ตัวกั้นระหว่างเลือดกับสมอง

โครงสร้าง

ความเป็น "ตัวกั้น" นี้มาจากการเลือกให้ผ่านของไทต์ จังก์ชัน ที่อยู่ระหว่างเซลล์เนื้อเยื่อบุโพรงต่าง ๆ ในหลอดเลือดของระบบประสาทกลาง ซึ่งจำกัดการผ่านของสารละลาย
คือ ที่จุดต่อระหว่างเลือดกับสมอง จะมีเซลล์เนื้อเยื่อบุโพรงที่ยึดอยู่ด้วยกันอาศัยไทต์จังก์ชัน ซึ่งก็ประกอบด้วยหน่วยย่อย ๆ บ่อยครั้งเป็นไดเมอร์ (dimer) ซึ่งเป็นโปรตีนผ่านเยื่อ (transmembrane protein) เช่น occludin, claudins, junctional adhesion molecule (JAM) หรือ ESAM
โปรตีนแต่ละอย่างเช่นนี้จะยึดฝังอยู่กับเซลล์เนื้อเยื่อบุโพรงด้วยคอมเพลกซ์โปรตีนอีกอย่างหนึ่ง รวมทั้ง ZO-1 และโปรตีนที่เกี่ยวข้องกันอื่น ๆ
ตัวกั้นจะประกอบด้วยเซลล์มีความหนาแน่นสูงที่จำกัดการผ่านเข้าของสารต่าง ๆ จากเลือด โดยจำกัดมากยิ่งกว่าเซลล์เนื้อเยื่อบุโพรงในหลอดเลือดฝอยส่วนอื่น ๆ ของร่างกาย
ส่วนยื่นของแอสโทรไซต์ที่เรียกว่า astrocytic feet (หรือ glia limitans) จะล้อมเซลล์เยื่อบุโพรงของ BBB โดยเป็นตัวหล่อเลี้ยงทางชีวเคมีของเซลล์
BBB นั้นต่างกับตัวกั้นระหว่างเลือดกับน้ำสมองร่วมไขสันหลัง (blood-cerebrospinal fluid barrier) ซึ่งเป็นหน้าที่ของ choroidal cell ใน choroid plexus และต่างกับตัวกั้นระหว่างเลือดกับจอประสาทตา (blood-retinal barrier) แม้ทั้งหมดต่างก็เป็นตัวกั้น
มีบริเวณสมองมนุษย์หลายเขตที่ไม่ได้อยู่ด้านสมองของตัวกั้น ตัวอย่างรวมทั้ง circumventricular organs, เพดานของโพรงสมองที่สามและที่สี่, หลอดเลือดฝอยในต่อมไพเนียลที่เพดานของ diencephalon และต่อมไพเนียลเอง
เพราะต่อมไพเนียลหลั่งฮอร์โมนเมลาโทนิน "เข้าไปในระบบไหลเวียนโดยตรง"
ดังนั้นตัวกั้นจึงไม่มีผลต่อเมลาโทนิน

