Высокие метаболические потребности головного мозга удовлетворяются сложно развитой сетью сосудистых сплетений. Их проницаемость и кровоток регулируют перициты. Исследователи отмечают, что области мозга, связанные с нейродегенеративными заболеваниями, имеют менее плотные сосудистые сети, которые снабжают мозг энергией через кровь. Авторы исследования, опубликованного в Cell, проливают свет на роль нервно-сосудистой системы в развитии нейродегенерации.
Credit: public domain
Структурная организация региональных сосудистых сетей имеет решающее значение для поддержки локальной функции мозга и может отражать восприимчивость к различным патологиям. Тем не менее ученые мало знают о том, как микрососуды различных областей головного мозга питают их, а также связаны между собой и нейронами.
Исследователи из Университета Пенсильвании предположили, что пораженные нейродегенеративными заболеваниями области мозга имеют менее плотные сосудистые сети, чем нормальные структуры. Чтобы доказать эту гипотезу, в опытах на грызунах они разработали цереброваскулярные карты и смоделировали потоки крови, дающие представление об организации микрососудов и расположении нейронов, а также выделили потенциальные различия в регуляции кровотока в разных областях мозга.
В своей работе ученые использовали методы трехмерного картирования для изучения полной структуры сосудистой сети, клеток, контролирующих кровоснабжение и проницаемость сосудов — перицитов и основных типов нейронов. Метод позволял изучать поперечное сечение одной клетки, сравнивать плотность и пространственное расположение сосудистой сети в разных участках головного мозга.
Исследователи обнаружили, что области головного мозга, отвечающие за синтез и обработку информации, имеют более низкую разветвленность сосудистой сети. Снижение питания отдельных участков головного мозга, которое происходит с возрастом, может еще больше снизить питание в областях, изначально кровоснабжавшихся не слишком хорошо. В результате нейроны в этих областях будут подвергаться ускоренной гибели, что приведет к снижению когнитивных функций.
Учитывая данный факт, ученые сравнили изменения сосудистой сети головного мозга у мышей нормального возраста, а также у мышей с факторами риска развития болезни Альцгеймера. Они доказали, что изменения сосудистой сети головного мозга могут привести к дисфункции нейронов и вызвать когнитивные нарушения.
«Понимание процессов энергообеспечения нейронов головного мозга, их кровоснабжения и сбоев, приводящих к болезням, может помочь предотвратить возрастную нейродегенерацию», — считают ученые.
В целом, методика клеточного картирования позволит изучать пространственные отношения между сосудистой сетью головного мозга и нейронами в малоизученных подкорковых областях и откроет перспективы для дальнейших исследований.
Текст: Виктория Стацура
Quantitative relationship between cerebrovascular network and neuronal cell types in mice. By Wu Y.T. et al. in Cell. Published June 2022. doi: 10.1016/j.celrep.2022.110978