Phát hiện ra cơ quan quan trọng trong bộ não người mà chúng ta chưa hề biết trước đây

Bộ não con người là một cơ quan có cấu trúc phức tạp, từ trong ra ngoài. Nhiều thập kỷ sau khi hình ảnh não bộ được các nhà khoa học ngày đêm nghiên cứu, chúng ta vẫn đang gắng tìm tòi những điều mới về vị trí của nhận thức và ý thức trong bộ não.

Hôm thứ năm tuần trước, các nhà nghiên cứu từ Đại học Rochester và Đại học Copenhagen đã công bố phát hiện ra một lớp mô chưa từng được biết đến bao quanh cả não chuột và não người. Phát hiện được trình bày chi tiết trên tạp chí Khoa học.

Màng giống bạch huyết dưới nang màng nhện não, hay viết tắt là SLYM, chia không gian dưới nang màng nhện, khu vực chứa dịch não tủy bao quanh não, thành hai ngăn. Các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Maiken Nedergaard, đồng giám đốc của Trung tâm y học thần kinh tịnh tiến, và Kjeld Mollgard, giáo sư giải phẫu thần kinh, đã phát hiện ra lớp nhỏ chỉ dày bằng một vài tế bào, sử dụng kính hiển vi kích thích hai photon có độ phân giải cao. Kết hợp với thuốc nhuộm protein huỳnh quang, kỹ thuật này đã tạo ra những hình ảnh chi tiết đáng kể trên thang micromet bên trong lớp này.

Sau khi các nhà nghiên cứu xác định được cấu trúc, họ đã tiến hành nhiều thí nghiệm trên chuột để xác định chức năng của nó. Sử dụng các chất nhuộm với nhiều kích cỡ và đặc điểm khác nhau, họ đã khám phá ra thứ gì có thể vượt qua rào cản và thứ gì không thể. Phóng to, họ cũng nhận thấy rằng SLYM chứa quần thể tế bào miễn dịch của hệ thần kinh và có thể so sánh với mô trung biểu mô - một lớp bảo vệ mỏng - bao quanh các cơ quan quan trọng khác.

SLYM của bộ não làm gì?

Những quan sát này cho phép các nhà nghiên cứu đưa ra nhiều kết luận về SLYM:

Nó hoạt động như một lớp rào bảo vệ cho não.

Nó phục vụ như một nền tảng cho các tế bào miễn dịch theo dõi não để phát hiện nhiễm trùng và viêm.

Nó làm giảm ma sát giữa não và hộp sọ khi não chuyển động bên trong hộp sọ.

Nó điều hướng dòng chảy của dịch não tủy, một chất lỏng không màu bao phủ bên ngoài não.

Chức năng lý thuyết thứ tư có thể là thú vị nhất. Những khám phá gần đây chỉ ra dịch não tủy là phương tiện để loại bỏ các chất thải từ não tích tụ trong lúc thức. Khi chúng ta ngủ, hệ thống glymphatic tuôn ra bất kỳ chất độc hại nào. SLYM có thể chủ động cho phép dịch não tủy “sạch” đi vào khoang dưới nang màng nhện não xung quanh não và dịch não tủy “bẩn” ra ngoài.

Nedergaard khẳng định: “Khám phá… mang lại cho chúng tôi sự đánh giá cao hơn nhiều về vai trò tinh vi của dịch não tủy không chỉ trong việc vận chuyển và loại bỏ chất thải ra khỏi não mà còn hỗ trợ khả năng phòng vệ miễn dịch của nó”.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng sự hiện diện mới của SLYM cũng mang lại những hiểu biết sâu sắc về chấn thương não. “SLYM có thể bị vỡ vật lý, dẫn tới thay đổi dòng chảy dịch não tủy, giải thích sự ức chế kéo dài dòng chảy glymphatic sau chấn thương sọ não cũng như nguy cơ phát triển bệnh Alzheimer sau chấn thương cao”.

Hơn nữa, các rối loạn của hệ thống thần kinh trung ương như bệnh đa xơ cứng có thể được kích hoạt hoặc trầm trọng hơn do tổn thương SLYM, và các nhà khoa học khám phá các phương pháp trị liệu não mới sẽ phải tính đến rào cản khi thiết kế các liệu pháp.

Thay đổi quan điểm truyền thống

Quan điểm truyền thống cho rằng não được bao quanh bởi ba lớp, màng cứng, nang màng nhện não và màng mềm. Møllgård và cộng sự đã tìm thấy một lớp màng não thứ tư được gọi là màng giống bạch huyết dưới nhện (SLYM). SLYM khác biệt về mặt miễn dịch với các lớp màng não khác trong não người và chuột, thể hiện một lớp rào chặt chẽ đối với các chất hòa tan hơn 3 kilodalton, phân chia hiệu quả không gian dưới màng nhện thành hai ngăn khác nhau. SLYM là tập hợp của một lượng lớn tế bào tủy, số lượng tế bào tăng lên để đáp ứng với tình trạng viêm và lão hóa, vì vậy lớp này đại diện cho một hốc miễn dịch bẩm sinh được định vị lý tưởng để giám sát dịch não tủy. 