พัฒนาการ

ดั้งเดิมแล้ว งานทดลองในคริสต์ทศวรรษ 1920 ดูเหมือนจะแสดง (อย่างผิด ๆ) ว่า BBB ยังเจริญไม่เต็มที่ในเด็กเกิดใหม่
ซึ่งเป็นความผิดพลาดเนื่องกับวิธีการ คือน้ำที่ทดลองฉีดเข้าเส้นเลือดมีความดันออสโมซิสสูงเกินจนกระทั่งหลอดเลือดฝอยที่เปราะบางของเด็กเสียหายเป็นบางส่วน
แต่งานทดลองต่อ ๆ มาซึ่งลดปริมาณน้ำที่ฉีดก็ได้แสดงว่า ตัวบ่งชี้ที่วัดจริง ๆ ไม่สามารถผ่าน BBB แม้ของเด็กได้
คือได้รายงานว่า สารธรรมชาติต่าง ๆ เช่น albumin, α-1-fetoprotein หรือ transferrin ในพลาสมาที่เข้มข้นขึ้นตรวจสอบไม่พบนอกเซลล์ภายในสมองของเด็กเกิดใหม่
อนึ่ง โปรตีนขนส่งคือ transporter P-glycoprotein ก็มีอยู่ในเนื้อเยื่อบุโพรง (เอนโดทีเลียม) ของสัตว์ตัวอ่อนแล้ว
การวัดการดูดซึมนำเข้าเนื้อเยื่อสมองซึ่งสารต่าง ๆ รวมทั้ง acetamide, antipyrine, benzyl alcohol, butanol, กาเฟอีน, cytosine, เฟนิโทอิน, เอทานอล, เอทิลีนไกลคอล, เฮโรอีน, mannitol, เมทานอล, phenobarbital, propylene glycol, ไทโอยูเรีย และยูเรียในกระต่ายเกิดใหม่ซึ่งให้ยาชาเทียบกับกระต่ายโตแล้ว
แสดงว่า เนื้อเยื่อบุโพรงของลูกกระต่ายและกระต่ายโตแล้วทำงานคล้าย ๆ กันในเรื่องการให้ซึมผ่านได้ซึ่งอำนวยโดยลิพิด
ข้อมูลนี้ยืนยันว่า ไม่มีความแตกต่างในการเลือกให้ผ่านของ BBB ระหว่างสัตว์เกิดใหม่กับสัตว์ที่โตแล้ว
คือไม่พบความแตกต่างการนำเข้ากลูโคส กรดอะมิโน กรดอินทรีย์ พิวรีน นิวคลีโอไซด์ หรือ choline ของเนื้อเยื่อสมองระหว่างกระต่ายที่โตแล้วกับลูกกระต่าย
การทดลองเหล่านี้แสดงว่า BBB ของสัตว์เกิดใหม่มีคุณสมบัติจำกัดการให้ผ่านเหมือนกับสัตว์ที่โตแล้ว
เทียบกับข้อเสนอว่าสัตว์วัยเยาว์ยังมีตัวกั้นที่ไม่โตเต็มที่ งานศึกษาหล่านี้แสดงว่า BBB ที่เลือกให้ผ่านทำงานได้ดีแล้วตั้งแต่เกิด

หน้าที่

ตัวกั้นกลางระหว่างเลือดกับสมองป้องกันจุลชีพก่อโรคที่อยู่ในระบบไหลเวียนไม่ให้เข้าไปในสมอง
เพราะเหตุนี้ การติดเชื้อในสมองเนื่องกับเลือดจึงมีน้อยมาก
โดยที่เกิดก็บ่อยครั้งรักษาได้ยาก
เพราะสารภูมิต้านทานมีขนาดใหญ่เกินที่จะผ่านตัวกั้นได้ และมียาปฏิชีวนะบางอย่างเท่านั้นที่ผ่านเข้าไปได้
ในบางกรณี ยาต้องฉีดเข้าไปในน้ำสมองร่วมไขสันหลัง (CSF) โดยตรง ซึ่งจะสามารถเข้าไปในสมองผ่านตัวกั้นกลางระหว่างเลือดกับน้ำสมองร่วมไขสันหลัง (blood-cerebrospinal fluid barrier ตัวย่อ BCSFB)
ตัวกั้นอาจเริ่มรั่วในโรคทางประสาทบางโรค เช่น อะไมโอโทรฟิก แลเทอรัล สเกลอโรซิส, โรคลมชัก, สมองบาดเจ็บ, สมองบวมน้ำ และในโรคที่มีผลทั้งร่างกาย (systemic disease) เช่น ตับล้มเหลว
อนึ่ง ตัวกั้นยังเปิดให้ผ่านมากกว่าเมื่อเกิดการอักเสบ
ทำให้ยาปฏิชีวนะและเซลล์กลืนกิน (phagocyte) ผ่านตัวกั้นเข้าไปได้ แต่แบคทีเรียและไวรัสก็ผ่านเข้าไปได้เช่นกัน
ตัวอย่างจุลชีพก่อโรคที่สามารถผ่านตัวกั้นเข้าไปได้รวมทั้ง Toxoplasma gondii ซึ่งก่อโรค toxoplasmosis, spirochaetes (ไฟลัม Spirochaetes) เช่น Borrelia ซึ่งก่อโรคไลม์, streptococcus กลุ่มบีซึ่งก่อเยื่อหุ้มสมองอักเสบในทารกเกิดใหม่
และ spirochaete คือ Treponema pallidum ซึ่งก่อซิฟิลิส
แบคทีเรียอันตรายเหล่านี้บางอย่างเข้าไปได้โดยปล่อยสารเป็นพิษต่อเซลล์ (cytotoxin) เช่น pneumolysin
ซึ่งเป็นพิษโดยตรงต่อเนื้อเยื่อบุโพรงของเส้นเลือดฝอยในสมอง
และต่อไทต์จังก์ชัน

