Az agykárosodás számítógépes modelljei az agyi ereket az eddigi legnagyobb felbontásban térképezik fel

Az agykárosodás számítógépes modelljei az agyi ereket az eddigi legnagyobb felbontásban térképezik fel

A birodalmi kutatók létrehoztak egy traumás agysérülés (TBI) számítógépes modellt, amely a patkány agyában lévő ereket az eddigi legnagyobb felbontásban térképezi fel.

Szerintük a modellek elősegíthetik annak megértését, hogy az ereket hogyan befolyásolja a TBI, valamint annak hatását az őket befogó védőrétegre, amely a vér-agy gát (BBB) ​​néven ismert, amely megvédi az agyat a káros keringő molekuláktól és kórokozóktól. .

Ha a módszerek jól átterjednek az emberi agyra, segíthetnek jobban megérteni, hogy a TBI hogyan fejlődik, és hogyan lehet a legjobban kezelni és ellenük védekezni. A szimulációk akár a TBI állatmodelljeinek pótlásához is hozzájárulhatnak, ami csökkentheti az állatok agykutatásban való felhasználását.

A TBI-k a krónikus fogyatékosság leggyakoribb okai a 40 évesnél fiatalabbaknál, és súlyos fejrohamok vagy lökések következményei - általában közúti közlekedési események, esések és támadások során. A tünetek lehetnek fejfájás, szédülés, fáradtság, ingerlékenység és memóriazavar.

Az ütközés helyétől kezdve a mechanikai erők hullámokban haladnak át az agyon, és a sérülés lépcsőzésekor megcsavarodnak, megnyúlnak és nyírják az agy struktúráit. Ezekről az erőkről ismert, hogy befolyásolják az ereket, de a mechanikai erők és az érsérülések kapcsolatának finomabb részleteit még nem rögzítették.

Most a londoni Imperial College kutatói létrehozták a TBI számítógépes modelljét, amely az edényhálózatot - az úgynevezett érrendszert - feltérképezi az eddigi legnagyobb felbontásban, és mindössze 10 mikron átmérőjű patkányagyi ereket tartalmaz.

A modellek segítségével azt találták, hogy a szomszédos erek mélyen különböző stresszszintet tartanak fenn, a szomszédosakhoz való igazodásuktól függően. A 90 ° -os szöget bezáró erek kevésbé valószínű, hogy károsodnak, és az erek sérülés nélkül az eredeti hosszúságuk 14% -áig nyújthatók, míg az ennél nagyobb mértékben nyújtás sérülést okozhat.

Dr. Siamak Khosroshahi vezető szerző, aki az Imperial Dyson Tervezőmérnöki Iskolájában dolgozott, elmondta: „Egyedülálló megközelítésünk megmagyarázza az ér anatómiájának fel nem ismert szerepét és a nyírófeszültségeket abban, hogy a nagy erők miként lépnek át az agyban. Ez az új megértés hozzájárulhat a TBI diagnózisának és megelőzésének javításához. "

Azt, hogy a BBB milyen mértékben engedi be a molekulákat az agyba, permeabilitásnak nevezzük. A gát a sérülés után áteresztőbbé válhat, ami nagyobb valószínűséggel engedi a gyulladásgátló molekulákat az agyba jutni, és további sérüléseket okozhat.

Társszerző, Dr. Magdalena Sastre, az Agytudományi Tanszék munkatársa elmondta: "Az érkárosodás kivizsgálása a fejsérülésnél azért fontos, mert a sérült vér-agy gát káros anyagokat engedhet be, amelyek súlyosbíthatják a kezdeti sérülést."

A TBI patkánymodelljeinek felhasználásával a szerzők kimutatták, hogy a TBI-ben nagyobb az erek megszakadása következtében a BBB permeabilitása, és ez legkésőbb a sérülés után nyilvánvaló.

Ezen információk alapján digitálisan készítettek agymodelleket, elég nagy felbontásban, hogy kiemeljék az érrendszert. Megállapították, hogy a számítógépes modellek lehetővé tették számukra a stressz eloszlásának pontos megjóslását a patkányagy kis erekben. A modellek azt is lehetővé tették számukra, hogy lassítsák az időt, hogy alaposabban megvizsgálják a TBI részleteit.

Az agykárosodás számítógépes modelljei az agyi ereket az eddigi legnagyobb felbontásban térképezik fel

Dr. Mazdak Ghajari, az Imperial Dyson Tervezőmérnöki Iskolájának vezető szerzője elmondta: „A sérülés másodperc töredéke alatt következik be, és így nehéz pontosan megfigyelni, mi történik. A folyamat lelassításával pontosan meghatározhatjuk, mely agyterületek szenvedik el a legtöbb kárt, és valamilyen módon megérthetjük, miért.

Társszerző, David Sharp professzor, az Agytudományok Tanszékének szintén elmondta: „Ez az izgalmas új modell betekintést nyújt a fejsérülések agyi vérzéshez vezető módjára. Főbb traumaközpontjaink a koponyán belüli vérzés gyors kezelésére hivatottak, mivel ez életveszélyes lehet. Nem értjük azonban, hogy a fejsérülések hogyan eredményeznek különféle típusú vérzéseket, ami korlátozza azon képességünket, hogy megjósoljuk, milyen fejsérülések vezethetnek valószínűleg vérzéshez. Ennek a modellnek a kidolgozása fontos lépés ennek a fontos folyamatnak a megértésében. ”

Az új, nagy felbontású számítógépes szimulációk tervezetet nyújthatnak a TBI-k tanulmányozásához, több számítógép és kevesebb állatmodell felhasználásával, összhangban az állatkísérletekben a csere, csökkentés és finomítás (3R) elvével.

A kutatók szerint modelljeik objektívebb módot is kínálhatnak a védelmi rendszerek, például a sisakok értékelésére. Jövő emberekkel kapcsolatos vizsgálatokra, amelyek magukban foglalják a TBI biomechanikájának részletes rekonstrukcióját, szintén szükség van a megállapítások megerősítéséhez, mielőtt felhasználnák őket az emberi sérülés kockázatának előrejelzésére.

A BBB jobb megértése elősegítheti az agy-specifikus gyógyszerek gyógyszerellátásának további kutatását is.

Ezt a tanulmányt a Wellcome Trust és a Royal British Legion Center for Blast Injury Studies finanszírozta a londoni Imperial College-ban.

„Az agyi érrendszeri sérülések több léptékű modellezése feltárja az ér anatómiájának és a parenchimás nyírófeszültségek szerepét”, írta Siamak Farajzadeh Khosroshahi és munkatársai, 21. június 2021-én, Tudományos jelentései.