Naukowcy wykonali pierwsze obrazy sieci mózgowej zaprojektowanej do usuwania odpadów, potencjalnie zapobiegając takim chorobom jak Alzheimera.
Ten układ glimfatyczny zobrazowano u pacjentów poddawanych zabiegom chirurgicznym, potwierdzając teorie, które wcześniej obserwowano jedynie na modelach zwierzęcych. Badanie podkreśla skuteczność systemu w transporcie produktów ubocznych metabolizmu, w tym szkodliwych białek, z mózgu przez przestrzenie okołonaczyniowe, co sugeruje, że zmiany stylu życia mogą wzmocnić ten naturalny mechanizm ochronny.
Przełomowe obrazowanie szlaków mózgowych
Naukowcy od dawna spekulują na temat istnienia sieci ścieżek w mózgu zaprojektowanych do usuwania białek metabolicznych, które w przeciwnym razie mogłyby się gromadzić i prowadzić do choroby Alzheimera i innych form demencji. Jednak nigdy ostatecznie nie zaobserwowano tej sieci u ludzi – aż do teraz.
Nowe badanie z udziałem pięciu pacjentów poddawanych operacji mózgu na Uniwersytecie Zdrowia i Nauki w Oregonie (OHSU) dostarczyło pierwszych obrazów sieci przestrzeni okołonaczyniowych – wypełnionych płynem struktur wzdłuż tętnic i żył w mózgu.
Pierwszy ostateczny dowód na istnienie układu glimfatycznego
„Nikt wcześniej tego nie wykazał” – powiedział starszy autor Juan Piantino, lekarz medycyny, profesor nadzwyczajny pediatrii (neurologii) w Szkole Medycznej OHSU i członek wydziału Sekcji Neuronauki Instytutu Badań Pediatrycznych Rodziny Papé w OHSU. „Sam zawsze byłem wobec tego sceptyczny, a wciąż jest wielu sceptyków, którzy w to nie wierzą. Właśnie dlatego to odkrycie jest tak niezwykłe.”
Badanie opublikowano dzisiaj (7 października) w czasopiśmie Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
Techniki obrazowania i ustalenia
W badaniu połączono wstrzyknięcie obojętnego środka kontrastowego ze specjalnym rodzajem rezonansu magnetycznego, aby wykryć płyn mózgowo-rdzeniowy przepływający w mózgu różnymi drogami 12, 24 i 48 godzin po operacji. Nowe badanie, ostatecznie ujawniając obecność skutecznego systemu usuwania odpadów w ludzkim mózgu, wspiera promowanie stylu życia i leków już opracowywanych w celu jego utrzymania i ulepszenia.
„To pokazuje, że płyn mózgowo-rdzeniowy nie dostaje się do mózgu przypadkowo, tak jakbyś włożył gąbkę do wiadra z wodą” – powiedział Piantino. „Przechodzi tymi kanałami”.
Ponad dziesięć lat temu naukowcy z Uniwersytetu w Rochester po raz pierwszy zaproponowali istnienie w mózgu sieci ścieżek usuwania odpadów, podobnej do układu limfatycznego organizmu, będącego częścią układu odpornościowego. Badacze potwierdzili to poprzez obrazowanie mózgów żywych myszy w czasie rzeczywistym. Ze względu na jego zależność od komórek glejowych w mózgu, aby go opisać, ukuli termin „układ glimfatyczny”.
Jednakże naukowcy nie potwierdzili jeszcze istnienia układu glimfatycznego u ludzi za pomocą badań obrazowych.
Potwierdzenie funkcji glimfatycznej u ludzi
W nowym badaniu zbadano pięciu pacjentów z OHSU, którzy w latach 2020–2023 przeszli operację neurochirurgiczną w celu usunięcia guzów mózgu. W każdym przypadku pacjenci wyrazili zgodę na wstrzyknięcie obojętnego środka kontrastowego na bazie gadolinu przez dren lędźwiowy w ramach normalnej procedury chirurgicznej do usunięcia guza. Znacznik zostanie przeniesiony wraz z płynem mózgowo-rdzeniowym do mózgu.
Następnie każdego pacjenta poddano obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego (MRI) w różnych punktach czasowych w celu prześledzenia rozprzestrzeniania się płynu mózgowo-rdzeniowego.
