Ricerche

Un sistema mai in precedenza riconosciuto che drena velocemente i rifiuti dal cervello è stato scoperto da neuroscienziati del Medical Center della University of Rochester, che hanno pubblicato i risultati online il 15 agosto su Science Translational Medicine.

Il sistema altamente organizzato agisce con una serie di tubi che si appoggiano sui vasi sanguigni del cervello, una sorta di impianto idraulico ombra che sembra avere nel cervello la stessa funzione del sistema linfatico nel resto del corpo: drenare via i rifiuti prodotti

Un'arteria nel cervello di un topo. In verde il fluido cerebrospinale in un canale lungo l'esterno della arteria. (Credit: Image courtesy of University of Rochester Medical Center)

"L'eliminazione dei rifiuti è di importanza centrale per ogni organo, e ci sono da molto tempo domande su come il cervello si libera dei propri rifiuti", ha detto Maiken Nedergaard, MD, DMSc., autore senior dello studio e co-direttore del Centro di Neuromedicina Traslazionale dell'Università. "Questo lavoro dimostra che il cervello si pulisce in modo più organizzato e su scala molto più grande di quanto si sapesse in precedenza. Crediamo che questi risultati avranno implicazioni per molte condizioni che coinvolgono il cervello, come trauma cranico, Alzheimer, ictus e Parkinson", ha aggiunto.

Il gruppo di Nedergaard ha definito il nuovo sistema "glinfatico", in quanto agisce in modo molto simile al sistema linfatico, ma è gestito da cellule cerebrali note come cellule gliali. Il team ha fatto la scoperta nei topi, il cui cervello è molto simile al cervello umano.

Gli scienziati sanno che il liquido cerebrospinale (CSF) svolge un ruolo importante nella pulizia del tessuto cerebrale, portando via i prodotti di scarto e trasportano sostanze nutrienti al tessuto cerebrale attraverso un processo noto come diffusione. Il sistema appena scoperto fa circolare il CSF in ogni angolo del cervello molto più efficientemente, attraverso ciò che gli scienziati chiamano flusso di carico o convezione.

"E' come se il cervello avesse due trasportatori di rifiuti - uno lento che già conosciamo, e uno veloce che abbiamo appena incontrato", ha detto Nedergaard. "Dato l'alto tasso di metabolismo nel cervello, e la sua squisita sensibilità, non sorprende che i suoi meccanismi per liberarsi dei rifiuti siano più specializzati e vasti di quanto si era capito finora".

Anche se il sistema precedentemente scoperto funziona più come un rivolo, filtrando il CSF attraverso il tessuto cerebrale, il nuovo sistema lavora in pressione, spingendo grandi volumi di liquido cerebrospinale attraverso il cervello ogni giorno per portare via i rifiuti con più forza. Il sistema glinfatico è come uno strato di tubazioni che circonda i vasi sanguigni esistenti del cervello. Il team ha scoperto che le cellule gliali chiamate astrociti utilizzano proiezioni conosciute come "piedini terminali" per formare una rete di condotti attorno all'esterno delle arterie e delle vene all'interno del cervello, simile al modo in cui una volta di rami di alberi lungo una strada alberata crea una sorta di canale sopra la carreggiata.

Tali piedi terminali sono riempiti con strutture chiamate canali d'acqua o acquaporine, che trasportano il CSF attraverso il cervello. Il team ha scoperto che il CSF viene pompato nel cervello lungo i canali che circondano le arterie, quindi lava accuratamente il tessuto cerebrale prima di raccogliersi nei canali attorno alle vene e scaricarlo fuori dal cervello.

Come è possibile che questo sistema non sia stato notato dagli scienziati fino ad ora? Gli scienziati dicono che il sistema funziona solo quando è intatto e operativo nel cervello vivente, rendendolo molto difficile da studiare per gli scienziati precedenti che non hanno potuto visualizzare direttamente il flusso di CSF in un animale vivo, e spesso hanno dovuto studiare sezioni di tessuto cerebrale già morto. Per studiare l'intero cervello vivente, il team ha utilizzato una tecnologia nota come microscopia a due fotoni, che permette agli scienziati di osservare il flusso di sangue, il CSF e altre sostanze nel cervello di un animale vivo. Anche se alcuni scienziati venti o trent'anni fa hanno ipotizzato che il flusso di liquido cerebrospinale nel cervello fosse più ampio di quanto si sapeva, non erano stati in grado di dimostrarlo perché la tecnologia di osservazione del sistema in un animale vivente non esisteva allora. "E' un sistema idraulico", ha detto Nedergaard. "Una volta che si apre, si rompono le connessioni, e non può essere studiato. Siamo fortunati ad avere ora la tecnologia che ci permette di studiare il sistema intatto, e vederlo in funzione".

Il primo autore Jeffrey Iliff, Ph.D., professore assistente di ricerca nel laboratorio di Nedergaard, ha dato uno sguardo in profondità alla beta amiloide, la proteina che si accumula nel cervello dei pazienti con Alzheimer. Ha scoperto che più di metà dell'amiloide rimossa dal cervello di un topo in condizioni normali viene rimossa attraverso il sistema glinfatico. "Capire come il cervello affronta il problema dei rifiuti è fondamentale. In ogni organo, l'eliminazione dei rifiuti ha la stessa importanza della consegna di sostanze nutritive. Nel cervello è un argomento particolarmente interessante, perché in sostanza tutte le malattie neurodegenerative, compreso l'Alzheimer, comportano un accumulo di rifiuti proteici che alla fine soffocano e uccidono la rete neuronale del cervello", ha detto Iliff.

"Se il sistema glinfatico non riesce a purificare il cervello come deve, sia a seguito di invecchiamento normale, che in risposta ad una lesione cerebrale, i rifiuti possono cominciare ad accumularsi nel cervello. Questo può essere ciò che accade con i depositi di amiloide nell'Alzheimer", ha detto Iliff. "Forse aumentare l'attività del sistema glinfatico potrebbe aiutare a prevenire la deposizione di amiloide o offrire un nuovo modo di pulire gli accumuli di materiale nell'Alzheimer conclamato", ha aggiunto.

Oltre a Iliff e Nedergaard, altri autori della Rochester comprendono Minghuan Wang, Yonghong Liao, Benjamin Plogg, Weiguo Peng, Edward Vates, Rashid Deane, e Steven Goldman. Hanno contribuito anche Erlend Nagelhus e Georg Gundersen dell'Università di Oslo, e Benveniste Helene dell'Health Science Center della Stony Brook University. Il lavoro è stato finanziato dal National Institutes of Health (numeri di sovvenzione R01NS078304 e R01NS078167), dal Dipartimento della Difesa statunitense, e dalla Harold e Leila Y. Mathers Charitable Foundation.

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Fonte: Materiael del University of Rochester Medical Center.

Riferimento:Jeffrey J. Iliff, Minghuan Wang, Yonghong Liao, Benjamin A. Plogg, Weiguo Peng, Georg A. Gundersen, Helene Benveniste, G. Edward Vates, Rashid Deane, Steven A. Goldman, Erlend A. Nagelhus, and Maiken Nedergaard. A Paravascular Pathway Facilitates CSF Flow Through the Brain Parenchyma and the Clearance of Interstitial Solutes, Including Amyloid β. Science Translational Medicine, 2012; DOI: 10.1126/scitranslmed.3003748.

Pubblicato in ScienceDaily il 15 Agosto 2012 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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