Das Gehirn schwimmt in einem Meer aus Flüssigkeit, das es vor Verletzungen schützt, es mit Nährstoffen versorgt und Abfallstoffe abtransportiert. Störungen der normalen Ebbe und Flut der Flüssigkeit wurden mit neurologischen Erkrankungen in Verbindung gebracht, darunter die Alzheimer-Krankheit und Hydrozephalus, eine Störung, bei der überschüssige Flüssigkeit um das Gehirn herum vorliegt.
Forscher der Washington University School of Medicine in St. Louis entwickelten eine neue Technik zur Verfolgung von Zirkulationsmustern von Flüssigkeit durch das Gehirn und entdeckten bei Nagetieren, dass sie in Bereiche fließt, die für die normale Entwicklung und Funktion des Gehirns entscheidend sind. Darüber hinaus fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Durchblutung bei jungen Ratten mit Hydrozephalus, einer Erkrankung, die mit kognitiven Defiziten bei Kindern einhergeht, abnormal erscheint.
Die Ergebnisse, die online in Nature Communications verfügbar sind, deuten darauf hin, dass die Flüssigkeit, die das Gehirn umspült – bekannt als Liquor cerebrospinalis – eine unterschätzte Rolle bei der normalen Gehirnentwicklung und neurologischen Entwicklungsstörungen spielen könnte.
„Eine gestörte Dynamik der Zerebrospinalflüssigkeit könnte für die Veränderungen in der Gehirnentwicklung verantwortlich sein, die wir bei Kindern mit Hydrozephalus und anderen Entwicklungsstörungen des Gehirns sehen“, sagte Seniorautorin Jennifer Strahle, MD, außerordentliche Professorin für Neurochirurgie, Pädiatrie und orthopädische Chirurgie. Als pädiatrischer Neurochirurg behandelt Strahle Kinder mit Hydrozephalus im St. Louis Children’s Hospital. „Es gibt eine ganze Reihe von neurologischen Störungen bei kleinen Kindern, einschließlich Hydrozephalus, die mit Entwicklungsverzögerungen verbunden sind. Bei vielen dieser Erkrankungen kennen wir die zugrunde liegende Ursache für die Entwicklungsverzögerungen nicht. Es ist möglich, dass dies in einigen dieser Fälle der Fall ist veränderte Funktion der Hirnregionen sein, durch die der Liquor zirkuliert.“
Es wurde viel Forschung betrieben, um den Abfluss von Liquor cerebrospinalis im Gehirn von Erwachsenen zu kartieren. Es ist jedoch nicht bekannt, wie Liquor cerebrospinalis mit dem Gehirn selbst interagiert. Die Liquorwege im Gehirn variieren wahrscheinlich mit dem Alter, da kleine Kinder noch nicht die ausgereiften Abflusswege von Erwachsenen entwickelt haben.
Strahle; Erstautorin Shelei Pan, eine Studentin im Grundstudium; und Kollegen entwickelten eine Röntgenbildgebungstechnik unter Verwendung von Goldnanopartikeln, die es ihnen ermöglichte, Gehirnzirkulationsmuster im mikroskopischen Detail zu visualisieren. Mit dieser Methode an jungen Mäusen und Ratten zeigten sie, dass Liquor cerebrospinalis hauptsächlich an der Basis des Gehirns durch kleine Kanäle in das Gehirn gelangt, ein Weg, der bei Erwachsenen nicht beobachtet wurde. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass Liquor cerebrospinalis zu bestimmten Funktionsbereichen des Gehirns fließt.
„Diese funktionellen Bereiche enthalten spezifische Ansammlungen von Zellen, von denen viele Neuronen sind, und sie sind mit wichtigen anatomischen Strukturen im Gehirn verbunden, die sich noch entwickeln“, sagte Strahle. „Unsere nächsten Schritte sind zu verstehen, warum Liquor cerebrospinalis speziell zu diesen Neuronen fließt und welche Moleküle in der cerebrospinalen Flüssigkeit in diese Bereiche transportiert werden. Es gibt Wachstumsfaktoren in der cerebrospinalen Flüssigkeit, die möglicherweise mit diesen spezifischen neuronalen Populationen interagieren, um die Entwicklung zu vermitteln , und die Unterbrechung dieser Wechselwirkungen könnte zu anderen Krankheitswegen führen.“
Weitere Experimente zeigten, dass der Hydrozephalus den Liquorfluss auf verschiedene Neuronencluster reduziert. Strahle und Kollegen untersuchten eine Form des Hydrozephalus, die einige Frühgeborene betrifft. Zu früh geborene Babys sind um den Zeitpunkt der Geburt anfällig für Hirnblutungen, die zu Hydrozephalus und Entwicklungsverzögerungen führen können. Strahle und Kollegen induzierten bei jungen Ratten einen Prozess, der den Prozess bei Frühgeborenen nachahmte. Nach drei Tagen waren die winzigen Kanäle, die Liquor cerebrospinalis von der äußeren Oberfläche des Gehirns in die Mitte transportieren, weniger und kürzer, und die Durchblutung von 15 der 24 Neuronencluster war deutlich reduziert.
„Die Idee, dass Liquor die neuronale Funktion und die Gehirnentwicklung regulieren kann, ist nicht gut erforscht“, sagte Strahle. „Bei Hydrozephalus ist es üblich, eine kognitive Dysfunktion zu sehen, die auch nach erfolgreicher Drainage der überschüssigen Flüssigkeit bestehen bleibt. Die gestörte Dynamik der Zerebrospinalflüssigkeit in diesen funktionellen Regionen des Gehirns kann letztendlich die Gehirnentwicklung beeinträchtigen, und die Normalisierung des Flusses in diese Bereiche ist a potenzieller Ansatz zur Verringerung von Entwicklungsproblemen. Es ist ein spannendes Gebiet, und wir stehen erst am Anfang, die vielfältigen Funktionen des Liquor cerebrospinalis zu verstehen.“