Zamiast równomiernie rozprzestrzeniać się przez tkankę mózgową, obrazy ujawniły płyn przemieszczający się wzdłuż ścieżek – przez przestrzenie okołonaczyniowe w wyraźnie określonych kanałach. Naukowcy udokumentowali to odkrycie za pomocą specjalnego rodzaju rezonansu magnetycznego, znanego jako odzyskiwanie inwersji osłabionej płynem (FLAIR). Ten rodzaj obrazowania jest czasami stosowany po usunięciu guzów mózgu. Jak się okazało, ujawniło ono również znacznik gadolinu w mózgu, podczas gdy standardowe sekwencje MRI nie.
„To był klucz” – powiedział Piantino.
„W rzeczywistości można zobaczyć, jak ciemne przestrzenie okołonaczyniowe w mózgu stają się jaśniejsze” – powiedziała współautorka Erin Yamamoto, lekarz medycyny, rezydentka chirurgii neurologicznej w Szkole Medycznej OHSU. „Było całkiem podobne do obrazowania, które grupa z Rochester wykazała u myszy”.
Usuwanie odpadów z mózgu
Naukowcy uważają, że ta sieć ścieżek skutecznie wypłukuje mózg z odpadów metabolicznych powstałych w wyniku energochłonnej pracy. Do odpadów zaliczają się białka, takie jak amyloid i tau, które, jak wykazano, tworzą grudki i splątki na obrazach mózgu pacjentów z chorobą Alzheimera.
Pojawiające się badania sugerują leki, które mogą być przydatne, ale większość uwagi wokół układu glimfatycznego skupiła się na środkach opartych na stylu życia mających na celu poprawę jakości snu, takich jak utrzymywanie regularnego harmonogramu snu, ustalanie rutyny relaksacyjnej i unikanie ekranów w monitorze. sypialnia przed łóżkiem. Naukowcy są przekonani, że dobrze funkcjonujący układ glimfatyczny skutecznie przenosi białka odpadowe do żył wychodzących z mózgu, zwłaszcza w nocy, podczas głębokiego snu.
„Ludzie uważali, że te przestrzenie okołonaczyniowe są ważne, ale nigdy nie zostało to udowodnione” – powiedział Piantino. „Teraz tak się stało”.
Odniesienie: „Przestrzeń okołonaczyniowa jest kanałem przepływu płynu mózgowo-rdzeniowego u ludzi: raport potwierdzający zasadność” 7 października 2024 r., Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
DOI: 10.1073/pnas.2407246121
Autorzy przypisują zasługi zmarłemu doktorowi medycyny Justinowi Cetasowi, który zainicjował badanie jako neurochirurg w OHSU, zanim opuścił OHSU, aby objąć stanowisko kierownika chirurgii neurologicznej w swojej macierzystej uczelni, Centrum Nauk o Zdrowiu Uniwersytetu Arizony w Tucson. Zginął w wypadku motocyklowym w 2022 roku.
Oprócz Piantino i Yamamoto wśród autorów znaleźli się także współautor Jacob H. Bagley, lekarz medycyny z OHSU i Aurora St. Luke’s Medical Center w Milwaukee; oraz współautorzy Mathew Geltzeiler, MD, profesor nadzwyczajny otolaryngologii (chirurgia głowy i szyi) w Szkole Medycznej OHSU; Olabisi R. Sanusi, MD, adiunkt chirurgii neurologicznej w Szkole Medycznej OHSU; Aclan Dogan, lekarz medycyny, profesor chirurgii neurologicznej (podstawy czaszki i naczyń mózgowych) w Szkole Medycznej OHSU; oraz Jesse J. Liu, MD, adiunkt chirurgii neurologicznej (podstawy czaszki i naczyń mózgowych) w Szkole Medycznej OHSU.
Badania były wspierane przez grant Medical Research Foundation of Oregon Early Clinical Investigator; Północnoamerykańskie Towarzystwo Podstawy Czaszki; oraz przez Narodowy Instytut Serca, Płuc i Krwi im Narodowe Instytuty Zdrowianagrody grantowe K23HL150217 i R21HL167077. Za treść odpowiadają wyłącznie autorzy i niekoniecznie odzwierciedlają oficjalne poglądy NIH.
