Klucz do zapobiegania chorobie Alzheimera i Parkinsona?

Odkrycia mogą utorować drogę innowacyjnym strategiom leczenia choroby Alzheimera i różnych innych zaburzeń neurologicznych.

We śnie istnieje paradoks. Jego pozorny spokój zbiega się z hałaśliwą aktywnością mózgu. Noc jest cicha, ale mózg nie śpi. Podczas snu komórki mózgowe wytwarzają impulsy elektryczne, które łączą się w rytmiczne fale – oznaka wzmożonej funkcji komórek mózgowych.

Ale dlaczego mózg jest aktywny, gdy odpoczywamy?

Powolne fale mózgowe kojarzą się ze spokojnym, regenerującym snem. Teraz naukowcy z Washington University School of Medicine w St. Louis odkryli, że fale mózgowe pomagają wypłukiwać odpady z mózgu podczas snu. Poszczególne neurony koordynują swoje działania, wytwarzając rytmiczne fale, które przepychają płyn przez gęstą tkankę mózgową, zmywając ją przy tym.

„Te neurony to miniaturowe pompy. „Zsynchronizowana aktywność neuronowa sprzyja przepływowi płynów i usuwaniu zanieczyszczeń z mózgu” – wyjaśnił pierwszy autor dr Li Feng-jiang Shih, pracownik naukowy ze stopniem doktora na Wydziale Patologii i Immunologii. „Gdybyśmy mogli na tym procesie oprzeć, istnieje możliwość opóźnienia lub nawet zapobiegania chorobom neurologicznym, m.in Choroba Alzheimera oraz choroba Parkinsona, w której nadmiar odpadów – takich jak odpady metaboliczne i niepożądane białka – gromadzi się w mózgu i prowadzi do neurodegeneracji.

Wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie Natura.

Komórki mózgowe i usuwanie odpadów

Komórki mózgowe regulują myśli, uczucia i ruchy ciała, tworząc dynamiczne sieci niezbędne do tworzenia pamięci i rozwiązywania problemów. Jednak aby wykonywać tak wymagające energii zadania, komórki mózgowe potrzebują paliwa. Spożywanie przez nich składników odżywczych z diety powoduje powstawanie odpadów metabolicznych.

„Ważne jest, aby mózg pozbył się odpadów metabolicznych, które mogą się gromadzić i przyczyniać do chorób neurodegeneracyjnych” – powiedział dr Jonathan Kipnis, dyrektor Alan A. i Edyta L. Kipnis jest głównym autorem tego artykułu. „Wiedzieliśmy, że sen to czas, kiedy mózg rozpoczyna proces oczyszczania, aby wydalić odpady i toksyny gromadzące się podczas czuwania. Ale nie wiedzieliśmy, jak to się dzieje. Odkrycia te mogą wskazać nam potencjalne strategie i metody leczenia przyspieszające usuwanie szkodliwych odpadów i usuwanie ich, zanim doprowadzi to do poważnych konsekwencji.” .

Mechanizm czyszczenia mózgu

Ale oczyszczenie gęstego mózgu nie jest łatwym zadaniem. Przedostaje się do płynu mózgowo-rdzeniowego otaczającego mózg i przeplata złożone sieci komórkowe, zbierając podczas swojej podróży toksyczne odpady. Po opuszczeniu mózgu zanieczyszczony płyn musi przejść przez barierę, zanim przedostanie się do naczyń limfatycznych w oponie twardej – zewnętrznej warstwie tkanki otaczającej mózg pod czaszką. Ale co napędza ruch płynów do, przez i z mózgu?

Jiang Xie wyjaśnił, że badając mózgi śpiących myszy, naukowcy odkryli, że neurony kierują procesami czyszczenia, wysyłając sygnały elektryczne w skoordynowany sposób, aby wygenerować rytmiczne fale w mózgu. Ustalili, że takie fale napędzają ruch płynu.

Zespół badawczy wyciszył określone obszary mózgu, aby neurony w tych obszarach nie wytwarzały rytmicznych fal. Bez tych fal świeży płyn mózgowo-rdzeniowy nie może przepływać przez ciche obszary mózgu, a uwięzione odpady nie mogą opuścić tkanki mózgowej.

Wzmocnij proces oczyszczania mózgu

„Jednym z powodów, dla których śpimy, jest oczyszczenie mózgu” – powiedział Kipnis. „A jeśli uda nam się usprawnić ten proces oczyszczania, być może uda nam się spać mniej i zachować zdrowie. Nie każdy korzysta z ośmiu godzin snu każdej nocy, a utrata snu ma wpływ na zdrowie. Inne badania wykazały, że myszy są genetycznie predysponowane spać krócej, mieć silniejszy mózg.” Zdrowy. Czy może to być spowodowane skuteczniejszym usuwaniem odpadów z mózgu? Czy możemy pomóc osobom cierpiącym na bezsenność, zwiększając zdolność czyszczenia ich mózgu, aby mogli spać mniej?

Wzory fal mózgowych zmieniają się podczas cykli snu. Należy zauważyć, że dłuższe fale mózgowe o większej amplitudzie silniej przemieszczają płyny. Naukowcy są obecnie zainteresowani zrozumieniem, dlaczego neurony uruchamiają się w różnym rytmie podczas snu i które obszary mózgu są najbardziej podatne na gromadzenie się odpadów.

„Uważamy, że proces czyszczenia mózgu przypomina zmywanie naczyń” – wyjaśnił neurobiolog Jiang Shih. „Zaczyna się np. dużym, powolnym, rytmicznym ruchem zamiatania, aby oczyścić talerz z rozpuszczalnych resztek jedzenia, następnie zmniejsza zakres ruchu i zwiększa prędkość tych ruchów, aby usunąć z talerza szczególnie lepkie resztki jedzenia. Pomimo różnej amplitudy i rytmu ruchów dłoni, ogólny cel pozostaje stały: usuwanie różnych rodzajów odpadów z naczyń. Mózg może dostosować metodę czyszczenia w zależności od rodzaju i ilości odpadów.

Odniesienie: „Dynamika nerwowa kieruje perfuzją płynu mózgowo-rdzeniowego i oczyszczaniem mózgu” Li-Feng Jiang Shi, Antoine Dreu, Keshni Bhasin, Daniel Quintero, Igor Smirnov i Jonathan Kipnis, 28 lutego 2024 r., Natura.
doi: 10.1038/s41586-024-07108-6

Badanie zostało sfinansowane przez Narodowy Instytut Zdrowia.