Cercetătorii de la Gladstone au descoperit traseele exacte folosite pentru eliminarea deșeurilor cerebrale
Creierul poate fi comparat cu o casă. Izolată de mediu, o casă depinde de rețele complexe – țevi, scurgeri și sisteme de eliminare – care interacționează cu lumea exterioară pentru a menține funcționalitatea internă. Când această infrastructură se degradează, deșeurile se acumulează, iar daunele pot fi greu de reparat.
În mod similar, creierul este în mare parte izolat de restul corpului, fiind închis de bariere care controlează cu atenție ce intră și iese. Fiind unul dintre cele mai active organe ale corpului, creierul produce constant deșeuri ca produs secundar al activității sale. Drept urmare, acesta a dezvoltat rețele dedicate pentru eliminarea și drenajul deșeurilor. Atunci când aceste rețele eșuează, proteinele toxice se pot acumula, declanșând boli devastatoare, precum Alzheimer.
În trecut, pentru a investiga aceste rețele, oamenii de știință injectau trasatori în fluidul cefalorahidian, care acționează ca un vehicul pentru eliminarea deșeurilor cerebrale. Totuși, asemenea inundației într-o casă, această metodă a dezvăluit toate punctele posibile de scurgere, fără a indica care ieșiri sunt folosite în mod normal.
Așadar, a rămas o întrebare fundamentală fără răspuns: cum ajung proteinele reziduale produse în interiorul creierului să părăsească acest organ?
Cercetătorii de la Gladstone Institutes au găsit o modalitate de a urmări traseele exacte pe care deșeurile le folosesc când ies din creier. Abordarea lor, descrisă în revista Cell, a dezvăluit noi detalii despre modul în care creierul elimină deșeurile, inclusiv modul în care celulele imune adiacente interacționează cu produsele de deșeu și cum boala Alzheimer perturbă acest sistem bine orchestrat.
„În sfârșit avem o metodă de a studia modul în care creierul se curăță, și am folosit-o pentru a descoperi o mulțime de biologie neașteptată”, afirmă Andrew Yang, care a condus studiul.
În noua lor cercetare, echipa lui Yang – incluzându-i pe Nalini Rao și Yuichi Chayama – a inginerizat neuroni în șoareci pentru a produce o proteină fluorescentă numită ZsGreen, care putea fi urmărită ușor pe măsură ce ieșea din creier. Oamenii de știință au putut să o urmărească cum se deplasează către marginile adiacente creierului, cum ar fi dura mater, craniul, cavitatea nazală și ganglionii limfatici, unde se află celule imune specializate.
Noua metodă a echipei a identificat, pentru prima dată, celule care interacționează cu deșeurile derivate din creier la fiecare punct de ieșire. Rezultatele au fost foarte diferite de studiile tradiționale cu trasatori, unde coloranții injectați indicau ganglionii limfatici cervicali ca fiind un drum de drenaj.
„Am fost surprinși să descoperim că foarte puțin ZsGreen s-a drenat către ganglionii limfatici cervicali”, spune Yang. „În schimb, deșeurile s-au drenat prin dura mater, craniu și cavitatea nazală. Descoperirile noastre subliniază de ce urmărirea proteinelor de deșeu în sine, mai degrabă decât mișcarea fluidului cefalorahidian, oferă o înțelegere mai precisă a dinamicii de eliminare a deșeurilor.”
Printre cele mai importante descoperiri ale studiului, oamenii de știință au observat că locul în care o proteină este fabricată în creier determină ruta de drenaj. Proteinele din regiunile superioare ale creierului se drenau în principal prin căile superioare de ieșire, în timp ce cele care proveneau din structuri mai adânci, cum ar fi striatul, ieșeau prin rute mai apropiate de bază.
Echipa lui Yang numește acest model de eliminare a deșeurilor „cel mai apropiat ieșire”.
„E ca și cum fiecare regiune a creierului are un sistem biologic de coduri poștale pentru a se asigura că deșeurile sunt trimise către site-ul corect de drenaj”, explică Rao. „Credem că, în îmbătrânire sau boală, aceste coduri poștale pot fi amestecate, ceea ce duce la acumularea deșeurilor în locuri greșite. Acest lucru ar putea explica de ce anumite regiuni ale creierului sunt mai vulnerabile la boli precum Alzheimer.”
De asemenea, echipa a arătat că deșeurile cerebrale nu ies cu aceeași viteză pe toate rutele. În timp ce unele margini eliminau deșeurile rapid, altele făceau acest lucru mult mai lent. Viteza mai lentă la unele margini poate oferi celulelor imune specializate mai mult timp pentru a interacționa cu proteinele derivate din creier, ajutând la educarea sistemului imunitar să le recunoască ca „proprii” și să evite atacarea creierului.
„Da, putem numi aceste proteine deșeuri, dar asta nu spune întreaga poveste”, adaugă Rao. „Neuronii pompează constant proteine și, pe măsură ce aceste proteine părăsesc creierul, unele pot ajuta la educarea sistemului nostru imunitar.”
Folosind noile metode, cercetătorii au descoperit că eliminarea deșeurilor cerebrale se degradează în timpul bolii. În șoareci cu inflamație pe termen scurt – imitând ceea ce s-ar putea întâmpla în timpul unei infecții severe – ZsGreen a scurs direct în sânge, în loc să urmeze rutele de eliminare așteptate. Într-un model de șoarece cu Alzheimer, s-a întâmplat opusul; ZsGreen a fost prins în interiorul creierului, incapabil să se dreneze eficient.
„Înțelegerea modului în care bolile perturbă eliminarea din creier ar putea să ne ajute să concepem terapii pentru a viza compartimentele de margine ale creierului și a îmbunătăți eliminarea deșeurilor”, afirmă Rao.
Privind înainte, grupul lui Yang își propune să studieze cum se schimbă eliminarea deșeurilor în timpul bolilor, cum poate fi alterată în timpul îmbătrânirii normale și dacă somnul este important pentru promovarea eliminării deșeurilor. De asemenea, vor dori să investigheze dacă tumorile cerebrale deturnează interacțiunea normală între deșeurile cerebrale și celulele imune pentru a evita detectarea.
„Cu aceste noi metode, vom putea începe să abordăm unele întrebări foarte vechi despre biologia eliminării deșeurilor cerebrale”, concluzionează Yang.
