Zdrowe naczynia krwionośne są ważne nie tylko dla zdrowia serca.
Dobre samopoczucie naczyń krwionośnych ma kluczowe znaczenie dla zdrowia mózgu i potencjalnie dla zwalczania związanego z wiekiem pogorszenia funkcji poznawczych i chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, zgodnie z nowym badaniem prowadzonym przez naukowców z Penn State.
Odkrycia wskazują na wcześniej niedostatecznie zbadaną, ale potencjalnie kluczową rolę, jaką sieć naczyniowa mózgu – lub infrastruktura energetyczna – odgrywa w powstawaniu chorób neurodegeneracyjnych.
Naukowcy opublikowali swoją pracę w Nature Communications.
Korzystając z zaawansowanych technik obrazowania, zespół stworzył mapy mózgów myszy, które ilustrują, w jaki sposób komórki i struktury naczyniowe, takie jak naczynia krwionośne, zmieniają się wraz z wiekiem i identyfikują obszary podatne na pogorszenie.
Gdy stan naczyń krwionośnych pogarsza się, komórki nerwowe w mózgu, znane jako neurony, są pozbawione energii, przez co nie funkcjonują prawidłowo lub umierają.
Może to prowadzić do stanu znanego jako otępienie naczyniowe, drugiej najczęstszej przyczyny upośledzenia funkcji poznawczych u osób starszych, oraz objawów takich jak zaburzenia snu.

Szczegółowa mapa sieci naczyniowej w mózgu pomaga zidentyfikować obszary, które ulegają selektywnej degeneracji w starszym wieku

„W przypadku czegoś takiego jak choroba Alzheimera, śmierć komórek już nastąpiła, zanim można zaobserwować zmiany naczyniowe i znaczne kurczenie się mózgu w MRI.
Musimy zrozumieć, w jaki sposób te komórki i struktury zmieniają się, zanim dojdzie do poważnej katastrofy” – powiedział Yongsoo Kim, profesor nadzwyczajny nauk neuronalnych i behawioralnych w Penn State College of Medicine i główny autor badania.
Badanie to dostarcza wczesnych oznak zaburzeń neurodegeneracyjnych, które mogą prowadzić do wcześniejszej diagnozy i wskazówek, jak spowolnić proces starzenia i zmiany poznawcze.
Według Kim, starzenie się jest jednym z najważniejszych czynników związanych z zaburzeniami neurodegeneracyjnymi.
Naukowcy nie wiedzą jednak dokładnie, w jaki sposób normalne starzenie się zmienia mózg, a w szczególności jego układ naczyniowy. Wraz ze starzeniem się populacji kluczowe znaczenie ma zrozumienie tych zmian, zwłaszcza w obrębie sieci naczyń krwionośnych.
Naczynia krwionośne, w szczególności mikronaczynia, regulują dostarczanie tlenu i energii, a także usuwanie produktów odpadowych do i z neuronów.
Pomimo ich znaczenia, jak mówi Kim, większość badań koncentruje się na tym, jak struktura i funkcja neuronów degeneruje się z czasem, a nie na układzie naczyniowym.
Kiedy naukowcy przyglądają się układowi naczyniowemu mózgu, badają przede wszystkim większe naczynia krwionośne lub koncentrują się na jednym, łatwo dostępnym obszarze mózgu, korze somatosensorycznej.
Co ważniejsze, typowe techniki obrazowania, takie jak MRI, nie mają wystarczająco wysokiej rozdzielczości, aby zobaczyć, co dzieje się w małych naczyniach krwionośnych, które według ekspertów stanowią od 80 do 85% układu naczyniowego mózgu.
Kim i jego zespół badawczy stworzyli szczegółową mapę sieci naczyniowej całego mózgu myszy przy użyciu dwóch technik mapowania 3D o wysokiej rozdzielczości: seryjnej tomografii dwufotonowej – techniki, która tworzy serię ułożonych w stos obrazów 2D – oraz mikroskopii fluorescencyjnej z arkuszami światła, która obrazuje nienaruszone próbki 3D w celu wizualizacji całego mózgu z rozdzielczością pojedynczej komórki.
Naukowcy zbadali mózgi młodych i starych myszy, aby zmapować zmiany w układzie naczyniowym mózgu podczas normalnego procesu starzenia.
Ponieważ wykonują mapowanie w wysokiej rozdzielczości z wystarczającą rozdzielczością, naukowcy mogą zrekonstruować całą strukturę naczyniową i zeskanować cały mózg, aby zidentyfikować obszary, które selektywnie degenerują się wraz z wiekiem.
Eksperci odkryli, że obszar, który większość ludzi bada, wykazuje najmniejsze zmiany, podczas gdy głębokie zmiany zachodzą w obszarach głęboko w mózgu.
Obrazy wykazały, że zmiany w sieci naczyniowej nie są jednakowo wyraźne w całym mózgu.
Były one raczej skoncentrowane w podstawnej części przodomózgowia, głębokich warstwach korowych i sieci hipokampa, co sugeruje, że obszary te są bardziej podatne na degenerację naczyń.
Regiony te odgrywają rolę między innymi w uwadze, śnie, przetwarzaniu i przechowywaniu pamięci.

Nadzieja na przyszłe leczenie zaburzeń neurodegeneracyjnych

W miarę starzenia się mózgu długość naczyń krwionośnych i gęstość rozgałęzień zmniejszają się o około 10%, co sugeruje, że sieć dystrybucji krwi jest rzadsza.
Ponadto tętnice w starszych mózgach są bardziej zakrzywione w porównaniu do tych w młodszych mózgach, co może utrudniać przepływ krwi, szczególnie w obszarach położonych dalej od głównych tętnic, takich jak głębokie warstwy korowe.
Zespół przyjrzał się również zmianom funkcjonalnym w naczyniach krwionośnych i odkrył, że system reaguje wolniej w starszych mózgach.
Oznacza to, że nie może on dostarczać neuronom energii tak szybko i łatwo, jak potrzebują tego komórki.
Dochodzi również do utraty perycytów, rodzaju komórek, które regulują dopływ krwi i przepuszczalność naczyń krwionośnych.
W rezultacie naczynia krwionośne stają się „nieszczelne”, naruszając barierę krew-mózg.
Badanie to opiera się na wcześniejszych badaniach grupy, w których zmapowano układ naczyniowy młodego mózgu myszy.
Następnie zbadają, w jaki sposób zmiany w mózgu spowodowane chorobą Alzheimera wpływają na zdrowie naczyń krwionośnych i funkcjonowanie neuronów.
Ostatecznie mają nadzieję, że ich praca doprowadzi do opracowania metod leczenia zaburzeń neurodegeneracyjnych.