The blood–brain barrier: Structure, regulation and drug delivery
- 차혜욱
- 7월 21일
- 2분 분량
Wu, D., Chen, Q., Chen, X.
Signal Transduction and Targeted Therapy volume 8, Article number: 217 (2023)
Abstract (원문 요약)
Blood–brain barrier (BBB) is a natural protective membrane that prevents central nervous
system (CNS) from toxins and pathogens in blood. However, the presence of BBB
complicates the pharmacotherapy for CNS disorders as the most chemical drugs and
biopharmaceuticals have been impeded to enter the brain. Insufficient drug delivery into the
brain leads to low therapeutic efficacy as well as aggravated side effects due to the
accumulation in other organs and tissues. Recent breakthrough in materials science and
nanotechnology provides a library of advanced materials with customized structure and
property serving as a powerful toolkit for targeted drug delivery. In-depth research in the field
of anatomical and pathological study on brain and BBB further facilitates the development of
brain-targeted strategies for enhanced BBB crossing. In this review, the physiological
structure and different cells contributing to this barrier are summarized. Various emerging
strategies for permeability regulation and BBB crossing including passive transcytosis,
intranasal administration, ligands conjugation, membrane coating, stimuli-triggered BBB
disruption, and other strategies to overcome BBB obstacle are highlighted. Versatile drug
delivery systems ranging from organic, inorganic, and biologics-derived materials with their
synthesis procedures and unique physio-chemical properties are summarized and analyzed.
This review aims to provide an up-to-date and comprehensive guideline for researchers in
diverse fields, offering perspectives on further development of brain-targeted drug delivery
system.
국문 초록 요약
혈액-뇌 장벽(Blood–brain barrier, BBB)은 중추신경계(CNS)를 혈액 내 독소와
병원체로부터 보호하는 자연적인 방어막입니다. 그러나 BBB의 존재는 중추신경계 질환에
대한 약물치료를 복잡하게 만들며, 대부분의 화학 약물과 생물의약품이 뇌로 침투하는 것을
방해합니다. 뇌로의 약물 전달이 부족하면 치료 효율이 낮아질 뿐 아니라, 다른 장기 및
조직에 약물이 축적되어 부작용이 심화될 수 있습니다.
최근 재료 과학 및 나노기술 분야에서의 획기적인 발전은 구조와 특성이 맞춤화된 첨단
물질들을 제공함으로써, 표적 약물 전달을 위한 강력한 도구로 활용되고 있습니다. 또한 뇌와
BBB의 해부학적 및 병리학적 연구의 심화는 BBB를 효과적으로 통과하는 뇌 표적화 전략의
개발을 더욱 촉진시켰습니다.
이 리뷰에서는 BBB를 구성하는 생리학적 구조와 관련 세포들을 정리하고, BBB 투과성 조절
및 통과를 위한 다양한 최신 전략들 — 예를 들어 수동적 전달(passive transcytosis), 비강
투여(intranasal administration), 리간드 결합(ligands conjugation), 세포막
코팅(membrane coating), 자극 유도 BBB 붕괴(stimuli-triggered BBB disruption) 및 그
외 전략들을 강조합니다.
또한 유기물, 무기물, 생물유래 물질 등으로 구성된 다양한 약물 전달 시스템들과 그 합성
방식, 고유한 물리화학적 특성에 대해서도 요약 및 분석합니다.
이 리뷰는 다양한 분야의 연구자들에게 최신 정보와 종합적인 지침을 제공하며, 뇌 표적 약물
전달 시스템의 향후 개발 방향에 대한 통찰을 제공하는 것을 목표로 합니다.
.1. BBB 구조 및 생리학
구성 요소
내피세포(endothelial cells), 성상세포(astrocytes), 페리사이트(pericytes), 밀착결합(tight junctions), 부착결합(adherens junctions).
기능
CNS 보호: 독성물질 및 병원체 차단.
항상성 유지: 이온 조절, 면역 반응 억제.
문제점: 대부분의 치료제(98% 이상)가 BBB를 통과하지 못함.
2. BBB 극복을 위한 약물 전달 전략
▶ ① 수동적 전달 (Passive transcytosis)
소분자 리피드성 약물은 제한적으로 BBB 통과 가능.
예시: Crizotinib의 구조 변형 → BBB 투과성 향상.
단점: 효능 저하, 부작용 증가.
▶ ② 비침습적 경로
전략 | 설명 | 장점 |
비강 내 투여 (Intranasal) | 후각/삼차신경 경로로 뇌 전달 | 빠르고 비침습적 |
리간드 결합 (Ligand conjugation) | TfR, 인슐린R, LRP1 등 뇌 내피세포 수용체 표적화 | 수용체 매개 약물전달 가능 |
세포막 코팅 | 적혈구, 종양세포, 면역세포 등의 세포막으로 약물 나노입자 감싸기 | 면역회피, BBB 통과성 향상 |
자극 기반 투과 유도 | 빛, 초음파, 전침 자극으로 BBB 일시적 개방 | 공간/시간 정밀 조절 가능 |
3. 약물전달 시스템 종류 및 적용 소재
유형
유기소재: 리포좀, 마이셀, 하이드로젤 등.
무기소재: 금속산화물, 실리카, 양자점 등.
생체 유래 소재: 엑소좀, 세포막, 박테리아 등.
장점
높은 생체적합성, 약물 적재력, 비침습적 전달, 표적 효과.
4. 임상적 적용 가능성 및 도전 과제
일부 시스템은 임상시험 단계(Doxil 등).
그러나 BBB 안전성, 약물 방출 조절, 표적 특이성 확보 등 해결 과제가 남아 있음.
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