Крошечные каналы, обнаруженные внутри человеческого черепа, могут быть жизненно важны для мозга

Короткий путь между черепом и мозгом может стать возможным способом для иммунной системы человека обойти гематоэнцефалический барьер.

Исследователи недавно обнаружили ряд крошечных каналов в черепе мышей и человека, и, по крайней мере у мышей, эти маленькие пути представляют собой неожиданный источник иммунитета мозга.

Ранее ученые предполагали, что иммунная система соединяется с мозгом, проскальзывая через своего рода неврологические таможенные ворота - барьер, отделяющий кровеносные каналы от важных нервных тканей.

Теперь, похоже, нет необходимости идти длинным путем. Иммунные клетки внутри самой кости, которая окружает мозг, похоже, имеют более прямой путь.

В прошлом году исследователи обнаружили целый ряд иммунных клеток, скрытых в костном мозге черепа мыши. Столкнувшись с вирусом или опухолью в мозге, эти клетки перемещались по каналам черепа и попадали в спинномозговую жидкость.

Теперь кажется, что этот тайный путь на самом деле является улицей с двусторонним движением.

Мало того, что иммунные клетки в черепной крышке могут проникать в мозг, исследователи обнаружили, что спинномозговая жидкость также может просачиваться в череп.

Эксперты считают, что это работает как иммунный пит-стоп.

Когда прозрачная жидкость, которой пропитан мозг млекопитающих, течет через трещины в черепе, клетки костного мозга внимательно следят за ней на предмет угрозы.

Если обнаруживается патоген, костный мозг отвечает выработкой иммунных клеток для борьбы с инфекцией.

Флуоресцентные трассеры, введенные в спинномозговую жидкость мышей, четко показывают, как спинномозговая жидкость движется по субмиллиметровым каналам в крышке черепа к костному мозгу.

Когда исследователи ввели в мозг мышей бактерии, вызывающие менингит, который приводит к воспалению оболочки мозга или менингов, инфекция начала циркулировать в спинномозговой жидкости.

Затем и жидкость, и бактерии проникли в череп через эти маленькие каналы и стимулировали реакцию иммунной системы. 

Через час после введения бактерий в мозг мыши 99 процентов стволовых клеток в костном мозге черепа были помечены соответствующим антителом. 

"Теперь мы знаем, что мозг может подавать сигналы этому центру иммунитета - другими словами, взывать о помощи, если что-то пойдет не так, например, во время инфекции или воспаления", - говорит Матиас Нарендорф, работающий в Массачусетской больнице общего профиля и Гарвардском университете.

"Клетки в костном мозге черепа следят за спинномозговой жидкостью, которая выходит из мозга через каналы черепа, обнаруженные нами ранее".

В 2018 году Нарендорф и его коллеги поняли, что костный мозг в черепе млекопитающих напрямую связан с менингами через крошечные сосудистые каналы в кости.

За прошедшие с тех пор годы стало ясно, что череп является упущенным из виду источником иммунного надзора. До этого считалось, что за здоровьем мозга млекопитающих следят удаленные иммунные участки в других частях тела.

Но новое исследование предполагает, что эти другие участки не так сильно вовлечены в процесс, по крайней мере, на начальном этапе. Через час после того, как исследователи ввели мышам внутримозговой возбудитель, периферический костный мозг в кости ноги мыши не обнаружил меченых антителами клеток. А вот костный мозг черепа показал.

Это говорит о том, что иммунная система, встроенная в череп, в первую очередь заботится о неврологических инфекциях.

"В целом, костный мозг черепа заслуживает более пристального внимания из-за его близости к менингам и [центральной нервной системе] и перекрестного взаимодействия с ними", - пишут авторы в своей новой работе. 

"Постоянный отбор проб оттока [спинномозговой жидкости] позволяет предположить, что состояние костного мозга может отражать здоровье мозга и что костный мозг играет важную роль в регулировании воспаления [центральной нервной системы]".

Более пристальный взгляд с помощью иммуноокрашивания показал, что костный мозг в черепе мыши имел несколько иной состав иммунных клеток, чем костный мозг из большеберцовой кости мыши.

В черепе после введения бактерий в мозг мыши значительно увеличилось количество нейтрофилов, которые являются первой линией защиты иммунной системы, и моноцитов, которые убивают захватчиков или предупреждают другие клетки крови к действию. Эти иммунные клетки также группировались вблизи синусов, где течет спинномозговая жидкость и находится костный мозг.

Полученные результаты позволяют предположить, что спинномозговая жидкость имеет прямой доступ к костному мозгу черепа. Более того, иммунные клетки могут выходить из костного мозга черепа в ответ на сигналы спинномозговой жидкости.

В большинстве случаев этот путь полезен. Постоянно проверяя спинномозговую жидкость на наличие захватчиков и реагируя соответствующим образом, иммунная система черепа поддерживает здоровье мозга млекопитающих.

Что же происходит, если эта иммунная система начинает работать в усиленном режиме?

"Это может иметь огромное значение для таких заболеваний, как деменция и болезнь Альцгеймера, поскольку эти болезни имеют воспалительный компонент", - говорит Нарендорф.

Хотя результаты исследования еще не были воспроизведены на людях, вполне вероятно, что в нашем мозге работает аналогичная система, которая обходит гематоэнцефалический барьер. Используя микротомографию, авторы уже обнаружили подобные крошечные каналы, соединяющие череп человека с менингами мозга, каждый диаметром около 1,5 миллиметра.

Проходят ли белые кровяные тельца и спинномозговая жидкость по этим каналам у нашего вида, пока неясно.

Неврологические заболевания человека, такие как рассеянный склероз, миастения гравис и синдром Гийена-Барре, характеризуются чрезмерно активным иммунным ответом, но как этот ответ запускается, еще предстоит выяснить.

"Наша работа также может быть полезна для изучения ситуаций, когда иммунный ответ наносит вред, например, когда иммунные клетки, полученные из костного мозга, повреждают мозг и окружающие нервы", - добавляет Нарендорф.

"Понимание того, что подпитывает нейровоспаление, является первым шагом к успешному его модулированию".

Исследование было опубликовано в журнале Nature Neuroscience.