Onderzoekers van het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) hebben met een nieuwe MRI-techniek voor het eerst in beeld gebracht hoe hersenvocht zich door de hersenen beweegt. De ontdekking geeft belangrijke inzichten in het ontstaan van hersenziekten zoals Alzheimer en Cerebrale Amyloïde Angiopathie (CAA). De techniek maakt het mogelijk het hersenreinigingssysteem nauwkeurig te volgen, zonder de invasieve procedures die eerder nodig waren.
Onze hersenen hebben een eigen systeem om afvalstoffen af te voeren via hersenvocht, ook wel cerebrospinale vloeistof (CSF) genoemd. Als dit systeem niet goed werkt, kunnen schadelijke stoffen zich ophopen en hersenschade veroorzaken. Lang werd gedacht dat CSF vooral een schokdemper is, maar onderzoekers weten nu dat het ook cruciaal is voor het wegspoelen van afval. Tot voor kort was het lastig om deze stroming nauwkeurig te meten.
Inzicht in stroming
Met de nieuwe MRI-techniek CSF-STREAM is het nu mogelijk hersenvocht zichtbaar te maken zonder naalden of contrastmiddelen. Dat maakt het onderzoek veiliger en comfortabeler voor patiënten. Bovendien is de techniek zo nauwkeurig dat wetenschappers de stroming door de kleinste kanaaltjes rond bloedvaten kunnen volgen. Dit opent nieuwe mogelijkheden om te begrijpen hoe afwijkingen in de CSF-stroming bijdragen aan hersenziekten en biedt potentieel aanknopingspunten voor vroege diagnostiek en behandeling.
"Het feit dat we nu non-invasief kunnen zien hoe hersenvocht zich door de hersenen verplaatst, is een enorme stap vooruit. Zeker omdat we zulke duidelijke verschillen zien tussen CAA-patiënten en gezonde mensen. Dat opent nieuwe mogelijkheden”, aldus onderzoeker Lydiane Hirschler. De MRI-scans duren ongeveer veertig minuten. In die tijd meten onderzoekers hoe verschillende lichaamsritmes de stroming van CSF beïnvloeden. Elke hartslag duwt het vocht een beetje vooruit. Ook ademhaling speelt mee, net als vasomotie: de langzame, ritmische samentrekkingen van bloedvaten.
Schaakbordpatroon
Om dit laatste zichtbaar te maken kregen deelnemers een visuele prikkel. Onderzoeker Thijs van Osch vertelt dat mensen die in de MRI-scanner lagen een knipperend schaakbordpatroon te zien kregen, met dezelfde frequentie als de trage hersengolven die optreden tijdens de slaap. Voor het onderzoek werden hersenscans gemaakt van acht CAA-patiënten en acht gezonde vrijwilligers, in samenwerking met onderzoekers in Bonn.
Daarbij werd gekeken naar de stroming van CSF in de zogeheten perivasculaire ruimtes, kleine kanaaltjes rond bloedvaten waar afvalstoffen worden afgevoerd. Wat bleek: bij gezonde mensen stroomt CSF soepel door deze kanaaltjes, maar bij CAA-patiënten was de stroming verstoord. Opvallend genoeg zagen de onderzoekers dat het hersenvocht in sommige hersengebieden juist sneller stroomde dan normaal, vooral rond de basis van de hersenen.
Onderzoekers hadden verwacht dat de stroming van hersenvocht bij CAA vertraagd zou zijn, maar in plaats daarvan bleek deze juist met ongeveer 20 procent toe te nemen aan de basis van de hersenen. Een mogelijke verklaring is dat de kleine zijkanaaltjes diep in de hersenen verstopt raken, waardoor het vocht zich minder kan vertakken. Het stroomt sneller rond de hersenen, maar verwijdert afvalstoffen minder effectief. Dit blijft echter volgens Hirschler een voorlopige theorie die verder onderzoek vereist.
Belang van hersenvocht
Onze hersenen produceren voortdurend stoffen zoals eiwitten. Na verloop van tijd raken deze beschadigd of worden ze overbodig en moeten ze worden verwijderd. In de rest van het lichaam nemen lymfeklieren deze taak op zich, maar de hersenen hebben die niet. Daarom wordt aangenomen dat hersenvocht deze reinigende rol vervult.
Als dit systeem faalt, blijven afvalstoffen achter, zoals het eiwit amyloïde-bèta. Dit eiwit wordt in verband gebracht met CAA, Alzheimer en andere hersenziekten. Ophoping van amyloïd-bèta kan leiden tot hersenbloedingen en geheugenproblemen.
Dankzij CSF-STREAM kunnen onderzoekers nu precies zien waar het reinigingssysteem van de hersenen goed werkt en waar niet. Deze kennis helpt om hersenziekten beter te begrijpen en kan in de toekomst bijdragen aan vroegere opsporing en preventie. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Neuroscience. Dit project is het resultaat van brede samenwerking tussen verschillende instituten: Amsterdam UMC leverde innovatieve technieken voor snellere beeldvorming, de Universiteit van Bonn voerde de scans bij CAA-patiënten uit en een team uit Boston bracht cruciale expertise in vasomotie in.
Voorkomen van hersenbeschadiging
Deze week werd ook bekend dat Zweedse onderzoekers een in het laboratorium gekweekt menselijk hersenmodel hebben ontwikkeld dat kan helpen bij het voorkomen van hersenbeschadiging bij premature baby’s. Met dit model konden ze voor het eerst zien hoe hersenbloedingen neurale stamcellen beïnvloeden en een mogelijke behandeling testen die de schade aanzienlijk verminderde. Het onderzoek werd uitgevoerd door teams van het KTH Royal Institute of Technology, het Karolinska Institutet en de universiteiten van Lund en Malmö.
Een andere innovatie die ook deze week het daglicht zag was het feit dat onderzoekers er voor het eerst in geslaagd zijn functioneel, hersenachtig weefsel te kweken zonder dierlijke materialen of biologische coatings.
