Nieuw wiskundig model voor medicijn in het brein

Het menselijk brein is misschien wel het best beschermde lichaamsdeel: niet alleen zit het verpakt in een stevige schedel, maar er zit ook een soort firewall tusssen de bloedsomloop en de hersenen, de bloed-brein barrière (BBB). Er loopt weliswaar een netwerk van bloedvaten door de hersenen – net als door andere organen – maar tussen bloedvat en het hersenweefsel zit een laag cellen die alleen water, zuurstof en een paar voedingsstoffen, zoals suiker en zout, makkelijk doorlaat. Dat beschermt de hersenen in de meeste gevallen tegen schadelijke stoffen en infecties met bacteriën en virussen.

In de hersenen

De keerzijde is, dat ook veel medicijnen nauwelijks in de hersenen doordringen, te meer niet als dit medicijn uit grote moleculen bestaat. Eenmaal binnen in de hersenen, is ook nog veel onbekend over hoe een medicijn zich dan verspreidt via de extracellulaire vloeistof (ECF), het vocht waarin de hersencellen ingebed liggen.

De Leidse wiskundige Esmée Vendel promoveerde in december aan de Leidse universiteit op het ontwikkelen van een model dat dit complexe probleem in principe hanteerbaar maakt. In het model worden, behalve de bloed-breinbarrière, ook diverse compartimenten en transportmechanismes binnen de hersenen onderscheiden.
(zie afbeelding).

Misverstanden

Het model beoogt de verspreiding van een medicijn in de tijd te beschrijven, en in de ruimte, dat wil zeggen: hoe het medicijn zich selectief over de diverse onderdelen van de hersenen verdeelt. Dat is belangrijk, omdat een medicijn meestal bedoeld is voor een specifieke plek in de hersenen, bijvoorbeeld een tumor. Dan wil je weten of er wel een werkzame hoeveelheid medicijn in de tumor terechtkomt, maar niet te veel daarbuiten, vanwege de bijwerkingen. De verdeling van het medicijn over de hersenen kan trouwens ook nog door de ziekte zelf worden beïnvloed.

Het model, en de doorontwikkeling ervan, zal vooral belangrijk worden voor medicijnen die nog in ontwikkeling zijn, zoals tegen Alzheimer. Deze nieuwe middelen falen vaak omdat het medicijn in onvoldoende hoeveelheden op de plek terechtkomt waar het zijn werking zou moeten uitoefenen. Vendel: “Deze problemen verschillen per medicijn. Elk medicijn heeft een iets ander doelwit in de hersenen. Verder verschilt de manier van verspreiding binnen de hersenen. Zo kan het ene medicijn bijvoorbeeld maar moeilijk vanuit het bloed over de bloed-hersenbarrière de hersenen in komen, terwijl een ander medicijn misschien wel makkelijk in het brein komt, maar eenmaal daar wordt afgebroken door bepaalde enzymen.”

Een model dat voorspelt hoe een medicijn zich door de hersenen verspreidt is mooi, maar levert dat ook behandelopties op? “Een model helpt een optimale dosering te bepalen. Dit is over het algemeen de dosering waarbij net voldoende medicijn bij het doel komt, maar waarbij de bijwerkingen minimaal zijn. Een model kan ook nog voorspellen welke manier van toediening het beste is. Direct injecteren in de hersenen gaat niet bij mensen, maar je hebt opties als: een pil, een infuus, of een injectie in het ruggenmerg.”