Новые 3D-карты высокого разрешения демонстрируют, как с возрастом меняются кровеносные сосуды головного мозга
Здоровые кровеносные сосуды важны не только для здоровья сердца. Согласно новому исследованию, проведенному исследователями штата Пенсильвания, здоровье сосудов имеет решающее значение для мозга и, возможно, для решения проблемы возрастного снижения когнитивных функций и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Полученные данные указывают на недостаточно изученную, но возможную ключевую роль сосудистой сети мозга (или энергетической инфраструктуры) в возникновении нейродегенеративного заболевания. Исследование опубликовано в научном журнале Nature Communications.
Используя передовые методы визуализации, команда ученых разработала карты мозга мышей, которые иллюстрируют, как сосудистые клетки и структуры, такие как кровеносные сосуды, изменяются с возрастом, и определили области, уязвимые для ухудшения состояния. Когда кровеносные сосуды разрушаются, нервным клеткам головного мозга, называемым нейронами, не хватает энергии, что приводит к их неисправности или гибели. Это может привести к состоянию, называемому сосудистой деменцией, второй по значимости причиной когнитивных нарушений у пожилых людей, а также к таким симптомам, как нарушение сна.
«При таком заболевании, как болезнь Альцгеймера, к тому времени, когда на МРТ можно увидеть сосудистые изменения и значительное сокращение мозга, гибель клеток уже произошла. Нам необходимо понять, как изменяются эти клетки и структуры прежде, чем произойдет серьезная катастрофа», — комментирует Ёнсу Ким (Yongsoo Kim), сотрудник кафедры нейронных и поведенческих наук Медицинского колледжа штата Пенсильвании (Penn State College of Medicine) и старший автор исследования. «Это исследование показывает ранние признаки нейродегенеративных расстройств, которые потенциально могут привести к более ранней диагностике, и дает ключ к разгадке того, как мы можем замедлить процесс старения и когнитивные изменения».
По словам Кима, старение является одним из основных факторов, связанных с нейродегенеративными расстройствами.
«Тем не менее, у нас действительно нет хорошего базового понимания того, как нормальное старение само по себе меняет мозг, особенно его сосудистую сеть», — добавляет Ким. Очень важно понимать эти изменения, особенно в сети кровеносных сосудов.
Кровеносные сосуды, особенно микрососуды, регулируют подачу кислорода и энергии, а также удаление отходов к нейронам и от них. Несмотря на их важность, большинство существующих исследований сосредоточено на том, как структура и функции нейронов деградируют с течением времени, а не на сосудистой сети. Когда исследователи изучают сосудистую сеть головного мозга, они в первую очередь исследуют более крупные кровеносные сосуды или фокусируются на одной легкодоступной области мозга — соматосенсорной коре. Что еще более важно, типичные методы нейровизуализации, такие как МРТ, не обеспечивают достаточно высокого разрешения, чтобы увидеть, что происходит в крошечных кровеносных сосудах, которые составляют от 80% до 85% сосудистой сети головного мозга.
Ким и исследовательская группа создали подробную карту сосудистой сети всего мозга мыши, используя два метода трехмерного картирования с высоким разрешением: серийную двухфотонную томографию — метод, который создает серию сложенных двухмерных изображений — и световую флуоресцентную микроскопию, которая отображает неповрежденные 3D-образцы для визуализации всего мозга с разрешением одной клетки. Ученые исследовали мозг молодых и старых мышей, чтобы составить график изменений сосудистой сети головного мозга при нормальном старении.
«Поскольку мы создаем карты с высоким разрешением и достаточным разрешением, мы можем реконструировать всю сосудистую структуру и сканировать весь мозг, чтобы точно определить области, которые подвергаются избирательной дегенерации с возрастом», — сказал Ким. «Мы обнаружили, что область, которую изучает большинство людей, демонстрирует наименьшее количество изменений, тогда как глубокие изменения происходят в областях в глубоких областях мозга. Это говорит о том, что мы смотрели не на ту область, когда дело доходит до старения. учится».
Изображения показали, что изменения в сосудистой сети не происходят одинаково по всему мозгу. Скорее, они были сконцентрированы в базальном отделе переднего мозга, глубоких слоях коры и сети гиппокампа, что позволяет предположить, что эти области более уязвимы к сосудистой дегенерации. Эти области играют роль во внимании, сне, обработке и хранении памяти, а также в других функциях.
С возрастом длина сосудов мозга и плотность ветвей уменьшаются примерно на 10%, что указывает на то, что сеть распределения крови становится более редкой. Артерии в старом мозге также кажутся более извилистыми по сравнению с артериями в молодом мозге, что может препятствовать кровотоку, особенно в областях, находящихся дальше от основных артерий, таких как глубокие корковые слои, объяснил Ким.
Команда также изучила функциональные изменения сосудистой сети и обнаружила, что в старом мозге система реагирует медленнее. Это означает, что он не может обеспечить нейроны энергией так быстро и легко, как это может понадобиться клеткам. Также происходит потеря перицитов — типа клеток, который регулирует кровоснабжение и проницаемость кровеносных сосудов. В результате кровеносные сосуды становятся «протекающими», нарушая гематоэнцефалический барьер.
Эта научная работа основана на предыдущем исследовании группы, в ходе которого они нанесли на карту сосудистую сеть мозга молодой мыши. Затем ученые изучат, как изменения в мозге, вызванные болезнью Альцгеймера влияют на здоровье сосудов и функцию нейронов. В конечном итоге они заявили, что надеются, что их работа приведет к лечению нейродегенеративных расстройств.
Литература:
Hannah C. Bennett et al, Aging drives cerebrovascular network remodeling and functional changes in the mouse brain, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50559-8.
Запись Новые 3D-карты высокого разрешения демонстрируют, как с возрастом меняются кровеносные сосуды головного мозга впервые появилась Medical Insider.