The endothelial cell of brain capillary called the blood-brain barrier (BBB) has carrier-mediated transport systems for nutrients and drugs. The mechanism of the BBB transport of basic and acidic drugs has been reviewed and examined for endogenous transport systems in BBB in WKY and SHRSP. Acidic drugs such as salicylic acid and basic drugs such as eperisone are taken up in a carrier mediated manner through the BBB via the monocarboxylic acid and amine transport systems. The specific dysfunction for the choline transport at the BBB in SHRSP would affect the function of the brain endothelial cell and brain parenchymal cell. The utilization of the endogenous transport systems of monocarboxylic acid and amine could be promising strategy for the effective drug delivery to the brain.
Extracellular vesicles (EVs) are natural carriers of biomolecules that play central roles in cell-to-cell communications. Based on this, there have been various attempts to use EVs as therapeutic drug carriers. From chemical reagents to nucleic acids, various macromolecules were successfully loaded into EVs; however, loading of proteins with high molecular weight has been huddled with several problems. Purification of recombinant proteins is expensive and time consuming, and easily results in modification of proteins due to physical or chemical forces. Also, the loading efficiency of conventional methods is too low for most proteins. We have recently proposed a new method, the so-called exosomes for protein loading via optically reversible protein-protein interaction (EXPLORs), to overcome the limitations. Since EXPLORs are produced by actively loading of intracellular proteins into EVs using blue light without protein purification steps, we demonstrated that the EXPLOR technique significantly improves the loading and delivery efficiency of therapeutic proteins. In further in vitro and in vivo experiments, we demonstrate the potential of EXPLOR technology as a novel platform for biopharmaceuticals, by successful delivery of several functional proteins such as Cre recombinase, into the target cells.
Brain drug targeting through the blood-brain barrier (BBB) in vivo is possible with peptidornirnetic monoclonal antibodies that undergo receptor-mediated transcytosis through the BBB. Monoclonal antibody to the rat transferrin receptor, such as the OX26 was studied in rats as a transport vector through BBB on the transferrin receptor. But, OX26 is not an effective brain delivery vector in mouse. In the present studies, rat monoclonal antibody, 8D3 to the mouse transferrin receptor were evaluated for brain drug targeting vector intransgenic mouse model. Pharrnacokinetic parameters in plasma and organ uptakes were determined at varioustimes after i.v. bolus injection of [$^{}125}I$] 8D3 in Balb/c mice. Brain uptake of [$^{}125}I$] 8D3 was also studied with an internal carotid artery perfusioncapillary depletion method. After i.v. injection of [$^{}125}I$] 8D3, plasma concentrations declined biexponentially with elimination half lift of approximately 2.2 hours. Brain uptake of [$^{}125}I$] 8D3 was $0.50{\pm}0.09$ persent of injected dose per g brain after 2 hours i.v. injection. After perfusion 5 min the apparent volume of distibution of [$^{}125}I$] 8D3 in brain was $22.3 {\mu}l/g,$ which was 4.8 fold higher than the intravascular volume. These studies indicate rat monoclonal antibody to the mouse transferrin receptor, 8D3 may be used for brain drug targeting vector in mice.
Ji-ung Yang;Soyeon Kim;Kyo Chul Lee;Yong Jin Lee;Jung Young Kim;Ji-Ae Park
대한방사성의약품학회지
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제8권1호
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pp.17-23
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2022
Boron neutron capture therapy is a precision treatment technology that selectively destroys only tumor cells by irradiating thermal neutrons after accumulating boron drugs in tumor cells. Brain tumor is difficult to diagnose and treat due to the low permeability and targeting of drugs caused by the blood-brain-barrier. Crossing the BBB is essential for drug delivery to the brain. In this study, we designed and synthesized a novel compound incorporating benzothiazole to develop a boron drug with high BBB permeability and selectivity for brain tumor cells. In addition, their potential as a BNCT drugs was evaluated.
Kyung Won Chang;Seung Woo Hong;Won Seok Chang;Hyun Ho Jung;Jin Woo Chang
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제66권2호
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pp.172-182
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2023
Objective : The blood-brain barrier (BBB) is an obstacle for molecules to pass through from blood to the brain. Focused ultrasound is a new method which temporarily opens the BBB, which makes pharmaceutical delivery or removal of neurodegenerative proteins possible. This study was demonstrated to review our BBB opening procedure with magnetic resonance guided images and find specific patterns in the BBB opening. Methods : In this study, we reviewed the procedures and results of two clinical studies on BBB opening using focused ultrasound regarding its safety and clinical efficacy. Magnetic resonance images were also reviewed to discover any specific findings. Results : Two clinical trials showed clinical benefits. All clinical trials demonstrated safe BBB opening, with no specific side effects. Magnetic resonance imaging showed temporary T1 contrast enhancement in the sonication area, verifying the BBB opening. Several low-signal intensity spots were observed in the T2 susceptibility-weighted angiography images, which were also reversible and temporary. Although these spots can be considered as microbleeding, evidence suggests these are not ordinary microbleeding but an indicator for adequate BBB opening. Conclusion : Magnetic resonance images proved safe and efficient BBB opening in humans, using focused ultrasound.
