Il gonfiore è una delle conseguenze più pericolose e immediate di una lesione cerebrale o di un ictus. I medici conoscono da tempo i pericoli del gonfiore, che è stato tradizionalmente attribuito alla rottura dei vasi sanguigni. Una nuova ricerca suggerisce che l'altro sistema idraulico del cervello, quello che fa circolare il liquido cerebrospinale (CSF), può svolgere un ruolo sottovalutato sia nella buona salute che nella risposta alle lesioni.

Douglas Kelley, un ingegnere meccanico dell'Università di Rochester che usa la fluidodinamica per sondare il funzionamento interno del cervello, ha collaborato con il neuroscienziato di Rochester Maiken Nedergaard per dimostrare il gonfiore precoce subito dopo un infortunio o l'ictus non deriva dal sangue, ma da un afflusso di CSF. Il sangue fluisce in seguito attraverso le lacrime nella barriera emato-encefalica.

"C'è tutto questo altro sistema di trasporto dei fluidi oltre il sangue, " ha detto Kelley, che ha presentato il lavoro al 73° Annual Meeting della Division of Fluid Dynamics dell'American Physical Society. "È importante per la malattia, e per patologia, ed è importante per la consegna dei farmaci".

I ricercatori avevano ipotizzato che il liquido cerebrospinale scorresse solo intorno al tessuto cerebrale. Quindi, nel 2012, Il gruppo di Nedergaard ha pubblicato prove che indicano l'esistenza di percorsi del liquido cerebrospinale attraverso il cervello. I loro risultati hanno suggerito che durante il sonno, Il liquido cerebrospinale scorre lungo queste vie glinfatiche e risciacqua via i detriti cellulari, come le proteine ​​beta-amiloide e tau che si accumulano e sono state collegate alla malattia di Alzheimer. Da allora, la ricerca sulla fluidodinamica del liquido cerebrospinale è emersa come un proprio sottocampo in grado di fornire nuove intuizioni a biologi e neuroscienziati.

"Avere numeri sulle cose ti aiuta a fare previsioni migliori, " ha detto Kelley. "Ci hanno permesso di fare previsioni sulla velocità del flusso, e quando il flusso è più importante, e quando la diffusione è più importante. Possiamo fare previsioni migliori ora di quanto chiunque potesse fare tre o quattro anni fa".

Saikat Mukherjee, un ricercatore post-dottorato presso l'Università del Minnesota, Città gemelle, ha notato che i ricercatori sono ancora in disaccordo sul fatto che il liquido cerebrospinale entri o meno nel tessuto cerebrale. Se non lo fa, quindi il cervello si basa principalmente sulla diffusione per eliminare le proteine ​​tossiche. Se il liquido cerebrospinale penetra nel tessuto cerebrale, anche un po, quindi l'avvezione, la rimozione del materiale dal flusso di fluido, potrebbe aiutare in modo significativo con la pulizia.

La differenza potrebbe essere enorme. "Le proteine ​​​​tossiche vengono rilasciate dal cervello e non stanno semplicemente lì, " ha detto Mukherjee. "Si aggregano in proteine ​​di peso molecolare sempre più alto." Il lavoro di Mukherjee suggerisce che la diffusione non è così efficiente nella rimozione di aggregati più grandi, mentre l'avvezione può eliminare proteine ​​di qualsiasi dimensione. Se l'avvezione si rivela avere un ruolo, Egli ha detto, allora forse quella conoscenza potrebbe essere sfruttata per sviluppare nuovi trattamenti per le malattie neurodegenerative che chiariscano meglio gli aggregati proteici.

Mukherjee e i suoi colleghi stanno attualmente studiando i dati clinici sull'accumulo di placca nel cervello per vedere come si adatta alle loro simulazioni. Stanno anche esaminando i risultati degli studi che studiano la clearance delle proteine ​​tossiche durante il ciclo sonno-veglia.

In definitiva, disse Mukherjee, l'uso della fluidodinamica per studiare i punti dei fluidi cerebrali apre due chiari percorsi di ricerca. Primo, può aiutare i neuroscienziati a capire meglio come il corpo si libera dei detriti cellulari e cosa succede, da un punto di vista fisico, quando quel sistema si guasta. Secondo, potrebbe portare a intuizioni su questioni più fondamentali sulla dinamica dei fluidi e sui meccanismi di trasporto reazione-diffusione nel cervello.

"Ci permette di guardare una nuova fisica che nessun altro ha ancora guardato, " ha detto Mukherjee.