211service.com
Mechanika urazów wybuchowych
Naukowcy odkryli mechanizm leżący u podstaw rodzaju uszkodzenia mózgu, którego żołnierze często doznają w wyniku eksplozji przydrożnych w Iraku i Afganistanie. Prace mogą wskazać drogę do wczesnego leczenia tych ostrych urazów wybuchowych poprzez identyfikację potencjalnych celów dla leków.
Dwa nowe artykuły z Grupa Biofizyki Chorób w Harvard’s School of Engineering and Applied Sciences oraz Wyss Institute for Biological Inspired Engineering pod kierownictwem Kevina Kita Parkera wykorzystują techniki inżynierii tkankowej do modelowania fizycznych i biochemicznych skutków urazowego uszkodzenia mózgu (TBI) w mózgu i naczyniach krwionośnych. Parker mówi, że praca stanowi pierwszy krok w kierunku TBI na chipie, który można by wykorzystać do badania przesiewowego pod kątem leków do leczenia żołnierzy rannych wybuchem, zanim nadejdą długoterminowe uszkodzenia.
TBI wywołane przez wybuchy z improwizowanych urządzeń wybuchowych i granatów o napędzie rakietowym to najczęstsze obrażenia wśród żołnierzy w Iraku i Afganistanie. Nawet łagodne TBI jest podstępnym urazem, ponieważ uszkadza mózg w sposób, który nie jest od razu widoczny, a lekarze obecnie niewiele mogą zrobić, aby leczyć. Powszechnie uważa się, że uraz uszkadza mózg poprzez rozciąganie neuronów do punktu zerwania, rozrywając małe dziury w błonie komórkowej, które ostatecznie zabijają komórki. Ale Parker mówi, że jego zespół odkrył, że nie było konieczne uszkadzanie błony, aby wywołać obrażenia podobne do TBI w komórce.
Oba artykuły skupiają się na integrynach, rodzaju białka błony komórkowej, które przekłada mechaniczne siły uszkodzenia na wewnętrzne zmiany w komórce. Naukowcy poddali komórki działaniu krótkich, nagłych sił. Takie systemy były używane w przeszłości, ale zespół Parkera używał sił, które nie były wystarczająco silne, aby fizycznie rozerwać komórkę. Odkryli, że może to powodować takie same zmiany strukturalne zarówno w neuronach, jak i komórkach naczyń krwionośnych, jak te obserwowane w mózgach osób z TBI.
David Hovda , który kieruje Centrum Badań nad Urazami Mózgu na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles, mówi, że badania skłonią osoby pracujące nad TBI do myślenia o tych urazach w nowy sposób. Uważa również, że odkrycia mogą potencjalnie dotyczyć osób z innymi rodzajami urazów mózgu, chociaż różnica między wybuchami a innymi urazami jest obecnie kontrowersyjna. Jednak Hovda mówi, że podobnie jak inne badania na izolowanych komórkach, mogą one naprawdę uchwycić to, co dzieje się w mózgu, ale nie muszą. Mówi, że uraz jest najbardziej skomplikowaną formą urazu, a mózg jest najbardziej skomplikowanym narządem. Mówi, że należy przeprowadzić więcej badań i sekcji zwłok rannych żołnierzy, aby zrozumieć skutki wybuchów w ludzkich mózgach.
W jednym z artykułów opublikowanych w dniu dzisiejszym PLoS jeden , naukowcy dołączyli kulki magnetyczne do kompleksów integryn, które działają jako rodzaj strukturalnej kotwicy w komórkach, wzdłuż aksonów neuronów. Odkryli, że wystarczy niewielka siła przyłożona do kulek, aby zranić aksony. Co więcej, siły działające na jedną kulkę rozprzestrzeniałyby się przez szkielet komórki w dół innego aksonu, powodując pęknięcie lub uszkodzenie odległego aksonu. Parker twierdzi, że propagacja sił przez neurony wyjaśnia, dlaczego uszkodzenia aksonów można zaobserwować nawet z dala od miejsca uszkodzenia w ludzkim mózgu.
Drugi artykuł, opublikowany w zeszłym tygodniu w Materiały Narodowej Akademii Nauk , pokazuje, że integryny mogą również pośredniczyć w problemie zwanym skurczem naczyń mózgowych, zwężeniem otworów naczyń krwionośnych, które rozpoczyna się kilka dni lub miesięcy po uszkodzeniu blastyowym. Parker wyjaśnia, że chociaż skurcz naczyń krwionośnych może wystąpić, gdy naczynia krwionośne pękają i krwawią, czasami nie ma krwawienia i musi mieć miejsce inny proces. Jego zespół wykonał inżynierię tętnic z komórek naczyń krwionośnych i zbadał skutki rozciągania przypominającego wybuch. Odkryliśmy, że w ciągu 24 godzin wybuch wywołał zmianę przełącznika genetycznego, mówi. Powoduje to zmiany chemiczne i fizyczne charakterystyczne dla komórek w skurczu naczyń mózgowych.
Zarówno w neuronach, jak i komórkach naczyń krwionośnych, traktowanie komórek lekiem hamującym białko aktywowane przez integryny zmniejszało uszkodzenie. Parker uważa, że celowanie w ten lub podobny szlak chemiczny może być sposobem na leczenie żołnierzy bezpośrednio po wybuchu, aby zapobiec niektórym wolniejszym skutkom biochemicznym, które wynikają z początkowego urazu.
Parker, major armii amerykańskiej, który służył w Afganistanie, zwykle zajmuje się innymi problemami biofizycznymi, ale zaangażował się w projekt po spędzeniu czasu na polu bitwy z pułkownikiem Geoffreyem Lingiem, neurologiem armii amerykańskiej specjalizującym się w urazach mózgu; Ling jest obecnie kierownikiem programu w Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA), gdzie kieruje wysiłki na rzecz finansowania badań naukowych nad TBI. Ponieważ bardzo trudno jest wiedzieć, co dzieje się w mózgach rannych żołnierzy, mówi Parker, potrzebujemy innego sposobu na zbadanie problemu: jeśli nie zbudujesz modeli do wybuchów IED, będzie trudno nakłonić ludzi do wejścia to pole.