Как мозг очищается от метаболических отходов

Новаторское исследование позволило получить первые визуальные данные о путях очистки мозга от отходов, известных как глимфатическая система, у человека. Реконструкция. SciTechDaily.com

Исследователи впервые получили изображения особой сети мозга, предназначенной для удаления метаболических отходов. Знание этой системы может помочь предотвратить такие заболевания, как болезнь Альцгеймера.

Ученые давно предполагали существование в мозге особой системы, предназначенной для очистки мозга от метаболических белков, которые могут накапливаться, что приводит к болезни Альцгеймера и другим формам деменции.

Однако эта сеть никогда не наблюдалась у людей. Теперь его удалось увидеть и описать. Новое исследование опубликовано в журнале PNAS.

В исследовании приняли участие пять пациентов, перенесших операцию на мозге в Орегонском университете здоровья и науки (Oregon Health & Science University, OHSU), Ученые получили первые изображения этой сети периваскулярных пространств — заполненных жидкостью структур вдоль артерий и вен в мозге.

Теоретическое обоснование наличия в мозге особой глимфатической системы, которая очищает мозг было предложено в 2012 года, но это была именно теоретическая модель, увидеть ее в мозге человека до сих пор не удавалось.

Доказательство существования глимфатической системы

Визуализация периваскулярных пространств при МРТ головного мозга с контрастным усилением. МРТ головного мозга в корональной (A-D) и аксиальной плоскостях (E-H).

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2407246121

«До сих пор никто не показывал этого», — говорит старший автор исследования Хуан Пиантино из Школы медицины OHSU. — «Я сам относился к этому скептически, и до сих пор есть много скептиков, которые все еще не верят в это. Вот что делает это открытие таким замечательным».

Исследование сочетало введение инертного контрастного вещества со специальным видом магнитно-резонансной томографии, позволяющим обнаружить спинномозговую жидкость, текущую по определенным путям в мозге через 12, 24 и 48 часов после операции.

Окончательно подтвердив наличие эффективной системы очистки человеческого мозга от отходов, новое исследование показало, какие меры по поддержанию и улучшению образа жизни и какие лекарственные препараты, могут помочь мозгу очищаться от отходов.

Более десяти лет назад ученые из Рочестерского университета впервые высказали предположение о существовании в мозге сети каналов для удаления отходов, подобно лимфатической системе организма, являющейся частью иммунной системы.

Тогда исследователи подтвердили наличие такой системы с помощью визуализации мозга живых мышей в режиме реального времени. Работа системы тесно связана с глиальными клетками мозга. Поэтому для ее обозначения был придуман термин «глимфатическая система». Однако ученым еще предстояло подтвердить существование глимфатической системы у людей.

Важнейшую роль в работе глимфатической системы играют глиальные клетки мозга, в первую очередь астроциты. Астроциты (зеленый) в окружении нейронов (красный) в культуре клеток коры головного мозга мыши.

Википедия

В новом исследовании были изучены пять пациентов OHSU, которым в период с 2020 по 2023 год была проведена нейрохирургическая операция по удалению опухолей в головном мозге. В каждом случае пациенты согласились на введение инертного контрастного вещества через дренаж, используемый как часть обычной хирургической процедуры по удалению опухоли.

Контрастное вещество было перенесено со спинномозговой жидкостью в мозг. Затем каждый пациент проходил многократную магнитно-резонансную томографию. Это позволило проследить распространение спинномозговой жидкости в мозге.

На снимках было видно, что жидкость не распространяется равномерно по тканям мозга, а движется по особым путям — через периваскулярные пространства в четко определенных каналах. «Ученые давно предполагают, что эти периваскулярные пространства важны», — говорит Пиантино. — «Теперь это доказано».

Нормально работающая глифатическая сеть очищает мозг от метаболических отходов, образующихся в результате его энергоемкой работы. К отходам относятся такие белки, как амилоид и тау, которые при болезни Альцгеймера, образуют бляшки и клубки. Но, чтобы система сделала свое дело, ей надо дать такую возможность: лучше всего она выводит отработанные белки ночью, во время глубокого сна.