Circumventricular organ

circumventricular organ (CVO) เป็นโครงสร้างเดี่ยว ๆ ที่อยู่ติดกับโพรงสมองที่สี่หรือที่สาม 
มีลักษณะเป็นกลุ่มเส้นเลือดฝอย (capillary bed ) ที่มีเซลล์เนื้อเยื่อบุโพรงซึ่งเลือกให้ผ่านโดยไม่เหมือนกับตัวกั้นกลางระหว่างเลือดกับสมอง
CVO ซึ่งมีเส้นเลือดฝอยที่ไหลผ่านได้มากรวมทั้ง area postrema, subfornical organ, vascular organ of the lamina terminalis, median eminence, ต่อมไพเนียล และพูต่อมใต้สมองสามพู
เส้นเลือดฝอยซึ่งไหลผ่านได้มากของ CVO รับรู้ (sensory CVO) คือ area postrema, subfornical organ และ vascular organ of the lamina terminalis ช่วยให้โครงสร้างเหล่านี้ตรวจจับสัญญาณในระบบไหลเวียน ส่วนที่เป็นของ CVO คัดหลั่ง (secretory CVO) รวมทั้ง median eminence, ต่อมไพเนียล และต่อมใต้สมอง ช่วยให้ส่งสัญญาณจากสมองเข้าไปยังเลือดได้ง่าย
ดังนั้น เส้นเลือดฝอยที่ผ่านได้มากของ CVO จึงจัดเป็นช่องการสื่อสารระหว่างเลือดกับสมองในระบบประสาทร่วมต่อมไร้ท่อ

โซนที่ไหลผ่านได้เป็นพิเศษ

โซนช่วงต่อระหว่างเนื้อเยื่อสมองที่ป้องกันด้วย BBB กับโซนที่ "เปิด" รับสัญญาณจากเลือดใน CVO บางอย่าง มีเส้นเลือดฝอยไฮบริดพิเศษที่ไหลผ่านได้มากกว่าเส้นเลือดฝอยในสมองโดยทั่วไป แต่ไม่มากเท่ากับเส้นเลือดฝอยของ CVO
โซนเช่นนี้อยู่ที่ชายแดนระหว่าง area postrema กับ nucleus tractus solitarii (NTS)
และระหว่าง median eminence กับ hypothalamic arcuate nucleus
โซนเหล่านี้ดูเหมือนจะใช้เป็นบริเวณซึ่งขนส่งสัญญาณได้อย่างรวดเร็วของโครงสร้างสมองที่มีบทบาทในวงจรประสาทต่าง ๆ (โครงสร้างเช่น NTS และ arcuate nucleus) เพื่อให้ฮอร์โมนประสาทสามารถออกฤทธิ์ได้อย่างรวดเร็ว
อนึ่ง เขตระหว่าง median eminence กับ hypothalamic arcuate nucleus ยังมีช่องรอบ ๆ เส้นเลือดฝอย (pericapillary spaces) ที่ค่อนข้างใหญ่  ซึ่งช่วยให้สารละลายระหว่างโครงสร้างทั้งสองนี้ไปถึงกันและกันได้ ซึ่งแสดงว่า median eminence ไม่ใช่เพียงอวัยวะคัดหลั่ง แต่อาจเป็น CVO ที่รับรู้ด้วย

เป็นเป้าหมายของยา

BBB เกิดจากเนื้อเยื่อบุโพรง (เอนโดทีเลียม) เส้นเลือดฝอยในสมอง ซึ่งกันสมองจากยารักษาทางประสาทที่โมเลกุลใหญ่ได้เกือบ 100% และยาโมเลกุลเล็กได้มากกว่า 98%
การพิชิตปัญหาการส่งยาเข้าไปยังเขตโดยเฉพาะ ๆ ในสมองเป็นเรื่องท้าทายสำคัญในการรักษาโรคทางสมองโดยมาก
หน้าท่ป้องกันประสาทของมันจึงจำกัดการขนส่งสารที่ใช้วินิจฉัยและรักษาโรคเข้าไปในสมอง
เพราะโมเลกุลและสารภูมิต้านทานที่อาจมีประสิทธิผลไม่ว่าจะในเรื่องการตรวจวินิจฉัยหรือการรักษา ไม่สามารถผ่าน BBB เข้าไปได้อย่างเพียงพอ
ยาซึ่งมีเป้าหมายที่สมองปกติจะต้องส่งผ่านหรือข้าม BBB ไป ที่ส่งผ่าน BBB จะต้องระงับการทำงานของมันไม่ว่าจะโดยวิธีทางออสโมซิส 
หรือวิธีทางชีวเคมีด้วยการใช้สารที่มีผลต่อขนาดเส้นเลือด เช่น bradykinin
หรือแม้แต่การจี้โฟกัสเป็นจุดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (high-intensity focused ultrasound ตัวย่อ HIFU)
วิธีการผ่าน BBB อื่นรวมระบบขนส่งที่มีตามธรรมชาติ รวมทั้งที่ใช้โปรตีนขนส่งเช่น โปรตีนขนส่งกลูโคส หรือโปรตีนขนส่งกรด, 
กระบวนการ receptor-mediated transcytosis สำหรับอินซูลินหรือ transferrin
และการระงับฤทธิ์ของโปรตีนขนส่งสิ่งแปลกปลอมออกนอกเซลล์ (active efflux transporters) เช่น p-glycoprotein
แต่ก็พบว่า ตัวนำยาที่ใช้โปรตีนขนส่งของ BBB เช่น transferrin receptor ในบางกรณีจะติดอยู่ในเส้นเลือดฝอยของเนื้อเยื่อบุโพรง คือยาไม่ผ่าน BBB เข้าไปในเนื้อสมอง (cerebral parenchyma)
การส่งยาข้าม BBB รวมทั้งการฝังเข้าไปในสมอง (intracerebral implantation) เช่นด้วยเข็ม หรือด้วย convection-enhanced distribution
แอลกอฮอล์น้ำตาลแมนนิทอลก็สามารถใช้เลี่ยง BBB ได้ด้วย

