»Det finurlige med hjernen er, at den mangler et lymfesystem,« fortæller forsker Erlend A. Nagelhus.
»Derfor har det længe været et mysterium, hvordan den kommer af med affaldsstoffer og overflødig vævsvæske.«
Erlend A. Nagelhus er leder af Lettencentret ved Center for molekylærbiologi og neurovidenskab (CMBN), gruppeleder ved Norsk center for molekylærmedicin (NCMM) og forsker ved Neurologisk afdeling på Oslo Universitetssygehus, Rikshospitalet.
Sammen med forskere i USA har Erlend A. Nagelhus og studerende ved Forskerlinjen ved Det medicinske fakultet Georg Andreas Gunderson som de første i verden beskrevet en ny cirkulationsvej for væske i hjerne.
Denne cirkulation har en rensende funktion på linje med lymfesystemet i resten af kroppen.
Gennembruddet blev publiceret i tidsskriftet Science Translational Medicine, og kaster nyt lys over de såkaldte vandkanalers funktion i hjernen.
Fra skade til nytte
Vandkanaler er vandtransporterende proteiner, som findes i hele kroppen.
Amerikanske Peter Agre, som har været en vigtig samarbejdspartner for de norske forskere, identificerede i begyndelsen af 1990’erne det første vandkanalprotein i de røde blodceller. For dette fik han Nobelprisen i kemi i 2003.
Erlend A. Nagelhus og kollegaer har kortlagt, at hjernens vandkanaler sidder i cellemembranen på astrocytterne – de stjerneformede gliaceller, som omgiver nervecellerne.
Vandkanalerne er specielt talrige i enden af astrocytternes udløb, i grænsefladerne mellem hjernevæv og blodårer og hjernens overfladeareal. Men hidtil har forskerne ikke forstået, hvorfor det er sådan.
»Tidligere forskning har givet en værdifuld viden om skadelige effekter af vandkanalerne,« fortæller Erlend A. Nagelhus.
»Hvis man udsættes for et akut slagtilfælde eller en alvorlig hovedskade, vil vandkanalerne gøre, at væskeansamlingen i hjernen stiger. Trykket, som dette skaber i hjernen, kan være dødeligt.«
»Vi stillede os derfor spørgsmålet: Hvorfor har naturen udstyret os med disse vandkanaler – hvad er deres fysiologiske funktion? Og det er det, vi nu mener at have fundet et svar på,« siger han.
Injicerede markører i hjernen på forsøgsdyr
I studiet viser forskerne væskestrømmen i hjernen på levende forsøgsdyr.
Cerebrospinalvæske (CSF) findes i ventrikelsystemet – et sammenhængende hulrumssystem centralt i hjernen, og i det såkaldte 'subaraknoidalrum', som ligger mellem to af hjernens beskyttende hinder, på ydersiden af selve hjernevævet.
For at kunne se væskestrømmen i hjernen, injicerede forskerne selvlysende makørmolekyler i rygmarvsvæsken hos mus. Ved hjælp af en form for avanceret lasermikroskopi, kunne forskerne se, hvordan markørerne bevægede sig i hjernen.
Cirkulation langs hjernens blodårer
Først injicerede forskerne markører i rygmarvsvæsken i ventrikelsystemet. De observerede, at det meste af væsken forblev i ventriklerne, mens meget lidt af den blev transporteret over i selve hjernevævet.
Men da de injicerede markører i rygmarvsvæsken i hulrummet uden for selve hjernevævet, så de derimod, at væsken hurtigt fulgte blodkarrene ind i selve hjernevævet.
Forskerne så, at rygmarvsvæsken gik ind i hjernen langs pulsårer, som er omsluttet af astrocyt-udløbere, før den blandede sig med væsken mellem hjernecellerne. Markører, som blev injiceret mellem hjernecellerne, fulgte vener ud af hjernevævet.
På denne måde blev det tydeligt, at vandkanalerne i hjernen øger væskestrømmen langs blodkarrene. Dermed fandt forskerne også forklaringen på, hvorfor vandkanalerne er så talrige akkurat i grænsefladerne mellem hjernevæv og blodårer – fordi det er netop dér, at væsketransporten sker.
Forsøgene viste også, at mus, som manglede vandkanaler, havde kraftigt reduceret væskestrøm langs blodkarrene.
Blev fjernet langsommere uden vandkanaler
I stedet for at have lymfeårer bruger hjernen denne væskecirkulation langs blodårerne til at komme af med affaldsstoffer.
For at kunne se affaldshåndteringen i aktion, injicerede forskerne radioaktive markørstoffer i selve hjernevævet hos mus med og uden vandkanaler.
»Vi fandt, at de radioaktive stoffer blev fjernet meget langsommere i de dyr, der manglede vandkanaler. Dermed viste vi, at vandkanalerne er vigtige for at fjerne uønskede stoffer fra hjernevævet,« fortæller Erlend A. Nagelhus.
Kan rense Alzheimers ud
Forskerne injicerede også proteinet amyloid beta, som er involveret i udviklingen af Alzheimers, i musenes hjernevæv.
Det viste sig, at akkurat som med markørstofferne, blev amyloid-beta fjernet langsommere fra hjernen hos mus, der manglede vandkanaler.
»En defekt cirkulation af væske i hjernen, og dermed mangelfuld fjernelse af amyloid, kan være en mulig mekanisme for Alzheimers,« siger Erlend A. Nagelhus.
Der produceres nemlig hele tiden amyloid i hjernen, og hvis proteinet ikke bliver fjernet effektivt nok, vil det hobe sig op og kunne skade nerveceller.
USA-samarbejde giver resultater
Erlend A. Nagelhus, som selv lærte sig at bruge den avancerede lasermikoskopi, 2-fotonteknikken, under et forskningsophold i Maiken Nedergaards laboratorium i Rochester i New York, fortæller, at disse forskningsresultater ikke havde været mulige uden det internationale samarbejde.
»Forskningen blev udført delvist i Rochester og delvist i Oslo. De mus, som manglede vandkanaler, blev lavet her i Oslo og sendt til Nedergaards laboratorium.«
»Selv fik vi tilsendt fikseret hjernevæv fra Nedergaards laboratorium, som vi analyserede med både lysmikroskop og elektronmikroskop. Ved University of Rochester brugte forskerne 2-fotonmikroskop for at studere processerne i intakte systemer – altså i levende mus.«
»Vi vil gerne forstå mere om mekanismerne for vandkanalernes effekt på væskecirkulation og affaldshåndtering,« siger Erlend A. Nagelhus og slutter:
»Det vil være interessant at vide, om man kan påvirke og dirigere væskestrømmen sådan, at fjernelsen af affaldsstoffer bliver mere effektiv.«
© forskning.no Oversættelse: Julie M. Ingemansson
