Afwasmachine voor het brein

Kari Alitalo had al meer dan twintig jaar lymfevaten bestudeerd. Hij wist dus heel goed dat dit vatenstelsel, waarin immuuncellen worden getransporteerd en tegelijk afval- en gifstoffen worden afgevoerd, zich niet uitstrekte tot in het de hersenen. Tenminste, zo werd al ruim driehonderd jaar verondersteld. ‘Iedereen ging ervan uit dat het stopt bij de hersenen,’ vertelt Alitalo, die werkt aan de universiteit van Helsinki.

Drie jaar geleden wilde Alitalo een nauwkeuriger kaart maken van het lymfestelsel. Hiervoor gebruikte hij genetisch gemodificeerde muizen, met lymfevaten die opgloeiden als je ze met licht van een bepaalde golflengte bescheen (er was een gen van een lichtgevende kwallensoort bij ze ingebouwd).

Toen stagiair Alexanteri Aspelund in Alitalo’s laboratorium de gemodificeerde muizen onder dit licht bekeek, zag hij iets onverwachts: de hoofden van de muizen gloeiden op. Eerst dacht hij dat er iets mis was – met de dieren, met de belichting of met de meetinstrumenten. Maar toen Alitalo en Aspelund het experiment herhaalden, gebeurde precies hetzelfde. Er bleken toch lymfevaten door de hersenen lopen.

‘Zo nu en dan vindt de wetenschap iets geheel onverwachts. Dan gaat er een deur open naar een heel nieuwe wereld’

Dat kwam als een totale verrassing: in de eenentwintigste eeuw worden nauwelijks meer grote ontdekkingen aan de menselijke anatomie gedaan. ‘Dit soort vondsten doe je tegenwoordig niet meer,’ vertelt Alitalo. ‘Maar zo nu en dan vindt de wetenschap iets geheel onverwachts. Dan gaat er een deur open naar een heel nieuwe wereld.’

Alitalo is maar een van de wetenschappers die deze nieuwe wereld onderzoeken. Andere onderzoekers, waaronder Maiken Nedergaard van de universiteit van Rochester en Jonathan Kipnis van de University of Virginia School of Medicine, toonden onafhankelijk van hem aan dat lymfevaten doorlopen tot in de hersenen.

Deze ontdekking is veel meer dan een historische voetnoot. Het kan grote gevolgen hebben voor allerlei hersenaandoeningen, zoals de ziekte van Alzheimer, multiple sclerose, beroertes en traumatisch hersenletsel.

Verstopt

De onderzoekers namen twee stelsels waar: de vaten die om de hersenen heen liggen en er naar binnen gaan, en een ander stelsel binnen in de hersenen. Het eerste staat bekend als het lymfevatenstelsel voor de hersenen, het tweede heet het glymfevatenstelsel. De ‘g’ vóór ‘lymfe’ verwijst naar de glia, het type neuronen waaruit deze vaten in de hersenen bestaan. Deze glymfevaten vervoeren hersenvocht en immuuncellen naar de hersenen en voeren cellulair afval af.

Alikalo, Nedergaard, Kipnis en anderen vonden aanwijzingen dat de hersenen, wanneer dit systeem niet goed werkt, verstopt kunnen raken met gifstoffen en er zich inflammatoire immuuncellen ophopen. Onderzoek wijst erop dat wanneer dit proces tientallen jaren aanhoudt, het de ziektes van Alzheimer, Huntington, Parkinson en andere neurodegeneratieve aandoeningen in de hand zou kunnen werken. ‘Dit zijn revolutionaire bevindingen,’ aldus Nedergaard. ‘Dit stelsel speelt een heel grote rol in de gezondheid van de hersenen.’

Nedergaard beschrijft het glymfevatenstelsel als een soort afwasmachine voor de hersenen: ‘Het brein is erg actief en produceert daarbij allerlei rotzooi die het kwijt moet zien te raken’.

Ze vraagt zich af waarom dit stelsel niet al veel eerder is opgemerkt. Bij een dissectie van de schedelinhoud zijn deze vaten nota bene met het blote oog zichtbaar. Maar niemand keek er echt naar: ‘De hersenen worden meestal als een klomp zenuwcellen gezien. We beschouwen het brein als een computer. Maar dat is het niet: het is een levend orgaan.’

Nedergaard en Helene Benveniste van de Yale-universiteit hebben aanwijzingen gevonden dat problemen met de lymfe- en glymfevatenstelsels een rol spelen bij het ontstaan van de ziekte van Alzheimer. Door middel van muizenonderzoek toonden zij aan dat een slecht werkend glymfevatenstelsel leidt tot de opbouw van bèta-amyloïd in de hersenen, een cruciaal eiwit bij het ontstaan van de ziekte.

Vorig jaar onderzocht neurowetenschapper Jeff Iliff van de Oregon Health & Science University samen met zijn collega’s postmortem weefsel uit 79 menselijke hersenen. Zij keken vooral naar het eiwit aquaporin-4, dat veel in glymfevaten zit. In de hersenen van mensen met alzheimer was dit eiwit in de knoop geraakt, terwijl het er bij mensen zonder de ziekte nog goed uitzag. Dit wijst erop dat een verstoring van de glymfevaten mogelijk een rol speelt bij het ontstaan van de ziekte, aldus Iliff.

