第一次看到人类大脑用来清理垃圾的完整结构

一个多机构的研究小组在《自然通讯》杂志上报道说，一种非侵入性成像技术使研究人员首次能够看到人类大脑用来清理垃圾的完整结构。这种方法将允许任何有磁共振成像技术的研究人员提出关于基本大脑功能的新问题，以及它们与神经退行性疾病(如阿尔茨海默氏症和相关痴呆症)和创伤性脑损伤的关系，这可能会导致新的治疗方法。

　　

   

   

视频:MRI显示了大脑废物清除系统的背侧流动(绿色显示)。图片由Onder Albayram博士提供。

南卡罗莱纳医科大学(MUSC)和佛罗里达大学的一个联合研究小组在《自然通讯》上首次描述了人类大脑废物清除系统的非侵入性和近实时可视化。大脑的组织结构非常密集，因此可视化处理废物的结构(也被称为淋巴结构)一直是这一领域的一个局限。

“这是第一个显示活人大脑淋巴系统结构的完整报告，”Onder Albayram博士说，他是MUSC病理和实验室医学系和神经科学系的助理教授，领导了这个研究团队，也是这篇文章的高级作者。

Albayram对大脑中可能存在的淋巴结构很感兴趣。“淋巴清除系统遍布全身不同器官，”他说。“我问自己，‘为什么不是大脑?’”

大脑废物清除系统的可视化改善可以增强我们对健康大脑如何运作的理解。它还可以帮助我们了解诸如阿尔茨海默氏症等神经生殖疾病的病因，以及大脑如何从创伤性脑损伤中恢复过来。

同等重量下，大脑是身体中代谢需求最大的部分——重约3磅，但需要总耗氧量的20%。这种代谢需求伴随着定期处理垃圾的需要。

当携带氧气的血液通过组织输送重要营养物质时，它会收集病原体、受损细胞和废物。这些液体然后流入淋巴管，通过淋巴结进行过滤，淋巴结会处理掉任何不需要的废物。

“长期以来，人们一直认为大脑缺少淋巴管，”佛罗里达大学神经放射学系教授、医学博士Sait Albayram说，他是这篇文章的主要作者。

这种想法大约在10年前开始改变，在啮齿类动物身上进行的实验的第一份报告暗示，大脑周围有淋巴管，与血管并列存在。但在这项研究之前，人类大脑中存在淋巴管的证据仍然很少。”

Onder Albayram把头骨中的大脑比作一个悬挂在罐子里的苹果。覆盖在“罐子”或头骨内部的是一层被称为脑膜的脆弱薄膜。一种被称为脑脊液(CSF)的液体包围着大脑。传统的想法是，大脑中充满废物的液体沿着血管流入脑脊液，然后从颅骨中输送出去，再流入静脉。过去十年的研究表明，这个过程更为复杂，大脑中存在专门清除废物的淋巴管。

然而，在人类大脑中观察这些血管的活动存在技术上的局限性。其中最主要的是需要使用有毒的稀土金属钆，这是一种有毒的稀土金属，在磁共振成像(MRI)中用作造影剂，磁共振成像是一种用来观察和区分大脑结构的技术。

在这项研究中，研究人员能够克服这一限制，使用MRI来显示脑膜中的淋巴管，而不需要使用造影剂。相反，研究小组利用大脑自身蛋白质含量的差异来创建一个对比梯度。蛋白质含量低的结构颜色较暗，蛋白质含量高的结构颜色较亮，具有足够高的分辨率，可以看清复杂的细节。

在哺乳动物的发现脑膜淋巴网络在过去的十年中掀开了新的一页在我们对大脑细胞废物管理的理解,“说Adviye Ergul,医学博士,博士,一个系的病理学和实验室医学教授音乐,没有作者的研究。

她说:“这项新颖的研究通过消除注射造影剂来可视化淋巴管的需要，使它向前迈进了一步。”“这是一项重大成就，将使该领域更加深入大脑，并扩大我们对大脑淋巴系统的认识。”

这种简单而创新的方法使研究人员能够捕捉到清晰的淋巴管图像，它们的蛋白质含量高——大约是CSF的50倍——因为它们将大脑区域与颈部淋巴结连接起来。

研究小组接着比较了老年人的大脑与年轻人的大脑有何不同，发现老年人的大脑垃圾清除减少。

Onder Albayram说，利用这种非侵入性核磁共振技术，研究人员和医生现在可以实际看到健康大脑的淋巴管是什么样子，并研究它们如何随着我们年龄的增长而变化。它们还可以确定它们在神经退行性疾病进展中的作用，如阿尔茨海默氏症和相关的痴呆症。这项技术也可以用来研究随着年龄增长大脑淋巴输出量的增加的方法，或许还可以提供创伤性脑损伤后的恢复情况。

“再想象一下，把大脑放在罐子里，周围环绕着精致的淋巴管，”Albayram说。“脑外伤会发生什么?”淋巴管是否受损，如何恢复?这项技术将使我们能够开始回答这些问题。”

文章标题

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