Il "sistema glinfatico"
Scoperto un sistema di pulizia
del cervello precedentemente sconosciuto: una nuova tecnica di
diagnostica per immagini porta alla luce il "sistema glinfatico"
Un
sistema precedentemente sconosciuto che drena in modo veloce i rifiuti
dal cervello è stato scoperto dai neuroscienziati del Medical Center
dell'Università di Rochester. Le scoperte effettuate sono state
pubblicate online il 15 agosto 2012 sulla rivista Science Translational Medicine.
(Nell'immagine: un'arteria nel cervello di un topo. Il verde mostra il fluido cerebrospinale in un canale lungo l'esterno dell'arteria)
Tale sistema altamente organizzato
agisce come una serie di tubi che, situati sopra i vasi sanguigni del
cervello, come un impianto idraulico ombra, sembrano avere nel cervello
più o meno la stessa funzione svolta dal sistema linfatico nel resto del
corpo, ovvero eliminare i prodotti di scarto.
"L'eliminazione dei rifiuti è
d'importanza fondamentale per qualsiasi organo e ci si chiede da diverso
tempo come il cervello si liberi dei suoi rifiuti", ha detto la
dottoressa Maiken Nedergaard, M.D., D.M.Sc., prima autrice dell'articolo
e co-direttrice del Center of Translational Neuromedicine
dell'Università. "Questo lavoro dimostra che il cervello si ripulisce in
modo più organizzato e su scala molto più vasta di quanto non si fosse
capito in precedenza."
"Speriamo che queste scoperte abbiano
implicazioni su molte patologie che riguardano il cervello, come il
trauma cranico, l'Alzheimer, l'ictus e il Parkinson", ha aggiunto.
Il gruppo di lavoro della dottoressa
Nedergaard ha definito il nuovo sistema "glinfatico", in quanto agisce
in modo simile al sistema linfatico, ma è gestito da cellule cerebrali
note come cellule della glia o gliali. Il team ha fatto queste scoperte
sui topi, il cui cervello è molto simile a quello umano.
Gli scienziati sanno che il fluido
cerebrospinale (FCS) svolge un ruolo importante nel ripulire i tessuti
cerebrali, portando via i prodotti di scarto e trasportando i nutrienti
ai tessuti cerebrali attraverso un processo noto come diffusione. Il
sistema appena scoperto fa circolare il FCS in ogni angolo del cervello
in modo molto più efficace, attraverso il principio che gli scienziati
chiamano flusso di massa o convezione.
"È come se il cervello avesse due
sistemi di smaltimento dei rifiuti: uno lento che già conosciamo ed uno
veloce che abbiamo appena scoperto", sostiene la Nedergaard. "Dato
l'alto tasso di metabolismo del cervello e la sua notevole sensibilità,
non sorprende che i suoi meccanismi di ripulitura dai rifiuti siano più
specializzati e completi di quanto non si fosse finora compreso."
Mentre il sistema scoperto in precedenza
lavora più come un rivolo, filtrando il fluido cerebrospinale (FCS)
attraverso il tessuto cerebrale, il nuovo sistema è sotto pressione e
spinge ogni giorno grossi volumi di FCS attraverso il cervello per
eliminare i rifiuti in modo più energico.
Il sistema glinfatico è come uno strato
di tubature che circondano i vasi sanguigni esistenti nel cervello. Il
team ha scoperto che le cellule gliali, dette astrociti, usano
proiezioni (denominate "piedi terminali") per formare una rete di
condutture intorno al perimetro esterno delle arterie e delle vene che
si trovano nel cervello, in modo simile alle volte create dai rami in un
viale alberato sopra la carreggiata.
Tali piedi terminali sono costituiti da
strutture note come canali d'acqua o acquaporine, che trasportano il FCS
attraverso il cervello. Il team ha scoperto che il FCS viene pompato
nel cervello lungo i canali che circondano le arterie; tale fluido lava
accuratamente il tessuto cerebrale prima di raccogliersi nei canali
intorno alle vene ed essere quindi scaricato fuori dal cervello.
Com'è possibile che gli scienziati non si siano accorti di questo sistema fino ad ora?
Gli scienziati affermano che il sistema
funziona solo se intatto e operativo in un cervello vivente, rendendo
così molto difficile la sua osservazione da parte degli scienziati
precedenti che non hanno potuto visualizzare il FCS scorrere
direttamente in un animale vivo e spesso hanno dovuto studiare sezioni
di tessuto cerebrale già morto. Per studiare il cervello vivente
integro, il team ha usato una tecnologia nota come microscopia a due
fotoni, che permette agli scienziati di osservare il flusso sanguigno,
il FCS ed altre sostanze nel cervello di un animale vivo.
Sebbene alcuni scienziati, venti o
trent'anni fa, avessero ipotizzato che il flusso del FCS nel cervello
fosse più ampio di quanto fino ad allora ritenuto, non erano stati in
grado di provarlo perché all'epoca non esisteva ancora la tecnologia per
osservare tale sistema in un animale vivente.
"È un sistema idraulico", ha detto la
Nedergaard. “Una volta aperto, si rompono le connessioni ed è
impossibile studiarlo. Siamo stati fortunati a disporre oggi della
tecnologia che ci consente di studiare il sistema intatto, di vederlo in
funzione."
Il primo autore Jeffrey Iliff, Ph.D., un
professore assistente di ricerca nel laboratorio della Nedergaard, ha
osservato approfonditamente la beta-amiloide, la proteina che si
accumula nel cervello dei pazienti colpiti da Alzheimer. Egli ha
scoperto che più della metà dell'amiloide rimossa dal cervello di un
topo in condizioni normali viene rimossa attraverso il sistema
glinfatico.
"Capire come il cervello effettui
l'eliminazione dei rifiuti è fondamentale. In ogni organo, lo
smaltimento dei rifiuti è una funzione tanto vitale quanto
l'approvvigionamento dei nutrienti. Nel cervello, ciò risulta essere un
argomento particolarmente interessante perché in quasi tutte le malattie
neurodegenerative, Alzheimer compreso, i rifiuti proteici si accumulano
e finiscono per soffocare ed uccidere la rete neurale del cervello", ha
detto Iliff.
"Se il sistema glinfatico non riesce a
pulire il cervello come dovrebbe, sia a causa dell'invecchiamento, sia
per via di una lesione cerebrale, i rifiuti possono cominciare ad
accumularsi nel cervello. Questo può essere ciò che accade con i
depositi di amiloide nell'Alzheimer" ha detto Iliff. "Aumentare
l'attività del sistema glinfatico potrebbe forse aiutare a prevenire che
i depositi di amiloide si accumulino o potrebbe offrire un nuovo modo
di pulire gli accumuli di materiale nell'Alzheimer conclamato" ha
aggiunto.
Oltre ai dottori Iliff e Nedergaard, tra
gli autori della Rochester si ricordano Minghuan Wang, Yonghong Liao,
Benjamin Plogg, Weiguo Peng, Edward Vates, Rashid Deane e Steven
Goldman. Hanno altresì contribuito Erlend Nagelhus e Georg Gundersen
dell'Università di Oslo e Helene Benveniste dell'Health Science Center
dell'Università di Stony Brook. Questo lavoro è stato finanziato dal
National Institutes of Health (numeri di sovvenzione R01NS078304 e
R01NS078167), dal Dipartimento della Difesa statunitense e dalla
fondazione benefica Harold and Leila Y. Mathers.
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