Come fa il tuo cervello a portare fuori la spazzatura?
In questo Spotlight, presentiamo il sistema glinfatico: il sistema di eliminazione dei rifiuti dedicato del cervello. Ora implicati in varie condizioni, è giunto il momento di farci conoscenza.
Molti di noi hanno relativamente familiarità con il sistema linfatico; svolge una serie di ruoli, uno dei quali è l'eliminazione dei rifiuti metabolici dagli spazi tra le cellule, denominati spazio interstiziale.
Tuttavia, il sistema nervoso centrale (SNC), che comprende il cervello e il midollo spinale, non ha veri vasi linfatici.
Poiché il sistema nervoso centrale è altamente attivo, i rifiuti metabolici possono accumularsi rapidamente.
Il sistema nervoso centrale è anche molto sensibile alle fluttuazioni nel suo ambiente, quindi il corpo ha bisogno di rimuovere i rifiuti cellulari in qualche modo, ed è qui che entra in gioco il sistema glicinfatico.
Prima della scoperta di questo sistema di smaltimento dei rifiuti basato sul cervello, gli scienziati credevano che ogni singola cellula gestisse i propri detriti metabolici.
Se il sistema cellulare si sovraccaricasse o rallentasse con l'avanzare dell'età, i rifiuti metabolici si accumulerebbero tra le cellule. Questa spazzatura include prodotti come la beta-amiloide, la proteina associata alla malattia di Alzheimer.
Astroglia
Il termine "glicinfatico" è stato coniato da Maiken Nedergaard, un neuroscienziato danese che ha scoperto il sistema. Il nome è un riferimento alle cellule gliali, che sono vitali per questo sistema di eliminazione dei rifiuti.
Le cellule gliali ottengono una copertura relativamente piccola, rispetto ai neuroni, nonostante siano altrettanto numerose nel cervello. Sono stati a lungo considerati poco più che umili cellule di supporto, ma ora sono tenuti in maggiore considerazione.
Glia protegge, nutre e isola i neuroni. Svolgono anche un ruolo nel sistema immunitario e, come ora sappiamo, nel sistema glicinfatico.
In particolare, è importante un tipo di cellula gliale nota come astroglia. I recettori, chiamati canali dell'acquaporina-4, su queste cellule consentono al liquido cerebrospinale (CSF) di spostarsi nel sistema nervoso centrale, creando una corrente che devia il fluido attraverso il sistema.
Il CSF è un fluido trasparente che circonda il sistema nervoso centrale, fornendogli, tra le altre cose, protezione meccanica e immunologica.
Il sistema glinfatico, che corre parallelo alle arterie, imbriglia anche il pulsare del sangue in circolazione per aiutare a mantenere le cose in movimento.
Quando i vasi sanguigni si espandono ritmicamente, guidano lo scambio di composti tra lo spazio interstiziale e il liquido cerebrospinale.
Il sistema glinfatico si collega con il sistema linfatico del resto del corpo alla dura, una spessa membrana di tessuto connettivo che copre il sistema nervoso centrale.
L'importanza del sonno
In seguito alla scoperta di Nedergaard, ha condotto una serie di esperimenti sui topi per sviluppare una migliore comprensione di come funzionava questo sistema e quando era più attivo. In particolare, il team si è concentrato sul sonno e sul morbo di Alzheimer.
Nedergaard e il suo team hanno scoperto che il sistema glicinfatico era più occupato mentre gli animali dormivano. Hanno dimostrato che il volume dello spazio interstiziale è aumentato del 60% mentre i topi dormivano.
Questo aumento di volume ha anche favorito lo scambio di CSF e liquido interstiziale, accelerando la rimozione dell'amiloide. Hanno concluso che:
"La funzione riparatrice del sonno può essere una conseguenza della maggiore rimozione di prodotti di scarto potenzialmente neurotossici che si accumulano nella veglia [SNC]."
Questo primo lavoro ha ispirato un'ondata di nuovi studi, il più recente dei quali è stato pubblicato questo mese. I ricercatori hanno esaminato l'impatto dell'ipertensione sulla funzione del sistema glicinfatico.
Nel tempo, l'ipertensione fa sì che i vasi sanguigni perdano la loro elasticità, diventando sempre più rigidi. Poiché il regolare pulsare delle pareti arteriose guida il sistema glicinfatico, questo irrigidimento ne impedisce la funzione.
Utilizzando un modello murino di ipertensione, gli scienziati hanno dimostrato che l'irrigidimento dell'arteria indotto dalla pressione alta interferiva con il modo in cui funzionava il sistema di smaltimento dei rifiuti; gli ha impedito di sbarazzarsi in modo efficiente di grandi molecole nel cervello, come la beta-amiloide.
