Головной и спинной мозг омываются прозрачной жидкостью, которую люди производят около полулитра ежедневно через небольшую структуру, расположенную глубоко в головном мозге.
Эта жидкость, называемая спинномозговой жидкостью (CSF), жизненно важна для человека. Он действует как подушка, защищающая мозг от шока и травм. Кроме того, он создает состояние плавучести, чтобы мозг мог нормально функционировать, не подвергаясь влиянию силы тяжести, и помогает очищать отходы, производимые клетками мозга.
Однако, когда эти процессы нарушаются в результате травм или заболеваний головного мозга, жидкость накапливается в чрезмерных количествах и вызывает состояние, известное как гидроцефалия или "вода на мозг."
В настоящее время в медицинском сообществе нет фармакологического средства от гидроцефалии, которое лечится исключительно хирургическими методами. Чаще всего в полости мозга, заполненные жидкостью, вставляют трубку, и избыток жидкости выводится в другие части тела.
И хотя ученые знали о спинномозговой жидкости веками, молекулярные механизмы, из которых она возникает, остаются неуловимыми.
Однако все это может измениться после недавнего исследования, опубликованного в журнале Nature Communications.
Новое исследование показывает, что белок, обнаруженный в небольшой структуре мозга, называемой сосудистым сплетением, отвечает как минимум за половину производства спинномозговой жидкости у мышей.
Белок известен как котранспортер Na + / K + / 2Cl- или NKCC1.
Мы продемонстрировали, что NKCC1 продуцирует спинномозговую жидкость, транспортируя соли через клеточные мембраны сосудистого сплетения и одновременно перенося воду по механизму, встроенному в этот специфический белок. Исследователи называют этот эффект «котранспортом» воды, поскольку жидкость переносит и соли, и воду одновременно.
Это наблюдение особенно важно, потому что долгое время люди предполагали, что спинномозговая жидкость образована совершенно другим процессом – осмосом. Здесь вода пассивно следует за переносом солей. Новая концепция котранспорта воды как средства генерирования мозговой жидкости теперь примиряет некоторые противоречивые результаты в области науки за последние полвека.
Эксперименты на мышах пролили свет на механизм
Чтобы определить роль NKCC1 в секреции спинномозговой жидкости, исследователи изучили этот процесс на анестезированных мышах. Некоторым мышам вводили буметанид, препарат, избирательно блокирующий активность NKCC1. Затем они измерили, сколько жидкости было добыто в регионе.
Мы видели, что как минимум половина произведенной жидкости была произведена NKCC1. Дополнительные эксперименты показали, что NKCC1 перемещает воду по механизму внутри самого белка. Другими словами, он носит с собой чемоданчик с водой каждый раз, когда перемещает соли с одной стороны мембраны на другую.
Таким образом, производство жидкости NKCC1 может происходить независимо от осмоса. Это означает, что образование мозговых жидкостей может строго контролироваться NKCC1 и, возможно, также другими белками.
Открывает двери для новых методов лечения
Определив, что NKCC1 является ключевым элементом контроля выработки мозговой жидкости, ученым теперь необходимо изучить, как можно регулировать его функцию и, следовательно, накопление мозговой жидкости. В конечном итоге это может привести к новым безоперационным методам лечения гидроцефалии, что станет большим шагом вперед для пациентов.
Буметанид – ингибитор NKCC1 – уже хорошо известный мочегонный препарат (в Дании продается как буметанид или буринекс). Чтобы уменьшить отток мозговой жидкости, буметанид следует доставить в ту сторону сосудистого сплетения, где находится NKCC1. Поскольку эта область недоступна для кровотока, традиционные методы, такие как таблетки, внутривенные и внутримышечные инъекции, в настоящее время исключены.
Задача исследователей в области здравоохранения состоит в том, чтобы найти другой способ доставки лекарства в эту недоступную область мозга или обнаружить новые цели в молекулярном механизме, регулирующем NKCC1, прежде чем можно будет разработать эффективное лечение гидроцефалии.
Хотя это открытие открывает путь для фармакологического вмешательства, до одобренного лекарства от гидроцефалии у людей еще 10 лет. Но, по крайней мере, теперь ученые знают, где искать.