Các nhà nghiên cứu khẳng định: "Chúng tôi cho thấy sự tồn tại của lớp màng não thứ tư ngăn cách không gian dưới nang màng nhện não chuột và não người, được chỉ định là màng giống như bạch huyết dưới nang màng nhện não (SLYM). SLYM tương tự về hình thái và kiểu hình miễn dịch với lớp màng trung biểu mô của các cơ quan ngoại vi và khoang cơ thể, đồng thời nó bao bọc các mạch máu và chứa các tế bào miễn dịch. Về mặt chức năng, sự gắn kết chặt chẽ của SLYM với lớp nội mô của xoang tĩnh mạch màng não cho phép trao đổi trực tiếp các chất hòa tan nhỏ giữa dịch não tủy và máu tĩnh mạch. Đặc tính chức năng của SLYM cung cấp những hiểu biết cơ bản về các lớp rào miễn dịch của não và sự vận chuyển chất lỏng".

Dù phát hiện ra chức năng của SLYM thì vẫn phải ngủ để kích hoạt hệ thống glymphatic thanh tẩy não

Cái tên "hệ thống glymphatic" (hoặc con đường thanh thải glymphatic, hoặc hệ thống cận mạch) do nhà thần kinh học người Đan Mạch Maiken Nedergaard đặt ra để công nhận sự phụ thuộc của nó vào các tế bào thần kinh đệm và sự giống nhau về chức năng của nó với các chức năng của hệ thống bạch huyết ngoại vi.

Hệ thống đã được mô tả và đặt tên vào năm 2013 như một hệ thống thanh thải chất thải trong hệ thống thần kinh trung ương (CNS) của động vật có xương sống. Theo mô hình này, dịch não tủy (CSF) chảy vào khoang quanh mạch máu xung quanh các động mạch não, kết hợp với dịch kẽ (ISF) và các chất hòa tan trong nhu mô, và thoát ra các khoang quanh tĩnh mạch đi vào nhu mô não, kết hợp với cơ chế thanh thải để loại bỏ dịch kẽ (ISF) và các chất hòa tan ngoại bào khỏi các khoang kẽ của não và tủy sống. Trao đổi chất hòa tan giữa CSF và ISF được thúc đẩy chủ yếu bởi xung động mạch và được điều chỉnh trong khi ngủ bằng cách mở rộng và co lại không gian ngoại bào não. Việc loại bỏ các protein hòa tan, chất thải và dịch ngoại bào dư thừa được thực hiện thông qua dòng đối lưu lớn của ISF.

Một ấn phẩm của L. Xie và các đồng nghiệp vào năm 2013 đã khám phá hiệu quả của hệ thống glymphatic trong giấc ngủ sóng chậm và cung cấp bằng chứng trực tiếp đầu tiên rằng việc thanh thải các chất thải kẽ tăng lên trong trạng thái nghỉ ngơi. Sử dụng kết hợp các kỹ thuật điện chuyển ion khuếch tán do Nicholson và các đồng nghiệp tiên phong, chụp ảnh 2 photon in vivo và điện não đồ để xác nhận trạng thái thức và ngủ, Xia và Nedergaard đã chứng minh rằng những thay đổi về hiệu quả trao đổi CSF-ISF giữa não thức và não ngủ được gây ra bởi sự mở rộng và co lại của không gian ngoại bào, tăng ~60% trong não khi ngủ để thúc đẩy quá trình thanh thải các chất thải kẽ như amyloid beta. Trên cơ sở của những phát hiện này, họ đưa ra giả thuyết rằng các đặc tính phục hồi của giấc ngủ có thể liên quan đến việc tăng thanh thải glymphatic của các chất thải trao đổi chất được tạo ra bởi hoạt động thần kinh trong não thức.

Một chức năng quan trọng khác của hệ thống glymphatic đã được ghi lại bởi Thrane và cộng sự. Vào năm 2013, họ đã chứng minh rằng hệ thống đường dẫn cận mạch của não đóng một vai trò quan trọng trong việc vận chuyển các phân tử lipophilic nhỏ. M. Nedergaard, Thrane và các đồng nghiệp cũng chỉ ra rằng sự vận chuyển lipid quanh mạch máu thông qua con đường glymphatic đã kích hoạt tín hiệu canxi thần kinh đệm và sự suy giảm áp suất của khoang sọ, do đó làm suy giảm tuần hoàn glymphatic, dẫn đến khuếch tán lipid không chọn lọc, tích tụ lipid nội bào và truyền tín hiệu bệnh lý giữa các tế bào hình sao. Mặc dù cần có thêm các thí nghiệm để phân tích ý nghĩa sinh lý của mối liên hệ giữa tuần hoàn bạch huyết, tín hiệu canxi và vận chuyển lipid quanh mạch máu trong não, nhưng những phát hiện này chỉ ra việc áp dụng một chức năng trong CNS tương tự như khả năng của bạch huyết đường ruột (lacteals) để vận chuyển lipid đến gan.