อนุภาคนาโน

นาโนเทคโนโลยีอาจช่วยส่งยาผ่าน BBB ได้
นักวิจัยกำลังพยายามสร้างลิโพโซม (liposome) บรรจุอนุภาคนาโน (nanoparticle) เพื่อส่งผ่านเข้า BBB
แต่ก็ต้องทำงานวิจัยมากขึ้นเพื่อหากลยุทธ์ซึ่งมีประสิทธิภาพที่สุด และเพื่อเช็คดูว่า จะทำคนไข้เนื้องอกสมองให้อาการดีขึ้นได้อย่างไร
การเปิด BBB ให้รับสารโดยเฉพาะ ๆ เพื่อรักษาเนื้องอกในสมองเป็นเรื่องที่กำลังสำรวจในเบื้องต้น
เป็นการประยุกต์ใช้นานาเทคโนโลยีทางประสาทวิทยาศาสตร์เพื่อการรักษาซึ่งดูมีอนาคตที่สุดอย่างหนึ่ง
เพราะอนุภาคนาโนอาจทำกิจหลาย ๆ อย่างได้เป็นลำดับ ซึ่งเป็นเรื่องสำคัญมากเมื่อต้องส่งยาข้าม BBB
งานวิจัยจำนวนสำคัญได้ตรวจสอบวิธีการส่งยาต้านมะเร็ง (antineoplastic) ที่อำนวยโดยอนุภาคนาโนไปยังเนื้องอกในระบบประสาทกลาง
ยกตัวอย่างเช่น นักวิจัยได้ส่ง radiolabeled polyethylene glycol coated hexadecylcyanoacrylate nanospheres คืออนุภาคนาโนรูปทรงกลม (hexadecylcyanoacrylate nanosphere) ที่เคลือบด้วย polyethylene glycol ซึ่งประกอบด้วยไอโซโทปกัมมันตรังสี (radiolabeled) ให้เข้าไปสะสมที่ก้อนมะเร็งแบบ gliosarcoma ในสมองของหนู
อย่างไรก็ดี วิธีนี้ยังไม่พร้อมที่จะทดลองทางคลินิก เพราะอนุภาคนาโนก็สะสมที่เนื้อเยื่อปกติรอบ ๆ เนื้องอกด้วย
ส่วนวิธีการอีกอย่างที่ดูจะมีอนาคตก็คือการเคลือบอนุภาคนาโนแบบ polyalkylcyanoacrylate หรือ poly-lactic-co-glycolic acid (PLGA) ด้วย polysorbate 80 หรือ poloxamer 188
เพราะการเคลือบเช่นนี้ อนุภาคจึงสามารถดูดซึม apolipoproteins E หรือ apolipoproteins A-1 จากเลือดแล้วมีปฏิกิริยากับโปรตีนส่งสัญญาณ (signaling protein) คือ LRP1 หรือกับ scavenger receptor แล้วตามด้วย transcytosis
ข้าม BBB เข้าไปในสมอง
อนุภาคจะบรรจุยาเคมีบำบัดคือ doxorubicin ซึ่งใช้รักษา glioblastomas โดยยังอยู่ในระยะการทดลองทางคลินิกระยะที่ 1
ในปี 2013 ยังได้ค้นพบอนุภาคนาโนที่มีสมรรถภาพหลายอย่างที่เรียกว่า magneto-electric nanoparticles (MENs) ซึ่งสามารถใช้นำแล้วปล่อยยาข้าม BBB และยังใช้กระตุ้นเซลล์ในส่วนลึกของสมองโดยควบคุมได้โดยไม่ต้องต่อสาย
เป็นวิธีที่อาศัยการควบคุมสนามแม่เหล็กไม่ได้ควบคุมสิ่งแวดล้อมภายในเซลล์
ซึ่งนักวิจัยได้ทดลองทั้งในสภาพแวดล้อมเทียม (in vitro) และในสมองของหนูที่ยังมีชีวิต (in vivo)
อย่างไรก็ดี เซลล์เนื้อเยื่อบุโพรงของเส้นเลือดและเพริไซต์ (pericyte) บ่อยครั้งจะผิดปกติเมื่อมีเนื้องอก และ BBB ในกรณีเช่นนี้อาจจะเสียหายได้
อนึ่ง เยื่อฐาน (basement membrane) บางครั้งก็ไม่สมบูรณ์ด้วย
ปัจจัยอื่น ๆ เช่น แอสโทรไซต์ อาจมีผลให้ดื้อการรักษาเนื้อเยื่อสมอง

