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 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 mengatasi 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 namun belum diteliti dalam timbulnya penyakit neurodegeneratif.
Mereka menerbitkan karya mereka di jurnal Komunikasi Alam.
Dengan menggunakan teknik pencitraan canggih, tim tersebut mengembangkan peta otak tikus yang menggambarkan bagaimana sel-sel vaskular 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, kekurangan energi, 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 seperti gangguan tidur.
Para peneliti menggunakan teknik pencitraan canggih untuk mengidentifikasi sel-sel vaskular dan struktur seperti 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 dan penyusutan otak yang signifikan 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 yang menyebabkan gangguan neurodegeneratif.
“Namun, kita 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 mikro, mengatur suplai oksigen dan energi serta pembuangan limbah ke dan dari neuron. Meskipun penting, kata Kim, sebagian besar penelitian yang ada berfokus pada bagaimana struktur dan fungsi neuron merosot seiring waktu, daripada pada pembuluh darah. Ketika peneliti mempelajari pembuluh darah otak, mereka terutama memeriksa pembuluh darah yang lebih besar atau berfokus pada satu wilayah otak yang mudah diakses, korteks somatosensori. Yang lebih penting, teknik neuroimaging yang 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, menurut Kim.
Otak yang menua menunjukkan berkurangnya panjang pembuluh darah dan kepadatan percabangan, peningkatan jari-jari, berkurangnya kepadatan perisit, kebocoran sawar darah-otak, dan kapasitas pengangkutan oksigen yang lebih rendah dalam darah dibandingkan dengan otak yang masih muda. Kredit: Disediakan oleh Kim Lab / Penn State
Kim dan tim peneliti menghasilkan peta rinci jaringan pembuluh darah seluruh otak tikus menggunakan dua teknik pemetaan 3D resolusi tinggi: serial dua-foto tomografi — teknik yang menciptakan serangkaian gambar 2D bertumpuk — dan mikroskopi fluoresensi lembaran cahaya, yang mengambil gambar sampel 3D 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 dipelajari orang menunjukkan jumlah perubahan paling sedikit, sedangkan perubahan yang mendalam terjadi di area di bagian dalam otak. Ini menunjukkan bahwa kami telah mengamati area yang salah dalam hal studi penuaan.”
Temuan Penting dan Arah Masa Depan
Gambar-gambar tersebut menunjukkan bahwa perubahan pada jaringan pembuluh darah tidak terjadi secara merata 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 dibandingkan dengan 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 meneliti perubahan fungsional pada pembuluh darah dan menemukan bahwa sistem tersebut merespons lebih lambat pada otak yang lebih tua. Itu berarti bahwa sistem tersebut tidak dapat menyediakan energi bagi neuron secepat dan semudah yang dibutuhkan sel. Terdapat pula hilangnya perisit, sejenis sel yang mengatur suplai darah dan permeabilitas pembuluh darah. Akibatnya, pembuluh darah menjadi “bocor”, sehingga membahayakan sawar darah-otak.
Studi ini didasarkan pada penelitian kelompok sebelumnya, di mana mereka memetakan pembuluh darah 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 Alam.
DOI: 10.1038/s41467-024-50559-8
Hannah Bennett, mahasiswa kedokteran dan doktoral, dan Steffy Manjila, sarjana pascadoktoral, memimpin penelitian ini bersama Quingguang Zhang, yang saat itu menjabat sebagai asisten profesor riset di Penn State dan saat ini menjabat sebagai asisten profesor di Michigan State University, dan Yuan-ting Wu, yang sebelumnya menjabat sebagai ilmuwan riset di Penn State dan saat ini menjabat sebagai ilmuwan proyek di Cedars-Sinai Medical Center. Penulis lain dari Penn State yang terlibat 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 riset; Donghui Shin, teknolog riset; Daniel Vanselow, manajer proyek riset; Hyun-Jae Pi, ilmuwan data.
Itu Institut Kesehatan Nasional dan American Heart Association mendanai pekerjaan ini.
