Nuova comprensione dell'accoppiamento neurovascular

Un nuovo studio ha pubblicato nei rapporti della natura del giornale nel febbraio 2020 la scoperta di un meccanismo di controllo nei cervelli del mouse, che permette di regolamentare sensibile il flusso di sangue alle aree differenti del cervello, per fornire abbastanza alle aree più attive.

Il cervello è fra gli più alti consumatori di sangue nel corpo umano. Infatti, un cervello umano adulto richiede circa 20% dell'output di energia del corpo intero. Tuttavia, dipende squisito dal resto dell'organismo per l'energia che ha bisogno di ogni momento perché ha la riserva e memorie zero zero. Quindi, l'apparato cardiovascolare deve assicurare la nutrizione richiesta ogni momento.

Tuttavia, i bisogni del cervello variano ampiamente secondo il livello di radioattività di questo organo. Quindi, l'organismo deve misurare la quantità di sangue che ha bisogno di ad ogni momento - e non appena al cervello complessivo, ma ad ogni parte del cervello in qualsiasi momento.

Ciò è raggiunta da un accoppiamento neurovascular ingegnoso in cui il flusso sanguigno aumenta rapidamente per soddisfare le esigenze di un'area altamente attiva del cervello. In una certa malattia condiziona quale ipertensione, il diabete ed il morbo di Alzheimer, questo trattamento diventa molto meno sensibile.

Le prove della rappresentazione come imaging a risonanza magnetica funzionale (fMRI) dipendono egualmente altamente dal flusso sanguigno di variazione alle varie aree del cervello misurare e localizzare l'attività di cervello.

Arterie nel cervello. Credito di immagine: Laboratorio di Gu/facoltà di medicina di Harvard
Arterie nel cervello. Credito di immagine: Laboratorio di Gu/facoltà di medicina di Harvard

L'importanza dell'accoppiamento neurovascular è così comprensibile. Ciò nonostante, è rimanere un aspetto della ricerca quanto a come il cervello ha comunicato con i vasi sanguigni per determinare così risposta precisa e rapida.

Lo studio corrente ha effettuato una serie di esperimenti per capire come l'accoppiamento neurovascular funziona. Hanno trovato che le arterie del cervello attivamente sono comprese in questo trattamento di regolamentazione del flusso sanguigno in risposta ai livelli di proteina chiamata Mfsd2a. Questa proteina già è stata scoperta per essere una componente vitale del cordone della sicurezza posato dalla barriera ematomeningea.

La più vecchia ricerca dagli stessi ricercatori ha indicato che la proteina di Mfsd2a ha reso alla barriera ematomeningea una forte unità impedendo la formazione di bolle minuscole del lipido chiamate caveolae, che portano i segnali molecolari. Caveolae proviene dai capillari del cervello in mouse.

Tuttavia, egualmente hanno trovato che arterie, che compongono circa 5% delle imbarcazioni del cervello, non hanno espresso questa proteina e di conseguenza, hanno mostrato un gran numero di caveolae. Ciò che trova è stata esplorata nello studio corrente.

Per scoprire che cosa accade nelle aree attive del cervello riguardo a flusso sanguigno, hanno usato lo stimolo delle basette sui mouse sani in tensione che stavano essendo imaged per attività di cervello facendo uso di una microscopia di 2 fotoni.

I risultati

Lo studio ha fatto molto per scoprire i cambiamenti nelle componenti cellulari, sottocellulari e perfino molecolari che facilitano l'accoppiamento neurovascular.

Nella prima prova, lo stimolo delle basette ha provocato l'attività aumentata all'interno delle cellule cerebrali, con le arterie che si allargano ed ha aumentato il flusso sanguigno nell'area corticale sensitiva responsabile di quella sensazione. D'altra parte, quando la prova è stata ripetuta in mouse che geneticamente sono stati modificati per eliminare i caveolae, l'attività neurale è stata ripiegata ma non l'aumento nel flusso sanguigno né nell'allargamento arterioso. Gli scienziati arguiscono che l'accoppiamento neurovascular è stato perso in questi mouse come conseguenza dell'eliminazione della produzione di caveola.

