Нет

Oct 27, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 12339 (2023) Цитировать эту статью

624 доступа

11 Альтметрика

Подробности о метриках

Транспорт интерстициальной жидкости и растворенных веществ играет решающую роль в выведении метаболических отходов из мозга. Было показано, что транскраниальное применение фокусированного ультразвука (ФУЗ) способствует локализованному поступлению растворенных веществ спинномозговой жидкости в паренхиму головного мозга; однако его влияние на транспорт и клиренс интерстициальных растворенных веществ остается неизвестным. Мы демонстрируем, что импульсное применение низкоинтенсивного ФУЗ к мозгу крыс усиливает транспорт интракортикально введенных флуоресцентных индикаторов (овальбумин и высокомолекулярный декстран), обеспечивая большее объемное распределение индикаторов в паренхиме по сравнению с необработанной ультразвуком контрольной группой (овальбумин на 40,1% и декстрана на 34,6%). Кроме того, ФУЗ способствовал дренированию введенного интерстициального овальбумина как в поверхностные, так и в глубокие шейные лимфатические узлы (КЛН), ипсилатеральные к ультразвуковой обработке, причем в поверхностных КЛН наблюдался более высокий дренаж на 78,3% по сравнению с необработанным ультразвуком полушарием. Применение FUS увеличило уровень транспорта растворенных веществ, видимый с дорсальной поверхности мозга, с большей площадью на ~ 43% и интенсивностью флуоресценции на ~ 19% выше, чем у группы, не обработанной ультразвуком, особенно на пиальной поверхности, ипсилатеральной к ультразвуку. Обработка ультразвуком не вызывала возбуждения нейронов на тканевом уровне, измеренного с помощью электроэнцефалограммы, и не изменяла молекулярную массу индикаторов. Эти данные свидетельствуют о том, что нетермический транскраниальный ФУЗ может усиливать адвективный транспорт интерстициальных растворенных веществ и их последующее удаление совершенно неинвазивным способом, что предполагает его потенциальную нефармакологическую полезность в облегчении выведения отходов из мозга.

Лимфатическая система играет важную роль в транспортировке/удалении побочных продуктов метаболизма и отходов из организма, которые собираются сетью лимфатических сосудов, широко распределенных по органам. Однако в центральной нервной системе (ЦНС) отсутствуют специализированные лимфатические сосуды внутри паренхимы нейронов, в то время как относительно высокая скорость метаболизма нейрональных клеток и их высокая восприимчивость к изменениям во внеклеточной среде требуют эффективного удаления отходов для нормального функционирования. Исследования сообщили о связи между нарушением клиренса отходов мозга с деменцией и болезнью Альцгеймера (БА)1,2, а также со старением3,4. На этой основе механизмы лимфатической функции ЦНС вызвали значительный исследовательский интерес.

Головной и спинной мозг погружены в спинномозговую жидкость (СМЖ), которая в основном вырабатывается сосудистым сплетением, выстилающим желудочки головного мозга5. Пространство между нейрональными клетками, включая внеклеточный матрикс (т.е. интерстициальное пространство), содержит интерстициальную жидкость (ISF), которая по составу аналогична CSF6. Взаимный обмен жидкостью/растворенными веществами между ISF и спинномозговой жидкостью, которые отделены от кровотока гематоэнцефалическим барьером (ГЭБ) и барьером гематоэнцефалический барьер (B-CSF), важен для выведения отходов и побочных продуктов метаболизма из мозга. , опосредованный несколькими механизмами, включая диффузию, транспорт ионных каналов и транспорт, управляемый гидростатическим / осмотическим давлением7,8,9. Что касается механизмов, которые перемещают интерстициальные растворенные вещества через плотный нейропиль, то транспорт воды, опосредованный каналами астроцитарного аквапорина-4 (AQP4) (известный как «глимфатический» транспорт)7,10 и диффузия растворенных веществ внутри ISF11,12 были идентифицированы как основные способствующие факторы. Было также обнаружено, что физиологические факторы, такие как сон и физическая активность, модулируют степень транспорта; например, было показано, что сон на стадии медленных волн увеличивает интерстициальное пространство13, в то время как произвольное бегание колеса увеличивает лимфатический транспорт у мышей14.

Помимо вклада AQP4-опосредованного транспорта воды и пассивной диффузии растворенных веществ, конвективный объемный поток спинномозговой жидкости вдоль периваскулярного пространства (PVS) является еще одним важным транспортным элементом, способствующим удалению растворенных веществ из мозга. PVS выстилает сосуды головного мозга сложной сетью и служит важным каналом для транспорта спинномозговой жидкости, при этом градиенты давления, создаваемые артериальной пульсацией (также называемые «периваскулярной накачкой»15,16), генерируют конвективный поток спинномозговой жидкости и сопутствующее адвективное движение растворенных веществ. это также облегчает перемещение растворенных веществ в интерстициальной ткани/СМЖ независимо от AQP411,17,18. Недавно исследование двухфотонной визуализации in vivo выявило поразительные визуальные доказательства адвективного движения экзогенных частиц через ПВС, прилегающий к пиальным артериям у мышей19. Хотя точные пути все еще находятся под интенсивным исследованием, на данный момент известно, что растворенные вещества/отходы выходят из мозга несколькими путями, такими как арахноидальные грануляции (выходящие в менингеальные венозные синусы), слизистая оболочка носа или менингеальные лимфатические сосуды (выходящие в шейный отдел). лимфатические узлы)6,9.