Как работает мусороуборочная система мозга

Учёные обнаружили в мозгу своеобразную канализационную систему, главный элемент которой — двойные трубки, сформированные кровеносными сосудами и внешней оболочкой из отростков служебных глиальных клеток.

Каждый орган нашего тела производит биохимические отходы, и головной мозг тут не исключение. Но, в отличие от остального тела, мозг лишён лимфатических сосудов, которые как раз и работают фильтрами и мусорщиками, вывозящими молекулярные отходы. Довольно долго учёные гадали, что за мусороочистительная система работает в мозгу. В 1980-х родилось предположение, что тут задействована спинномозговая жидкость, которая, как известно, свободно циркулирует между спинномозговым каналом и желудочками мозга. Правда, не было ясности с тем, как она очищает мозг: если всё ограничивалось пассивной диффузией биохимических отходов из нервной ткани в спинномозговую жидкость, то такой механизм должен быть крайне неэффективным.

Исследователи из Рочестерского университета (США) сумели подтвердить гипотезу о спинномозговой жидкости, очищающей мозг, — правда, с одной важной поправкой. Вокруг кровеносных сосудов мозга учёные нашли своеобразные «чехлы», оболочки, сформированные из отростков глиальных клеток астроцитов. Выглядит это как трубка в трубке. Эти отростки астроцитов, которые образуют внешнюю трубку, обильно снабжены белками аквапоринами, перекачивающими омывающую ткани мозга спинномозговую жидкость. Последняя накапливается во внешней трубке и отправляет собранный биохимический мусор в кровеносный сосуд. При этом сама она благодаря работе астроцитов находится под небольшим давлением, то есть можно сказать, что она активно промывает мозг с помощью системы вот таких двойных трубок. Систему эту исследователи назвали «глимфатической» («г» тут от слова «глиальный»), а статья с подробным её описанием вышла в журнале Science Translational Medicine.

До сих пор исследования на эту тему проводили с мёртвым материалом, тогда как увидеть эту глимфатическую гидравлику в действии можно только в живом мозге. На этот раз помог двухфотонный лазерный микроскоп, который позволяет исследовать живые ткани: учёные следили за перемещением флюоресцентного «мусора» по глимфатической системе в мозге живых мышей.

Естественно, авторы работы попробовали перекрыть эти каналы, что в итоге привело к накоплению молекулярных отходов, среди которых, что особенно важно, значительную долю занимали амилоидные белки, могущие стать причиной нейродегенеративных заболеваний. По оценкам учёных, без двойных глимфатических трубок мусор из тканей мозга удалялся на 70% медленнее.

Здоровый мозг сам по себе вырабатывает амилоидные белки, но обычно они своевременно вымываются из него. Исследователи не исключают, что развитие болезней Альцгеймера, Паркинсона и т. п. происходит как раз из-за неполадок в «мусоропроводе» мозга: без активной очистки нехорошие белки скапливаются до такой концентрации, что начинают формировать знаменитые белковые отложения, отравляющие и убивающие мозг.

Подготовлено по материалам Рочестерского университета.

Учёные обнаружили в мозгу своеобразную канализационную систему, главный элемент которой — двойные трубки, сформированные кровеносными сосудами и внешней оболочкой из отростков служебных глиальных клеток.

Каждый орган нашего тела производит биохимические отходы, и головной мозг тут не исключение. Но, в отличие от остального тела, мозг лишён лимфатических сосудов, которые как раз и работают фильтрами и мусорщиками, вывозящими молекулярные отходы. Довольно долго учёные гадали, что за мусороочистительная система работает в мозгу. В 1980-х родилось предположение, что тут задействована спинномозговая жидкость, которая, как известно, свободно циркулирует между спинномозговым каналом и желудочками мозга. Правда, не было ясности с тем, как она очищает мозг: если всё ограничивалось пассивной диффузией биохимических отходов из нервной ткани в спинномозговую жидкость, то такой механизм должен быть крайне неэффективным.

Исследователи из Рочестерского университета (США) сумели подтвердить гипотезу о спинномозговой жидкости, очищающей мозг, — правда, с одной важной поправкой. Вокруг кровеносных сосудов мозга учёные нашли своеобразные «чехлы», оболочки, сформированные из отростков глиальных клеток астроцитов. Выглядит это как трубка в трубке. Эти отростки астроцитов, которые образуют внешнюю трубку, обильно снабжены белками аквапоринами, перекачивающими омывающую ткани мозга спинномозговую жидкость. Последняя накапливается во внешней трубке и отправляет собранный биохимический мусор в кровеносный сосуд. При этом сама она благодаря работе астроцитов находится под небольшим давлением, то есть можно сказать, что она активно промывает мозг с помощью системы вот таких двойных трубок. Систему эту исследователи назвали «глимфатической» («г» тут от слова «глиальный»), а статья с подробным её описанием вышла в журнале Science Translational Medicine.

До сих пор исследования на эту тему проводили с мёртвым материалом, тогда как увидеть эту глимфатическую гидравлику в действии можно только в живом мозге. На этот раз помог двухфотонный лазерный микроскоп, который позволяет исследовать живые ткани: учёные следили за перемещением флюоресцентного «мусора» по глимфатической системе в мозге живых мышей.

Естественно, авторы работы попробовали перекрыть эти каналы, что в итоге привело к накоплению молекулярных отходов, среди которых, что особенно важно, значительную долю занимали амилоидные белки, могущие стать причиной нейродегенеративных заболеваний. По оценкам учёных, без двойных глимфатических трубок мусор из тканей мозга удалялся на 70% медленнее.

Здоровый мозг сам по себе вырабатывает амилоидные белки, но обычно они своевременно вымываются из него. Исследователи не исключают, что развитие болезней Альцгеймера, Паркинсона и т. п. происходит как раз из-за неполадок в «мусоропроводе» мозга: без активной очистки нехорошие белки скапливаются до такой концентрации, что начинают формировать знаменитые белковые отложения, отравляющие и убивающие мозг.

Подготовлено по материалам Рочестерского университета.