เพปไทด์

เพปไทด์สามารถข้าม BBB ได้โดยอาศัยกลไกต่าง ๆ จึงเป็นจุดที่สามารถหาวิธีการตรวจวินิจฉัยและรักษาโรคเพิ่มขึ้นได้
แต่ข้อมูลเรื่องการขนส่งสารต่าง ๆ ข้าม BBB ก็กระจายไปทั่วในวรรณกรรมของสาขาต่าง ๆ โดยใช้วิธีการรายงานข้อมูลการนำเข้า (influx) หรือการกำจัดออก (efflux) ต่าง ๆ กัน
จึงมีการสร้างฐานข้อมูลเพปไทด์เนื่องกับ BBB คือ Brainpeps เพื่อเก็บข้อมูลในวรรณกรรม
เป็นฐานข้อมูลที่รายงานทั้งผลบวกและผลลบ/ว่าง
จึงมีประโยชน์เพื่อเลือกเพปไทด์เมื่อตรวจสอบการตอบสนองของ BBB 
ข้อมูลที่มียังจัดหมวดหมู่วิธีการที่ใช้และผลที่พบอีกด้วย
อนึ่ง ความสัมพันธ์ระหว่างกลไกการขนส่งผ่าน BBB ต่าง ๆ ก็ได้ทำให้ชัดเจนยิ่งขึ้นด้วย
casomorphin ซึ่งเป็นเพปไทด์แบบโอปิออยด์และ heptapeptide ก็สามารถผ่านข้าม BBB ได้ด้วย

เยื่อหุ้มสมองอักเสบ

เยื่อหุ้มสมองอักเสบเป็นการอักเสบของเยื่อหุ้มสมองและไขสันหลัง ซึ่งรวม ๆ เรียกว่าเยื่อหุ้มสมองและไขสันหลัง (meninges)
โรคเกิดเพราะการติดจุลชีพก่อโรคต่าง ๆ ตัวอย่างเชื้อโรครวมทั้ง Streptococcus pneumoniae (เชื้อโรคหลักที่ก่อโรคปอดบวม) และ Haemophilus influenzae (ซึ่งเป็นเหตุให้ติดเชื้อต่าง ๆ มากมาย)
เมื่อเยื่อหุ้มสมองอักเสบ BBB อาจไม่ทำงาน
ซึ่งทำให้สารต่าง ๆ ผ่านเข้าไปในสมองได้เพิ่มขึ้น ไม่ว่าจะเป็นสารก่อพิษหรือยาปฏิชีวนะ
ยาปฏิชีวนะที่ใช้รักษาอาการนี้อาจเพิ่มการอักเสบภายในระบบประสาทกลางเพราะสารก่อพิษทางประสาทที่ปล่อยจากผนังเซลล์ของแบคทีเรีย เช่น lipopolysaccharide (LPS)
แพทย์มักจะรักษาด้วยยาปฏิชีวนะเซฟาโลสปอรินหรือแอมโฟเทอริซินบีขึ้นอยู่กับจุลชีพก่อโรคว่าจะเป็นแบคทีเรีย รา หรือโพรโทซัว