Ook bij het ontstaan van auto-immuunziekten spelen deze vaten wellicht een rol. Onderzoekers weten dat het immuunsysteem maar in beperkte mate toegang tot de hersenen heeft. Toch is het wel altijd goed op de hoogte van de actuele status van de hersenen; niemand wist hoe het immuunsysteem die informatie verkreeg. Volgens sommige wetenschappers zorgt het glymfevatenstelsel hiervoor en loopt deze communicatie in de war bij ziekten als multiple sclerose (MS) – waarbij het immuunsysteem bepaalde typen eigen hersencellen aanvalt.

Ook bij symptomen van traumatisch hersenletsel zou het stelsel een rol kunnen spelen. Nedergaard liet zien dat dit soort beschadigingen in muizen blijvende schade met zich meebrengen aan de nogal kwetsbare glymfevaten. Muizen zijn hier volgens haar een goed model voor, omdat hun glymfestelsel erg lijkt op dat van mensen. Samen met Iliff ondervond zij dat de hersenen van de diertjes zelfs maanden na een beschadiging afval nog steeds niet goed wegwerkten. Hierdoor hoopten zich giftige verbindingen op, waaronder bèta-amyloïd. Nedergaard komt terug op zijn afwasmachine-analogie: ‘Net als wanneer je de machine laat draaien met maar een derde deel van het water. Dan worden de borden niet schoon.’

‘Je schoont je hersenen alleen op als je slaapt. Je moet je bewustzijn even uitzetten, zodat je het huishouden kunt doen’

Uit recent onderzoek kwamen ook aanwijzingen naar voren dat het glymfestelsel zelfs doorloopt tot in het oog. Al tientallen jaren zien artsen veel patiënten met de ziekte van Alzheimer die ook aan glaucoom leiden, een aandoening waarbij door een beschadigde gezichtszenuw het gezichtsvermogen achteruitgaat. Ze konden echter niet bedenken wat hier het gemeenschappelijk mechanisme achter was. Mogelijk is het glymfevatenstelsel de verklaring.

Afgelopen januari vonden Belgische en Zwitserse onderzoekers binnen in de gezichtszenuw een dicht netwerk van glymfevaten. Ook constateerden zij dat wanneer deze vaten niet goed werken, er bèta-amyloïd achterblijft, naast andere neurotoxines die de gezichtszenuw beschadigen.

En in maart beschreven onderzoekers van de Harvard-universiteit dat de doorstroming in glymfevaten significant afneemt vlak vóór een migraineaanval. De intense pijn die hoort bij deze kwaal wordt vooral veroorzaakt door ontstoken zenuwen in het weefsel rondom de hersenen. De eerste auteurs van het artikel, neurowetenschappers Rami Burstein en Aaron Schain, speculeren dat tekortschietende afvoer van moleculair afval uit de hersenen in deze pijnzenuwen inflammatie opwekt.

Slaap

Slaap lijkt het functioneren van het glymfevatenstelsel te bevorderen. Nedergaard liet zien dat, in muizen tenminste, het stelsel gedurende de slaap tweemaal zo veel vocht vervoert als in wakende toestand. Met haar collega’s keek zij naar bèta-amyloïdwaarden en merkte dat lymfevaten veel meer van het eiwit afvoerden wanneer de dieren sliepen dan toen zij wakker waren. Zij denkt dat slaapproblemen hierdoor op termijn tot alzheimer en misschien ook tot andere hersenaandoeningen kunnen leiden. ‘Je schoont je hersenen alleen op als je slaapt,’ vertelt ze. ‘Waarschijnlijk is dat een belangrijke reden dát we überhaupt slapen. Je moet je bewustzijn even uitzetten, zodat je het huishouden kunt doen’.

Nedergaard en Benveniste merkten ook dat de slaappositie cruciaal is. In verticale positie – zittend of staand – worden afvalstoffen veel minder efficiënt afgevoerd. Ook slapen op je buik is niet ideaal; op je rug is al beter, maar een zijligging lijkt het beste voor je te zijn. De redenen voor deze verschillen zijn niet helemaal duidelijk, maar Nedergaard vermoedt dat het te maken heeft met de constructie van de lymfevaten en -kleppen; ze vermoedt dat het gezond is om in je slaap zo nu en dan te bewegen.

Waarschijnlijk is slapen overigens niet de enige manier om de doorstroming in glymfevaten te bevorderen. In een in januari gepubliceerd artikel beschreven Chinese onderzoekers dat bij muizen het glymfevatenstelsel na consumptie van omega 3-vetzuren beter werkt.

Benveniste onderzoekt of ook het verdovingsmiddel dexmedemotidine de doorstroming in glymfevaten bevordert. En uit een ander klein onderzoek, onder mensen dit keer, bleek dat diep ademhalen het transport van hersenvocht via glymfevaten naar de hersenen significant doet toenemen.

Alitalo experimenteert met groeifactoren: stoffen die de vorming van nieuwe vaten in en rondom de hersenen stimuleren. In varkens wist hij er lymfevaten mee te repareren en momenteel test hij eenzelfde benadering uit in de hersenen van muizen met een variant van alzheimer.

‘Er bestaan nog niet echt klinische behandelingen op dit gebied,’ zegt hij. ‘Maar geef het wat tijd. Het is allemaal pas net ontdekt.’

Auteur: David Kohn
Vertaler: Valentijn van Dijk

Openingsbeeld: © Science Photo Library

The Washington Post
Verenigde Staten | dagblad | oplage 700.000

Een van de meest invloedrijke kranten ter wereld. Centrum-rechts georiënteerd met een grote focus op de Amerikaanse politiek.