτό που συμβαίνει ουσιαστικά, είναι ότι οι υπέρηχοι διαταράζουν παροδικά τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και έτσι τα φάρμακα να περνούν πιο εύκολα. Ακόμη δεν είναι ξεκάθαρη η αποτελεσματικότητα της μεθόδου. Για αυτό στις μέρες μας όλο το βάρος έχει στραφεί στη χρήση των νανοσωματιδίων.

Θεραπεία των παθήσεων του εγκεφάλου 

Τα κύρια χαρακτηριστικά των παθήσεων του εγκεφάλου περιλαμβάνουν την επιδείνωση των γνωστικών, κινητικών και συμπεριφορικών λειτουργιών που προκύπτουν από την εξασθένηση της νευρολογικής λειτουργίας. Η θεραπεία αυτών των καταστάσεων έχει παρεμποδιστεί από την πολυπλοκότητα και την ευαισθησία του οργάνου. Βέβαια, η θεραπεία κάποιων παθήσεων που έχουν σχέση με βακτήρια και μύκητες μπορεί να περιλαμβάνει ειδικά αντιβιοτικά. Για να γίνει αυτό πρέπει η διάγνωση να γίνει σε αρχικό στάδιο. Επιπλέον, υπάρχουν εμβόλια που προλαμβάνουν την έναρξη των συμπτωμάτων.

Ωστόσο, άλλες καταστάσεις όπως οι νευροεκφυλιστικές διαταραχές (πχ άνοια) δεν έχουν θεραπεία. Ο φυσικό-χημικός και ηλεκτρικός φραγμός εμποδίζει την είσοδο των περισσότερων φαρμάκων στον εγκέφαλο. Υπάρχουν διαλύτες όπως η αιθανόλη, το πολυσορβικό-80 (PS-80) και το σουλφοξείδιο που αυξάνουν την διείσδυση και την ευαισθησία των φαρμάκων. Στις μέρες μας τα νανοσωματίδια παίζουν κύριο ρόλο στη θεραπεία των παθήσεων του εγκεφάλου καθώς διαπερνούν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, και έχουν μοναδικά χαρακτηριστικά όπως το μικρό μέγεθος, η ειδικότητα, η μικρή τοξικότητα, η διαλυτότητα.

Νανοτεχνολογία στις διαταραχές του εγκεφάλου

1. Μοριακή απεικόνιση (ΜΙ)

Η μοριακή απεικόνιση (ΜΙ) είναι ένα σημαντικό πεδίο στην βιοϊατρική επιστήμη με στόχος την ανάλυση της παθογένεσης ή της λειτουργίας του σώματος σε μοριακό επίπεδο. Αυτή η τεχνική απεικόνισης παρέχει εύκολη οπτικοποίηση, ανίχνευση και ποσοτικοποίηση της δραστηριότητας στο σώμα. Επιπλέον, έχει υψηλή ευαισθησία και ειδικότητα. Περιλαμβάνει τη χρήση εξελιγμένων τεχνικών με διαφορετικές δυνατότητες που περιλαμβάνουν την μικροσκοπία, τις απεικονίσεις βιοφωταύγειας, τους υπερήχους, τις ακτινογραφίες, την απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού, την τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων και την αξονική τομογραφία μονής εκπομπής φωτονίου.

Επίσης, είναι δυνατή η ενίσχυση της ειδικότητας της μοριακής απεικόνισης με τη χρήση των νανοσωματιδίων. Τα νανοσωματίδια έχουν την ικανότητα σύνδεσης σε συγκεκριμένους στόχους ώστε να εκπέμπουν ένα σήμα.

2. Ανίχνευση βιοδεικτών

Ένας βιοδείκτης είναι απλά μια ανιχνεύσιμη ουσία/δείκτης που έχει άμεση σχέση με μια συγκεκριμένη κατάσταση. Η αποτελεσματικότητα του βιοδείκτη είναι ότι έχει διαφορετικές τιμές για τα υγιή και μη υγιή άτομα και η ειδικότητά του στον χαρακτηρισμό του σταδίου της νόσου είναι καθοριστικής σημασίας για τη διαχείριση των ασθενειών. Διαφορετικοί βιοδείκτες έχουν αναγνωριστεί για διαφορετικές παθήσεις και διαταραχές του εγκεφάλου. Ωστόσο, η εφαρμογή τους είναι περιορισμένη λόγω της έλλειψης κατάλληλων τεχνικών. Τα νανοσωματίδια είναι χρήσιμα στην ανίχνευση βιοδεικτών κλειδιών για τις διαταραχές του εγκεφάλου και έχουν καλή αποτελεσματικότητα.

Οι ασθενείς που έχουν κάποια τραυματική εγκεφαλική βλάβη, έχουν αυξημένα επίπεδα της UCH-L1 στο πλάσμα συγκριτικά με τους υγιείς ανθρώπους και αυτό μπορεί να αποτελεί ένα σημαντικό βιοδείκτη για την κατάσταση. Οι μελέτες δείχνουν ότι με τη βοήθεια των νανοσωματιδίων μπορεί να γίνει γρήγορη και αποτελεσματική ανίχνευση της UCH-L1. Φυσικά, αυτή η παρατήρηση αφορά ασθενείς με τραύματα στον εγκέφαλο  και η μέθοδος έχει 100% ευαισθησία και ειδικότητα.