Questa scoperta potrebbe aiutare a spiegare perché gli scienziati hanno trovato collegamenti tra pressione sanguigna elevata e declino cognitivo e demenza.
Morbo di Parkinson
La malattia di Parkinson è un'altra condizione caratterizzata dall'accumulo di proteine nel cervello. In questo caso, la proteina è l'alfa-sinucleina.
Ciò ha portato alcuni ricercatori a chiedersi se anche qui il sistema glicinfatico potrebbe essere implicato.
Nella malattia di Parkinson, vi è un'interruzione nelle vie cerebrali della dopamina. Questi percorsi svolgono un ruolo importante nei cicli sonno-veglia e nei ritmi circadiani; pertanto, le persone con Parkinson spesso sperimentano disturbi del sonno.
Una recensione pubblicata in Neuroscienze e revisioni bio-comportamentali propone che i modelli di sonno interrotti potrebbero ostacolare la rimozione glicinfatica dei detriti, compresa l'alfa-sinucleina, aiutandola a accumularsi nel cervello.
Trauma cerebrale
L'encefalopatia traumatica cronica deriva da ripetuti colpi alla testa; era chiamata sindrome da "ubriaco a pugni" perché si manifesta nei pugili.
I sintomi possono includere perdita di memoria, cambiamenti di umore, confusione e declino cognitivo.
Alcuni ricercatori ritengono che le interruzioni del sistema glicinfatico causate da traumi cerebrali possano aumentare il rischio di sviluppare encefalopatia traumatica cronica.
Gli autori della recensione scrivono che, a seguito di una lesione cerebrale traumatica, "Le difficoltà con l'inizio del sonno e il mantenimento sono tra i sintomi più comunemente riportati".
Come abbiamo visto, questo interferisce con la clearance glicinfatica delle proteine dallo spazio interstiziale durante il sonno.
Allo stesso tempo, questi tipi di lesioni possono causare il trasferimento dei canali dell'acquaporina-4 - quegli importanti recettori sull'astroglia che sono vitali per la clearance glicinfatica - in una posizione che ostacola la rimozione delle proteine spazzatura dallo spazio interstiziale.
Gli autori ritengono che l'interruzione di questo sistema potrebbe "fornire un anello nella catena esplicativa che collega ripetitive [lesioni cerebrali traumatiche] con la successiva neurodegenerazione".
Diabete
Oltre a un possibile ruolo nelle condizioni neurologiche, alcuni ricercatori hanno studiato come i disturbi del sistema glicinfatico possono essere coinvolti nei sintomi cognitivi del diabete.
Gli scienziati hanno dimostrato che il diabete può avere un impatto su una serie di funzioni cognitive, sia all'inizio della progressione della malattia che più avanti.
Alcuni ricercatori si chiedono se anche qui possa essere coinvolto il sistema glicinfatico. Uno studio condotto su topi ha utilizzato scansioni MRI per visualizzare il movimento del liquido cerebrospinale nell'ippocampo, una parte del cervello coinvolta nella formazione di nuovi ricordi, tra le altre attività.
Gli scienziati hanno scoperto che nei topi con diabete di tipo 2, la clearance del liquido cerebrospinale "è stata rallentata di un fattore tre". Hanno anche trovato una correlazione tra deficit cognitivi e deterioramento del sistema glicinfatico: se la spazzatura non veniva rimossa, le capacità di pensiero erano ostacolate.
Invecchiamento
Con l'avanzare dell'età, un certo livello di declino cognitivo è quasi inevitabile. Vi è una vasta gamma di fattori coinvolti e alcuni scienziati ritengono che il sistema glicinfatico potrebbe svolgere un ruolo.
Uno studio pubblicato nel 2014 ha studiato l'efficienza dei sistemi glicinfatici dei topi durante l'invecchiamento; gli autori hanno riscontrato un "drastico calo dell'efficienza".
In una revisione del sistema glinfatico e del suo ruolo nella malattia e nell'invecchiamento, gli autori scrivono che una ridotta attività nel sistema con l'avanzare dell'età potrebbe "contribuire all'accumulo di proteine mal ripiegate e iperfosforilate", aumentando il rischio di malattie neurodegenerative e, forse, esacerbare la disfunzione cognitiva.
Sappiamo ancora relativamente poco del sistema glinfatico. Tuttavia, poiché purifica il nostro organo più sensibile e complesso, è probabile che influenzi in una certa misura la nostra salute generale.
Il sistema glicinfatico potrebbe non contenere le risposte a tutte le nostre domande sulle malattie neurodegenerative e oltre, ma potrebbe contenere la chiave per alcune interessanti nuove prospettive.