ฝีในสมอง

ฝีในสมอง (brain abscess) ก็เหมือนกับฝีอื่น ๆ เพราะมีเหตุจากการอักเสบและการสะสมของเซลล์ระบบน้ำเหลืองและของเสียอื่น ๆ ที่มาจากการติดเชื้อใกล้ ๆ หรือแม้แต่ไกล ๆ 
แต่ฝีในสมองนั้นมีน้อยและเป็นอันตรายต่อชีวิต
ต้นกำเนิดฝีในสมองใกล้ ๆ อาจมาจากการติดเชื้อที่หู ช่องปากกับฟัน โพรงอากาศรอบ ๆ จมูก หรือฝีเหนือเยื่อดูรา (epidural)
ที่ไกล ๆ อาจมาจากการติดเชื้อที่ปอด หัวใจ หรือไต
แต่ฝีในสมองก็อาจมาจากการบาดเจ็บที่ศีรษะหรือเป็นผลข้างเคียงของการผ่าตัดด้วย
ในเด็ก ฝีในสมองปกติจะเกี่ยวกับโรคหัวใจแต่กำเนิด
ในกรณีโดยมาก จะต้องรักษาด้วยยาปฏิชีวนะเป็นเวลา 8-12 สัปดาห์

โรคลมชัก

โรคลมชักเป็นโรคทางประสาทที่สามัญ มีอาการชักที่เป็นแล้วเป็นอีก และบางครั้งรักษาไม่ได้
ข้อมูลทางคลินิกและการทดลองได้ระบุว่า การทำงานของ BBB ที่ล้มเหลวเป็นเหตุจุดชนวนการชักเรื้อรังหรือฉับพลัน
งานศึกษาบางงานระบุว่า มีเหตุจากอันตรกิริยาระหว่างโปรตีนในเลือด (คือ albumin) กับแอสโทรไซต์
ข้อระบุเหล่านี้แสดงว่า การชักแบบฉับพลันเป็นผลที่พยากรณ์ได้เนื่องกับความล้มเหลวของ BBB ไม่ว่าจะโดยวิธีการที่ทำขึ้นหรือโดยกลไกการอักเสบ
อนึ่ง การแสดงออกของโมเลกุลและโปรตีนขนส่งซึ่งดื้อยาที่ BBB ยังเป็นกลไกการดื้อยาต้านชักที่ใช้อย่างสามัญ

โรคปลอกประสาทเสื่อมแข็ง

โรคปลอกประสาทเสื่อมแข็ง (MS) จัดเป็นความผิดปกติทางภูมิต้านตนเอง (autoimmune disorder) และความผิดปกติซึ่งทำให้ประสาทเสื่อม (neurodegenerative disorder) ที่ระบบภูมิคุ้มกันเข้าทำลายปลอกไมอีลินที่ป้องกันและเป็นฉนวนไฟฟ้าให้แก่เซลล์ประสาททั้งในระบบประสาทกลางและระบบประสาทนอกส่วนกลาง
ปกติแล้ว เซลล์เม็ดเลือดขาวจะเข้าไปยังระบบประสาทไม่ได้เนื่องจาก BBB
แต่ภาพ MRI ได้แสดงว่า เมื่อคนไข้มีปัญหาเกี่ยวกับ MS ส่วน BBB ในสมองหรือในไขสันหลังจะไม่ทำงาน ทำให้เซลล์เม็ดเลือดขาว คือ T lymphocytes เข้าไปในสมองแล้วทำปลอกไมอีลินให้เสียหายได้
จนถึงกับเสนอว่า MS ไม่ใช่โรคของภูมิคุ้มกัน แต่เป็นโรคของ BBB
ฺฺBBB อาจอ่อนแอลงเนื่องกับความผิดปกติของเซลล์เนื้อเยื่อบุโพรงภายในเส้นเลือด ซึ่งอาจเป็นเพราะผลิตโปรตีน P-glycoprotein ได้ไม่ดี
ปัจจุบันยังมีการตรวจสอบการรักษาเหตุที่ทำให้ BBB เสียหายอยู่
โดยเชื่อว่า oxidative stress (คือความไม่สมดุลระหว่างสารก่อปฏิกิริยาที่มีออกซิเจนกับระบบร่างกายที่มีหน้าที่กำจัดมันหรือซ่อมแซมผลเสียหายของมัน) มีบทบาทสำคัญทำให้ BBB เสียหาย
ดังนั้น สารต้านอนุมูลอิสระ เช่น กรดลิโปอิก (lipoic acid) อาจช่วยสร้างเสถียรภาพให้แก่ BBB ได้

