پژوهشی که اخیرا در ژورنال JCI Insight منتشر شده است، می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی موجب تغییر در روش درمان بیماری‌هایی مانند آلزایمر، پارکینسون، ALS (اسکلروز جانبی آمیوتروفیک) و سرطان مغز شود. مایکین ندرگارد یکی از نویسندگان مقاله می‌گوید:
بهبود روش‌های تحویل دارو به سیستم عصبی مرکزی (CNS) چالش بالینی مهمی است. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که می‌توان از سیستم برداشت مواد زائد در مغز، برای انتقال سریع و موثر داروها به مغز استفاده کرد.
سیستم گلیمفاتیک (Glymphatic System)، سیستم منحصر به‌فرد مغز برای حذف مواد زائد است که در سال ۲۰۱۲ توسط ندرگارد و همکارانش کشف شد. طبق گفته‌ی ندرگارد بسیاری از درمان‌های امیدبخش برای بیماری‌های سیستم عصبی مرکزی در آزمایش‌های بالینی به‌علت دشواری رساندن مقادیر کافی از دارو به مغز شکست می‌خورند. او می‌گوید:
علت آن است که مغز خود را در یک محیط بسته حفظ می‌کند و یک سیستم پیچیده متشکل از دروازه‌های ملکولی که سد خونی‌مغزی نامیده می‌شود، به‌شدت مواد ورودی و خروجی مغز را تحت کنترل دارد.
دانشمندان هنگام تلاش در جهت استفاده از آنتی‌بادی‌ها برای مقابله با تجمع پلاک‌های آمیلوئید بتا در مغز افراد مبتلا به آلزایمر، متوجه این محدودیت شده‌اند. پژوهشگران مرکز پزشکی روچستر (URMC) بر این باورند به‌علت اینکه آنتی‌بادی‌ها معمولا به‌صورت تزریق داخل‌وریدی استعمال می‌شوند، از ورود این پروتئین‌های بزرگ به مغز توسط سد خونی‌مغزی ممانعت می‌شود. در نتیجه‌ی این امر، تنها دو درصد از این داروها واقعا وارد مغز می‌شوند.
سد خونی مغزی
مغز با ارزش است و تکامل برای حفاظت از آن در برابر آسیب راه درازی را پیموده است. آشکارترین مورد اینکه ضخامت جمجمه‌ی ما حدود ۷ میلی‌متر است ولی با این وجود مغز توسط یک مایع محافظ (مایع مغزی‌نخاعی) و غشایی محافظ به نام مننژ (شامه) نیز احاطه شده است. هر دو عامل مراقبت بیشتری در برابر جراحات فیزیکی فراهم می‌کنند. یکی دیگر از عناصر محافظ سد خونی‌مغزی است. سد خونی‌مغزی، سدی است که بین رگ‌های خونی مغز و سلول‌ها و دیگر اجزایی که بافت مغز را تشکیل می‌دهند، قرار گرفته است. در حالی که جمجمه، مننژ و مایع مغزی‌نخاعی از مغز در برابر آسیب‌های فیزیکی محافظت می‌کنند، سد خونی‌مغزی از مغز در برابر عوامل بیماری‌زا و سموم موجود در خون محافظت می‌کند.
پزشکی آلمانی با نام پائول ارلیش نخستین کسی بود که در اواخر قرن ۱۹ وقتی یک ماده‌ی رنگی را وارد جریان خون یک موش کرد، به وجود سد خونی‌مغزی پی برد. این رنگ به تمام بافت‌ها به جز مغز و نخاع نفوذ پیدا کرد که نشان می‌داد واقعا سدی بین خون و مغز وجود دارد. اما تا دهه‌ی ۱۹۶۰ دانشمندان نتوانسته بودند این لایه‌ی فیزیکی سد خونی‌مغزی را ببینند. طی این دهه آن‌ها با استفاده از میکروسکوپ‌های قدرتمند توانستند این سد را مشاهده کنند. دانشمندان اکنون می‌دانند که هدف سد خونی‌مغزی محافظت از مغز در برابر سموم یا عوامل بیماری‌زای موجود در گردش خون می‌باشد و از این راه از عفونی شدن مغز جلوگیری می‌کند و در عین حال که این امکان را فراهم می‌کند که مواد مغذی حیاتی به مغز برسند. اگر سد خونی‌مغزی آسیب ببیند یا به نحوی به خطر بیفتد، مثلا در اثر عفونت‌های باکتریایی مثل بیماری مننگوکوک، میزان نفوذپذیری سد خونی‌مغزی بیشتر شده و به باکتری‌ها و دیگر سموم اجازه ورود به بافت مغز داده می‌شود و این امر می‌تواند منجر به التهاب و حتی مرگ شود. عمکلرد سد خونی‌مغزی در وضعیت بیماری‌های دیگری مانند ام‌اس (MS) نیز ممکن است تضعیف شود. در این وضعیت، سد خونی‌مغزی معیوب به سلول‌های سفید خون اجازه می‌دهد که وارد مغز شده و موجب ایجاد اختلال در فرایند انتقال پیام‌های عصبی بین نورون‌ها شوند.
