Un nou atlas dezvăluie dezvoltarea rețelei vasculare a creierului de șoarece după naștere
O echipă de cercetători a realizat un progres semnificativ în neuroștiințele dezvoltării, creând primul atlas detaliat al modului în care rețeaua vasculară a creierului de șoarece se dezvoltă după naștere. Studiul lor a fost publicat în revista Cell.
Coordonat de Alexandre Dubrac, un cercetător la Centre de recherche Azrieli du CHU Sainte‑Justine și profesor la Université de Montréal, studiul a fost realizat în colaborare strânsă cu laboratorul lui Nicolas Renier de la Paris Brain Institute.
Rezultatele arată că vasele de sânge din creier nu se dezvoltă pur și simplu în paralel cu neuronii. În schimb, creșterea lor urmează o traiectorie dinamică și multifațetată, care variază în funcție de regiunile cerebrale și este strâns legată de maturarea circuitelor neuronale, oferind vaselor de sânge un rol activ în construcția creierului după naștere.
„Știam că neuronii suferă schimbări extinse după naștere, dar am înțeles mult mai puțin despre modul în care vasele de sânge se adaptează acestor transformări”, a declarat Mathilde Bizou, unul dintre autorii principali ai studiului și studentă la doctorat în laboratorul lui Dubrac. „Acest atlas oferă în sfârșit o viziune cuprinzătoare asupra acestei dinamici esențiale.”
Creierul, deși reprezintă doar o mică fracțiune din greutatea corpului, consumă aproximativ 20% din oxigenul și energia disponibile ale corpului. Satisfacerea acestei cerințe mari depinde de o rețea de vase de sânge densă și bine organizată, responsabilă pentru furnizarea de oxigen și nutrienți neuronilor.
La naștere, această rețea vasculară este încă imatură. Totuși, chiar după naștere, creierul suferă transformări majore: crește rapid, circuitele neuronale sunt rafinate, iar anumite regiuni se specializează pe baza experienței senzoriale și a inputului din mediu.
Până acum, cercetătorii au avut unelte foarte limitate pentru a urmări, în timp și pe întreaga suprafață a creierului, cum se adaptează vasele de sânge la aceste schimbări.
„Aveam hărți foarte detaliate ale creierului adult, dar informații mult mai puține despre modul în care rețeaua vasculară se stabilește după naștere”, a spus Dubrac. „Era ca și cum am încerca să înțelegem cum funcționează un oraș fără a avea acces la harta sa.”
Pentru a aborda această lacună, echipa lui Renier a dezvoltat un atlas tridimensional bazat pe un model de șoarece, permițându-le să urmărească, cu o precizie spatio-temporală fără precedent, dezvoltarea rețelei vasculare de la naștere până la vârsta adultă.
Pe de altă parte, echipa lui Dubrac a generat și integrat date transcriptomice spatio-temporale, ceea ce a făcut posibilă corelarea arhitecturii vasculare cu programele moleculare dinamice.
Prin combinarea acestor domenii complementare de expertiză, studiul reconstruiește întreaga rețea vasculară a creierului și analizează evoluția sa în timp, atât structural, cât și molecular.
Una dintre contribuțiile principale ale studiului este identificarea a trei faze succesive în dezvoltarea postnatală a vaselor de sânge.
Prima fază corespunde creșterii coordonate, în care rețeaua vasculară și creierul cresc în dimensiune într-o manieră relativ proporțională. Această etapă asigură o perfuzie de bază adecvată în primele zile de viață, comparabilă cu ultimele luni de dezvoltare fetală umană.
A doua fază marchează o schimbare majoră. În această perioadă, vasele de sânge cresc mai repede decât creierul, ceea ce duce la o densificare semnificativă a rețelei vasculare. Această etapă, care poate corespunde copilăriei timpurii și vârstei școlare la oameni, coincide cu așa-numitele „perioade critice” ale dezvoltării creierului, când circuitele neuronale sunt formate, rafinate și specializate, în special ca răspuns la activitatea senzorială.
În cele din urmă, a treia fază corespunde unei perioade de stabilizare și rafinare a rețelei vasculare, care ar putea fi asociată cu adolescența. În această etapă, arhitectura vasculară atinge o organizare mai matură, păstrând totuși o capacitate de remodelare.
Dezvoltarea rețelei vasculare nu este uniformă în întreaga zonă a creierului.
Aceste diferențe nu sunt explicate doar printr-o creștere generală a activității neuronale, ci și prin faptul că anumite regiuni cerebrale emit semnale specifice care influențează direct dacă creșterea vaselor de sânge continuă sau se oprește.
Prin corelarea hărților de densitate vasculară cu profilele de exprimare genică, cercetătorii au descoperit că aceste semnale acționează ca adevărate semnale de ghidare pentru rețeaua vasculară, indicând unde și în ce măsură ar trebui să continue dezvoltarea.
Când aceste căi de semnalizare sunt perturbate, vasele de sânge își pierd ghidarea, devin dezorganizate și cresc anormal.
Aceste descoperiri demonstrează că rețeaua vasculară nu însoțește pur și simplu dezvoltarea creierului; ea depinde strâns de comunicarea cu neuronii, afirmă cercetătorii.
Această interacțiune este cu atât mai critică în timpul celei de-a doua faze de dezvoltare postnatală, o perioadă în care activitatea neuronală se intensifică, iar coordonarea strânsă între cele două sisteme devine decisivă pentru organizarea fină a creierului.
Pe lângă contribuția sa fundamentală, atlasul oferă un punct de plecare esențial pentru studierea diferitelor tulburări, inclusiv autismul, precum și a anumitor boli cerebrovasculare care apar sau își au originea în copilărie, consideră cercetătorii.
„Având o hartă de referință a dezvoltării normale, vom putea acum să comparăm ce se întâmplă atunci când acest proces este perturbat”, a declarat Dubrac.
„Vom putea înțelege mai bine dacă și cum un decalaj între dezvoltarea neuronală și vascularizare contribuie la vulnerabilitatea anumitor regiuni ale creierului.”
El a susținut că creierul în dezvoltare ar trebui acum să fie considerat un sistem neurovascular profund, în care vasele de sânge joacă un rol activ în sănătatea creierului, pe același nivel cu neuronii înșiși.
