גישה חזותית לגרימת דוליכואקטזיה בעכברים כדי למדל תפקוד לקוי של כלי דם גדולים בתיווך כלי דם במוח

תאי אנדותל מיקרו-וסקולריים המרפדים את נימי המוח הם המרכיבים העיקריים ליצירת מחסום הדם-מוח (BBB)¹, אשר ממלא תפקיד מכריע בוויסות מה שנכנס או יוצא ממחזור הדם במוח עם הפריפריה. חומרים מזינים חיוניים הדרושים לרקמת העצבים מורשים להיכנס ל- BBB, בעוד שכמה חומצות אמינו חיוניות כמו גלוטמט מגורשות מהמוח, שכן ריכוזים גבוהים עלולים לגרום נזק עצבי מעורר קבוע לרקמת המוח². בתנאים פיזיולוגיים רגילים, BBB מגביל את כמות חלבוני הפלזמה כמו אלבומין ^3,4 ופרותרומבין מלהיכנס למוח, שכן אלה יכולים להיות בעלי השפעות מזיקות ^5,6,7. לבסוף, BBB מגן על המוח מפני נוירוטוקסינים המסתובבים בפריפריה, כגון קסנוביוטיקה ממזון או מהסביבה¹. באופן כללי, נזק לרקמות המוח הוא בלתי הפיך, והזדקנות המתואמת עם רמות נמוכות של נוירוגנזה⁸ מדגישה את החשיבות של BBB בהגנה ומניעה של גורמים כלשהם מאיץ את התהליך הנוירודגנרטיבי.

ב dolichoectasia (או הרחבת כלי דם גדולים) נצפתה ירידה בגמישות כלי הדם, אשר גורמת לכלי הדם לעבור שינויים מורפולוגיים, ובכך להפוך אותם לבלתי מתפקדים⁹ ולהוביל לזרימת דם מופחתת במוח. הפחתה זו בזרימת הדם מפחיתה לאחר מכן את אספקת החמצן והגלוקוז, ובסופו של דבר גורמת נזק ל-BBB באמצעות הפעלת אסטרוציטים תגובתיים¹⁰. כאשר למינה אלסטין פנימית של כלי ניזוק מ dolichoectasia¹¹, גירוי חוזר של גורם הצמיחה אנדותל כלי הדם (VEGF) הוא הכרחי עבור אנגיוגנזה. זה יכול להוביל להיווצרות של כלי דולף ובסופו של דבר לגרום אנגיוגנזה פתולוגית, המאופיינת על ידי התפתחות של כלי פגום¹². במהלך אנגיוגנזה פתולוגית, כאשר כלי הדם פגומים, נראה כי מנגנון פיצוי מחזיר את שלמות כלי הדם על ידי ויסות חלבוני צומת הדוק. עם זאת, תהליך זה יכול לשבש בשוגג את BBB כאשר שלמות מבנית של כלי דם אובדת¹³. זה עלול להתרחש באמצעות שיבוש נוסף של BBB וקידום הייצור של רובד עמילואיד¹⁴. בנוסף, דליפה מהפריפריה עלולה לגרום לדלקת עצבית¹⁵, מה שגורם לניוון עצבי ולאובדן זיכרון לאחר מכן.

מבחינה מבנית, ההגנה שה-BBB מספק היא דרך הצמתים הצפופים שמונעים מחומרים קסנוביוטיים להיכנס למוח. כאשר מאפשרים לחומרים מסוימים להיכנס למוח, ה-BBB עושה זאת בעיקר באמצעות שני תהליכים עיקריים, דיפוזיה פסיבית, או ערוצים ספציפיים (כמו תעלות יונים וטרנספורטרים)¹. באלצהיימר, מחקרים הוכיחו כי מערכת כלי דם לא מתפקדת ממלאת תפקיד משמעותי בהתקדמות המצב^12,13. היווצרות של רבדים עמילואיד-בטא (Aβ) וניוון עצבי יכולים לנבוע מפירוק BBB^12,13 והפרעות בזרימת הדם במוח¹⁶. ירידה בזרימת הדם המוחית ניתן לראות אצל קשישים שאובחנו עם דמנציה וסקולרית ואלצהיימר^17,18. נזק למחסום הדם-מוח (BBB) יחד עם זרימת דם מוחית לא מתפקדת (CBF) יכולים לתרום לייצור מוגבר של ריכוז Aβ במוח, מלווה בחדירה של חומרים זרים ממחזור הדם ההיקפי¹⁹.

כדי לחקור את הפתוגנזה של מחלות נוירולוגיות כמו אלצהיימר ודמנציה וסקולרית (VaD), מפתחים מודלים כדי לשכפל את המחלה. מודלים במבחנה נמצאים בשימוש נרחב אך חסרים את הסביבה הביולוגית למודלים נרחבים של מחלות כמו אוכלוסיית תאים מעורבת, ולכן מחייבים את החשיבות של מודלים in vivo. עכברים משמשים בדרך כלל בשל קלות המניפולציה הגנטית שלהם ביצירת תכונות דמויות אדם (למשל, פתולוגיה) במחלות. עם ההתקדמות שנעשתה עד כה, עדיין יש צורך מתמשך במודלים משופרים כדי לחקות פנוטיפים של מחלות כמו הרחבת כלי דם גדולים ותפקידם באלצהיימר. לשם כך, זיהינו הזדמנות ושינינו טכניקה שכללה הזרקת אלסטאז לתוך Cisterna magna של עכברים^20,21. אלסטאז הוא אנזים שהוכח כמפרק אלסטין ברקמת חיבור²² ובצמתים הדוקים²³. ה- Cisterna magna נבחר כנקודת ההזרקה בשל מיקומו ישירות מעל המעגל של וויליס, כלי הדם הגדול ביותר במוח. על ידי הזרקת אלסטאז לתוך מגננת ציסטרנה אנו יכולים לסכן את BBB וכלי הדם על ידי פירוק הצמתים הצפופים וגרימת התרחבות של כלי הדם (מעגל וויליס)^24,25. שילוב טכניקה זו עם שימוש במודל עכבר אלצהיימר של פתולוגיה, לשיפור ההבנה של הפתוגנזה עבור מרכיב כלי הדם של אלצהיימר, יכול לספק תובנות חשובות לגבי האינטראקציות וההשפעות המורכבות בין שתי פתולוגיות נפרדות אלה.

מחקרים קודמים הדגימו מקרים שבהם חולים מציגים הן את המאפיינים הפתולוגיים של אלצהיימר והן של VaD, מצב המכונה בדרך כלל דמנציה מעורבת^26,27. לפיכך, הבנת המנגנונים הקשורים זה בזה בין שני התנאים יכולה להציע נקודת מבט מקיפה יותר על ההתקדמות והביטוי של הפרעות נוירודגנרטיביות אלה, משפרת את הבנתנו את המנגנונים הבסיסיים ואת האסטרטגיות הטיפוליות הפוטנציאליות. לשם כך, אנו מדגימים את היישום של אלסטאז במודל עכבר פתולוגיה של אלצהיימר (App^NL-F) לזיהוי שינויים בכלי הדם.