В перспективной статье, опубликованной сегодня в журнале Science, исследователи из Медицинского центра Университета Рочестера (URMC) указывают на недавно открытую систему, с помощью которой мозг удаляет отходы, как потенциально мощный новый инструмент для лечения неврологических расстройств, таких как болезнь Альцгеймера. Фактически, ученые считают, что некоторые из этих условий могут возникнуть, когда система не выполняет свою работу должным образом.
"Практически все нейродегенеративные заболевания связаны с накоплением продуктов жизнедеятельности клеток," сказал Майкен Недергаард, М.D., D.M.Sc., содиректор Центра трансляционной нейромедицины URMC и автор статьи. "Понимание и, в конечном итоге, открытие того, как модулировать систему мозга для удаления токсичных отходов, может указать на новые способы лечения этих заболеваний."
Тело защищает мозг, как крепость, и окружает его сложной системой шлюзов, которые контролируют, какие молекулы могут входить и выходить. Пока это "гематоэнцефалический барьер" был впервые описан в конце 1800-х годов, ученые только сейчас начинают понимать динамику функционирования этих механизмов. Фактически, сложная сеть удаления отходов, которую исследователи назвали глимфатической системой, была впервые раскрыта учеными URMC в августе прошлого года в журнале Science Translational Medicine.
Удаление отходов является важной биологической функцией, и лимфатическая система – кровеносная сеть органов и сосудов – выполняет эту задачу в большей части тела. Однако лимфатическая система не распространяется на мозг, и, следовательно, исследователи так и не до конца понимали, что мозг тратит впустую. Некоторые ученые даже предположили, что эти побочные продукты клеточной функции каким-то образом "переработанный" клетками мозга.
Одна из причин, по которой глимфатическая система долгое время ускользала от понимания, заключается в том, что ее нельзя обнаружить в образцах ткани мозга. Ключом к открытию и пониманию системы стало появление новой технологии визуализации, называемой двухфотонной микроскопией, которая позволяет ученым заглядывать вглубь живого мозга. Используя эту технологию на мышах, чей мозг удивительно похож на человеческий, Недергаард и ее коллеги смогли наблюдать и задокументировать то, что составляет обширную и до сих пор неизвестную водопроводную систему, отвечающую за вымывание отходов из всего мозга.
Мозг окружен мембраной, называемой паутинной оболочкой, и залит спинномозговой жидкостью (CSF). ЦСЖ попадает внутрь головного мозга по тем же путям, что и артерии, по которым течет кровь. Эта параллельная система похожа на трубку в форме пончика внутри трубы, при этом внутреннее кольцо несет кровь, а внешнее кольцо – спинномозговую жидкость. ЦСЖ втягивается в ткань мозга через систему каналов, которые контролируются опорными клетками мозга, известными как глия, в данном случае астроцитами. Термин «глимфатический» был образован путем объединения слов «глия» и «лимфатический».
ЦСЖ проходит через ткани мозга с высокой скоростью, удаляя вместе с собой излишки белков и другие отходы. Жидкость и отходы обмениваются с помощью аналогичной системы, параллельной венам, которая переносит отходы из мозга и вниз по позвоночнику, где они в конечном итоге переносятся в лимфатическую систему, а оттуда в печень, где в конечном итоге расщепляются.
Хотя открытие глимфатической системы разрешило загадку, которая долгое время сбивала с толку научное сообщество, понимание того, как мозг удаляет отходы – как эффективно, так и что происходит, когда эта система выходит из строя – имеет важные последствия для лечения неврологических расстройств.
Одним из отличительных признаков болезни Альцгеймера является накопление в головном мозге белка бета-амилоида. Фактически, со временем эти белки накапливаются с такой плотностью, что их можно наблюдать в виде бляшек при сканировании мозга. Понимание того, какую роль играет глимфатическая система в неспособности мозга расщеплять и удалять бета-амилоид, может указать путь к новым методам лечения. В частности, можно ли манипулировать ключевыми «игроками» в глимфатической системе, такими как астроциты, для ускорения удаления отходов?.
"Идея о том, что болезни “ грязного мозга ”, такие как болезнь Альцгеймера, могут быть результатом замедления работы глимфатической системы с возрастом, – это совершенно новый способ думать о неврологических расстройствах," сказал Недергаард. "Это также ставит перед нами новый набор целей, которые потенциально могут повысить эффективность глимфатического клиренса и, в конечном итоге, изменить течение этих состояний."