Choroby Alzheimera, Parkinsona i inne zaburzenia neurologiczne można postrzegać jako choroby „brudnego mózgu”, w których mózg ma trudności z usuwaniem szkodliwych odpadów. Starzenie się jest kluczowym czynnikiem ryzyka, ponieważ wraz z wiekiem zdolność mózgu do usuwania toksycznych nagromadzeń ulega spowolnieniu. Jednak nowe badania na myszach wykazują, że możliwe jest odwrócenie efektów związanych z wiekiem i przywrócenie procesu usuwania odpadów przez mózg.
„Badania te pokazują, że przywrócenie funkcji naczyń limfatycznych szyi może w znacznym stopniu uratować wolniejsze usuwanie odpadów z mózgu związane z wiekiem” — powiedział Douglas Kelley, doktor, profesor inżynierii mechanicznej w Hajim School of Engineering and Applied Sciences na Uniwersytecie Rochester. „Co więcej, osiągnięto to dzięki lekowi, który jest już stosowany klinicznie, oferując potencjalną strategię leczenia”. Kelley jest jednym z głównych autorów badania, które ukazało się w czasopiśmie Nature Aging, wraz z dr n. med. Maiken Nedergaard, DMSc, współdyrektorem University's Center for Translational Neuromedicine.
Pierwszy raz opisany przez Nedergaard i jej współpracowników w 2012 r., układ glimfatyczny to unikalny proces usuwania odpadów mózgu, który wykorzystuje płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF) do wypłukiwania nadmiaru białek wytwarzanych przez neurony głodne energii i inne komórki w mózgu podczas normalnej aktywności. Odkrycie to wskazało drogę do potencjalnych nowych podejść do leczenia chorób powszechnie związanych z gromadzeniem się odpadów białkowych w mózgu, takich jak choroba Alzheimera (beta amyloid i tau) i Parkinsona (alfa-synukleina). W zdrowych i młodych mózgach układ glimfatyczny dobrze radzi sobie z wypłukiwaniem tych toksycznych białek, jednak wraz z wiekiem układ ten zwalnia, co przygotowuje grunt pod te choroby.
Sieć małych pomp usuwa odpady z mózgu
Po obciążeniu odpadami białkowymi płyn mózgowo-rdzeniowy w czaszce musi przedostać się do układu limfatycznego, a ostatecznie do nerek, gdzie jest przetwarzany wraz z innymi odpadami organizmu. Nowe badania łączą zaawansowane techniki obrazowania i śledzenia cząstek, aby po raz pierwszy szczegółowo opisać drogę przez naczynia limfatyczne szyi, przez którą połowa brudnego płynu mózgowo-rdzeniowego opuszcza mózg.
Oprócz pomiaru przepływu płynu mózgowo-rdzeniowego, naukowcy byli w stanie zaobserwować i zarejestrować pulsowanie naczyń limfatycznych w szyi, które pomagają wypompować płyn mózgowo-rdzeniowy z mózgu. „W przeciwieństwie do układu sercowo-naczyniowego, który ma jedną dużą pompę, serce, płyn w układzie limfatycznym jest transportowany przez sieć maleńkich pomp” — powiedział Kelley. Te mikroskopijne pompy, zwane limfangiami, mają zastawki, aby zapobiec cofaniu się płynu i są połączone ze sobą, jedna po drugiej, tworząc naczynia limfatyczne.
Naukowcy odkryli, że wraz z wiekiem myszy częstotliwość skurczów malała, a zastawki zawodziły. W rezultacie prędkość wypływu brudnego płynu mózgowo-rdzeniowego z mózgów starszych myszy była o 63 procent wolniejsza w porównaniu do młodszych zwierząt.
Znany lek przywraca przepływ płynów czyszczących mózg
Zespół postanowił sprawdzić, czy uda im się ożywić limfangiony i zidentyfikował lek o nazwie prostaglandyna F2α, związek podobny do hormonu, powszechnie stosowany w medycynie do wywoływania porodu i znany ze wspomagania skurczów mięśni gładkich. Limfangiony są wyściełane komórkami mięśni gładkich, a gdy naukowcy zastosowali lek do naczyń limfatycznych szyi u starszych myszy, częstotliwość skurczów i przepływ brudnego płynu mózgowo-rdzeniowego z mózgu wzrosły, powracając do poziomu wydajności stwierdzonego u młodszych myszy.
„Te naczynia są dogodnie zlokalizowane blisko powierzchni skóry, wiemy, że są ważne i teraz wiemy, jak przyspieszyć funkcję” — powiedział Kelley. „Można zobaczyć, jak to podejście, być może połączone z innymi interwencjami, może być podstawą przyszłych terapii tych chorób”.
Dodatkowymi współautorami badania są pierwsi autorzy Ting Du, Aditya Raghunandan i Humberto Mestre oraz Virginia Plá, Guojun Liu, Antonio Ladrón-de-Guevara, Evan Newbold, Paul Tobin, Daniel Gahn-Martinez, Saurav Pattanayak, Qinwen Huang i Weiguo Peng z University of Rochester. Badania zostały wsparte funduszami z National Institute of Neurological Disorders and Stroke, Lundbeck Foundation, Novo Nordisk Foundation, Human Frontier Science Program, Miriam and Sheldon G. Adelson Medical Research Foundation, Simons Foundation, EU Joint Programme – Neurodegenerative Disease Research, US Army Research Office, National Center for Complementary and Integrative Health i BRAIN Initiative.