โรคเส้นประสาทตากับไขสันหลังอักเสบ

โรคเส้นประสาทตากับไขสันหลังอักเสบ (neuromyelitis optica, NMO) หรือ Devic's disease คล้ายคลึงกับ MS ซึ่งบ่อยครั้งทำให้สับสน
ในบรรดาความแตกต่างกับ MS ได้พบว่า ภูมิต้านตนเองมีเป้าหมายที่ต่างกัน
คือคนไข้ NMO มีสารภูมิต้านทานต่อโปรตีน aquaporin 4 (เป็นองค์ประกอบของส่วนยื่น คือ foot processes ของแอสโทรไซต์ที่ BBB) ในระดับสูง

Late-stage neurological trypanosomiasis (sleeping sickness)

อาการทางประสาทคือ trypanosomiasis ซึ่งเป็นความเจ็บป่วยในการนอนหลับในระยะท้าย ๆ มีเหตุจากโพรโทซัวในสกุล trypanosoma ในเนื้อเยื่อสมอง
ยังไม่ชัดเจนว่า ปรสิตนี้เข้าไปในสมองจากเลือดได้อย่างไร แต่คาดว่า ผ่านเข้าทางข่ายประสาทคอรอยด์ (choroid plexus) ซึ่งเป็น circumventricular organ อย่างหนึ่ง

Progressive multifocal leukoencephalopathy (PML)

progressive multifocal leukoencephalopathy (PML) เป็นโรคทำลายปลอกไมอีลินในระบบประสาทกลางที่มีเหตุจากการฟื้นกำเริบของ papovavirus ที่ซ่อนตัวอยู่ คือ JC polyomavirus ซึ่งสามารถผ่านเข้า BBB ได้
มันก่อโรคในคนไข้ที่ภูมิต้านทานเสียหาย และปกติจะเกิดในคนไข้โรคเอดส์

De Vivo disease

GLUT1 deficiency syndrome เป็นโรคมีน้อยที่เกิดจากการขนส่งน้ำตาลกลูโคสข้าม BBB ไม่เพียงพอ ทำให้โตช้าและมีปัญหาทางประสาทอื่น ๆ
ปัญหาทางพันธุกรรมของโปรตีนขนส่งกลูโคสคือ glucose transporter type 1 (GLUT1) ดูเหมือนจะเป็นเหตุหลัก

สมองบวม (cerebral edema)

สมองบวม (cerebral edema) เป็นการสะสมน้ำมากเกินไปในพื้นที่นอกเซลล์ภายในสมอง ซึ่งเกิดเมื่อการขาดออกซิเจน (hypoxia) ทำให้ BBB เปิด

โรคเกี่ยวกับพรีออนและที่คล้าย ๆ กัน

โรคทำให้ประสาทเสื่อมหลายอย่างรวมทั้งโรคพาร์คินสันและโรคอัลไซเมอร์เชื่อว่า เกิดจากการม้วนตัวผิด ๆ ซึ่งก่อสภาวะโรคของโปรตีนต่าง ๆ นอกเซลล์ที่เรียกว่าพรีออนสมมติฐานนี้เริ่มได้หลักฐานมากขึ้น ๆ ในงานศึกษาในสิ่งแวดล้อมที่ทำเทียม (in vitro) และบางส่วนที่ทำในสัตว์ (in vivo)
โปรตีนเช่นนี้ยังตรวจพบเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในน้ำเลือดของคนไข้โรคเหล่านี้ (โดยเฉพาะโปรตีน alpha-synuclein ในคนไข้โรคอัลไซเมอร์)
ขอบเขตและกลไกที่โปรตีนคล้ายพรีออนเหล่านี้ผ่านเข้าไปใน BBB ได้ยังไม่ชัดเจน

ภาวะสมองอักเสบจากเอชไอวี

เชื่อว่า
เชื้อเอชไอวีแฝง (latent) สามารถข้าม BBB เมื่ออยู่ในโมโนไซต์ที่ไหลเวียนอยู่ในเลือด (เรียกสมมติฐานนี้ว่า "Trojan horse theory") ภายใน 14 วันแรกที่ติดเชื้อ
เมื่อเข้าไปแล้ว โมโนไซต์ก็จะแปลงเป็นมาโครฟาจ (macrophage)
ซึ่งก็ปล่อยอนุภาคไวรัสคือ virion เข้าไปในเนื้อเยื่อสมองที่อยู่ใกล้ ๆ เส้นเลือดฝอย
อนุภาคเหล่านี้น่าจะดึงดูดความสนใจของเซลล์ภูมิคุ้มกันคือไมโครเกลียและมาโครฟาจรอบ ๆ เส้นเลือด แล้วจุดชนวนกระบวนการอักเสบเป็นลำดับ ซึ่งอาจก่อการส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ (intracellular signaling) ภายในเซลล์เนื้อเยื่อบุโพรง แล้วทำทั้งหน้าที่และโครงสร้างของ BBB ให้เสียหาย
เป็นการอักเสบที่เรียกว่า HIV encephalitis (HIVE)
HIVE น่าจะเกิดเป็นระยะ ๆ ตลอดการมีโรคเอดส์ และเป็นจุดตั้งต้นให้มีภาวะสมองเสื่อม คือ HIV-associated dementia (HAD)
นักวิจัยมักศึกษาการเกิด HIVE ในลิง

