Международный консорциум исследователей во главе с Университетской сетью здравоохранения (UHN) в Торонто и Цюрихским университетом создал первый в истории молекулярный атлас сосудистой системы человеческого мозга с разрешением до одной клетки, охватывающий период от раннего развития до зрелого возраста и такие стадии заболеваний, как опухоли мозга и мальформации сосудов мозга.

В состав международного консорциума входят исследовательские группы из Института мозга Крембиля при Университете Хайлендс, Глазного института Дональда К. Джонсона, Научно-исследовательского института больницы общего профиля в Торонто и Онкологического центра принцессы Маргарет, Центра Доннелли при Университете Торонто, Научно-исследовательского института Луненфельда-Таненбаума при больнице Маунт-Синай, Цюрихского университета, Университетской больницы Цюриха, Швейцарской высшей технической школы Цюриха, Женевского университета, Университетской больницы Женевы, а также сотрудники Weill Cornell Medicine и Мемориального онкологического центра имени Слоуна-Кеттеринга в Нью-Йорке.

В этом исследовании ученые изолировали кровеносные сосуды из человеческого мозга на ранних стадиях развития, взрослого мозга, опухолей мозга и сосудистых мальформаций мозга. Они обнаружили, что эндотелиальные клетки , которые выстилают кровеносные сосуды и регулируют взаимодействие между кровотоком и окружающими тканями, ведут себя по-разному на разных стадиях развития мозга и могут играть более важную роль, чем считалось ранее, в нейроваскулярных сигнальных сетях мозга.

Это исследование опубликовано сегодня в журнале Nature .

«Сосудистая система мозга, или клетки кровеносных сосудов , гены и пути, важны для правильного функционирования здорового мозга на ранних стадиях развития и во взрослом возрасте, а также для различных заболеваний мозга, таких как опухоли мозга, инсульт и пороки развития сосудов мозга», — говорит доктор Томас Вельхли, автор-корреспондент исследования и научный сотрудник Института мозга Крембил при Университетском колледже Лондона (UCL), консультант-нейрохирург отделения нейрохирургии имени Виктора Хорсли при Университетском колледже Лондона (UCL), а также доцент/главный клинический научный сотрудник Института онкологии UCL.

«Понимание того, как эти пути растут и ведут себя на ранних этапах развития мозга, как они подавляются во взрослом здоровом мозге и как они снова активируются при заболеваниях, позволит лучше понять нормальное функционирование сосудистой системы человеческого мозга и откроет двери для будущих терапевтических возможностей», — говорит Вельхли.

«Институт мозга Крембиль UHN — это крупный нейрохирургический центр, который обеспечивает непревзойденный доступ к клинически разнообразной популяции пациентов. Мы смогли выполнить секвенирование РНК более 600 000 изолированных эндотелиальных, периваскулярных и других тканевых клеток из 117 образцов с беспрецедентным разрешением, что дало нам исключительную возможность заглянуть во внутреннюю работу сосудистой системы мозга», — говорит доктор Иван Радованович, штатный нейрохирург и старший научный сотрудник Института мозга Крембиль UHN, доцент медицинского факультета Темерти Университета Торонто и соавтор статьи.

«Это обеспечивает очень большой набор данных, который станет важным ресурсом для исследователей по всему миру. Раскрывая ключевые различия между здоровой и больной сосудистой системой мозга, наша работа может помочь выявить уязвимые места аномальных сосудов мозга, которые можно использовать для лечения как опухолей мозга, так и мальформаций сосудов мозга».

Исследователи обнаружили, что сосудистая сеть во взрослом здоровом мозге со временем почти полностью прекращает расти, но опухоль мозга или мальформация сосудов мозга могут реактивировать рост кровеносных сосудов в мозговой ткани, аналогично росту кровеносных сосудов в раннем развивающемся мозге. Это открытие никогда ранее не описывалось.

Исследовательская группа также впервые продемонстрировала, чем сосудистая сеть человеческого мозга отличается от сосудистой сети органов за пределами мозга как на ранних этапах развития мозга, так и во взрослом возрасте, а при возникновении заболевания сосудистая сеть мозга становится больше похожей на сосудистую сеть периферического органа.

При заболевании типичные черты сосудистой системы человеческого мозга частично изменяются. Одним из примеров являются эндотелиальные клетки гематоэнцефалического барьера, которые действуют как «фильтр» мозга и привратник для веществ, токсинов и лекарств. Эндотелиальные клетки также могут влиять на взаимодействие с иммунной системой организма. Когда возникает заболевание, эти клетки помогают повышать регуляцию иммуноспецифических свойств, что означает, что эндотелиальные клетки могут превращаться в «антиген-презентирующие клетки», вызывая иммунный ответ.

«Это займет много лет, но если мы сможем определить, что происходит в раннем развивающемся мозге и как эти сети кровеносных сосудов растут с течением времени, как они превращаются в артерии, капилляры и вены и взаимодействуют с иммунной системой, мы сможем лучше понять закономерности роста сосудистой сети опухоли», — говорит доктор Вельхли.

«Как раннее развитие мозга, так и опухоли мозга и сосудистые мальформации мозга характеризуются ростом кровеносных сосудов и иммуносупрессией, что обеспечивает беспрепятственный рост тканей. Если мы сможем замедлить или затормозить рост кровеносных сосудов и в то же время усилить иммунную систему, это может найти потенциальное применение в терапии».

Есть надежда, что если врачи когда-нибудь смогут объединить эти методы лечения, направленные на сосудистую систему, с иммунотерапией, они смогут подавить рост сосудов и продлить выживаемость пациентов.

«Если мы сможем обнаружить специфические особенности сосудистой сети мозга, которые являются общими для мозга на ранней стадии развития и опухолей мозга (но отсутствуют в здоровом нормальном мозге), мы сможем контролировать сосудистую сеть мозга на предмет закономерностей роста и сможем выявлять и лечить заболевания на ранней стадии, улучшая результаты лечения пациентов», — говорит доктор Вельхли.

Целью данного исследования является развитие достижений в области биологии сосудов головного мозга, достигнутых за последние несколько лет.

«Наша работа принесет пользу ученым разных дисциплин: от биологов, изучающих развитие, сосудистые, вычислительные и опухолевые науки, до нейробиологов, иммунологов и генетиков отдельных клеток», — добавляет доктор Вельхли. «Возможности безграничны».