Gezonde bloedvaten zijn niet alleen belangrijk voor een gezond hart.
Vasculair welzijn is cruciaal voor de gezondheid van de hersenen en mogelijk voor het tegengaan van leeftijdsgerelateerde cognitieve achteruitgang en neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer, volgens een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van Penn State.
De bevindingen wijzen op een voorheen onderbelichte maar mogelijk cruciale rol die het vasculaire netwerk van de hersenen – of energie-infrastructuur – speelt bij het ontstaan van neurodegeneratieve ziekten.
Ze publiceerden hun werk in Nature Communications.
Met behulp van geavanceerde beeldvormingstechnieken heeft het team kaarten gemaakt van de hersenen van muizen die laten zien hoe vasculaire cellen en structuren zoals bloedvaten veranderen met de leeftijd en gebieden identificeren die gevoelig zijn voor achteruitgang.
Wanneer de bloedvaten verslechteren, krijgen de zenuwcellen in de hersenen, neuronen genaamd, geen energie meer zodat ze niet meer goed functioneren of afsterven.
Dit kan leiden tot een aandoening die bekend staat als vasculaire dementie, de op één na meest voorkomende oorzaak van cognitieve stoornissen bij oudere volwassenen, en symptomen zoals slaapstoornissen.

Gedetailleerde kaart van het vasculaire netwerk in de hersenen helpt om de gebieden te identificeren die selectief degenereren op oudere leeftijd

“Bij zoiets als de ziekte van Alzheimer heeft celdood al plaatsgevonden tegen de tijd dat je vaatveranderingen en aanzienlijke krimp van de hersenen kunt zien op MRI.
We moeten begrijpen hoe deze cellen en structuren veranderen voordat er een grote catastrofe plaatsvindt,” aldus Yongsoo Kim, universitair hoofddocent neurale en gedragswetenschappen aan het Penn State College of Medicine en hoofdauteur van het onderzoek.
Dit onderzoek biedt vroege tekenen van neurodegeneratieve aandoeningen die kunnen leiden tot een eerdere diagnose en aanwijzingen over hoe het verouderingsproces en cognitieve veranderingen kunnen worden vertraagd.
Volgens Kim is veroudering een van de belangrijkste factoren bij neurodegeneratieve aandoeningen.
Onderzoekers weten echter niet precies hoe normale veroudering de hersenen verandert en in het bijzonder de bloedvaten in de hersenen. Naarmate de bevolking ouder wordt, is het cruciaal om deze veranderingen te begrijpen, vooral binnen het netwerk van bloedvaten.
Bloedvaten, met name microvaten, regelen de toevoer van zuurstof en energie en de afvoer van afvalstoffen van en naar neuronen.
Ondanks hun belang, zegt Kim, richt het meeste onderzoek zich op hoe de structuur en functie van neuronen in de loop van de tijd degenereren, in plaats van op de bloedvaten.
Als onderzoekers naar de bloedvaten in de hersenen kijken, bestuderen ze vooral grotere bloedvaten of richten ze zich op één enkel, gemakkelijk toegankelijk deel van de hersenen, de somatosensorische cortex.
Nog belangrijker is dat typische beeldvormingstechnieken zoals MRI niet hoog genoeg zijn om te zien wat er gebeurt in de kleine bloedvaten, die volgens experts 80 tot 85% van het vaatstelsel van de hersenen uitmaken.
Kim en zijn onderzoeksteam maakten een gedetailleerde kaart van het vasculaire netwerk van het hele muizenbrein met behulp van twee 3D-karteringstechnieken met hoge resolutie: seriële twee-foton-tomografie – een techniek die een reeks gestapelde 2D-beelden produceert – en light-sheet fluorescentiemicroscopie, waarbij intacte 3D-monsters in beeld worden gebracht om het hele brein met eencellige resolutie te visualiseren.
De wetenschappers onderzochten de hersenen van jonge en oude muizen om de veranderingen in de bloedvaten van de hersenen tijdens het normale verouderingsproces in kaart te brengen.
Omdat ze kartering met hoge resolutie met voldoende resolutie uitvoeren, kunnen de onderzoekers de volledige vasculaire structuur reconstrueren en de volledige hersenen scannen om de gebieden te identificeren die selectief degenereren met de leeftijd.
De experts ontdekten dat het gebied dat de meeste mensen onderzoeken de minste verandering laat zien, terwijl er diep in de hersenen diepgaande veranderingen plaatsvinden.
De beelden toonden aan dat de veranderingen in het vasculaire netwerk niet overal in de hersenen even uitgesproken zijn.
Ze waren eerder geconcentreerd in de basale voorhersenen, de diepe corticale lagen en het hippocampusnetwerk, wat suggereert dat deze gebieden gevoeliger zijn voor vasculaire degeneratie.
Deze gebieden spelen een rol bij onder andere aandacht, slaap, geheugenverwerking en -opslag.

Hoop op toekomstige behandelingen voor neurodegeneratieve aandoeningen

Naarmate de hersenen ouder worden, nemen de vasculaire lengte en vertakkingsdichtheid met ongeveer 10% af, wat suggereert dat het bloeddistributienetwerk dunner is.
Bovendien zijn de slagaders in oudere hersenen krommer in vergelijking met die in jongere hersenen, wat de bloedstroom kan belemmeren, vooral in gebieden die verder weg liggen van de hoofdslagaders, zoals de diepe corticale lagen.
Het team keek ook naar functionele veranderingen in de vaten en ontdekte dat het systeem langzamer reageert in oudere hersenen.
Dit betekent dat het de neuronen niet zo snel en gemakkelijk van energie kan voorzien als de cellen nodig hebben.
Er is ook een verlies van pericyten, een type cel dat de bloedtoevoer en de doorlaatbaarheid van bloedvaten regelt.
Als gevolg hiervan raken de bloedvaten “lek”, waardoor de bloed-hersenbarrière in gevaar komt.
Dit onderzoek bouwt voort op eerder onderzoek van de groep waarin ze de bloedvaten van jonge muizenhersenen in kaart brachten.
Vervolgens zullen ze onderzoeken hoe de veranderingen in de hersenen als gevolg van de ziekte van Alzheimer de vasculaire gezondheid en de neuronfunctie beïnvloeden.
Uiteindelijk hopen ze dat hun werk zal leiden tot behandelingen voor neurodegeneratieve aandoeningen.