Come il cervello elimina i propri scarti

Una nuova tecnica non invasiva fornisce una visione quasi in tempo reale dei vasi di eliminazione degli scarti del cervello umano.

Un team di ricerca congiunto presso la Medical University of South Carolina (MUSC) e l'University of Florida descrive, in un articolo pubblicato su Nature Communications, (1) la prima visualizzazione non invasiva e quasi in tempo reale del sistema di eliminazione dei rifiuti del cervello umano. Il cervello è densamente organizzato a visualizzare le strutture dedicate alla rimozione dei propri scarti, note anche come strutture linfatiche. Tuttavia, non era chiaro come avvenivano queste dinamiche.

«Questo è il primo rapporto che mostra l'architettura completa del sistema linfatico del cervello umano negli esseri umani viventi», ha affermato il dottor Onder Albayram, Ph.D., (2) un assistente professore presso il Dipartimento di Patologia e Medicina di Laboratorio e il Dipartimento di Neuroscienze del MUSC, che ha guidato il gruppo di ricerca ed è autore senior dell'articolo.

Il dottor Albayram era incuriosito dalla possibilità di strutture linfatiche nel cervello. «Il sistema di eliminazione linfatica è in tutto il corpo per diversi organi», ha detto. «Mi sono chiesto semplicemente: Perché non il cervello?»

Una migliore visualizzazione del sistema di eliminazione dei rifiuti del cervello potrebbe migliorare la nostra comprensione di come funziona il cervello sano. Potrebbe anche fornire informazioni su cosa non va nelle malattie neurogenerative come l'Alzheimer e su come il cervello si riprende dalle lesioni cerebrali traumatiche (traumatic brain injuries - TBIs).

Il cervello è la massa metabolicamente più impegnativa del corpo: pesa circa 1350 grammi ma richiede il 20% del consumo totale di ossigeno. Quella richiesta metabolica deriva dalla necessità di smaltire regolarmente i rifiuti. Poiché il sangue che trasporta ossigeno permea i tessuti per fornire nutrienti vitali, raccoglie agenti patogeni, cellule danneggiate e rifiuti. Questo fluido drena quindi nei vasi linfatici per essere filtrato attraverso i linfonodi, che eliminano eventuali prodotti di scarto indesiderati.

«Si credeva da tempo che il cervello mancasse di vasi linfatici. Quel pensiero iniziò a cambiare circa un decennio fa, quando i primi rapporti sugli esperimenti sui roditori accennavano ai vasi linfatici che circondano il cervello, fianco a fianco con i vasi sanguigni. Ma le prove di vasi linfatici nel cervello umano sono rimaste scarse prima di questo studio», ha detto il dottor Mehmet Sait Albayram, MD, professore presso il Dipartimento di Neuroradiologia dell'Università della Florida, che è l'autore principale dell'articolo.

Il dottor Onder Albayram paragona il cervello nel cranio a una mela sospesa all'interno di un barattolo. Rivestire l'interno del “vaso”, o teschio, è uno strato di delicate membrane note come meningi. Un liquido noto come liquido cerebrospinale (CSF) circonda il cervello. Il pensiero convenzionale era che il fluido carico di rifiuti dal cervello defluisse nel liquido cerebrospinale lungo i vasi sanguigni e che fosse trasportato fuori dal cranio e poi drenato nelle vene. La ricerca nell'ultimo decennio ha invece suggerito che il processo è più complesso e ha suggerito l'esistenza di vasi linfatici dedicati alla rimozione degli scarti nel cervello.

Tuttavia, assistere a questi vasi in azione in un cervello umano vivente ha posto dei limiti tecnici. Il principale tra questi è l'uso richiesto del metallo tossico delle terre rare, il gadolinio, un metallo tossico delle terre rare utilizzato come agente di contrasto durante la risonanza magnetica, una tecnica utilizzata per visualizzare e differenziare le strutture nel cervello.

In questo studio, i ricercatori hanno superato questa limitazione e utilizzato la risonanza magnetica per visualizzare i vasi linfatici nelle meningi senza la necessità di un agente di contrasto. Il team ha utilizzato le differenze nel contenuto proteico del cervello per creare un gradiente di contrasto. Le strutture a basso contenuto proteico appaiono scure e quelle ad alto contenuto proteico appaiono chiare, con una risoluzione sufficientemente alta per vedere i dettagli complessi.

