Los modelos informáticos de lesiones cerebrales mapean los vasos sanguíneos del cerebro en la resolución más alta hasta ahora

Los modelos informáticos de lesiones cerebrales mapean los vasos sanguíneos del cerebro en la resolución más alta hasta ahora

Los investigadores de Imperial han creado un modelo informático de lesión cerebral traumática (TBI) que mapea los vasos sanguíneos en un cerebro de rata con la resolución más alta hasta el momento.

Dicen que los modelos podrían ayudar a mejorar nuestra comprensión de cómo los vasos sanguíneos se ven afectados por el TBI, así como sus efectos en la capa protectora que los recubre conocida como la barrera hematoencefálica (BBB), que protege al cerebro de las moléculas y patógenos circulantes dañinos. .

Si los métodos se traducen bien en el cerebro humano, podrían ayudar a mejorar nuestra comprensión de cómo se desarrollan las LCT y cuál es la mejor manera de tratarlas y protegerlas. Las simulaciones podrían incluso ayudar a reemplazar los modelos animales de TBI, reduciendo potencialmente el uso de animales en la investigación del cerebro.

Las LCT son la causa más común de discapacidad crónica en personas menores de 40 años y son el resultado de golpes severos o sacudidas en la cabeza, comúnmente durante incidentes de tránsito, caídas y asaltos. Los síntomas pueden incluir dolores de cabeza, mareos, fatiga, irritabilidad y deterioro de la memoria.

Comenzando en el lugar del impacto, las fuerzas mecánicas viajan en ondas a través del cerebro, retorciendo, estirando y cortando las estructuras cerebrales a medida que la lesión cae en cascada. Se sabe que estas fuerzas afectan los vasos sanguíneos, pero aún no se han precisado los detalles más finos de la relación entre las fuerzas mecánicas y la lesión vascular.

Ahora, los investigadores del Imperial College de Londres han creado un modelo informático de TBI que mapea la red de vasos en el cerebro, llamada vasculatura, en la resolución más alta hasta el momento, incorporando vasos de cerebro de rata de solo 10 micrones de diámetro.

Usando los modelos, encontraron que los vasos sanguíneos adyacentes soportan niveles de estrés profundamente diferentes dependiendo de su alineación con los vecinos. Los vasos sanguíneos en ángulos de 90 ° con respecto a otros tenían menos probabilidades de dañarse, y los vasos se podían estirar hasta un 14 por ciento de su longitud original sin sufrir lesiones, mientras que un estiramiento superior a esta cantidad daría lugar a lesiones.

El autor principal, el Dr. Siamak Khosroshahi, que realizó el trabajo mientras estaba en la Escuela de Ingeniería de Diseño Dyson de Imperial, dijo: “Nuestro enfoque único explica el papel no reconocido de la anatomía vascular y las tensiones de cizallamiento en la forma en que las grandes fuerzas caen en cascada a través del cerebro. Este nuevo conocimiento podría contribuir a mejorar el diagnóstico y la prevención de LCT ".

El grado en el que la BBB permite que las moléculas entren en el cerebro se conoce como permeabilidad. La barrera puede volverse más permeable después de una lesión, por lo que es más probable que permita que las moléculas proinflamatorias lleguen al cerebro y provoquen más lesiones.

La coautora, la Dra. Magdalena Sastre, del Departamento de Ciencias del Cerebro, dijo: "La investigación del daño vascular en una lesión en la cabeza es importante porque una barrera hematoencefálica dañada puede dejar entrar moléculas dañinas que empeoran la lesión inicial".

Mediante el uso de modelos de rata de TBI, los autores demostraron que se produce una mayor permeabilidad de BBB en TBI como resultado de la interrupción de la vasculatura, y que esto es más evidente poco después de la lesión.

A partir de esta información, crearon modelos cerebrales digitalmente con una resolución lo suficientemente alta para resaltar la vasculatura. Descubrieron que los modelos informáticos les permitían predecir con precisión la distribución del estrés en los pequeños vasos sanguíneos del cerebro de las ratas. Los modelos también les permitieron ralentizar el tiempo para observar los detalles de TBI más de cerca.

Los modelos informáticos de lesiones cerebrales mapean los vasos sanguíneos del cerebro en la resolución más alta hasta ahora

El autor principal, el Dr. Mazdak Ghajari, también de la Escuela de Ingeniería de Diseño Dyson de Imperial, dijo: “Las lesiones ocurren en una fracción de segundo, lo que dificulta observar exactamente lo que sucede. Al ralentizar el proceso, podemos identificar exactamente qué áreas del cerebro sufren el mayor daño y llegar a comprender por qué ".

El coautor, el profesor David Sharp, también del Departamento de Ciencias del Cerebro, dijo: “Este nuevo y emocionante modelo proporciona información sobre la forma en que las lesiones en la cabeza conducen a una hemorragia cerebral. Nuestros principales centros de traumatología están preparados para controlar rápidamente el sangrado dentro del cráneo, ya que puede poner en peligro la vida. Sin embargo, no entendemos cómo las lesiones en la cabeza producen diferentes tipos de hemorragias, lo que limita nuestra capacidad para predecir qué tipos de lesiones en la cabeza pueden provocar una hemorragia. El desarrollo de este modelo es un paso importante para comprender este importante proceso ".

Las nuevas simulaciones por computadora de alta resolución podrían proporcionar un plan para estudiar las TBI utilizando más computadoras y menos modelos animales, en línea con los principios de Reemplazo, Reducción y Refinamiento (las 3R) en la investigación con animales.

Los investigadores dicen que sus modelos también podrían proporcionar una forma más objetiva de evaluar los sistemas de protección como los cascos. También se necesitan estudios futuros en humanos que incluyan reconstrucciones detalladas de la biomecánica de TBI para confirmar los hallazgos antes de usarlos para predecir el riesgo de lesiones en humanos.

La mejor comprensión de la BBB también podría ayudar a realizar más investigaciones sobre la administración de medicamentos específicos para el cerebro.

Este estudio fue financiado por Wellcome Trust y el Royal British Legion Centre for Blast Injury Studies en el Imperial College de Londres.

“El modelado multiescala de la lesión cerebrovascular revela el papel de la anatomía vascular y las tensiones de cizallamiento del parénquima” por Siamak Farajzadeh Khosroshahi et al., Publicado el 21 de junio de 2021 en Informes científicos.

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