对大脑废物清理系统的洞察可能会揭示大脑疾病

像体内的淋巴系统一样，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，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使用聚焦超声影响淋巴转运的非侵入性和非药物方法，为使用该方法进一步研究脑部疾病和脑功能提供了机会。这项工作的结果于15月<>日发表在《美国国家科学院院刊》上。

McKelvey Engineering生物医学工程副教授和医学院神经外科副教授Hong Chen和她的团队，包括博士后研究助理Dezhuang (Summer) Ye和前博士后研究助理Si (Stacie) Chen发现了第一个直接证据，即聚焦超声波与循环微泡相结合 - 他们称之为FUSMB的技术 - 可以机械地增强小鼠大脑中的glymph转运。

聚焦超声可以穿透头皮和颅骨到达大脑，并精确地瞄准大脑内的特定区域。在以前的工作中，Chen的团队发现注入血液中的微气泡放大了超声波对血管的影响并产生泵送效应，这有助于鼻内递送剂在大脑中的积累，例如药物或基因治疗。

“鼻内给药提供了一种新颖的非侵入性途径来研究完整大脑中的淋巴通路，”陈说。“这种研究glympha运输的途径有可能用于研究人类的glympha功能，目前由于缺乏进入glymphatic系统的非侵入性方法而受到限制。

在这项新研究中，研究小组鼻内施用荧光标记的示踪剂。然后，他们在静脉注射微泡后，将聚焦超声波瞄准大脑深处的丘脑。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运输。

他们将其与三个对照组进行了比较，这些对照组具有聚焦超声，微气泡和示踪剂的各种组合。三个对照组的所有小鼠都表现出较低的示踪剂积累，这向研究小组验证了增强的示踪剂转运是微气泡聚焦超声的结果。

为了进一步验证他们的结果，他们在将示踪剂直接注射到脑脊液后使用了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还增强了聚焦超声靶向脑部位沿血管的示踪剂运输约两到三倍。

“无论示踪剂是通过鼻内还是注射途径输送的，FUSMB始终如一地改善了glymph的运输，”Ye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增强了小鼠中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，这些血管使用鼻内和注射输送示踪剂来促进示踪剂的FUSMB增强运输。他们看到示踪剂在两种类型的递送中在小动脉和毛细血管中的标志转运得到改善。他们发现沿着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方法来操纵glympha运输开辟了新的机会，”Ye说。“聚焦超声激活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。

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