Le aree del cervello vulnerabili ai disturbi neurodegenerativi, come l'Alzheimer, tendono ad avere reti vascolari, che forniscono al cervello l'energia attraverso il sangue, meno dense di altre aree del cervello, secondo i ricercatori della Pennsylvania State University che hanno sviluppato nuove mappe che mostrano come le cellule e le strutture vascolari differiscono in varie regioni del cervello dei topi, uno strumento che potrebbe mostrare come l'apporto vascolare si collega alle malattie neurologiche.
Scansioni avanzate hanno visualizzato le reti vascolari all'interno del cervello di topi adulti.
La salute del cervello si basa su un approvvigionamento energetico efficiente e sulla rimozione dei rifiuti attraverso il sangue fornito dal sistema vascolare del corpo, che include vene e arterie. Nonostante sia solo il 2% del peso corporeo, il cervello consuma circa il 20% dell'energia corporea.
La disfunzione della vascolarizzazione è stata implicata in molti disturbi neurodegenerativi. Tuttavia, gli scienziati hanno una conoscenza limitata di come la rete vascolare, che include piccoli microvasi, è organizzata in diverse aree cerebrali e sulla relazione tra vascolarizzazione e tipi di cellule cerebrali chiave, come i neuroni.
Il team di ricerca, guidato in parte da Yongsoo Kim, professore associato di scienze neurali e comportamentali della Penn State, ha scoperto che le aree del cervello che elaborano le informazioni motorie e sensoriali hanno un grado elevato di vascolarizzazione. Hanno anche scoperto che le aree di associazione del cervello, in cui sono sintetizzate e elaborate diverse informazioni, tendono ad avere un grado inferiore di vascolarizzazione.
"La perdita o il blocco dei vasi cerebrali, che avviene con l'età delle persone, può ridurre ulteriormente l'approvvigionamento energetico nelle regioni che hanno una rete vascolare meno robusta al basale", ha affermato Kim. "Di conseguenza, i neuroni nelle aree di associazione sono soggetti a morte cellulare accelerata, che è stata legata al declino cognitivo".
Secondo i ricercatori, gli studi per mitigare il declino cognitivo si sono concentrati storicamente sui neuroni per prevenirne la perdita, mentre è stata data una minore attenzione alla comprensione di come l'ambiente cerebrale, vale a dire l'approvvigionamento energetico, contribuisce ai processi neurodegenerativi.
Essi ipotizzano che la perdita neuronale nell'invecchiamento può essere il risultato di una infrastruttura disfunzionale dell'energia nel cervello. Kim ha affermato che studiare la rete vascolare del cervello è impegnativo a causa delle piccole dimensioni dei vasi capillari e delle cellule che compongono la vascolarizzazione e le sue complesse connessioni: "È come capire ogni singolo filo della rete di ragno e le sue connessioni in tre dimensioni", ha detto Kim.
Per capire come è organizzata la rete vascolare e capire la sua relazione con diversi tipi di cellule neuronali nel cervello dei mammiferi, il team ha usato metodi di mappatura tridimensionale ad alta risoluzione per esaminare la struttura completa della vascolarizzazione, dei periciti (le cellule che controllano l'afflusso del sangue e la permeabilità vascolare) e di tipi cruciali di cellule neuronali nel cervello del topo adulto.
"Il nostro approccio è generare una mappa completa simile a una mappa Google per vedere strutture cellulari dettagliate nel contesto dell'intero cervello di topo".
Con algoritmi complessi e la tomografia seriale a due fotoni (una tecnica che visualizza la sezione trasversale di un organismo con risoluzione a cellula singola), Kim e colleghi hanno generato mappe della vascolarizzazione in un cervello intero di topo. Hanno anche marcato geneticamente diversi tipi di cellule cerebrali per confrontare la densità e la posizione spaziale della vascolarizzazione in varie regioni e hanno pubblicato da poco il loro studio su Cell Reports.
Data la loro scoperta, secondo cui le aree vulnerabili alle malattie neurodegenerative tendono ad avere reti vascolari meno dense, Kim e i suoi colleghi stanno confrontando i cambiamenti della rete vascolare cerebrale tra topi con invecchiamento normale e quelli portatori dei fattori di rischio di Alzheimer. Sperano di raccogliere prove a sostegno della loro ipotesi, che i cambiamenti nella vascolarizzazione cerebrale possono determinare la disfunzione neuronale legata al declino cognitivo. A lungo termine, la loro ricerca potrebbe fornire indizi e obiettivi terapeutici per prevenire il danno cerebrale legato all'età.
"Comprendere come l'equilibrio energetico e il suo malfunzionamento possono portare a disturbi cerebrali potrebbe aiutare a prevenire la neurodegenerazione legata all'età", ha affermato Kim. "Il nostro studio fornisce una base essenziale per esaminare la relazione tra reti vascolari e tipi di cellule neuronali e come i cambiamenti in questi sistemi possono contribuire a diversi disturbi cerebrali".
Riferimenti: Yuan-ting Wu, ...[+8], Yongsoo Kim. Quantitative relationship between cerebrovascular network and neuronal cell types in mice. Cell Reports, 21 Jun 2022, DOI
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