De sleutel tot het voorkomen van de ziekte van Alzheimer en Parkinson?

De bevindingen kunnen de weg vrijmaken voor innovatieve strategieën voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer en verschillende andere neurologische aandoeningen.

Er is sprake van een paradox in de slaap. De schijnbare rust valt samen met luidruchtige hersenactiviteit. De nacht is stil, maar de hersenen slapen niet. Tijdens de slaap produceren hersencellen uitbarstingen van elektrische impulsen die zich opbouwen tot ritmische golven – een teken van een verhoogde hersencelfunctie.

Maar waarom zijn de hersenen actief als we in rust zijn?

Langzame hersengolven worden geassocieerd met een rustgevende, herstellende slaap. Nu hebben wetenschappers van de Washington University School of Medicine in St. Louis ontdekt dat hersengolven tijdens de slaap helpen afval uit de hersenen te verwijderen. Individuele neuronen coördineren om ritmische golven te produceren die vloeistof door dicht hersenweefsel duwen en daarbij het weefsel wegspoelen.

“Deze neuronen zijn miniatuurpompen. “Gesynchroniseerde neurale activiteit bevordert de vloeistofstroom en de verwijdering van vuil uit de hersenen”, legt eerste auteur Li Feng-jiang Shih, Ph.D., een postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij de afdeling Pathologie en Immunologie uit. “Als we op dit proces zouden kunnen voortbouwen, bestaat de mogelijkheid om neurologische ziekten uit te stellen of zelfs te voorkomen ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson, waarbij overtollig afval – zoals metabolisch afval en ongewenste eiwitten – zich ophoopt in de hersenen en tot neurodegeneratie leidt.

De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift natuur.

Hersencellen en afvalverwijdering

Hersencellen reguleren gedachten, gevoelens en lichaamsbewegingen en vormen dynamische netwerken die essentieel zijn voor geheugenvorming en probleemoplossing. Maar om zulke energieverslindende taken uit te voeren, hebben hersencellen brandstof nodig. Hun consumptie van voedingsstoffen uit de voeding creëert daarbij metabolisch afval.

“Het is belangrijk voor de hersenen om zich te ontdoen van metabolisch afval dat zich kan ophopen en kan bijdragen aan neurodegeneratieve ziekten”, zegt Jonathan Kipnis, Ph.D., de Alan A. en Edith L. Kipnis is de hoofdauteur van dit artikel. “We wisten dat slaap het moment is waarop de hersenen beginnen met het reinigingsproces om afval en gifstoffen te verwijderen die zich ophopen tijdens het waken. Maar we wisten niet hoe dit gebeurt. Deze bevindingen kunnen ons mogelijk wijzen op mogelijke strategieën en behandelingen om de slaap te versnellen. het verwijderen van schadelijk afval en dit verwijderen voordat het ernstige gevolgen heeft.”

Hersenreinigingsmechanisme

Maar het opruimen van het dichte brein is geen gemakkelijke taak. Het dringt het hersenvocht rond de hersenen binnen en baant zich een weg door complexe cellulaire netwerken, waarbij het onderweg giftig afval verzamelt. Bij het verlaten van de hersenen moet de besmette vloeistof door een barrière gaan voordat het in de lymfevaten in de dura mater terechtkomt – de buitenste weefsellaag die de hersenen onder de schedel omhult. Maar wat drijft de beweging van vloeistoffen naar, door en uit de hersenen?

Jiang Xie legde uit dat onderzoekers door het bestuderen van de hersenen van slapende muizen ontdekten dat neuronen de schoonmaakinspanningen aandrijven door op een gecoördineerde manier elektrische signalen af ​​te vuren om ritmische golven in de hersenen te genereren. Ze stelden vast dat dergelijke golven vloeiende bewegingen veroorzaken.

Het onderzoeksteam legde specifieke delen van de hersenen het zwijgen op, zodat neuronen in die gebieden geen ritmische golven zouden produceren. Zonder deze golven kan vers hersenvocht niet door stille hersengebieden stromen en kunnen opgesloten afvalstoffen het hersenweefsel niet verlaten.

Verbeter het hersenreinigingsproces

“Een van de redenen waarom we slapen is om de hersenen schoon te maken,” zei Kipnis. “En als we dit reinigingsproces kunnen verbeteren, wordt het misschien mogelijk om minder te slapen en gezonder te blijven. Niet iedereen heeft baat bij acht uur slaap per nacht, en slaapverlies heeft invloed op de gezondheid. Andere onderzoeken hebben aangetoond dat muizen een genetische aanleg hebben Als je minder slaapt, heb je sterkere hersenen.” Gezond. Zou het kunnen komen doordat ze afval efficiënter uit hun hersenen verwijderen? Kunnen we mensen met slapeloosheid helpen door het reinigende vermogen van hun hersenen te verbeteren, zodat ze minder kunnen slapen?

Hersengolfpatronen veranderen tijdens slaapcycli. Opgemerkt moet worden dat langere hersengolven met een grotere amplitude vloeistoffen sterker verplaatsen. Onderzoekers zijn nu geïnteresseerd in het begrijpen waarom neuronen tijdens de slaap in verschillende ritmes vuren, en welke delen van de hersenen het meest vatbaar zijn voor het ophopen van afval.

“Wij denken dat het proces van het reinigen van de hersenen lijkt op het afwassen”, legt neurobioloog Jiang Shih uit. “Je begint bijvoorbeeld met een grote, langzame, ritmische veegbeweging om oplosbaar afval dat over het bord verspreid ligt op te ruimen. Vervolgens verklein je het bewegingsbereik en verhoog je de snelheid van deze bewegingen om bijzonder plakkerige voedselresten op het bord te verwijderen. Ondanks de variërende amplitude en het ritme van uw handbewegingen, blijft het algemene doel vast: verschillende soorten afval uit de vaat verwijderen. De hersenen kunnen hun reinigingsmethode aanpassen, afhankelijk van het type en de hoeveelheid afval.

Referentie: “Neurale dynamiek begeleidt de perfusie van hersenvocht en de klaring van hersenvocht” door Li-Feng Jiang Shi, Antoine Dreu, Keshni Bhasin, Daniel Quintero, Igor Smirnov en Jonathan Kipnis, 28 februari 2024, natuur.
doi: 10.1038/s41586-024-07108-6

Het onderzoek werd gefinancierd door Nationale gezondheidsinstituten.