Головной мозг составляет лишь 2% от общей массы тела, однако через свою сеть сосудов он принимает около 15% всей выбрасываемой сердцем крови. Сосудистая система мозга представляет собой разветвленную сеть, общая длина которой у человека тянется на несколько сотен километров. Нарушение васкуляризации мозга приводит к неврологическим расстройствам, включая инсульт, умственную отсталость и нейродегенеративные нарушения. Сам головной мозг не может продуцировать сосудистые эндотелиальные клетки, и развитие сосудистой сети инициируется вторжением ангиогенных отростков от окружающих (периневральных) сосудистых сплетений. После входа в мозг отростки связываются и формируют сеть, однако механизмы этого процесса не изучены. Гематоэнцефалический барьер, управляющий обменом веществ между мозговой тканью и кровеносной системой, образуется позднее за счет взаимодействия эндотелиальных клеток, перицитов, астроцитов и нейронов.


В настоящее время активно исследуется процесс вторжения сосудов в ЦНС, что попутно ведет к прояснению механизма формирования гематоэнцефалического барьера. Тем не менее, неясным остается построение сосудистой системы мозга после вхождения в него сосудов, в особенности, клеточные процессы, ответственные за создание трехмерной картины васкулярного русла. В значительной степени, это объясняется сложностью сканирования васкулатуры всего головного мозга у интактного животного. Большинство работ в данной области обычно ограничиваются использованием иммуногистохимического анализа на срезах, которые предоставляя важные сведения о молекулярных механизмах ангиогенеза мозга, упускают динамические процессы формирования всего сосудистого русла.

Васкуляризация —  формирование новых кровеносных сосудов (обычно капилляров) внутри ткани;
Ангиогенез — процесс образования новых кровеносных сосудов в органе или ткани.

В работе, опубликованной 14 августа в журнале «PLOS Biology» группа ученых под руководством доктора Джиулин Ду (Jiu-lin Du) из института Нейронаук, Китайской академии Наук, использовала трансгенных данио рерио в качестве упрощенной модели позвоночного животного, в которой васкулярные эндотелиальные и кровяные клетки, а также нейроны маркировались флуоресцентным белком. В долговременных исследованиях личинок данио в условиях in vivo (на целостном животном) получены серии конфокальных изображений сосудистого древа на уровне среднего мозга в течение 1,5-7,5 дней постэмбрионального развития. Это позволило проследить развитие каждого сегмента сосуда и изменения, происходящее в объемной структуре васкулярного русла.

Было обнаружено, что на ранних стадиях ангиогенеза имеется множество петель, 45% которых рассасывается в процессе развития сосудов. При сравнении постоянных и исчезающих сегментов отмечается снижение тока крови перед началом рассасывания. Это наблюдается, как при естественном ходе ангиогенеза, так и при искусственном пресечении кровотока. Исчезновение сегментов связано с миграцией эндотелиальных сосудистых клеток и выделением фактора миграции белка Rac1.

Данная работа позволила по-новому взглянуть на проблему формирования и исчезновения сосудистых сегментов в процессе развития головного мозга личинок данио рерио. По мнению исследователей, важность понимания механизмов ангиогенеза связана с решением многих проблем, в частности, возникновения рака и метастазирования.

——
Chen Q, Jiang L, Li C, Hu D, Bu J-w, et al. Haemodynamics-Driven Developmental Pruning of Brain Vasculature in Zebrafish. PLoS Biol, 10 (8). 2012. www.plosbiology.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.1001374