Bis-chloroethylnitrosourea (BCNU) is currently used as an anti-cancer drug for glioblastoma therapy. In this study, BCNU was loaded into the hydrophobic cores of R3V6 amphiphilic peptide micelles for efficient delivery into brain tumors. The scanning electron microscope (SEM) study showed that the BCNU-loaded R3V6 peptide micelles (R3V6-BCNU) formed spherical micelles. MTT assay showed that R3V6-BCNU more efficiently induced cell death in C6 glioblastoma cells than did BCNU. In the Annexin V assay, R3V6-BCNU more efficiently induced apoptosis than did BCNU alone. Furthermore, the results showed that R3V6 was not toxic to cells. The positive charges of the R3V6 peptide micelles may facilitate the interaction between R3V6-BCNU and the cellular membrane, resulting in an increase in cellular uptake of BCNU. In vivo evaluation with an intracranial glioblastoma rat model showed that R3V6-BCNU more effectively reduced tumor size than BCNU alone. The results suggest that R3V6 peptide micelles may be an efficient carrier of BCNU for glioblastoma therapy.
한국응용약물학회 1998년도 Proceedings of UNESCO-internetwork Cooperative Regional Seminar and Workshop on Bioassay Guided Isolation of Bioactive Substances from Natural Products and Microbial Products
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pp.150-151
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1998
Drug delivery to the brain is facilitated by the synthesis of chimeric peptides, where in neuropharmaceuticals are linked to a vector such as an antibody to the transferrin receptor that mediates transcytosis through the blood-brain barrier (BBB). When disulfide linkers are used in the chimeric peptide, it is crucial that the S-S bridge is stable during transit and that cleavage does not occur prematurely within endothelial cells, as the peptide drug moiety would then be sequestered by the BBB instead of passing through it. The present study addressed that problem. As a model drug a metabolically stable opioid peptide, [$^3$H]DALDA (Tyr-dArg-Phe-Lys-NH$_2$), was used. It was monobiotinylated with NHS-SS-biotin to yield bio-[$^3$H]DALDA. The biotinylated peptide was bound to the vector OX26-SA which is a covalent conjugate of OX26 and streptavidin (molar ratio = 1: 1). In vitro treatment of the chimeric peptide, bio-[$^3$H]DALDA/OX26-SA, with a reducing agent, dithiothreitol, released the labeled peptide from the vector by conversion of bio-[$^3$H]DALDA to the desbiotinylated derivative, desbio-[$^3$H]DALDA.
We synthesized eight G8 molecular transporters (MTs) based on 4 different monosaccharide scaffolds, and studied their biological properties with a special focus on possible mitochondrial targeting and tissue selectivity. The mitochondrial affinity of these MTs was found to be clearly related to the scaffold stereochemistry and also tenuously with the lipophilicity. It may be suggested that in the practical delivery strategy of drugs for the brain and mitochondrial diseases the BBB permeability and mitochondrial affinity should be considered as key parameters, and that an enhanced mitochondrial affinity appears possible by further research on the structure-property relationship of guanidine-rich molecular transporters.
For over 50 years, boron neutron capture therapy (BNCT) has been steadily developed for treating various cancers. This is a non-invasive, selective, and targeted radiotherapy wherein boron-rich molecules accumulate at the tumor site. Liposomal vesicles have become a popular and effective drug delivery system for BNCT, with strategies including surface decoration, bilayer integration, and hydrophilic core encapsulation. This review highlights the state-of-the-art uses of liposomes in BNCT and elucidates a new perspective where BNCT can be used with radiotracer guidance in all-in-one delivery systems.
The blood-brain barrier (BBB) of rats was modificated opening reversibly by infusing a hyperosmotic solution of arabinose (1.6 molal) into the right external carotid artery. Pre vious studies demonstrated that permeability was increased maxmmally in the first 15 min and remained slightly elevated at 1 hr. As control reference, saline was used. In the present study, to evaluate the effects of osmotic BBB opening on the BBB trasport according to hydrophilic or hydrophobic characteristics of drugs. And the differences of the uptakes of these compounds to right (treated osmotic opening) and left (untreated) hemispheres in same rats were compared each other following injection of 8 mCi per rat of $^{99m}Tc$-ethylene triamine pentaacetic acid (DTPA) as hydrophilic drug or 5mg/kg of phenytoin as hydrophobic drug mto the right external carotid artery of rats between two groups (1.6 molal arabinose vs saline). The uptakes of $^{99m}Tc$-DTPA and phenytoin in the right cerebral hemispheres were increased to about thirty three times and twice rather than those in the left cerebral heimspheres, respectively. And PAs (permeability X capillary surface area) were also increased from a control mean of 2.11${\times}10^{-4}$ (Untreated) to 6.98${\times}10^{-3}\;sec^{-1}$ (treated osmotic opening for $^{99m}Tc$-DTPA and 0.29 to 0.17 $sec^{-1}$ for phenytoin, respectively. From the results of present study, it is noted that osmotic opening of BBB is more effective in the brain delivery of hydrophilic drugs rather than that of hydrophobic drugs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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