Специальные сосудистые клетки чувствуют, когда область мозга нуждается в энергии.

Когда мы пахнем хот-догами, это может вызвать воспоминания о барбекю на заднем дворе или о посещении бейсбольных матчей в детстве. Во время этого процесса области мозга, контролирующие обоняние и долговременную память, быстро запускают импульсы. Чтобы подпитывать эти сигналы от нейронов, активные области мозга нуждаются в кислороде и энергии в виде глюкозы в крови, которая быстро доставляется через кровеносные сосуды.

Исследователи из Медицинской школы Университета Мэриленда обнаружили, что определенный тип клеток, расположенных над мельчайшими кровеносными сосудами мозга, чувствует, когда их области мозга нужна энергия. Когда уровень глюкозы низок, эти клетки сигнализируют о расширении кровеносных сосудов, увеличивая местный кровоток и позволяя большему количеству энергии подпитывать эту часть мозга.

Эти результаты экспериментов на мышах были опубликованы 27 декабря 2022 г. в Отчеты о ячейках.

«Эти колебания кровотока помогают направить энергетические ресурсы мозга на поддержку повседневных функций», — сказал руководитель исследования Томас Лонгден, доктор философии, доцент кафедры физиологии UMSOM. «Пока я говорю сейчас, кровоток в моем мозгу будет перенаправлен на речевые области и моторные (или двигательные) области, которые контролируют мои голосовые связки, чтобы подпитывать эти процессы».

В 2022 году лаборатория доктора Лонгдена показала, что сигналы в форме кальция, сформированные электрическими импульсами через кровеносные сосуды, заставляют определенные мозговые капилляры расслабляться, контролируя кровоток, в статье, опубликованной в Научные достижения. В своем новейшем исследовании его команда продемонстрировала, что особый тип клеток, расположенных вдоль внешней стороны капилляров, известных как перициты, направляет эти электрические импульсы на основе их восприятия местных потребностей в энергии.

Исследователи непосредственно наблюдали за этим процессом в мозгу мышей с помощью передовой микроскопии, а затем вырезали капилляры с прикрепленными к ним перицитами. Затем они измерили электрические сигналы, испускаемые перицитами при корректировке уровня глюкозы. Они обнаружили, что перициты быстро генерировали электрические сигналы, когда уровень сахара был низким, но не когда уровень был высоким.

«Если адекватная энергия не поступает к нейронам от кровеносных сосудов мозга своевременно, может возникнуть несоответствие потребности и предложения энергии. Это заставляет нейроны мозга подвергаться стрессу, который может привести к нарушению белкового обмена, изменениям в работе нейронов и даже, в конечном итоге, к гибели клеток», — сказал соавтор исследования Ашвини Харихаран, доктор философии, научный сотрудник в области физиологии в UMSOM.

Было показано, что этот энергетический сбой в работе кровеносных сосудов головного мозга происходит в процессе старения, при некоторых нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера, и при инсульте».

Марк Т. Гладвин, доктор медицинских наук, декан UMSOM, вице-президент по медицинским вопросам Мэрилендского университета, Балтимор, заслуженный профессор Джона З. и Акико К. Бауэрс

Доктор Лонгден добавил: «Изучая нормальное функционирование этого процесса, исследователи могут получить более глубокое представление о том, что происходит при старении или нейродегенеративных заболеваниях, чтобы они могли разработать более эффективные методы лечения».

Это исследование финансировалось Национальным институтом здоровья при Национальном институте старения и Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (1R01AG066645, 5R01NS115401 и 1DP2NS121347-01), Американской кардиологической ассоциацией и Женским советом округа Колумбия.