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Vasos sanguíneos saudáveis são importantes para mais do que apenas a saúde do coração. O bem-estar vascular é crítico para a saúde do cérebro e potencialmente para lidar com o declínio cognitivo relacionado à idade e distúrbios neurodegenerativos, como a doença de Alzheimer, de acordo com um novo estudo liderado por pesquisadores da Penn State. As descobertas apontam para um papel-chave pouco estudado, mas possível, que a rede vascular do cérebro — ou infraestrutura de energia — desempenha no início de doenças neurodegenerativas.
Eles publicaram seu trabalho hoje (30 de julho) em Comunicações da Natureza.
Usando técnicas avançadas de imagem, a equipe desenvolveu mapas do cérebro de um camundongo que ilustram como células vasculares e estruturas como vasos sanguíneos mudam com a idade e identificaram áreas vulneráveis à deterioração. Quando os vasos sanguíneos se degradam, as células nervosas no cérebro, chamadas neurônios, ficam sem energia, fazendo com que funcionem mal ou morram. Isso pode levar a uma condição chamada demência vascular, a segunda principal causa de comprometimento cognitivo em adultos mais velhos, e sintomas como distúrbios do sono.
“Com algo como a doença de Alzheimer, no momento em que você pode ver mudanças vasculares e encolhimento cerebral significativo em uma ressonância magnética, a morte celular já ocorreu. Precisamos entender como essas células e estruturas mudam antes que uma grande catástrofe aconteça”, disse Yongsoo Kim, professor associado de ciências neurais e comportamentais na Penn State College of Medicine e autor sênior do estudo. “Este estudo fornece sinais precoces de distúrbios neurodegenerativos, potencialmente levando a um diagnóstico mais precoce, e pistas de como podemos retardar o processo de envelhecimento e as mudanças cognitivas.”
Segundo Kim, o envelhecimento é um dos principais fatores envolvidos em distúrbios neurodegenerativos.
“Ainda assim, realmente não temos uma boa compreensão básica de como o envelhecimento normal em si muda o cérebro, particularmente a vasculatura do cérebro”, disse Kim. E com a população idosa nos Estados Unidos crescendo, ele disse que é fundamental entender essas mudanças, especialmente dentro da rede de vasos sanguíneos.
Os vasos sanguíneos, especialmente os microvasos, regulam o suprimento de oxigênio e energia e a remoção de resíduos de e para os neurônios. Apesar de sua importância, Kim disse que a maioria das pesquisas existentes se concentra em como a estrutura e a função dos neurônios se degeneram ao longo do tempo, em vez da vasculatura. Quando os pesquisadores estudam a vasculatura do cérebro, eles examinam principalmente os vasos sanguíneos maiores ou se concentram em uma única região do cérebro de fácil acesso, o córtex somatossensorial. Mais importante, as técnicas típicas de neuroimagem, como a ressonância magnética, não fornecem resolução alta o suficiente para ver o que está acontecendo nos pequenos vasos sanguíneos, que constituem 80% a 85% da vasculatura do cérebro, de acordo com Kim.
Kim e a equipe de pesquisa produziram um mapa detalhado da rede vascular de todo o cérebro do camundongo usando duas técnicas de mapeamento 3D de alta resolução: tomografia serial de dois fótons — uma técnica que cria uma série de imagens 2D empilhadas — e microscopia de fluorescência de lâmina de luz, que cria imagens de amostras 3D intactas para visualizar todo o cérebro em uma única resolução de célula. Eles fizeram imagens dos cérebros de camundongos jovens e velhos para mapear as mudanças na vasculatura no cérebro com o envelhecimento normal.
“Como estamos fazendo mapeamento de alta resolução com resolução suficiente, podemos reconstruir toda a estrutura vascular e escanear o cérebro inteiro para identificar áreas que sofrem degeneração seletiva com a idade”, disse Kim. “O que descobrimos é que a área que a maioria das pessoas estuda mostrou a menor quantidade de mudança, enquanto mudanças profundas acontecem em áreas nas áreas profundas do cérebro. Isso sugere que temos olhado para a área errada quando se trata de estudos de envelhecimento.”
As imagens mostraram que as mudanças na rede vascular não ocorrem igualmente em todo o cérebro. Em vez disso, elas estavam concentradas no prosencéfalo basal, camadas corticais profundas e rede hipocampal, sugerindo que essas áreas são mais vulneráveis à degeneração vascular. Essas regiões desempenham um papel na atenção, sono, processamento e armazenamento de memória, entre outras funções.
À medida que o cérebro envelhece, o comprimento vascular e a densidade de ramificação diminuem aproximadamente 10%, indicando que há uma rede mais esparsa para distribuir o sangue. As artérias em cérebros mais velhos também parecem mais torcidas em comparação com aquelas em cérebros mais jovens, o que pode impedir o fluxo sanguíneo, especialmente para áreas mais distantes das artérias principais, como as camadas corticais profundas, explicou Kim.
A equipe também examinou mudanças funcionais da vasculatura e descobriu que o sistema responde mais lentamente em cérebros mais velhos. Isso significa que ele não pode fornecer energia aos neurônios tão rápida e prontamente quanto as células podem precisar. Há também uma perda de pericitos, um tipo de célula que regula o suprimento de sangue e a permeabilidade dos vasos sanguíneos. Como resultado, os vasos sanguíneos se tornam “vazados”, comprometendo a barreira hematoencefálica.
Este estudo se baseia na pesquisa anterior do grupo, onde eles mapearam a vasculatura do cérebro de um camundongo jovem. Em seguida, eles estão estudando como as mudanças induzidas pela doença de Alzheimer no cérebro influenciam a saúde vascular e a função neuronal. Por fim, eles disseram que esperam que seu trabalho leve a tratamentos para distúrbios neurodegenerativos.
Hannah Bennett, estudante de dupla graduação médica e doutorado, e Steffy Manjila, bolsista de pós-doutorado, colideraram o estudo junto com Quingguang Zhang, que era professor assistente de pesquisa na Penn State na época da pesquisa e atualmente é professor assistente na Michigan State University, e Yuan-ting Wu, que anteriormente era cientista pesquisador na Penn State e atualmente cientista de projeto no Cedars-Sinai Medical Center. Outros autores da Penn State no artigo incluem: Patrick Drew, professor de engenharia científica e mecânica, de neurocirurgia, de biologia e de engenharia biomédica e diretor interino do Huck Institutes of the Life Sciences; Uree Chon, técnico de pesquisa; Donghui Shin, tecnólogo de pesquisa; Daniel Vanselow, gerente de projeto de pesquisa; Hyun-Jae Pi, cientista de dados.
Os Institutos Nacionais de Saúde e a Associação Americana do Coração financiaram este trabalho.
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