โรคพิษสุนัขบ้า

ในช่วงที่หนูติดเชื้อโรคพิษสุนัขบ้าที่ทำให้ถึงตาย BBB จะไม่ยอมให้เซลล์ภูมิคุ้มกันที่ต่อต้านไวรัสเข้าไปในสมอง ซึ่งเป็นบริเวณหลักที่ไวรัสพิษสุนัขบ้าแพร่พันธุ์
ลักษณะเช่นนี้มีผลต่อการก่อโรคของไวรัส ดังนั้น การเพิ่มการผ่านได้ของ BBB อาจช่วยให้กำจัดไวรัสได้
นี่จึงเป็นวิธีการใหม่หนึ่งที่เสนอเพื่อรักษาโรค แต่ก็ยังไม่มีใครพยายามศึกษาดูว่า นี่จะช่วยได้หรือไม่

การอักเสบทั่วร่างกาย

การอักเสบในร่างกายอาจมีผลต่อสมองผ่าน BBB
เพราะเมื่อมีการอักเสบทั่วร่างกาย (systemic inflammation) ไม่ว่าจะเป็นการติดเชื้อหรือการอักเสบที่ไม่ใช่การติดเชื้อ BBB อาจแปรสภาพ
แม้การอักเสบเช่นนี้อาจจะเป็นการตอบสนองที่มีประโยชน์เนื่องกับการอักเสบทั่วร่างกาย แต่ก็อาจก่อผลไม่ดีในระบบประสาทกลาง
ความเปลี่ยนแปลงของ BBB น่าจะมีบทบาทต่อพฤติกรรมเมื่อเจ็บป่วย (sickness behaviour) ของคนไข้เมื่อติดเชื้อทั่วร่างกาย
ความเปลี่ยนแปลงก็อาจจุดชนวนหรือเร่งภาวะโรคภายในสมอง เช่น โรคปลอกประสาทเสื่อมแข็ง (MS) และโรคอัลไซเมอร์ ซึ่งอาจอธิบายเป็นบางส่วนได้ว่า ทำไมคนไข้โรคเหล่านี้จึงแย่ลงเมื่อติดเชื้อ
อนึ่ง คนไข้ที่มีโรคทางประสาทอาจมี BBB ที่ไวต่อผลของการติดเชื้อทั้งระบบ

ประวัติ

นพ. เพาล์ แอร์ลิช เป็นนักวิทยาแบคทีเรียที่ศึกษาการแต้มสีตัวอย่าง ซึ่งเป็นวิธีการที่ใช้ในการศึกษาทางกล้องจุลทรรศน์หลายอย่าง เพื่อทำให้โครงสร้างทางชีวภาพมองเห็นได้ด้วยสีเคมี
เมื่อหมอฉีดสี (โดยเฉพาะ aniline dye ที่ใช้อย่างกว้างขวางในสมัยนั้น) สีก็จะเปื้อนอวัยวะต่าง ๆ ของสัตว์ยกเว้นสมอง
ในเวลานั้น หมอเข้าใจว่า สมองไม่ติดสีเท่ากันเพียงเท่านั้น
แต่ในการทดลองต่อมาปี 1913 นักศึกษาของหมอเองคือ เอ็ดวิน โกลด์แมนน์ ได้ฉีดสีเข้าไปในน้ำสมองร่วมไขสันหลัง (CSF) ของสัตว์โดยตรง
แล้วพบว่า สมองติดสีแต่ร่างกายที่เหลือไม่ติด ซึ่งแสดงความแยกกันระหว่างร่างกายกับสมอง
ในเวลานั้น เชื่อว่าตัวเส้นเลือดเองเป็นตัวกั้น เพราะไม่พบเนื้อเยื่ออะไรอื่น ๆ ที่ชัดเจน
อย่างไรก็ดี แพทย์ชาวเบอร์ลิน (Lewandowsky) ได้เสนอแนวคิดเรื่องตัวกั้นระหว่างเลือดกับสมอง (เรียกว่า hematoencephalic barrier ในเวลานั้น) ตั้งแต่ปี 1900 แล้ว