Zwelling is een van de gevaarlijkste en meest directe gevolgen van een hersenletsel of beroerte. Artsen weten al lang van de gevaren van zwelling, die traditioneel wordt toegeschreven aan gescheurde bloedvaten. Nieuw onderzoek suggereert het andere leidingsysteem van de hersenen, degene die cerebrospinale vloeistof (CSF) circuleert, kan een ondergewaardeerde rol spelen in zowel een goede gezondheid als de reactie op letsel.

Douglas Kelley, een werktuigbouwkundig ingenieur aan de Universiteit van Rochester die vloeistofdynamica gebruikt om de innerlijke werking van de hersenen te onderzoeken, werkte samen met Rochester neurowetenschapper Maiken Nedergaard om de vroege zwelling direct na een verwonding of beroerte aan te tonen die niet uit bloed komt, maar door een toevloed van CSF. Het bloed stroomt later binnen via tranen in de bloed-hersenbarrière.

"Er is een heel ander vloeistoftransportsysteem dan bloed, " zei Kelley, die het werk presenteerde op de 73e jaarlijkse bijeenkomst van de afdeling Fluid Dynamics van de American Physical Society. "Het is belangrijk voor ziekte, en voor pathologie, en het is belangrijk voor de levering van medicijnen."

Onderzoekers hadden aangenomen dat CSF alleen rond hersenweefsel stroomde. Vervolgens, in 2012, De groep van Nedergaard publiceerde bewijs dat wijst op het bestaan ​​van CSF-routes door de hersenen. Hun bevindingen suggereerden dat tijdens de slaap, CSF stroomt langs deze glymfatische paden en spoelt celresten weg, zoals de amyloïde-beta- en tau-eiwitten die zich ophopen en in verband worden gebracht met de ziekte van Alzheimer. Vanaf dat moment, onderzoek naar de vloeistofdynamica van CSF is naar voren gekomen als een eigen subveld dat biologen en neurowetenschappers nieuwe inzichten kan bieden.

"Als je cijfers over dingen hebt, kun je betere voorspellingen doen, "zei Kelley. "Ze lieten ons voorspellingen doen over de stroomsnelheid, en wanneer flow belangrijker is, en wanneer diffusie belangrijker is. We kunnen nu betere voorspellingen doen dan wie dan ook drie of vier jaar geleden."

Saikat Mukherjee, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Minnesota, Tweeling steden, merkte op dat onderzoekers het nog steeds niet eens zijn over de vraag of CSF al dan niet hersenweefsel binnendringt. Als dat niet zo is, dan vertrouwen de hersenen voornamelijk op diffusie om giftige eiwitten te verwijderen. Als CSF in het hersenweefsel sijpelt, zelfs een beetje, dan zou advectie - het opruimen van materiaal door vloeistofstroom - aanzienlijk kunnen helpen bij het opruimen.

Het verschil kan enorm zijn. "Giftige eiwitten komen vrij uit de hersenen en blijven daar niet zitten, "zei Mukherjee. "Ze aggregeren in eiwitten met een hoger en hoger molecuulgewicht." Het werk van Mukherjee suggereert dat diffusie niet zo efficiënt is bij het opruimen van grotere aggregaten, terwijl advectie eiwitten van elke grootte kan verwijderen. Als advectie wel een rol blijkt te spelen, hij zei, dan zou die kennis misschien kunnen worden aangewend om nieuwe behandelingen voor neurodegeneratieve ziekten te ontwikkelen die eiwitaggregaten beter opruimen.

Mukherjee en zijn collega's bestuderen momenteel klinische gegevens over de opbouw van plaque in de hersenen om te zien hoe goed dit overeenkomt met hun simulaties. Ze beoordelen ook bevindingen van onderzoeken naar de klaring van giftige eiwitten tijdens de slaap-waakcyclus.

uiteindelijk, zei Mukherjee, het gebruik van vloeistofdynamica om hersenvloeistofpunten te bestuderen, opent twee duidelijke onderzoekspaden. Eerst, het kan neurowetenschappers helpen beter te begrijpen hoe het lichaam celresten verwijdert - en wat er gebeurt, vanuit een natuurkundig oogpunt, als dat systeem kapot gaat. Tweede, het zou kunnen leiden tot inzichten over meer fundamentele vragen over vloeistofdynamica en reactie-diffusietransportmechanismen in de hersenen.

"Het laat ons kijken naar nieuwe fysica waar nog niemand naar heeft gekeken, ' zei Mukherjee.