Penghalang darah-otak (Blood Brain Barrier) adalah sistem semipermeabel dan sangat selektif dalam sistem saraf pusat sebagian besar vertebrata, yang memisahkan darah dari cairan ekstraseluler otak. Sistem ini berperan penting dalam mengatur pengangkutan bahan-bahan yang diperlukan untuk fungsi otak, dan juga melindunginya dari zat-zat asing dalam darah yang dapat merusaknya. Dalam tinjauan ini, berbagai sel dan komponen yang mendukung perkembangan dan fungsi penghalang ini, serta berbagai jalur untuk mengangkut berbagai molekul antara darah dan otak. juga membahas aspek-aspek yang menyebabkan disfungsi BBB dan konsekuensi neuropatologisnya, dengan mengidentifikasi beberapa biomarker terpenting yang dapat digunakan sebagai biomarker untuk memprediksi gangguan BBB. Tinjauan komprehensif BBB ini akan membuka jalan bagi penelitian di masa mendatang untuk berfokus pada pengembangan sistem penargetan yang lebih spesifik dalam pengiriman bahan sebagai pendekatan masa depan yang membantu terapi kombinatorial atau nanoterapi untuk menghancurkan atau memodifikasi penghalang ini dalam kondisi patologis seperti tumor otak dan karsinoma sel induk otak.
1. Pendahuluan
Otak manusia memiliki 644 kilometer pembuluh darah yang menyediakan oksigen, energi, metabolit, dan nutrisi ke sel-sel otak sekaligus membuang karbon dioksida dan sisa metabolisme lainnya dari sistem peredaran darah. Otak membutuhkan 20% glukosa dan oksigen tubuh, sementara hanya menyumbang 2% dari total massa tubuh, dan dapat dengan cepat meningkatkan suplai darah dan transfer oksigen ke area aktifnya, suatu mekanisme yang dikenal sebagai neurovascular coupling. Kontrol ini dibantu oleh lapisan penghalang di antarmuka utama antara darah dan jaringan saraf yang disebut blood-brain barrier (BBB) (Gambar 1).
Diagram skematis otak dan pembesaran longitudinal sederhana pada penghalang darah otak
BBB adalah sistem yang dinamis, semipermeabel, dan sangat selektif di pembuluh darah mikro serebral sebagian besar vertebrata. BBB memisahkan aliran darah dari cairan ekstraseluler otak. BBB memainkan peran penting dalam mengatur pengangkutan zat-zat yang diperlukan untuk fungsi otak. Meskipun BBB pada awalnya diyakini ditemukan oleh penelitian Paul Ehrlich, Liddelow membuktikan bahwa ide ini pertama kali diamati oleh Ridley (1653–1708), di mana ia memperhatikan perbedaan permeabilitas lilin lebah dan merkuri dalam jaringan otak dari jaringan lain, dan ia menyebutkan hal ini dalam buku Anatomy of the Brain, yang diterbitkan pada tahun 1695. Setelah itu, Ehrlich, Bield dan Kraus, Lewandowsky, dan Edwin Goldmann melakukan penelitian inovatif tentang permeabilitas berbagai bahan dari darah ke jaringan otak atau sebaliknya, yang menghasilkan penemuan struktur penghalang unik dalam pembuluh mikro otak. BBB menjaga lingkungan otak yang stabil dengan melindunginya dari zat asing dalam darah yang dapat merusaknya. BBB mengendalikan homeostasis melalui pengaturan transportasi molekul ke dalam dan keluar dari sistem saraf pusat dan mencegah sel darah, komponen plasma, dan patogen memasuki otak dengan menciptakan unit neurovaskular (NVU) yang diatur ketat yang mencakup sel endotel, perisit, dan astrosit, yang semuanya bekerja sama untuk menjaga komponen kimia lingkungan saraf agar otak berfungsi normal. Kapiler darah di otak unik dalam dua hal. Pertama, tight junction (TJ), yang merupakan komponen utama penghalang, mengikat sel endotel yang melapisi dinding kapiler ini di sekitar tepinya. Melalui sambungan ini, zat yang larut dalam air dalam darah dicegah melewati sel dan dengan demikian tidak dapat mengakses lingkungan cairan jaringan otak dengan mudah. Kedua, astrosit ujung-ujung mengelilingi pembuluh ini, bertindak sebagai penghalang yang sebagian efektif. BBB membentuk penghalang paraselular serta penghalang transelular yang terdiri dari berbagai transporter dan penghalang enzimatik dalam sitoplasma BMEC yang didukung oleh enzim seperti gamma-glutamil transpeptidase (-GTP) dan alkali fosfatase (ALP) yang mengganggu zat-zat yang tidak dibutuhkan dalam darah yang mengalir melalui otak. Tinjauan ini memberikan gambaran umum tentang struktur dan fungsi BBB dan berbagai jalur untuk mengangkut berbagai molekul antara darah dan otak, serta faktor-faktor yang menyebabkan disfungsi BBB, membahas beberapa biomarker paling signifikan yang dapat digunakan untuk mengantisipasi gangguan BBB.