Sebuah studi baru mengungkapkan bahwa menjaga kesehatan pembuluh darah sangat penting untuk kesehatan otak dan dapat membantu memerangi penyakit neurodegeneratif seperti Alzheimer dengan memungkinkan deteksi dini dan berpotensi memandu pengobatan baru.
Para peneliti telah menemukan area di otak tikus yang rentan terhadap degenerasi pembuluh darah, mengungkap hubungan antara penyakit pembuluh darah dan penyakit neurodegeneratif.
Menjaga kesehatan pembuluh darah penting tidak hanya untuk kesehatan jantung tetapi juga kesehatan otak. Menurut sebuah studi baru yang dipimpin oleh para peneliti Penn State, kesehatan pembuluh darah sangat penting dalam memerangi penurunan kognitif terkait usia dan gangguan neurodegeneratif seperti Penyakit Alzheimer penyakit. Temuan ini menyoroti peran jaringan pembuluh darah otak, atau infrastruktur energi, yang berpotensi signifikan tetapi belum diteliti, dalam perkembangan penyakit neurodegeneratif.
Mereka menerbitkan karya mereka di jurnal Komunikasi Alami.
Dengan menggunakan teknik pencitraan canggih, tim tersebut mengembangkan peta otak tikus yang menunjukkan bagaimana sel-sel pembuluh darah dan struktur seperti pembuluh darah berubah seiring bertambahnya usia dan mengidentifikasi area yang rentan terhadap kerusakan. Ketika pembuluh darah rusak, sel-sel saraf di otak, yang disebut neuron, kehilangan energi, yang menyebabkannya tidak berfungsi atau mati. Hal ini dapat menyebabkan kondisi yang disebut demensia vaskular, penyebab utama kedua dari gangguan kognitif pada orang dewasa yang lebih tua, dan gejala-gejala seperti gangguan tidur.
Para peneliti menggunakan teknik pencitraan canggih untuk mengidentifikasi sel-sel pembuluh darah dan struktur mirip pembuluh darah di otak tikus. Kredit: Disediakan oleh Kim Lab/Penn State
Deteksi Dini dan Pemahaman Penyakit Neurodegeneratif
“Pada penyakit seperti Alzheimer, pada saat Anda dapat melihat perubahan pembuluh darah yang signifikan dan penyusutan otak pada MRI, kematian sel telah terjadi. Kita perlu memahami bagaimana sel dan struktur ini berubah sebelum bencana besar terjadi,” kata Yongsoo Kim, profesor madya ilmu saraf dan perilaku di Penn State College of Medicine dan penulis senior studi tersebut. “Studi ini memberikan tanda-tanda awal gangguan neurodegeneratif, yang berpotensi mengarah pada diagnosis dini dan petunjuk tentang bagaimana kita dapat memperlambat proses penuaan dan perubahan kognitif.”
Menurut Kim, penuaan merupakan salah satu faktor utama penyebab gangguan neurodegeneratif.
“Namun, kami benar-benar tidak memiliki pemahaman dasar yang baik tentang bagaimana penuaan normal itu sendiri mengubah otak, khususnya pembuluh darah otak,” kata Kim. Dan dengan populasi lansia di Amerika Serikat yang terus bertambah, ia mengatakan penting untuk memahami perubahan ini, terutama dalam jaringan pembuluh darah.
Pembuluh darah, terutama pembuluh darah mikro, mengatur pasokan oksigen dan energi serta pembuangan produk limbah ke dan dari neuron. Meskipun penting, kata Kim, sebagian besar penelitian yang ada berfokus pada bagaimana struktur dan fungsi neuron memburuk seiring waktu, bukan pada pembuluh darah. Ketika peneliti mempelajari pembuluh darah otak, mereka kebanyakan memeriksa pembuluh darah yang lebih besar atau berfokus pada satu wilayah otak yang mudah diakses, korteks somatosensori. Yang lebih penting, teknik neuroimaging umum, seperti MRI, tidak memberikan resolusi yang cukup tinggi untuk melihat apa yang terjadi di pembuluh darah kecil, yang membentuk 80% hingga 85% dari pembuluh darah otak, kata Kim.
Otak yang menua menunjukkan berkurangnya panjang pembuluh darah dan kepadatan percabangan, peningkatan radius, berkurangnya kepadatan perisit, kebocoran sawar darah-otak, dan kapasitas pengangkutan oksigen yang lebih rendah dalam darah dibandingkan dengan otak muda. Kredit: Disediakan oleh Kim Lab/Penn State
Kim dan tim peneliti menghasilkan peta rinci dari seluruh jaringan pembuluh darah otak tikus menggunakan dua teknik pemetaan 3D resolusi tinggi: serial dua-foton tomografi — teknik yang menciptakan serangkaian gambar 2D bertumpuk — dan mikroskopi fluoresensi lembaran cahaya, yang mengambil gambar 3D dari sampel utuh untuk memvisualisasikan seluruh otak pada resolusi sel tunggal. Mereka mengambil gambar otak tikus muda dan tua untuk memetakan perubahan pembuluh darah di seluruh otak seiring bertambahnya usia.