Εκτός από τον παραπάνω δείκτη, τα επίπεδα του β-αμυλοειδούς έχουν σχέση με την άνοια. Οι μελέτες έχουν δείξει ότι τα μαγνητικά τροποποιημένα νανοσωματίδια μπορούν αποτελεσματικά και με ασφάλεια να ανιχνεύουν τις πλάκες του β-αμυλοειδούς στα μοντέλα ποντικών με νόσο Alzheimer. Επιπλέον, τα φθορίζοντα νανοσωματίδια μπορούν να ανιχνεύουν και άλλους βιοδείκτες για τη νόσο Alzheimer. Αυτοί οι βιοδείκτες περιλαμβάνουν τις φλεγμονώδεις κυτοκίνες και τις πρωτεΐνες Τau.

3. Μεταφορά των φαρμάκων

Η μεταφορά των πιθανών φαρμάκων στον εγκέφαλο είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στην θεραπεία των διαταραχών του εγκεφάλου. Τα φάρμακα πρέπει να διαπερνούν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και να φτάνουν στο στόχο χωρίς να προκαλούν σοβαρή βραχεία ή μακροχρόνια βλάβη στον εγκέφαλο. Το μέγεθος και ο αριθμός των δεσμών υδρογόνου αποτρέπουν την μεταφορά των φαρμάκων μέσω του αιματοεγκεφαλικού φραγμού. Στις μέρες μας, τα νανοσωματίδια έχουν όλη την προσοχή εξαιτίας της ικανότητας τους να διαπερνούν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και να μεταφέρουν φάρμακα σε συγκεκριμένους στόχους. Επιπλέον, τα νανοσωματίδια είναι αποτελεσματικά στη μεταφορά αντισωμάτων μέσω του αιματοεγκεφαλικού φραγμού μέσω της σύνδεσης στους υποδοχείς της τρανσφερίνης. Βέβαια, το αποτέλεσμα είναι ανάλογο με τη συγγένεια με το συζευγμένο αντίσωμα. Όλα αυτά τα στοιχεία δείχνουν ότι τα νανοσωματίδια είναι αποτελεσματικά στην μεταφορά φαρμάκων μέσω του αιματοεγκεφαλικού φραγμού.

4. Ραδιοευαισθητοποίηση

Η αντίσταση σε πιθανά φάρμακα είναι μια από τις σημαντικότερες προκλήσεις στη θεραπεία των χρόνιων και των προοδευτικών ασθενειών. Ωστόσο, η ραδιοευαισθητοποίηση αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη λύση για αυτό το πρόβλημα. Περιλαμβάνει την ευαισθητοποίηση των ιστών/κυττάρων στην ακτινοβολία με φυσικούς, χημικούς ή φαρμακολογικούς τρόπους. Τα νανοσωματίδια ενισχύουν την ραδιοευαισθητοποίηση των κυττάρων του εγκεφάλου μέσω της αυτοφαγίας και της υποξίας που προκαλεί το οξειδωτικό στρες, πράγμα που δείχνει ότι αυτός ο συνδυασμός μπορεί να είναι αποτελεσματικός στη θεραπεία των παθήσεων του εγκεφάλου.

Το μέλλον της ψυχιατρικής

Η ένταξη της νανοτεχνολογίας στον τομέα της ιατρικής θα βελτιώσει την διάγνωση και την θεραπεία διαφορετικών ασθενειών καθώς αυξάνει η ευαισθησία και η αποτελεσματικότητα των φαρμάκων νέας γενιάς. Επειδή τα νανοσωματίδια έχουν την ικανότητα να διαπερνούν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, ανοίγουν νέους δρόμους στην διάγνωση και στη θεραπεία των παθήσεων και των διαταραχών του εγκεφάλου, πράγμα που αποτελεί πρόκληση εδώ και πολλά χρόνια. Ωστόσο, για την επιβεβαίωση της αποτελεσματικότητας αυτών των νανοσωματιδίων είναι ανάγκη να γίνουν περισσότερες μελέτες. Κάποια νανοσωματίδια μπορεί να επιδεινώνουν την λειτουργία του εγκεφάλου και να αυξάνουν το οξειδωτικό στρες. Η χρήση των νανοσωματιδίων στα ερευνητικά πρωτόκολλα πρέπει να έχει την χαμηλότερη τοξικότητα και τα καλύτερα αποτελέσματα χωρίς να προκαλούν βλάβη στον εγκέφαλο. Είναι επίσης σημαντική η ενίσχυση της ευαισθησίας στη στόχευση σε συγκεκριμένους βιοδείκτες με τη βελτίωση της σύνθεσης με ειδικά αντισώματα.