Le cellule endoteliali microvascolari che rivestono i capillari cerebrali sono i componenti principali per la formazione della barriera emato-encefalica (BBB)1, che svolge un ruolo cruciale nella regolazione di ciò che entra o esce dalla circolazione cerebrale con la periferia. I nutrienti essenziali necessari per il tessuto nervoso possono entrare nella BEE, mentre alcuni aminoacidi essenziali come il glutammato vengono espulsi dal cervello, poiché alte concentrazioni possono causare danni neuroeccitatori permanenti al tessuto cerebrale2. In condizioni fisiologiche normali, la BBB limita l'ingresso nel cervello della quantità di proteine plasmatiche come l'albumina 3,4 e la protrombina poiché queste possono avere effetti dannosi 5,6,7. Infine, la BBB protegge il cervello dalle neurotossine che circolano in periferia, come gli xenobiotici provenienti dal cibo o dall'ambiente1. Nel complesso, il danno ai tessuti cerebrali è irreversibile e l'invecchiamento correlato a bassi livelli di neurogenesi8 evidenzia l'importanza della BBB nel proteggere e prevenire qualsiasi fattore che acceleri il processo neurodegenerativo.
Nella dolicoectasia (o dilatazione dei grandi vasi sanguigni), si osserva una diminuzione dell'elasticità dei vasi, che si traduce in cambiamenti morfologici dei vasi, rendendoli così disfunzionali9 e portando a una riduzione del flusso sanguigno nel cervello. Questa riduzione del flusso sanguigno diminuisce successivamente l'apporto di ossigeno e glucosio, innescando in ultima analisi il danno alla BBB attraverso l'attivazione degli astrociti reattivi10. Quando la lamina interna dei vasi sanguigni è danneggiata dalla dolicoectasia11, per l'angiogenesi è necessaria una stimolazione ripetuta del fattore di crescita dell'endotelio vascolare (VEGF). Ciò può portare alla formazione di vasi che perdono e, infine, portare ad un'angiogenesi patologica, caratterizzata dallo sviluppo di vasi difettosi12. Durante l'angiogenesi patologica, quando i vasi sanguigni diventano difettosi, sembra che un meccanismo compensatorio ripristini l'integrità dei vasi sovraregolando le proteine della giunzione stretta. Tuttavia, questo processo può inavvertitamente interrompere la BBB quando l'integrità strutturale di un vaso sanguigno viene persa13. Ciò può verificarsi attraverso un'ulteriore interruzione della BBB e la promozione della produzione di placca amiloide14. Inoltre, le perdite dalla periferia possono causare neuroinfiammazione15, che provoca degenerazione neuronale e conseguente perdita di memoria.
Strutturalmente, la protezione fornita dalla BBB avviene attraverso le giunzioni strette che impediscono agli agenti xenobiotici del sangue di entrare nel cervello. Quando consente a determinate sostanze di entrare nel cervello, la BEE lo fa principalmente attraverso due processi principali, la diffusione passiva o canali specifici (come i canali ionici e i trasportatori)1. Nell'AD, la ricerca ha dimostrato che un sistema vascolare disfunzionale svolge un ruolo significativo nella progressione della condizione12,13. La formazione di placche di amiloide-beta (Aβ) e la neurodegenerazione possono derivare dalla rottura della BBB 12,13 e da disturbi del flusso sanguigno cerebrale16. Una riduzione del flusso sanguigno cerebrale può essere osservata in individui anziani con diagnosi di demenza vascolare e AD17,18. Il danno alla barriera emato-encefalica (BBB) insieme a un flusso sanguigno cerebrale disfunzionale (CBF) può contribuire all'aumento della produzione di concentrazione di Aβ nel cervello, accompagnata dall'infiltrazione di materiali estranei dalla circolazione periferica19.
Per studiare la patogenesi di malattie neurologiche come l'AD e la demenza vascolare (VaD), vengono sviluppati modelli per replicare la malattia. I modelli in vitro sono ampiamente utilizzati, ma mancano dell'ambiente biologico per un'ampia modellazione delle malattie come la popolazione cellulare mista, rendendo così necessaria l'importanza dei modelli in vivo. I topi sono comunemente usati per la loro facilità di manipolazione genetica nel generare proprietà simili a quelle umane (ad esempio, patologia) nella malattia. Con i progressi compiuti finora, c'è ancora un continuo bisogno di modelli migliorati per emulare i fenotipi della malattia come la dilatazione dei grandi vasi e il loro ruolo nell'AD. A tal fine, abbiamo visto un'opportunità e modificato una tecnica che prevedeva l'iniezione di elastasi nella Cisterna magna dei topi20,21. L'elastasi è un enzima che ha dimostrato di smontare l'elastina nel tessuto connettivo22 e nelle giunzioni strette circostanti23. La Cisterna magna è stata scelta come punto di iniezione perché si trova direttamente sopra il cerchio di Willis, il più grande vaso sanguigno del cervello. Iniettando elastasi nella Cisterna magna, possiamo compromettere la BBB e i vasi sanguigni rompendo le giunzioni strette e inducendo la dilatazione dei vasi sanguigni (circolo di Willis)24,25. La combinazione di questa tecnica con l'uso di un modello murino di patologia dell'AD, per una migliore comprensione della patogenesi della componente vascolare dell'AD, può fornire preziose informazioni sulle complesse interazioni e influenze tra queste due distinte patologie.
Studi precedenti hanno dimostrato casi in cui i pazienti mostrano sia le caratteristiche patologiche dell'AD che del VaD, una condizione tipicamente indicata come demenza mista26,27. Pertanto, la comprensione dei meccanismi interconnessi tra le due condizioni può offrire una prospettiva più completa sulla progressione e la manifestazione di queste malattie neurodegenerative, migliorando la nostra comprensione dei meccanismi sottostanti e delle potenziali strategie terapeutiche. A tal fine, dimostriamo l'applicazione dell'elastasi in un modello murino di patologia AD(APP NL-F) per identificare i cambiamenti vascolari.