Gesunde Blutgefäße sind nicht nur für die Gesundheit des Herzens wichtig.
Das Wohlbefinden der Gefäße ist entscheidend für die Gesundheit des Gehirns und möglicherweise für die Bekämpfung des altersbedingten kognitiven Abbaus und neurodegenerativer Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit, so eine neue Studie unter Leitung von Forschern der Penn State.
Die Ergebnisse weisen auf eine bisher wenig untersuchte, aber möglicherweise entscheidende Rolle hin, die das vaskuläre Netzwerk des Gehirns – oder die Energieinfrastruktur – beim Ausbruch neurodegenerativer Erkrankungen spielt.
Sie veröffentlichten ihre Arbeit in Nature Communications.
Mithilfe fortschrittlicher Bildgebungsverfahren erstellte das Team Karten der Gehirne von Mäusen, die zeigen, wie sich Gefäßzellen und Strukturen wie Blutgefäße mit dem Alter verändern, und identifizierte Bereiche, die anfällig für eine Verschlechterung sind.
Wenn sich die Blutgefäße verschlechtern, wird den Nervenzellen im Gehirn, den so genannten Neuronen, Energie entzogen, so dass sie nicht mehr richtig funktionieren oder absterben.
Dies kann zu einer sogenannten vaskulären Demenz, der zweithäufigsten Ursache für kognitive Beeinträchtigungen bei älteren Erwachsenen, und zu Symptomen wie Schlafstörungen führen.

Detaillierte Karte des vaskulären Netzwerks im Gehirn hilft bei der Identifizierung der Bereiche, die im Alter selektiv degenerieren

„Bei etwas wie der Alzheimer-Krankheit ist der Zelltod bereits eingetreten, wenn man auf dem MRT Gefäßveränderungen und eine erhebliche Schrumpfung des Gehirns sehen kann.
Wir müssen verstehen, wie sich diese Zellen und Strukturen verändern, bevor es zu einer größeren Katastrophe kommt“, sagte Yongsoo Kim, außerordentlicher Professor für Neural- und Verhaltenswissenschaften am Penn State College of Medicine und Hauptautor der Studie.
Diese Studie liefert frühe Anzeichen für neurodegenerative Störungen, die zu einer früheren Diagnose und zu Hinweisen darauf führen könnten, wie man den Alterungsprozess und die kognitiven Veränderungen verlangsamen kann.
Kim zufolge ist das Altern einer der wichtigsten Faktoren, die bei neurodegenerativen Störungen eine Rolle spielen.
Die Forscher wissen jedoch nicht genau, wie der normale Alterungsprozess das Gehirn und insbesondere die Gefäße des Gehirns verändert. Da die Bevölkerung immer älter wird, ist es von entscheidender Bedeutung, diese Veränderungen zu verstehen, insbesondere im Netzwerk der Blutgefäße.
Blutgefäße, insbesondere Mikrogefäße, regulieren die Zufuhr von Sauerstoff und Energie sowie den Abtransport von Abfallprodukten zu und von den Neuronen.
Trotz ihrer Bedeutung, so Kim, konzentrieren sich die meisten Forschungen darauf, wie die Struktur und Funktion der Neuronen im Laufe der Zeit degenerieren, und nicht auf die Blutgefäße.
Wenn sich Forscher mit dem Gefäßsystem des Gehirns befassen, untersuchen sie in erster Linie größere Blutgefäße oder konzentrieren sich auf einen einzigen, leicht zugänglichen Bereich des Gehirns, den somatosensorischen Kortex.
Noch wichtiger ist, dass typische bildgebende Verfahren wie die MRT nicht hoch genug aufgelöst sind, um zu sehen, was in den winzigen Blutgefäßen vor sich geht, die laut Experten 80 bis 85% des Gefäßsystems des Gehirns ausmachen.
Kim und sein Forschungsteam erstellten eine detaillierte Karte des Gefäßnetzes des gesamten Mäusegehirns mit Hilfe von zwei hochauflösenden 3D-Kartierungstechniken: serielle Zwei-Photonen-Tomographie – eine Technik, die eine Reihe von gestapelten 2D-Bildern erzeugt – und Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie, die intakte 3D-Proben abbildet, um das gesamte Gehirn in Einzelzellauflösung zu visualisieren.
Die Wissenschaftler untersuchten die Gehirne von jungen und alten Mäusen, um die Veränderungen im Gefäßsystem des Gehirns während des normalen Alterungsprozesses zu kartieren.
Da sie eine hochauflösende Kartierung mit ausreichender Auflösung durchführen, können die Forscher die gesamte Gefäßstruktur rekonstruieren und das gesamte Gehirn scannen, um die Bereiche zu identifizieren, die mit dem Alter selektiv degenerieren.
Die Experten fanden heraus, dass der Bereich, den die meisten Menschen untersuchen, die geringsten Veränderungen aufweist, während tiefgreifende Veränderungen in Bereichen tief im Gehirn stattfinden.
Die Bilder zeigten, dass die Veränderungen im Gefäßnetz nicht überall im Gehirn gleich stark ausgeprägt sind.
Sie konzentrierten sich vielmehr auf das basale Vorderhirn, die tiefen kortikalen Schichten und das Hippocampus-Netzwerk, was darauf hindeutet, dass diese Bereiche anfälliger für vaskuläre Degeneration sind.
Diese Regionen spielen unter anderem eine Rolle bei Aufmerksamkeit, Schlaf, Gedächtnisverarbeitung und -speicherung.

Hoffnung auf zukünftige Behandlungen für neurodegenerative Erkrankungen

Mit zunehmendem Alter des Gehirns nehmen die Gefäßlänge und die Verzweigungsdichte um etwa 10 % ab, was darauf hindeutet, dass das Blutverteilungsnetz spärlicher ist.
Außerdem sind die Arterien in älteren Gehirnen im Vergleich zu denen in jüngeren Gehirnen stärker gekrümmt, was den Blutfluss behindern kann, insbesondere in Bereichen, die weiter von den Hauptarterien entfernt sind, wie z.B. die tiefen kortikalen Schichten.
Das Team untersuchte auch die funktionellen Veränderungen in den Gefäßen und stellte fest, dass das System in älteren Gehirnen langsamer reagiert.
Das bedeutet, dass es die Neuronen nicht so schnell und einfach mit Energie versorgen kann, wie die Zellen sie benötigen.
Außerdem kommt es zu einem Verlust von Perizyten, einer Zellart, die die Blutversorgung und die Durchlässigkeit der Blutgefäße reguliert.
Infolgedessen werden die Blutgefäße „undicht“, wodurch die Blut-Hirn-Schranke beeinträchtigt wird.
Diese Studie baut auf früheren Forschungen der Gruppe auf, in denen sie das Gefäßsystem eines jungen Mäusegehirns kartiert haben.
Als nächstes werden sie untersuchen, wie sich die durch die Alzheimer-Krankheit verursachten Veränderungen im Gehirn auf die Gesundheit der Gefäße und die Funktion der Neuronen auswirken.
Letztendlich hoffen sie, dass ihre Arbeit zu Behandlungen für neurodegenerative Erkrankungen führen wird.