Надії Альцгеймера на аналіз крові CNRS Le magazine
Ти тут
З урахуванням 900 000 людей, які сьогодні постраждали у Франції, хвороба Альцгеймера є найпоширенішим нейродегенеративним захворюванням. Незважаючи на те, що декілька шляхів досліджувались більше десяти років1, в даний час не існує лікування для лікування хвороби або навіть для уповільнення її прогресування. Зіткнувшись із цим глухим кутом, з’являються альтернативні та часом несподівані шляхи досліджень. Серед них: наслідки ранніх дисфункцій у кровообігу мозку. Ця гіпотеза, підтримана командою проекту BrainMicroFlow2, точно вказує на роль капілярів, що забезпечують мозок, мережу з приблизно трильйона кровоносних судин, кожна в десятки разів тонша за діаметр волосся, і яка прийде до s '' перешкоджати тисячам з початкової стадії захворювання.
Судинне походження захворювання ?
"Наша гіпотеза є дивною, оскільки протягом тривалого часу хвороба Альцгеймера була класифікована серед нейродегенеративних захворювань без судинного походження", - коментує Сільві Лортуа, науковий співробітник Інституту механіки рідини в Тулузі3 та керівник проекту. Однак гіпотеза сприймається дуже серйозно: проект був нагороджений у 2014 році престижною премією Європейської дослідницької ради (ERC), яка нагороджує передові, оригінальні дослідницькі роботи та носіїв руйнівних ідей. В результаті 2 мільйони євро за п’ять років, достатньо, щоб дати реальний поштовх роботі, започаткованій дослідником кілька років тому.
«В даний час, за підрахунками, зниження мозкового кровотоку у пацієнтів із запущеною хворобою становить близько 30%, що еквівалентно тому, що ми можемо відчути, коли ми сидимо на підлозі і раптово встаємо, - пояснює Сільві Лортуа. Це уповільнення кровотоку було відомо давно, але до цього часу воно вважалося наслідком загибелі нейронів, що спостерігається при хворобі Альцгеймера, а не однією з можливих причин. "
Але ось воно: МРТ, найпоширеніша медична техніка візуалізації для спостереження за мозком, не може бачити в масштабі цих мереж капілярів.
Тому для вивчення їх ролі у появі хвороби Альцгеймера дослідники спиралися на моделювання. І їхні механічні моделі рідини, які імітують циркуляцію крові в цих надтонких мережах, є справжніми першими. Вони імітують потік крові в лабораторії через силіконові канали діаметром близько 10 мкм4, що еквівалентно фактичному діаметру капілярів.
“По суті, ми циркулюємо еритроцити в мережі каналів, які можуть бути організовані в різних геометріях, таких як стільники. Завдяки мікроскопу, оснащеному швидкою камерою, здатною отримувати кілька тисяч зображень в секунду, ми можемо стежити за рухом еритроцитів у сітках мережі та кількісно визначати кровотік у будь-якій точці мережі, вимірюючи концентрацію і швидкість еритроцитів », - пояснює дослідник. "Ці експерименти дозволяють вивчити зв'язок між організацією капілярів та їх функцією, а саме транспортуванням крові, а отже кисню та поживних речовин до клітин мозку. Але ми також аналізуємо наслідки зміни в цій організації, коли один із каналів блокується, наприклад ".
Інтегруючи дані цих спрощених ситуацій, які відповідають реальності кровотоку, дослідники можуть екстраполювати їх на більш складні ситуації. Таким чином, вони вже розробили цифрові моделі потоку крові в судині, а також у мережах, що складаються з 15 000 до 1 000 000 судин! Оригінальність цих моделей полягає у розгляді в кожному масштабі переважно складних фізіологічних явищ, таких як наявність еритроцитів, наприклад у моделях кровотоку.
Анатомічна база даних, унікальна у світі
Щоб наблизитись до реальності мікроциркуляції крові людини, дослідники використовують два цілком конкретні ресурси: анатомічні дані людини та експерименти із зображенням тварин.
Проект BrainMicroFlow виграє від унікальної анатомічної бази даних. За ініціативою команди Inserm в Тулузькому нейровізуальному центрі він містить анатомічні ділянки капілярної системи мозку людини, взяті з позакласних зразків здорових людей. Стільки фотографій, які дають цінну інформацію про нормальну архітектуру капілярів. Зрештою, цю бібліотеку слід збагатити тканинами, взятими цього разу у людей із хворобою Альцгеймера, що дало б можливість порівняти архітектури.
Крім того, для отримання даних про функцію капілярів дослідники використовують візуалізацію in vivo на мишах. Техніка, розроблена американськими партнерами по проекту, дає змогу спостерігати в прямому ефірі за рухом еритроцитів у мозку. Піонери цієї техніки лазерної візуалізації вони також здатні вибірково блокувати одну попередньо відібрану посудину та вимірювати в реальному часі вплив цієї оклюзії на кровотік. "Це цінні дані для підтвердження наших моделей, тим більше, що вони точно відповідають порушенням, які ми втягуємо в наш підхід до хвороби Альцгеймера. "
На півдорозі проекту дослідники прагнуть далі. Наступна їх мета - розробити, використовуючи імітаційні моделі мікроциркуляції мозкової крові, моделі, що описують молекулярний обмін (кисень, поживні речовини, метаболічні відходи), що відбувається між кров’ю та клітинами мозку. Завдання полягало б у визначенні того, як зміни в архітектурі капілярів (зменшення їх кількості, перешкоди тощо) спричиняють зниження функціональних показників мікросудинної системи, які самі по собі можуть призвести до дегенерації нейронів.
"Таким чином, завдяки всім нашим чисельним моделюванням, ми зможемо зрозуміти і візуалізувати кровотік в різних масштабах мозку, а також молекулярний обмін", - пояснює Сільві Лортуа.
Після перевірки цих моделей на основі вимірювань in vivo, проведених на мишах, ми передамо їх людям, використовуючи наші анатомічні дані, беручи до уваги відмінності в архітектурі мозку між двома видами. "
Ця робота повинна відкрити шлях для нових стратегій діагностики та контролю функції мозку, будь то при нормальному старінні, хворобі Альцгеймера або навіть інших неврологічних патологіях. Якщо дослідники зможуть пов’язати зміни у фізичній організації капілярних судин з біологічними змінами, такими як зменшення кровотоку, стане можливим шляхом виявлення цих біологічних сигналів зробити висновок про існування змін у сітці капілярів і, зрештою, виправити це. Тоді можуть з’явитися нові стратегії лікування.