Dopo, il gruppo ha inibito la formazione di caveolae specificamente sopprimendo il rivestimento endoteliale arterioso delle cellule. Hanno fatto questo mediante l'induzione della produzione di Mfsd1a, che è normalmente assente in queste celle, come celebre sopra. Il risultato era ancora l'assenza di caveolae e, di accoppiamento neurovascular debole. Ciò prova quanto importante un ruolo è svolto dai caveolae in questo trattamento.

Ulteriori esperimenti hanno indicato che le celle endoteliali del rivestimento arterioso hanno svolto un ruolo vitale ed insostituibile in questo trattamento. Quando un'area del cervello diventa attiva, le celle di muscolo liscio intorno alle arterie si rilassano, causando la dilatazione arteriosa e più flusso sanguigno a quell'area.  D'altra parte, c'è un altro modo in cui impianti neurovascular dell'accoppiamento indipendente via i caveolae, che trasferisce i segnali rilassarsi dalle cellule nervose alle celle di muscolo liscio.

Il cibo di Brian del ricercatore dice, “per più un secolo, noi ha saputo che questo fenomeno esiste, dove l'attività neurale aumenta rapido il flusso sanguigno in un modo molto locale e temporaneamente preciso. Ma i meccanismi per come il sistema nervoso parla con sistema vascolare per coordinare questo evento erano in gran parte sconosciuti e erano sorprendenti trovare quel gioco endoteliale arterioso delle cellule così ruolo attivo nel trattamento.„

Un'altra individuazione importante era il fatto che la funzione dei caveolae non è una variabile della segnalazione dell'ossido di azoto, che è un determinante essenziale della dilatazione del vaso sanguigno. La nitroglicerina ben nota dei farmaci, usata per infarto congestivo e il sildenafil, per disfunzione erettile, entrambe funzionano via questa via.

Per provare se questo era il caso con i caveolae, il gruppo ha soppresso sia la formazione di caveolae che la via dell'ossido di azoto. Il risultato era una mancanza completa di accoppiamento neurovascular. Ciò significa che entrambi questi sistemi sono trattamenti robusti ma indipendenti nel regolamento del flusso sanguigno come conseguenza di attività del nervo.

Tuttavia, dove la produzione di caveolae in arterie regolamenta i cambiamenti sensibili e più piccoli in flusso sanguigno, l'acido nitrico può essere responsabile degli spostamenti più su grande scala. Così il sistema è non solo capace grossolanamente di modulazione del flusso sanguigno ma di fabbricazione degli aggiustamenti di precisione che sono caratteristici di questo trattamento regolatore.

Il gruppo ora sta analizzando i tipi di molecole di segnalazione all'interno dei caveolae per scoprire il suo lavoro dettagliato. Il più che conoscono a questo proposito, migliori possono potere costruire i nuovi esperimenti per scoprire il suo ruolo nella salubrità e nella malattia.

Come conseguenza di questi risultati, dice il ricercatore Chenghua Gu, scienziati inscatolano ora “dividono questo trattamento e determinano, per esempio, se i danni neurovascular dell'accoppiamento che vediamo nelle malattie come Alzheimer è il risultato di patologia o la causa.„

Spiegando questa istruzione, Gu dice, “abbiamo stabilito un insieme molto potente degli strumenti genetici che permettono che noi non solo identifichiamo ma manipoliamo i meccanismi molecolari al centro dell'accoppiamento neurovascular. Per esempio, anche se l'offerta di sangue locale aumentata è alterata, il cervello ancora ha il flusso sanguigno ed ossigeno. Che cosa è l'impatto di questo sui neuroni? Come questo cervello di influenza funziona? E contribuisce ai termini come demenza neurovascular? Siamo ora nella posizione per eseguire la scienza rigorosa che potrebbe permettere che noi rispondiamo alle domande come questi.„

Journal reference:

Chow, B.W., Nuñez, V., Kaplan, L. et al. Caveolae in CNS arterioles mediate neurovascular coupling. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2026-1

Dr. Liji Thomas

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Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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