深入了解大脑的废物清除系统可能会揭示脑部疾病

与身体中的淋巴系统一样，大脑中的淋巴系统清除代谢废物并分配营养物质和其他重要化合物。该系统的损伤可能导致脑部疾病，例如神经退行性疾病和中风。

圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院的一组研究人员发现了一种非侵入性和非药物的方法，可以使用聚焦超声影响淋巴细胞的运输，从而为使用该方法进一步研究脑部疾病和大脑提供了机会功能。这项工作的结果于5月15日发表在美国国家科学院院刊上。

McKelveyEngineering生物医学工程副教授和医学院神经外科副教授HongChen及其团队，包括博士后研究员Dezhuang(Summer)Ye和前博士后研究员Si(Stacie)Chen，发现第一个直接证据表明聚焦超声结合循环微泡——他们称之为FUSMB的技术——可以机械地增强小鼠大脑中的淋巴细胞转运。

聚焦超声波可以穿透头皮和颅骨到达大脑并精确瞄准大脑内的特定区域。在之前的工作中，陈的团队发现注入血液的微气泡会放大超声波对血管的影响并产生泵送效应，这有助于鼻内输送的药物在大脑中的积累，例如药物或基因治疗.

“鼻内递送提供了一种新颖的、非侵入性的途径来研究完整大脑中的glymphatic通路，”Chen说。“这种研究淋巴运输的途径有可能用于研究人类淋巴功能，目前由于缺乏进入淋巴系统的非侵入性方法而受到限制。”

在这项新研究中，该团队在鼻内使用了一种荧光标记的示踪剂。然后，他们在静脉注射微泡后，对大脑深处的丘脑施以聚焦超声波。当他们对治疗侧的脑组织进行3D成像时，他们发现FUSMB促进了示踪剂在血管周围空间的传输。

他们将其与三个对照组进行了比较，这些对照组使用了聚焦超声、微泡和示踪剂的各种组合。三个对照组中的所有小鼠都显示出较低的示踪剂积累，这向团队证实了增强的示踪剂传输是带有微泡的聚焦超声的结果。

为了进一步验证他们的结果，他们在将示踪剂直接注入脑脊髓液后使用了FUSMB治疗，这是一种侵入性但常用的方法。他们发现，与非靶向侧相比，FUSMB还增强了示踪剂在聚焦超声靶向大脑部位沿血管的传输大约两到三倍。

“无论示踪剂是通过鼻内还是注射途径递送，FUSMB都能持续改善淋巴运输，”叶说。“我们使用共聚焦显微镜成像结合脑组织清除的研究获得了直接证据，明确证明FUSMB增强了小鼠体内标记蛋白试剂的淋巴转运。”

该团队还研究了各种类型的血管，包括小动脉、毛细血管和小静脉，它们使用鼻内和注射示踪剂来促进FUSMB增强的示踪剂运输。他们发现两种递送方式都改善了示踪剂在小动脉和毛细血管中的淋巴运输。他们发现小动脉的荧光强度高于毛细血管和小静脉。

“这项研究为使用超声波结合微泡作为一种非侵入性和非药理学的方法来操纵淋巴运输开辟了新的机会，”叶说。“聚焦超声激活的微泡有望增强大脑中的废物清除，并可能减轻由淋巴系统功能受损引起的脑部疾病。”

陈说，该团队现在将专注于应用这种非侵入性和非药理学方法清除脑废物，以潜在地对抗神经退行性疾病，例如阿尔茨海默氏病和帕金森氏病。