La barriera ematoencefalica: il muro che protegge il cervello

Il cervello è l'organo più protetto del corpo umano, e non solo dal cranio. A difenderlo c'è anche una barriera invisibile e raffinatissima, che decide momento per momento cosa può entrare e cosa deve restare fuori: la barriera ematoencefalica. È un filtro biologico che separa il sangue circolante dal tessuto nervoso, lasciando passare ossigeno e nutrienti essenziali ma sbarrando la strada a tossine, batteri e, purtroppo, anche alla maggior parte dei farmaci.

Che cos'è, in concreto

La barriera non è una membrana unica, ma una proprietà delle pareti dei capillari cerebrali. Mentre nel resto del corpo i vasi sanguigni più piccoli presentano piccole fessure che lasciano filtrare liquidi e molecole, nel cervello le cellule che rivestono i capillari — le cellule endoteliali — sono saldate tra loro da giunzioni serrate (tight junctions) che eliminano quasi del tutto questi passaggi. Attorno ai capillari, poi, vegliano altre cellule di supporto: i periciti e i prolungamenti degli astrociti, che insieme formano la cosiddetta "unità neurovascolare". Considerando che la rete capillare del cervello, se srotolata, raggiungerebbe centinaia di chilometri, si capisce quanto sia estesa questa interfaccia di controllo.

Una scoperta nata da un colorante

La storia della barriera comincia nell'Ottocento, quasi per caso. Il celebre medico tedesco Paul Ehrlich notò che iniettando nel sangue un colorante questo tingeva quasi tutti gli organi, ma non il cervello, che restava pallido. Ehrlich pensò che il tessuto nervoso semplicemente non assorbisse il colorante. Fu un suo collaboratore, Edwin Goldmann, a chiarire la verità intorno al 1913: iniettando il colorante direttamente nel liquido cerebrospinale, questo tingeva il cervello ma non il resto del corpo. La conclusione era inevitabile: esisteva un confine che impediva il passaggio in entrambe le direzioni. Il termine "barriera emato-encefalica" sarebbe stato poi reso popolare dalla fisiologa Lina Stern. La scheda dell'Enciclopedia Britannica dedicata alla barriera ematoencefalica ripercorre questi passaggi storici.

Cosa passa e cosa no

La barriera ematoencefalica è selettivamente permeabile. Lasciano transitare liberamente le piccole molecole solubili nei grassi, come l'ossigeno e l'anidride carbonica, ma anche sostanze familiari come l'alcol, la caffeina, la nicotina e molti anestetici: ecco perché questi composti raggiungono il cervello e ne alterano il funzionamento. I nutrienti fondamentali, come il glucosio e alcuni amminoacidi, entrano invece attraverso specifici "trasportatori" molecolari, vere e proprie porte dedicate. Tutto il resto — molecole grandi, sostanze idrosolubili, agenti patogeni — viene in larga parte respinto. Come spiega una ampia rassegna scientifica ad accesso aperto pubblicata su Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, questa selettività è ciò che mantiene stabile e protetto l'ambiente in cui lavorano i neuroni.

Le finestre lasciate aperte

Curiosamente, non tutto il cervello è sigillato allo stesso modo. Esistono piccole regioni, chiamate organi circumventricolari, dove la barriera è volutamente assente o molto ridotta, perché lì il cervello ha bisogno di "assaggiare" direttamente il sangue. Una di queste zone è l'area postrema, nel tronco encefalico: funziona come una sentinella chimica che rileva la presenza di sostanze tossiche nel sangue e, quando le individua, può scatenare il vomito per espellerle. Altre finestre simili permettono al cervello di monitorare ormoni e segnali metabolici, regolando funzioni come la sete, la fame e la temperatura corporea. La barriera, insomma, non è un muro cieco e uniforme, ma un sistema sofisticato con varchi controllati dove servono.

La grande sfida dei farmaci

Questa protezione ha però un rovescio della medaglia clinico enorme. La stragrande maggioranza dei farmaci, in particolare quelli a grande molecola come gli anticorpi terapeutici, non riesce ad attraversare la barriera. Si stima che la quasi totalità dei potenziali farmaci per il sistema nervoso centrale fallisca proprio perché non raggiunge il bersaglio. Curare tumori cerebrali, malattie neurodegenerative o infezioni del cervello diventa così molto più complicato che altrove.

Per aggirare l'ostacolo i ricercatori stanno mettendo a punto strategie ingegnose: nanoparticelle progettate per farsi "scortare" dentro, molecole "cavallo di Troia" che sfruttano i trasportatori naturali, e soprattutto gli ultrasuoni focalizzati. Combinando ultrasuoni e microbolle iniettate nel sangue è possibile aprire temporaneamente e in modo mirato un varco nella barriera, giusto il tempo di far passare un farmaco. Un studio pubblicato su Nature Communications nel 2018 ha dimostrato la fattibilità di questa tecnica in pazienti con malattia di Alzheimer, aprendo prospettive promettenti.

Quando la barriera si rompe

La barriera ematoencefalica non è infallibile, e quando si danneggia possono insorgere problemi seri. In malattie come la sclerosi multipla la barriera diventa "permeabile" e lascia entrare cellule immunitarie che attaccano il rivestimento dei nervi. Anche l'ictus, le meningiti, alcuni tumori e i traumi cerebrali compromettono la sua integrità. Numerosi studi indicano inoltre che con l'invecchiamento la barriera tende a diventare leggermente più "leaky", più permeabile, e che questo fenomeno potrebbe contribuire allo sviluppo di patologie neurodegenerative.

La barriera ematoencefalica è dunque uno dei capolavori del nostro corpo: un guardiano che ha permesso al cervello di evolversi come un ambiente protetto e stabile, isolato dalle fluttuazioni chimiche del resto dell'organismo. Comprenderne i meccanismi non significa solo soddisfare una curiosità anatomica, ma trovare la chiave per portare le cure proprio là dove, finora, la medicina ha faticato di più ad arrivare.