Das glymphatische System verstehen

Das nachstehende Material stammt aus dem SfN-Kurzkurs Das glymphatische System von Nadia Aalling, MSc, Anne Sofie Finmann Munk, BSc, Iben Lundgaard, PhD, und Maiken Nedergaard, MD, DMSc. Short Courses sind eintägige wissenschaftliche Schulungen zu neuen neurowissenschaftlichen Themen und Forschungstechniken, die am Tag vor der Jahrestagung des SfN stattfinden.

Das glymphatische System ist ein Netz von Gefäßen, die vor allem während des Schlafs Abfallstoffe aus dem zentralen Nervensystem (ZNS) abtransportieren. Jüngste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass das glymphatische System bei einigen Erkrankungen des Gehirns gestört sein und zu diesen beitragen kann.

Die Liquorflüssigkeit (CSF) fließt entlang der Arterien und wird in die Räume neben den kleineren Blutgefäßen gepresst, die in das Gehirn eintreten. Dort tauscht er sich mit der interstitiellen Flüssigkeit – der Flüssigkeit, die die Gehirnzellen umgibt – aus, oft durch einen Kanal, der von Astrozyten gebildet wird, Gliazellen, deren Füße den Raum um die Kapillaren des Gehirns umgeben und das glymphatische Gefäßsystem bilden.

Der glymphatische Transport nutzt die Energie der pulsierenden Arterien und des Drucks, der bei der Bildung des Liquors entsteht, sowie noch unbekannte Kräfte. Dieser Austausch führt dazu, dass Abfallprodukte wie Metaboliten und Proteine gesammelt und in den Liquor überführt werden, der sie aus dem Gehirn zu Stellen transportiert, an denen der Liquor abfließt.

Das glymphatische System ist bei Nagetieren während des Schlafs am aktivsten und im Wachzustand am wenigsten aktiv.

Forscher haben gezeigt, dass sich das Volumen des interstitiellen Raums während des Schlafs vergrößert, was darauf schließen lässt, dass die erhöhte glymphatische Aktivität durch die größere Verfügbarkeit von Raum für den Austausch zwischen interstitieller und zerebrospinaler Flüssigkeit ermöglicht wird.

Schlafentzug beeinflusst das System, indem er die Lage des von Astrozyten exprimierten Kanals beeinflusst, durch den ein Großteil des Austauschs stattfindet. Das Altern stört auch die glymphatische Funktion und die korrekte Lokalisierung dieses Kanals, aber Bewegung kann die schädlichen Auswirkungen des Alterns bei Mäusen abschwächen, was auf eine mögliche neuroprotektive Wirkung von Bewegung hindeutet.

Zu den Gründen, warum das Altern die glymphatische Funktion stören könnte, gehören: verringerte Liquormenge, verringerte Flexibilität und damit Pulsierung der Arterien und Veränderungen in den Gliazellen, die die glymphatischen Gefäße bilden. Die Alterung des Gehirns ist einer der wichtigsten Faktoren für die Entstehung neurologischer Erkrankungen.

Eine der Hauptursachen vieler neurodegenerativer Erkrankungen, wie z. B. der Alzheimer-Krankheit (AD), ist die Proteinaggregation.

Während des Schlafs oder der Narkose bei Nagetieren beseitigt das glymphatische System aggregierte Proteine wie Amyloid-Beta, den Hauptbestandteil der Plaques, die sich bei Alzheimer im Gehirn bilden. Die Anhäufung von Amyloid-Beta-Protein könnte den glymphatischen Transport weiter verringern. Menschen mit Alzheimer schlafen weniger gut als Gesunde, was ebenfalls die Funktion des glymphatischen Systems beeinträchtigen könnte.

Neben seiner möglichen Funktion bei Alzheimer kann die Beeinträchtigung des glymphatischen Systems auch bei traumatischen Hirnverletzungen, kortikalen Ausbreitungsdepressionen und Schlaganfällen eine Rolle spielen.

Tiermodelle haben gezeigt, dass ein verminderter glymphatischer Transport der Entwicklung von Alzheimer vorausgehen kann; daher stellen Wissenschaftler die Hypothese auf, dass eine Erhöhung des glymphatischen Transports den Ausbruch der Krankheit hinauszögern könnte.

Die Erkenntnis, dass Bewegung die glymphatische Funktion aufrechtzuerhalten scheint, könnte zu neuen Behandlungen führen, die wahrscheinlich am wirksamsten sind, wenn sie in einem frühen Stadium des Krankheitsausbruchs eingesetzt werden. Möglichkeiten zur Bewertung des glymphatischen Flusses mit Hilfe der Magnetresonanztomographie oder der positiven Emissions-Tomographie werden derzeit als klinische Diagnoseinstrumente entwickelt.

Es ist auch möglich, dass künftige Arbeiten über das glymphatische System Funktionen aufzeigen werden, die über die Abfallbeseitigung hinausgehen, wie z. B. die Abgabe von Wachstumsfaktoren oder Medikamenten.