Дослідники описують раніше невідому систему утилізації в мозку NZZ

Очисний потік рідини тече в мозку від артерій до вен. Порушення роботи цієї системи може зіграти роль при таких захворюваннях, як хвороба Альцгеймера.

Дренажна система. (Зображення: Інфографіка NZZ)

Важливість вивезення сміття часто помічається лише тоді, коли смітники страйкують, а купи сміття скупчуються на кутах вулиць. Певним чином, людський організм нагадує велике місто: треба вносити поживні речовини, а сміття утилізувати. Мозок особливо активний у перетворенні речовин і дуже чуйно реагує на порушення в доставці або видаленні молекул. Тим більше вражає той факт, що довгий час люди мали лише туманні уявлення про те, як він позбавляється своїх відходів.

Дренажна система. (Зображення: Інфографіка NZZ)

Часто ви помічаєте, наскільки важливий збір сміття, коли смітники страйкують, а гори сміття скупчуються на кутах вулиць. Певним чином, людський організм нагадує велике місто: треба вносити поживні речовини, а сміття утилізувати. Мозок особливо активний у перетворенні речовин і дуже чуйно реагує на порушення в доставці або видаленні молекул. Тим більше вражає той факт, що довгий час люди мали лише туманні уявлення про те, як він позбавляється своїх відходів.

Швидке промивання

Завдяки спостереженням на живому мозку миші, Джефф Іліфф з Університету Рочестера в штаті Нью-Йорк та його колеги зараз виявили раніше невідому і, мабуть, дуже ефективну систему очищення.1 Це стало можливим завдяки відносно новому методу дослідження - 2-фотонної мікроскопії. Це дає змогу глибоко вивчити структури та процеси живих органів. Тому дослідники змогли спостерігати так звані астроцити, що діють у мозку. Ці клітини головного мозку, оснащені довгими придатками у формі зірки, належать до групи гліальних клітин і майже без проміжків оточують кровоносні судини головного мозку.

Простір, який створюється навколо кровоносних судин, заповнений ліквором. Давно відомо, що ця рідина відіграє важливу роль у очищенні тканин мозку. Однак до цього часу припускали, що це відбувається через повільне, досить дифузне стікання ліквору через тканину, не маючи анатомічної структури, яка сприяє цьому процесу.

Однак, на думку американських дослідників, трубна система, виготовлена з астроцитів, активно забезпечує швидке очищувальне промивання. Коли дослідники вносили світяться барвники в мозкову рідину мишей, вони змогли спостерігати, як рідина спочатку поширюється вздовж багатих киснем судин (артерій), а через кілька хвилин у навколишню мозкову тканину. Приблизно через годину кольорова спинномозкова рідина з’явилася в порожнинах, утворених астроцитами навколо бідних киснем судин (вен) (див. Графіку). Звідси рідина та всі її розчинні відхідні речовини, що переносяться по дорозі через тканину, забиралися іншими кровоносними судинами та утилізували.

Цей потік очисної рідини, який завжди мігрує від артерій у напрямку до вен, відбувається тому, що поверхня довгих відростків астроцитів щільно покрита водними каналами, так званими аквапоринами. Мільярди молекул води в секунду можуть надходити в клітину і з неї через ці канали. Чому рідина тече в одному напрямку, поки не до кінця зрозуміло, говорить Іліфф на запит. Однак він підозрює, що це принаймні частково пов'язано з відчутною пульсацією серцебиття в артеріях. Кожен удар пульсу відводить ліквор трохи в сторону від артерій.

Створюється очищувальний всмоктувач

Другою причиною спрямованого потоку очищення може бути нерівномірний розподіл аквапоринів в астроцитарних процесах. Як виявили вчені, на астроцитах навколо вен більше водних каналів, ніж на трубчастих на артеріях. Це означає, що з одного боку може стікати більше, ніж надходить з іншого. Як і у каналізації в кухонній раковині, створюється всмоктувач, який відтягує очищувальну воду у напрямку до вен, що підлягають утилізації.

У мишей, у яких астроцити не мають водних каналів через генну інженерію, струм очищення зупиняється. Відходи від цих тварин набагато складніше виводити. Як показують експерименти, тоді залишається близько половини амілоїдних бета-молекул (Aβ), які постійно утворюються в кожному мозку. Aβ-пептиди доводиться видаляти безперервно, щоб з них не утворювались пошкоджувальні згустки білка, типові для хвороби Альцгеймера.

У літньому віці, але також внаслідок хвороб, функція астроцитів може втомлюватись, говорить Інго Бехман, нейроанатом з Лейпцизького університету. Американські дослідники сподіваються, що якщо нещодавно виявлений процес очищення вдасться згладити наркотиками, амілоїдні відкладення можуть сповільнитися або змити вже утворилися грудочки. Бехманн вважає, що ця надія виправдана, навіть якщо відкриття було зроблено на мозку миші. Робота надзвичайно важлива і ставить досить банальне питання про те, як мозок позбавляється від сміття, у фокус досліджень хвороби Альцгеймера.

¹ Science Translational Medicine, інтернет-видання 15 серпня 2012 р.