La dottoressa Adviye Ergul, MD, Ph.D., (3) professoressa presso il Dipartimento di Patologia e Medicina di Laboratorio del MUSC, che non era l'autrice dello studio, spiega: «La scoperta delle reti linfatiche meningee nei mammiferi nell'ultimo decennio ha aperto un nuovo capitolo nella nostra comprensione della gestione dei rifiuti cellulari nel cervello. Questo nuovo studio fa un ulteriore passo avanti eliminando la necessità di iniettare agenti di contrasto per visualizzare i vasi linfatici. Questo è un risultato importante che rinvigorirà il campo per andare più a fondo nel cervello ed espandere la nostra conoscenza del sistema linfatico cerebrale».

Questo approccio semplice ma innovativo ha consentito ai ricercatori di acquisire immagini nitide dei vasi linfatici, con il loro alto contenuto proteico – circa 50 volte maggiore di quello del liquido cerebrospinale – poiché collegavano aree all'interno del cervello ai linfonodi del collo. Il team di ricerca ha quindi continuato a confrontare le differenze tra i cervelli invecchiati e quelli più giovani, riscontrando una riduzione dell'eliminazione dei rifiuti nei cervelli più anziani.

Utilizzando questa tecnica di risonanza magnetica non invasiva, ricercatori e medici possono ora vedere come sono i vasi linfatici di un cervello sano, ha affermato Onder Albayram, e studiare come cambiano con l'età. Possono anche determinare il loro ruolo nella progressione di malattie neurodegenerative, come l'Alzheimer e la demenza correlata. La tecnica potrebbe anche essere utilizzata per studiare modi per aumentare la produzione linfatica del cervello con l'avanzare dell'età e forse offrire informazioni sul recupero dopo un trauma cranico.

«Immagina di nuovo il cervello nel barattolo, circondato da delicati vasi linfatici», ha detto Onder Albayram. «Cosa succede durante un trauma cranico? I vasi linfatici sono danneggiati e come si riprendono? Questa tecnica ci consentirà di iniziare a rispondere a queste domande».

A proposito della Medical University of South Carolina (MUSC) (4)

Fondato nel 1824 a Charleston, il MUSC ospita la più antica scuola di medicina della Carolina del Sud e l'unico centro accademico integrato di scienze della salute dello stato, con l'incarico unico di servire lo stato attraverso l'istruzione, la ricerca e l'assistenza ai pazienti. Ogni anno, MUSC educa e forma più di 3.000 studenti e quasi 800 residenti in sei college: medicina dentale, studi universitari, professioni sanitarie, medicina, infermieristica e farmacia. Il MUSC ha raccolto oltre 327,6 milioni di dollari in fondi per la ricerca biomedica nell'anno fiscale 2021, continuando a guidare lo stato nell'ottenere finanziamenti federali e nazionali degli Istituti sanitari, con oltre 220 milioni di dollari.

In qualità di sistema sanitario clinico della Medical University of South Carolina, MUSC Health si impegna a fornire l'assistenza ai pazienti della massima qualità e più sicura disponibile, formando generazioni di fornitori di assistenza sanitaria compassionevoli e competenti per servire la popolazione della Carolina del Sud e oltre. L'assistenza ai pazienti viene fornita in 14 ospedali con circa 2.500 posti letto e cinque ulteriori sedi ospedaliere in fase di sviluppo, oltre 300 siti di telemedicina e quasi 750 sedi di assistenza situate nelle regioni di Lowcountry, Midlands, Pee Dee e Upstate regions della Carolina del Sud. Nel 2021, per il settimo anno consecutivo, US News & World Report hanno nominato MUSC Health l'ospedale n. 1 della Carolina del Sud. (5)

MUSC e le sue affiliate hanno budget annuali collettivi di 4,4 miliardi di dollari. Gli oltre 24.000 membri del team MUSC includono docenti di livello mondiale, medici, fornitori di specialità, scienziati e membri del team di assistenza che offrono istruzione, ricerca, tecnologia e assistenza ai pazienti rivoluzionari.

Riferimenti:

(1) Non-invasive MR imaging of human brain lymphatic networks with connections to cervical lymph nodes

(2) Onder Albayram

(3) Adviye Ergul

(4) Medical University of South Carolina (MUSC)

(5) MUSC Organized Health Care Arrangement (OHCA)

Descrizione foto: Magnetic resonance imaging (MRI) che mostra il flusso dorsale del sistema di eliminazione dei rifiuti del cervello. - Credit: Dr. Onder Albayram, Medical University of South Carolina.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: A first glimpse of the human brain’s drains