Friska blodkärl är inte bara viktigt för hjärthälsan.
Välmående blodkärl är avgörande för hjärnans hälsa och potentiellt för att bekämpa åldersrelaterad kognitiv försämring och neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers sjukdom, enligt en ny studie ledd av Penn State-forskare.
Resultaten pekar på en tidigare underskattad men potentiellt avgörande roll som hjärnans vaskulära nätverk – eller energiinfrastruktur – spelar i uppkomsten av neurodegenerativa sjukdomar.
De publicerade sitt arbete i Nature Communications.
Med hjälp av avancerad avbildningsteknik skapade teamet kartor över hjärnan hos möss som illustrerar hur kärlceller och strukturer som blodkärl förändras med åldern och identifierade områden som är benägna att försämras.
När blodkärlen försämras berövas nervcellerna i hjärnan, de så kallade neuronerna, energi så att de inte längre fungerar som de ska eller dör.
Detta kan leda till ett tillstånd som kallas vaskulär demens, den näst vanligaste orsaken till kognitiv nedsättning hos äldre vuxna, och symtom som sömnstörningar.

Detaljerad karta över kärlnätverket i hjärnan hjälper till att identifiera de områden som selektivt degenererar vid hög ålder

”I ett fall som Alzheimers sjukdom har celldöden redan inträffat när man kan se kärlförändringar och en betydande krympning av hjärnan på magnetröntgen.
Vi måste förstå hur dessa celler och strukturer förändras innan en större katastrof inträffar”, säger Yongsoo Kim, docent i neuro- och beteendevetenskap vid Penn State College of Medicine och huvudförfattare till studien.
Denna studie ger tidiga tecken på neurodegenerativa sjukdomar som kan leda till tidigare diagnos och ledtrådar till hur man kan bromsa åldrandeprocessen och kognitiva förändringar.
Enligt Kim är åldrandet en av de viktigaste faktorerna som är inblandade i neurodegenerativa sjukdomar.
Forskarna vet dock inte exakt hur normalt åldrande förändrar hjärnan och i synnerhet inte hjärnans kärlsystem. I takt med att befolkningen åldras är det viktigt att förstå dessa förändringar, särskilt inom blodkärlsnätverket.
Blodkärlen, särskilt mikrokärlen, reglerar tillförseln av syre och energi samt avlägsnandet av avfallsprodukter till och från nervcellerna.
Trots blodkärlens betydelse, säger Kim, fokuserar den mesta forskningen på hur nervcellernas struktur och funktion degenererar över tid, snarare än på blodkärlen.
När forskare tittar på hjärnans kärlsystem studerar de i första hand större blodkärl eller fokuserar på ett enda, lättillgängligt område i hjärnan, den somatosensoriska hjärnbarken.
Ännu viktigare är att typiska avbildningstekniker som MR inte har tillräckligt hög upplösning för att se vad som händer i de små blodkärlen, som enligt experter utgör 80 till 85% av hjärnans kärlsystem.
Kim och hans forskargrupp skapade en detaljerad karta över kärlnätverket i hela mushjärnan med hjälp av två högupplösta 3D-kartläggningstekniker: seriell tvåfotontomografi – en teknik som producerar en serie staplade 2D-bilder – och fluorescensmikroskopi med ljusark, som avbildar intakta 3D-prover för att visualisera hela hjärnan med encellsupplösning.
Forskarna undersökte hjärnorna hos unga och gamla möss för att kartlägga förändringarna i hjärnans kärlsystem under den normala åldringsprocessen.
Eftersom de utför högupplöst kartläggning med tillräcklig upplösning kan forskarna rekonstruera hela kärlstrukturen och skanna hela hjärnan för att identifiera de områden som selektivt degenererar med åldern.
Experterna fann att det område som de flesta människor undersöker uppvisar minst förändring, medan djupgående förändringar sker i områden djupt inne i hjärnan.
Bilderna visade att förändringarna i kärlnätverket inte är lika uttalade överallt i hjärnan.
Snarare var de koncentrerade till den basala framhjärnan, de djupa kortikala lagren och hippocampusnätverket, vilket tyder på att dessa områden är mer känsliga för vaskulär degeneration.
Dessa områden spelar bland annat en roll för uppmärksamhet, sömn, minnesbearbetning och minneslagring.

Hopp om framtida behandlingar av neurodegenerativa sjukdomar

När hjärnan åldras minskar kärllängden och förgreningsdensiteten med cirka 10%, vilket tyder på att blodfördelningsnätet är glesare.
Dessutom är artärerna i äldre hjärnor mer krökta jämfört med dem i yngre hjärnor, vilket kan hindra blodflödet, särskilt i områden som ligger längre bort från huvudartärerna, t.ex. de djupa kortikala lagren.
Teamet tittade också på funktionella förändringar i kärlen och fann att systemet reagerar långsammare i äldre hjärnor.
Det innebär att det inte kan förse nervcellerna med energi lika snabbt och enkelt som cellerna behöver det.
Det sker också en förlust av pericyter, en typ av celler som reglerar blodtillförseln och blodkärlens genomsläpplighet.
Som en följd av detta blir blodkärlen ”läckande”, vilket äventyrar blod-hjärnbarriären.
Denna studie bygger på gruppens tidigare forskning där de kartlagt kärlsystemet i en ung mushjärna.
Härnäst kommer de att undersöka hur de förändringar i hjärnan som orsakas av Alzheimers sjukdom påverkar kärlhälsan och nervcellernas funktion.
I slutändan hoppas de att deras arbete ska leda till behandlingar för neurodegenerativa sjukdomar.