健康

新しい高解像度3Dマップは、脳の血管が加齢とともにどのように変化するかを示しています

健康な血管は心臓の健康だけに関係するわけではない。ペンシルバニア州立大学の研究者が主導する新しい研究によると、血管の健康は脳の健康に非常に重要であり、加齢に伴う認知機能の低下やアルツハイマー病などの神経変性疾患の解決にも役立つ可能性があるという。研究結果は、脳の血管ネットワーク、つまりエネルギーインフラが神経変性疾患の発症に果たす、あまり研究されていないが重要な役割を示唆している。 彼らは本日（7月30日）に研究成果を公表した。 ネイチャーコミュニケーションズ。 研究チームは、高度な画像技術を使用して、血管細胞や血管などの構造が加齢とともにどのように変化するかを示すマウスの脳の地図を作成し、劣化しやすい領域を特定した。血管が劣化すると、脳内のニューロンと呼ばれる神経細胞はエネルギー不足に陥り、機能不全や死に至る。これは、高齢者の認知障害の第2位の原因である血管性認知症と呼ばれる状態や、睡眠障害などの症状につながる可能性がある。 「アルツハイマー病のような病気では、MRIで血管の変化や脳の著しい萎縮が見られるようになる頃には、すでに細胞死が起こっています。大きな破局が起こる前に、これらの細胞や構造がどのように変化するかを理解する必要があります」と、ペンシルベニア州立大学医学部の神経行動科学准教授で、この研究の主任著者であるヨンスー・キム氏は述べた。「この研究は、神経変性疾患の早期兆候を示し、早期診断につながる可能性があり、老化プロセスや認知機能の変化を遅らせる方法の手がかりとなります。」 キム氏によると、老化は神経変性疾患に関係する主な要因の一つです。 「しかし、正常な老化自体が脳、特に脳の血管系にどのような変化をもたらすかについては、基本的な理解が不十分です」とキム氏は述べた。また、米国では高齢化が進む中、特に血管網内でのこうした変化を理解することが重要だと同氏は述べた。 血管、特に微小血管は、ニューロンへの酸素とエネルギーの供給、およびニューロンからの老廃物の除去を制御します。その重要性にもかかわらず、キム氏によると、既存の研究のほとんどは、血管ではなく、ニューロンの構造と機能が時間の経過とともにどのように変性するかに焦点を当てています。研究者が脳の血管を研究する場合、主に大きな血管を調べるか、脳のアクセスしやすい単一の領域である体性感覚皮質に焦点を当ててきました。さらに重要なことに、キム氏によると、MRI などの一般的な神経画像化技術では、脳の血管の 80% から 85% を占める微小血管で何が起こっているかを見るのに十分な解像度が得られません。 キム氏と研究チームは、2 つの高解像度 3D マッピング技術を使用して、マウスの脳全体の血管ネットワークの詳細なマップを作成しました。その 2 つの技術とは、一連の 2D 画像を積み重ねて作成する技術である連続 2 光子断層撮影と、完全な 3D サンプルを画像化して脳全体を単一細胞解像度で視覚化する光シート蛍光顕微鏡です。彼らは若いマウスと老いたマウスの脳を画像化し、通常の老化に伴う脳全体の血管系の変化を図表化しました。 「十分な解像度で高解像度のマッピングを行っているため、血管構造全体を再構築し、脳全体をスキャンして、加齢とともに選択的に変性する領域を正確に特定することができます」とキム氏は述べた。「ほとんどの人が研究する領域は変化が最も少ないのに対し、脳の深部では大きな変化が起きていることがわかりました。これは、老化研究に関して、私たちが間違った領域を調べていたことを示しています。」 画像から、血管網の変化は脳全体で均等に起きているわけではないことがわかった。むしろ、変化は前脳基底部、深部皮質層、海馬網に集中しており、これらの領域が血管変性に対してより脆弱であることが示唆されている。これらの領域は、注意、睡眠、記憶処理と記憶保存などの機能に関与している。 脳が老化するにつれて、血管の長さと分岐密度が約 10% 減少し、血液を分配するネットワークが疎らになることを示しています。また、高齢の脳の動脈は若い脳の動脈に比べてよりねじれているように見え、特に深部皮質層など主動脈から離れた領域への血流を妨げる可能性があるとキム氏は説明しました。 研究チームは血管系の機能的変化も調べ、老齢の脳では血管系の反応が遅くなることを発見した。つまり、ニューロンに必要なエネルギーを迅速かつ容易に供給できないということだ。また、血液供給と血管の透過性を調整する細胞の一種である周皮細胞も失われている。その結果、血管が「漏れやすい」状態になり、血液脳関門が損なわれる。 この研究は、若いマウスの脳の血管構造をマッピングした同研究グループの以前の研究を基にしている。次に彼らは、アルツハイマー病によって引き起こされる脳の変化が血管の健康と神経機能にどのような影響を与えるかを研究している。最終的には、この研究が神経変性疾患の治療につながることを期待していると彼らは語った。 医学と博士課程の二重学位取得を目指す学生のハンナ・ベネットと、博士研究員のステフィ・マンジラは、研究当時はペンシルベニア州立大学の研究助教授で現在はミシガン州立大学の助教授であるクイングアン・チャン、以前はペンシルベニア州立大学の研究科学者で現在はシーダーズ・サイナイ医療センターのプロジェクト科学者であるユアンティン・ウーとともに、この研究を共同で主導した。この論文の他のペンシルベニア州立大学の著者は、工学科学・機械工学、脳神経外科、生物学、生物医学工学の教授でハック生命科学研究所の暫定所長であるパトリック・ドリュー、研究技術者のウリー・チョン、研究技術者のドンフイ・シン、研究プロジェクトマネージャーのダニエル・ヴァンスロウ、データサイエンティストのヒョンジェ・ピである。 この研究は国立衛生研究所とアメリカ心臓協会から資金提供を受けた。 #新しい高解像度3Dマップは脳の血管が加齢とともにどのように変化するかを示しています