Računalni modeli za ozljede mozga mapiraju krvne žile mozga u najvišoj razlučivosti do sada

Računalni modeli za ozljede mozga mapiraju krvne žile mozga u najvišoj razlučivosti do sada

Imperijalni istraživači stvorili su računalni model s traumatičnom ozljedom mozga (TBI) koji mapira krvne žile u mozgu štakora u najvišoj razlučivosti do sada.

Kažu da bi modeli mogli pomoći u poboljšanju našeg razumijevanja kako TBI utječe na krvne žile, kao i na njegove učinke na zaštitni sloj koji ih ograđuje poznat kao krvno-moždana barijera (BBB), koja štiti mozak od štetnih molekula u cirkulaciji i patogena .

Ako se metode dobro prebace na ljudski mozak, mogle bi pomoći u poboljšanju našeg razumijevanja kako se TBI razvijaju i kako ih najbolje liječiti i zaštititi od njih. Simulacije bi čak mogle pomoći zamjeni životinjskih modela TBI-a, potencijalno smanjujući upotrebu životinja u istraživanju mozga.

TBI su najčešći uzrok kronične onesposobljenosti mlađih od 40 godina, a posljedica su jakih udaraca ili trzaja u glavu - obično tijekom prometnih incidenata, padova i napada. Simptomi mogu uključivati ​​glavobolju, vrtoglavicu, umor, razdražljivost i oštećenje pamćenja.

Počevši od mjesta udara, mehaničke sile putuju u valovima kroz mozak, uvijajući se, istežući se i smičući moždane strukture dok se ozljede kaskaju. Poznato je da ove sile utječu na krvne žile, ali precizniji detalji odnosa između mehaničkih sila i vaskularnih ozljeda tek trebaju biti utvrđeni.

Sada su istraživači s Imperial Collegea u Londonu stvorili računalni model TBI-a koji mapira mrežu žila u mozgu - nazvanu vaskulatura - u najvišoj razlučivosti do sad, uključujući moždane žile štakora promjera samo 10 mikrona.

Koristeći modele, otkrili su da susjedne krvne žile trpe duboko različite razine stresa, ovisno o njihovom usklađivanju sa susjednim. Vjerojatnije je da će oštetiti krvne žile pod kutom od 90 ° u odnosu na druge, a žile bi se mogle protegnuti do 14 posto svoje prvotne duljine bez ozljeda, dok bi istezanje veće od ove količine rezultiralo ozljedom.

Glavni autor dr. Siamak Khosroshahi, koji je izvodio posao dok je studirao na Imperial-ovoj Dyson School of Design Engineering rekao je: „Naš jedinstveni pristup objašnjava neprepoznatu ulogu vaskularne anatomije i posmičnih naprezanja u tome kako velike sile kaskaju kroz mozak. Ovo novo razumijevanje moglo bi pridonijeti poboljšanju dijagnoze i prevencije TBI-a. "

Stupanj do kojeg BBB propušta molekule u mozak poznat je kao propusnost. Pregrada može postati propusnija nakon ozljede, što čini vjerojatnije da proupalne molekule dođu do mozga i uvedu daljnju ozljedu.

Koautorica dr. Magdalena Sastre s Odjela za mozak, rekla je: "Istraživanje vaskularnih oštećenja kod ozljede glave važno je jer oštećena krvno-moždana barijera može propustiti štetne molekule koje pogoršavaju početnu ozljedu."

Koristeći modele TBI na pacovima, autori su pokazali da se veća propusnost BBB javlja u TBI kao rezultat poremećaja krvožilnog sustava, te da je to najočitije ubrzo nakon ozljede.

Na temelju tih podataka stvorili su moždane modele digitalno u dovoljno visokoj rezoluciji da istaknu vaskulaciju. Otkrili su da im računalni modeli omogućuju precizno predviđanje raspodjele stresa u malim krvnim žilama mozga štakora. Modeli su im omogućili i usporavanje vremena kako bi detaljnije pogledali detalje TBI-a.

Računalni modeli za ozljede mozga mapiraju krvne žile mozga u najvišoj razlučivosti do sada

Stariji autor dr. Mazdak Ghajari, također iz Imperial-ove Dyson School of Design Engineering, rekao je: “Ozljeda se dogodi u djeliću sekunde, što otežava promatranje što se točno događa. Usporavanjem procesa možemo točno odrediti koja područja mozga podnose najveću štetu i na neki način shvatiti zašto. "

Koautor profesor David Sharp, također s Odjela za mozak, rekao je: „Ovaj uzbudljivi novi model pruža uvid u način na koji ozljede glave dovode do krvarenja u mozgu. Naši glavni traumatični centri pripremljeni su za brzo upravljanje krvarenjem unutar lubanje jer to može biti opasno po život. Međutim, ne razumijemo kako ozljede glave proizvode različite vrste krvarenja, što ograničava našu sposobnost predviđanja koje će vrste ozljeda glave vjerojatno dovesti do krvarenja. Razvoj ovog modela važan je korak u razumijevanju ovog važnog procesa. "

Nove računalne simulacije visoke razlučivosti mogle bi pružiti nacrt za proučavanje TBI-a koristeći više računala i manje životinjskih modela, u skladu s načelima zamjene, smanjenja i pročišćavanja (3R) u istraživanju životinja.

Istraživači kažu da bi njihovi modeli mogli pružiti i objektivniji način procjene zaštitnih sustava poput kaciga. Buduće studije na ljudima koje uključuju detaljne rekonstrukcije biomehanike TBI-a također su potrebne kako bi se potvrdili nalazi prije nego što se koriste za predviđanje rizika od ozljeda kod ljudi.

Poboljšano razumijevanje BBB-a moglo bi također pomoći daljnjem istraživanju isporuke lijekova za mozak specifičnih lijekova.

Ovu su studiju financirali Wellcome Trust i Royal British Legion Center for Blast Injury Studies na Imperial College London.

"Multiskalno modeliranje cerebrovaskularnih ozljeda otkriva ulogu vaskularne anatomije i naprezanja smicanja parenhima", autor Siamak Farajzadeh Khosroshahi i sur., Objavljeno 21. lipnja 2021. u Znanstveni Izvješća.