سد خونی مغزی
با این حال گاهی نیاز است که ما از این سد خونی‌مغزی بگذریم. بیشتر داروها نمی‌توانند به آسانی از این سد عبور کنند و این مساله مانع بزرگی بر سر راه درمان دارویی اختلالات روانی و عصبی است. یک راه ممکن این است که سد خونی‌مغزی را فریب دهیم تا اجازه ی ورود داروها را بدهد. این روش اصطلاحا روش اسب تروا خوانده می‌شود که در آن داروها وارد ملکول‌هایی می‌شوند که می‌توانند از طریق یک پروتئین ناقل از سد خونی‌مغزی عبور کنند. روش دیگر باز کردن موقتی سد خونی‌مغزی توسط امواج فراصوت (اولتراسوند) است. در سال ۲۰۱۵، پژوهشگران نشان دادند که استفاده از امواج فراصوت برای باز کردن سد خونی‌مغزی می‌تواند موجب بهبود کارکردهای شناختی و کاهش پلاک‌های سمی تجمع‌یافته در مغز شود. در مطالعه‌ای دیگر که در سال ۲۰۱۷ انجام شد، پژوهشگران اعلام کردند که اولتراسوند ابزاری مفید برای باز کردن موقتی سد خونی‌مغزی است.
اولتراسوند مغز
اولتراسوند یکی از روش‌های باز کردن سد خونی‌مغزی است
رویکرد پژوهش‌های جدید ندرگارد متکی به قدرت سیستم گلیمفاتیک است. عمل منحصر به‌فرد مغز برای حذف مواد زائد، یعنی سیستم گلیمفاتیک متشکل از یک سیستم لوله‌کشی است که دارای عملکردی شبیه به عملکرد سیستم لنفاوی است. در این سیستم مایع مغزی‌نخاعی پمپ می‌شود و مواد زائد به خارج از مغز فرستاده می‌شوند. بنا به گزارش پژوهشگران این سیستم گلیمفاتیک که عمدتا وقتی ما در حال خواب هستیم، در حال فعالیت است، پس از بروز آسیب جدی به مغز دچار اختلال می‌شود و می‌تواند نقش مهمی در بیماری‌هایی نظیر آلزایمر داشته باشد. ندرگارد گفت:
پاکسازی مواد زائد در هر اندامی مهم است و این موضوع که مغز چگونه از مواد زائد خود رهایی پیدا می‌کند، همیشه سوال برانگیز بوده است. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که مغز خودش را در روشی سازماندهی‌‌شده و در مقیاسی بزرگ‌تر از چیزی که قبلا شناسایی شده بود، پاکسازی می‌کند.
پژوهشگران نام این سیستم را سیستم گلیمفاتیک نامیدند زیرا که شبیه سیستم لنفاوی عمل می‌کند ولی توسط سلول‌های مغزی به نام سلول‌های گلیا مدیریت می‌شود. دانشمندان از قبل می‌دانستند که مایع مغزی‌نخاعی دارای نقش مهمی در پاکسازی بافت مغز است و مواد زائد را از مغز دور کرده و مواد مغذی را از طریق فرایندی به نام انتشار به بافت مغز می‌رساند. سیستم گلیمفاتیک مایع مغزی‌نخاعی را به‌طور بسیار کارآمدتر از روش جابه‌جایی یا انتشاری که دانشمندان قبلا تصور می‌کردند، به تمام گوشه‌های مغز می‌برد. ندرگارد گفت:
ظاهرا مغز دو سیستم جمع‌آوری زباله دارد؛ یکی سیستم آهسته که ما در مورد آن می‌دانستیم و دیگری سیستم سریعی که تازه کشف کردیم.
بر اساس عقیده‌ی پژوهشگران این سیستم به این خاطر تاکنون کشف نشده بود که تنها زمانی که مغز زنده و دست‌نخورده است، کار می‌کند. چیزی که برای دانشمندان پیشین بسیار دشوار بود، زیرا آن‌ها نمی‌توانستند جریان مایع مغزی‌نخاعی را در یک حیوان زنده ببینند و به‌جای آن مجبور بودند روی قطعه‌هایی از بافت غیرزنده‌ی مغز مطالعه کنند.
دانشمندان اکنون از میکروسکوپ دو فتونی برای مطالعه‌ی مغز زنده استفاده می‌کنند. این تکنولوژی به آن‌ها این امکان را می‌دهد که جریان خون، مایع مغزی‌نخاعی و دیگر مواد موجود در مغز یک موجود زنده را مشاهده کنند. در مطالعه‌ی جدید، پژوهشگران از مکانیک سیستم گلیمفاتیک برای تحویل دارو به اعماق مغز موش استفاده کردند و آنتی‌بادی‌ها را به‌طور مستقیم وارد مایع مغزی‌نخاعی کردند. آن‌ها سپس به موش‌ها محلول سالین هایپرتونیک تزریق کردند؛ درمانی که برای کاهش فشار درون جمجمه‌ای بیمارانی که دچار آسیب شدید مغزی می‌شوند، به‌کار می‌رود. این محلول نمکی باعث ایجاد عدم تعادل یونی شده و موجب بیرون‌کشیده‌شدن مایع مغزی‌نخاعی از مغز می‌شود. وقتی که این اتفاق می‌افتد، مایع مغزی‌نخاعی جدید که توسط سیستم گلیمفاتیک تحویل داده می‌شود، به جریان می‌افتد و آنتی‌بادی‌ها را با خود وارد بافت مغز می‌کند. پژوهشگران یک سیستم تصویربرداری جدید نیز توسعه داده‌اند که از طریق آن بتوانند با روشی غیر‌تهاجمی، شاهد افزایش آنتی‌بادی‌های واردشده به مغز حیوان باشند. پژوهشگران اعتقاد دارند که این روش می‌تواند نه تنها برای تحویل پروتئین‌های بزرگی نظیر آنتی‌بادی‌ها به مغز مورد استفاده قرار گیرد بلکه همچنین در رساندن ملکول‌های کوچک دارویی و ویروس‌هایی که با هدف ژن‌درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند، نیز مفید است.