Ученые впервые обнаружили пути очистки мозга от отходов

Ученые давно теоретизировали о сети путей в мозге, которые, как полагают, очищают метаболические белки, которые в противном случае накапливались бы и потенциально приводили к болезни Альцгеймера и другим формам слабоумия. Но они никогда окончательно не раскрывали эту сеть у людей — до сих пор. Новое исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Исследование с участием пяти пациентов, перенесших операцию на головном мозге в Университете здоровья и науки Орегона, впервые позволило получить изображение сети периваскулярных пространств — заполненных жидкостью структур вдоль артерий и вен — внутри мозга.

«Никто этого раньше не показывал», — сказал старший автор исследования Хуан Пиантино из Медицинской школы OHSU. «Я сам всегда относился к этому скептически, и есть еще много скептиков, которые до сих пор в это не верят. Вот что делает это открытие таким замечательным».

Исследование сочетало инъекцию инертного контрастного вещества со специальным типом магнитно-резонансной томографии для различения спинномозговой жидкости, текущей по различным путям в мозге через 12, 24 и 48 часов после операции. Окончательно обнаружив наличие эффективной системы очистки отходов в человеческом мозге, новое исследование поддерживает продвижение мер по изменению образа жизни и лекарств, которые уже разрабатываются для ее поддержания и улучшения.

«Это показывает, что спинномозговая жидкость не попадает в мозг просто так, как если бы вы поместили губку в ведро с водой», — сказал Пиантино. «Она проходит через эти каналы».

Более десяти лет назад ученые из Университета Рочестера впервые предположили существование сети путей очистки от отходов в мозге, родственной лимфатической системе организма, части иммунной системы. Эти исследователи подтвердили это с помощью визуализации мозга живых мышей в реальном времени. Из-за ее зависимости от глиальных клеток в мозге они ввели термин «глимфатическая система» для ее описания.

Однако ученым еще предстоит подтвердить существование глимфатической системы с помощью визуализации у людей.

В новом исследовании были обследованы пять пациентов OHSU, перенесших нейрохирургическую операцию по удалению опухолей в мозге в период с 2020 по 2023 год. В каждом случае пациенты давали согласие на введение инертного контрастного вещества на основе гадолиния через люмбальный дренаж, используемый в рамках обычной хирургической процедуры по удалению опухоли. Трейсер будет доставлен в мозг со спинномозговой жидкостью.

После этого каждому пациенту в разные моменты времени проводилась магнитно-резонансная томография (МРТ), чтобы проследить распространение спинномозговой жидкости.

Вместо того, чтобы равномерно диффундировать через мозговую ткань, изображения показали, что жидкость движется по путям — через периваскулярные пространства в четко определенных каналах. Исследователи задокументировали это открытие с помощью особого вида МРТ, известного как инверсионное восстановление с ослаблением жидкости, или FLAIR. Этот тип визуализации иногда используется после удаления опухолей в мозге. Как оказалось, он также выявил гадолиниевый индикатор в мозге, тогда как стандартные последовательности МРТ этого не сделали.

«Это был ключ», — сказал Пиантино.

«Вы действительно можете видеть, как темные периваскулярные пространства в мозге становятся яркими», — сказала соавтор Эрин Ямамото из Медицинской школе OHSU. «Это было очень похоже на визуализацию, которую группа Рочестера показала на мышах».

Ученые полагают, что эта сеть путей эффективно очищает мозг от метаболических отходов, образующихся в результате его энергоемкой работы. Отходы включают такие белки, как амилоид и тау, которые, как было показано, образуют комки и клубки на снимках мозга пациентов с болезнью Альцгеймера.

Новые исследования предлагают лекарства, которые могут быть полезны, но большая часть внимания вокруг глимфатической системы вращается вокруг мер, основанных на образе жизни, для улучшения качества сна , таких как поддержание регулярного графика сна, установление расслабляющей рутины и избегание экранов в спальне перед сном. Исследователи полагают, что особенно ночью во время глубокого сна хорошо функционирующая глимфатическая система эффективно переносит отходы белков к венам, выходящим из мозга.

«Люди считали, что эти периваскулярные пространства важны, но это никогда не было доказано», — сказал Пиантино. «Теперь это доказано».