“Karena kami melakukan pemetaan beresolusi tinggi dengan resolusi yang memadai, kami dapat merekonstruksi seluruh struktur pembuluh darah dan memindai seluruh otak untuk menentukan area yang mengalami degenerasi selektif seiring bertambahnya usia,” kata Kim. “Apa yang kami temukan adalah bahwa area yang paling banyak diteliti orang menunjukkan jumlah perubahan paling sedikit, sementara perubahan paling mendalam terjadi di area yang jauh di dalam otak. Ini menunjukkan bahwa kami telah mengamati area yang salah dalam hal studi penuaan.”
Temuan Utama dan Arah Masa Depan
Gambar-gambar tersebut menunjukkan bahwa perubahan dalam jaringan pembuluh darah tidak seragam di seluruh otak. Sebaliknya, perubahan tersebut terkonsentrasi di bagian basal otak depan, lapisan kortikal dalam, dan jaringan hipokampus, yang menunjukkan bahwa area-area ini lebih rentan terhadap degenerasi pembuluh darah. Area-area ini berperan dalam perhatian, tidur, pemrosesan memori, dan penyimpanan, di antara fungsi-fungsi lainnya.
Seiring bertambahnya usia otak, panjang pembuluh darah dan kepadatan percabangan berkurang sekitar 10%, yang menunjukkan bahwa jaringan yang mendistribusikan darah menjadi lebih jarang. Arteri pada otak yang lebih tua juga tampak lebih berkelok-kelok daripada arteri pada otak yang lebih muda, yang dapat menghambat aliran darah, terutama ke area yang lebih jauh dari arteri utama seperti lapisan kortikal yang dalam, jelas Kim.
Tim tersebut juga mengamati perubahan fungsional pada pembuluh darah dan menemukan bahwa sistem tersebut merespons lebih lambat pada otak yang lebih tua. Itu berarti sistem tersebut tidak dapat menyediakan energi bagi neuron secepat dan semudah yang dibutuhkan sel. Terjadi pula kehilangan perisit, sejenis sel yang mengatur suplai darah dan permeabilitas pembuluh darah. Akibatnya, pembuluh darah menjadi “bocor”, sehingga membahayakan sawar darah-otak.
Penelitian ini didasarkan pada penelitian kelompok sebelumnya, di mana mereka memetakan pembuluh darah di otak tikus muda. Selanjutnya, mereka mempelajari bagaimana perubahan yang disebabkan oleh penyakit Alzheimer di otak memengaruhi kesehatan pembuluh darah dan fungsi saraf. Pada akhirnya, mereka berharap penelitian mereka akan mengarah pada pengobatan untuk gangguan neurodegeneratif.
Referensi: “Penuaan mendorong perombakan jaringan serebrovaskular dan perubahan fungsional di otak tikus” oleh Hannah C. Bennett, Qingguang Zhang, Yuan-ting Wu, Steffy B. Manjila, Uree Chon, Donghui Shin, Daniel J. Vanselow, Hyun-Jae Pi, Patrick J. Drew dan Yongsoo Kim, 30 Juli 2024, Komunikasi Alami.
DOI: 10.1038/s41467-024-50559-8
Hannah Bennett, seorang mahasiswa kedokteran dan mahasiswa doktoral, dan Steffy Manjila, seorang sarjana pascadoktoral, memimpin penelitian tersebut bersama Quingguang Zhang, yang saat itu adalah asisten profesor peneliti di Penn State dan saat ini adalah asisten profesor di Michigan State University, dan Yuan-ting Wu, yang sebelumnya adalah ilmuwan peneliti di Penn State dan saat ini adalah ilmuwan proyek di Cedars-Sinai Medical Center. Rekan penulis Penn State lainnya dalam penelitian ini meliputi: Patrick Drew, profesor ilmu teknik dan mekanika, bedah saraf, biologi, dan teknik biomedis serta direktur sementara Huck Institutes of the Life Sciences; Uree Chon, teknisi penelitian; Donghui Shin, teknolog penelitian; Daniel Vanselow, manajer proyek penelitian; Hyun-Jae Pi, ilmuwan data.
Itu Institut Kesehatan Nasional dan American Heart Association mendanai pekerjaan ini.
NewsRoom.id
