Od złożoności sieci neuronowych po podstawowe funkcje i struktury biologiczne, ludzki mózg tylko niechętnie ujawnia swoje tajemnice. Postępy w neuroobrazowaniu i biologii molekularnej dopiero niedawno umożliwiły naukowcom badanie żywego mózgu na poziomie szczegółów wcześniej nieosiągalnych, odblokowując wiele jego tajemnic. Najnowsze odkrycie, opisane dziś w czasopiśmie Science, to nieznany wcześniej element anatomii mózgu, który działa zarówno jako bariera ochronna, jak i platforma, z której komórki odpornościowe monitorują mózg pod kątem infekcji i stanów zapalnych.
Nowe badanie pochodzi z laboratoriów Maiken Nedergaard, współdyrektor Center for Translational Neuromedicine na University of Rochester i University of Copenhagen oraz Kjeld Møllgård, M.D., profesor neuroanatomii na University of Copenhagen. Nedergaard i jej współpracownicy zmienili nasze rozumienie podstawowych mechanizmów ludzkiego mózgu i dokonali znaczących odkryć w dziedzinie neuronauki, w tym szczegółowo opisali wiele krytycznych funkcji wcześniej pomijanych komórek w mózgu zwanych gliami oraz unikalny proces usuwania odpadów z mózgu, który laboratorium nazwało układem limfatycznym.
„Odkrycie nowej struktury anatomicznej, która segreguje i pomaga kontrolować przepływ płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF) w mózgu i wokół niego, zapewnia nam teraz znacznie większe uznanie dla wyrafinowanej roli, jaką CSF odgrywa nie tylko w transporcie i usuwaniu odpadów z mózgu, ale także we wspieraniu jego obrony immunologicznej” – powiedział Nedergaard.
Badanie skupia się na membranach, które otaczają mózg, które tworzą barierę od reszty ciała i utrzymują go skąpanego w CSF. Tradycyjne rozumienie tego, co jest zbiorczo nazywane warstwą oponową, barierą składającą się z poszczególnych warstw znanych jako dura, arachnoid i pia matter.
Nowa warstwa odkryta przez zespół badawczy z USA i Danii dodatkowo dzieli przestrzeń poniżej warstwy pajęczynówki, przestrzeń podpajęczynówkową, na dwa przedziały, oddzielone nowo opisaną warstwą, którą badacze nazywają SLYM, skrót od Subarachnoidal LYmphatic-like Membrane. Podczas gdy znaczna część badań zawartych w pracy opisuje funkcję SLYM u myszy, donoszą one również o jego rzeczywistej obecności również w dorosłym ludzkim mózgu.
SLYM jest rodzajem błony zwanej mezotelium, o której wiadomo, że wyściela inne narządy w organizmie, w tym płuca i serce. Mezotelium zazwyczaj otacza i chroni organy, a także jest siedliskiem komórek odpornościowych. Pomysł, że podobna błona może istnieć w centralnym układzie nerwowym, został po raz pierwszy postawiony przez Møllgårda, pierwszego autora badania. Jego badania koncentrują się na neurobiologii rozwojowej oraz na systemach barier chroniących mózg.
Nowa błona jest bardzo cienka i delikatna, składa się z zaledwie jednej lub kilku komórek o grubości. Jednak SLYM jest szczelną barierą i pozwala tylko bardzo małym cząsteczkom na tranzyt; wydaje się oddzielać „czysty” i „brudny” CSF. Ta ostatnia obserwacja wskazuje na prawdopodobną rolę SLYM w układzie limfatycznym, który wymaga kontrolowanego przepływu i wymiany płynu mózgowo-rdzeniowego, umożliwiając napływ świeżego płynu mózgowo-rdzeniowego, a jednocześnie wypłukując toksyczne białka związane z chorobą Alzheimera i innymi chorobami neurologicznymi z centralnego układu nerwowego. Odkrycie to pomoże naukowcom dokładniej zrozumieć mechanikę układu limfatycznego, który był przedmiotem niedawnego grantu w wysokości 13 milionów dolarów z inicjatywy BRAIN Narodowego Instytutu Zdrowia dla Centrum Neuromedycyny Przekładu na Uniwersytecie w Rochester.
SLYM wydaje się również ważny dla mechanizmów obronnych mózgu. Centralny układ nerwowy utrzymuje swoją własną natywną populację komórek odpornościowych, a integralność membrany zapobiega wchodzeniu zewnętrznych komórek odpornościowych. Dodatkowo, SLYM wydaje się gościć własną populację komórek odpornościowych centralnego układu nerwowego, które używają SLYM do nadzoru na powierzchni mózgu, pozwalając im skanować przechodzący CSF w poszukiwaniu oznak infekcji.
Odkrycie SLYM otwiera drzwi do dalszych badań nad jego rolą w chorobach mózgu. Na przykład, badacze zauważają, że większe i bardziej zróżnicowane koncentracje komórek odpornościowych gromadzą się na błonie podczas zapalenia i starzenia się. Kiedy membrana została rozerwana podczas urazu mózgu, wynikające z tego zaburzenia w przepływie CSF upośledziły układ limfatyczny i pozwoliły komórkom odpornościowym spoza centralnego układu nerwowego dostać się do mózgu.
Te i podobne obserwacje sugerują, że choroby tak różne jak stwardnienie rozsiane, infekcje ośrodkowego układu nerwowego i choroba Alzheimera mogą być wywoływane lub pogarszane przez nieprawidłowości w funkcji SLYM. Sugerują one również, że dostarczanie leków i terapii genowych do mózgu może być uzależnione od funkcji SLYM, co będzie musiało być brane pod uwagę przy opracowywaniu nowych generacji terapii biologicznych.
Dodatkowymi współautorami są Felix Beinlich, Peter Kusk, Leo Miyakoshi, Christine Delle, Virginia Pla, Natalie Hauglund, Tina Esmail, Martin Rasmussen, Ryszard Gomółka i Yuki Mori z Center for Translational Neuromedicine na Uniwersytecie w Kopenhadze. Badanie zostało wsparte finansowo przez Fundację Lundbeck, Fundację Novo Nordisk, National Institute of Neurological Disorders and Stroke, U.S. Army Research Office, Human Frontier Science Program, Dr. Miriam and Sheldon G. Adelson Medical Research Foundation oraz Simons Foundation.
