Numerical Simulations Reveal Complementary Function of Blood-Brain Barrier and Glymphatic Transport in the Brain

淋巴系统 脑功能 血脑屏障 物理 功能(生物学) 统计物理学 神经科学 机械 心理学 生物 中枢神经系统 脑脊液 进化生物学
作者
Reza Yousofvand,Jeffrey Tithof
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:134 (13): 138403-138403 被引量:3
标识
DOI:10.1103/physrevlett.134.138403
摘要

The brain accounts for approximately 20% of metabolism and, as a result, generates protein waste which requires efficient clearance. Failure to clear such waste leads to formation of toxic protein aggregates implicated in a variety of neurodegenerative diseases, including Alzheimer's and Parkinson's. The blood-brain barrier and the glymphatic system are two parallel transport pathways that remove waste from the brain, but very few studies have investigated their interactions or complementary function. Herein, we develop a Lattice Boltzmann simulation of waste clearance from an idealized segment of brain tissue and test the effects of selectively activating or deactivating each pathway. We model clearance of the peptide amyloid-β, long recognized as critical in Alzheimer's pathology, and calibrate our model against limited experimental data. This approach uncovers critical parameters that have eluded prior experimental measurement. Our study also reveals complementary functionality of the blood-brain barrier and glymphatic system that are likely generic features applicable to the transport of large molecules (e.g., proteins) in the brain.
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