Ricerche

La scoperta ha implicazioni per le risposte del sistema immunitario neurale e l'invecchiamento.

In uno studio recente sul sistema di drenaggio dei rifiuti del cervello, ricercatori della Washington University di St. Louis, in collaborazione con colleghi del National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS), hanno scoperto una connessione diretta tra il cervello e la sua robusta copertura protettiva, la dura mater.

Questi collegamenti possono consentire al liquido di scarto di lasciare il cervello, ma espongono anche il cervello alle cellule immunitarie e altri segnali provenienti dalla dura. Ciò contrasta con le conoscenze precedenti che suggeriscono che il cervello è tagliato fuori da ciò che lo circonda da una serie di barriere protettive, proteggendolo da sostanze chimiche pericolose e tossine in agguato nell'ambiente.

"Il fluido dei rifiuti si sposta dal cervello al corpo in modo molto simile al modo in cui le acque reflue lasciano la nostra casa", ha dichiarato Daniel S. Reich MD/PhD del NINDS. "In questo studio, ci siamo chiesti cosa succede una volta che i 'tubi di drenaggio' lasciano la 'casa' - in questo caso, il cervello - e si collegano al sistema fognario della città all'interno del corpo".

Il laboratorio di Jonathan Kipnis PhD, professore della Washington University di St. Louis, che ha collaborato con il gruppo di Reich, ha usato la risonanza magnetica ad alta risoluzione (MRI) per osservare la connessione tra il cervello e i sistemi linfatici del corpo nell'uomo. Allo stesso tempo usava in modo indipendente cellule vive e altre tecniche microscopiche di scansione cerebrale per studiare questi sistemi nei topi.

I ricercatori hanno scansionato con la MRI il cervello di un gruppo di volontari sani che avevano ricevuto iniezioni di gadobutrol, una tintura magnetica usata per visualizzare le rotture della barriera emato-encefalica o altri tipi di danni ai vasi sanguigni. Sappiamo che la barriera aracnoide è attraversata da grandi vene che portano il sangue lontano dal cervello, e queste sono state chiaramente osservate sulle scansioni MRI.

Man mano che la scansione procedeva, un anello di colorante appariva attorno a quelle grandi vene, diffondendosi lentamente nel tempo, e suggerendo che il fluido poteva farsi strada nello spazio attorno a quelle grandi vene nel punto dove attraversano la barriera aracnoide, nel percorso verso la dura.

Il laboratorio di Kipnis stava facendo osservazioni simili nei topi. Il suo gruppo ha iniettato molecole a emissione di luce nei topi. Come con gli esperimenti della MRI, si è visto che il fluido contenente queste molecole a emissione di luce scivolava attraverso la barriera aracnoidea dove passavano i vasi sanguigni.

Insieme, i due laboratori hanno trovato un 'bracciale' di cellule che circonda i vasi sanguigni mentre attraversano lo spazio aracnoideo. Queste aree, che hanno chiamato punti di 'uscita del bracciale aracnoideo' (ACE, arachnoid cuff exit), sembrano fungere da aree in cui fluidi, molecole e persino alcune cellule possono passare dal cervello alla dura e viceversa, senza permettere la miscelazione completa dei due fluidi.

In alcuni disturbi come nell'Alzheimer, la pulizia compromessa dei rifiuti può provocare l'accumulo di proteine che causano la malattia. Continuando l'analogia della fognatura, Kipnis ha spiegato la possibile connessione ai punti ACE:

"Se il lavandino è intasato, puoi rimuovere l'acqua dal lavandino o riparare il rubinetto, ma alla fine è necessario riparare lo scarico", ha detto. “Nel cervello, le ostruzioni nei punti ACE possono impedire che i rifiuti se ne vadano. Se riuscissimo a trovare un modo per pulire queste ostruzioni, potremmo proteggere il cervello".

Un'implicazione dei punti ACE è che sono aree in cui il sistema immunitario può essere esposto e reagire ai cambiamenti che si verificano nel cervello. Quando i topi nel laboratorio del dott. Kipnis sono stati indotti ad avere un disturbo per cui il sistema immunitario attacca la mielina del cervello e del midollo spinale, si potevano osservare cellule immunitarie attorno ai punti ACE e persino tra la parete dei vasi sanguigni e le cellule del bracciale; ciò ha portato nel tempo a una rottura del punto ACE stesso.

Quando è stata bloccata la capacità delle cellule immunitarie di interagire direttamente con i punti ACE, la gravità dell'infezione si è ridotta.

"Il sistema immunitario usa molecole per comunicare, che attraversano il cervello nella dura mater", ha detto Kipnis. "Questo passaggio deve essere strettamente regolato, altrimenti possono verificarsi effetti dannosi sulla funzione cerebrale".

Reich e il suo team hanno osservato anche un'interessante connessione tra l'età dei partecipanti e la perdita dei punti ACE: nei partecipanti più anziani, fuoriusciva più colorante nel fluido circostante e nello spazio attorno ai vasi sanguigni.

"Ciò potrebbe indicare una lenta rottura dei punti ACE nel corso dell'invecchiamento", ha detto Reich, "e questo potrebbe essere consequenziale in quanto il cervello e il sistema immunitario possono ora interagire in modi che non dovrebbero".

La connessione con l'invecchiamento e la rottura di una barriera che separa il cervello dal sistema immunitario, corrispondono a ciò che è stato osservato nei topi invecchiati e nei disturbi autoimmuni come la sclerosi multipla.

Questo nuovo legame tra il cervello e il sistema immunitario potrebbe anche aiutare a spiegare perché il nostro rischio di sviluppare malattie neurodegenerative aumenta man mano che invecchiamo, ma sono necessarie ulteriori ricerche per confermare questa connessione.