Model komputer cedera otak memetakan pembuluh darah otak dalam resolusi tertinggi

Model komputer cedera otak memetakan pembuluh darah otak dalam resolusi tertinggi

Peneliti kekaisaran telah menciptakan model komputer cedera otak traumatis (TBI) yang memetakan pembuluh darah di otak tikus dalam resolusi tertinggi.

Mereka mengatakan model dapat membantu meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana pembuluh darah dipengaruhi oleh TBI, serta efeknya pada lapisan pelindung yang membungkusnya yang dikenal sebagai sawar darah-otak (BBB), yang melindungi otak dari molekul dan patogen berbahaya yang beredar .

Jika metode ini diterjemahkan dengan baik ke dalam otak manusia, metode tersebut dapat membantu meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana TBI berkembang dan cara terbaik untuk mengobati dan melindunginya. Simulasi bahkan dapat membantu menggantikan model hewan TBI, berpotensi mengurangi penggunaan hewan dalam penelitian otak.

TBI adalah penyebab kecacatan kronis yang paling umum pada orang berusia di bawah 40 tahun dan diakibatkan oleh pukulan keras atau sentakan pada kepala—biasanya selama insiden lalu lintas, jatuh, dan penyerangan. Gejalanya bisa termasuk sakit kepala, pusing, kelelahan, lekas marah dan gangguan memori.

Dimulai dari tempat tumbukan, kekuatan mekanik berjalan dalam gelombang melalui otak, memutar, meregangkan, dan memotong struktur otak saat cedera mengalir. Kekuatan-kekuatan ini diketahui mempengaruhi pembuluh darah, tetapi detail yang lebih baik dari hubungan antara kekuatan mekanik dan cedera vaskular belum ditentukan.

Sekarang, para peneliti di Imperial College London telah menciptakan model komputer TBI yang memetakan jaringan pembuluh darah di otak—disebut pembuluh darah—dalam resolusi tertinggi, menggabungkan pembuluh otak tikus dengan diameter hanya 10 mikron.

Menggunakan model, mereka menemukan bahwa pembuluh darah yang berdekatan mempertahankan tingkat stres yang sangat berbeda tergantung pada keselarasan mereka dengan yang tetangga. Pembuluh darah pada sudut 90 ° terhadap orang lain cenderung tidak rusak, dan pembuluh darah dapat diregangkan hingga 14 persen dari panjang aslinya tanpa cedera, sementara peregangan lebih dari jumlah ini akan mengakibatkan cedera.

Penulis utama Dr. Siamak Khosroshahi, yang melakukan penelitian saat di Imperial's Dyson School of Design Engineering mengatakan: “Pendekatan unik kami menjelaskan peran anatomi vaskular dan tegangan geser yang tidak diketahui dalam seberapa besar kekuatan mengalir melalui otak. Pemahaman baru ini dapat berkontribusi untuk meningkatkan diagnosis dan pencegahan TBI.”

Sejauh mana BBB memungkinkan molekul masuk ke otak dikenal sebagai permeabilitas. Penghalang dapat menjadi lebih permeabel setelah cedera, membuatnya lebih mungkin untuk membiarkan molekul pro-inflamasi mencapai otak dan mengantarkan cedera lebih lanjut.

Rekan penulis Dr. Magdalena Sastre dari Departemen Ilmu Otak mengatakan: "Menyelidiki kerusakan pembuluh darah pada cedera kepala adalah penting karena penghalang darah-otak yang rusak dapat membiarkan molekul berbahaya masuk yang memperburuk cedera awal."

Dengan menggunakan model tikus dari TBI, penulis menunjukkan bahwa permeabilitas BBB yang lebih besar terjadi pada TBI sebagai akibat dari gangguan pembuluh darah, dan ini paling jelas segera setelah cedera.

Dari informasi ini mereka membuat model otak secara digital dalam resolusi yang cukup tinggi untuk menonjolkan pembuluh darah. Mereka menemukan bahwa model komputer memungkinkan mereka untuk secara akurat memprediksi distribusi stres di pembuluh darah kecil otak tikus. Model juga memungkinkan mereka untuk memperlambat waktu untuk melihat detail TBI lebih dekat.

Model komputer cedera otak memetakan pembuluh darah otak dalam resolusi tertinggi

Penulis senior Dr. Mazdak Ghajari, juga dari Imperial's Dyson School of Design Engineering, mengatakan: “Cedera terjadi dalam sepersekian detik, sehingga sulit untuk mengamati dengan tepat apa yang terjadi. Dengan memperlambat prosesnya, kami dapat menentukan dengan tepat area otak mana yang paling banyak mengalami kerusakan dan memahami alasannya.”

Rekan penulis Profesor David Sharp, juga dari Departemen Ilmu Otak mengatakan: “Model baru yang menarik ini memberikan wawasan tentang cara cedera kepala menyebabkan pendarahan otak. Pusat trauma utama kami disiapkan untuk menangani perdarahan di dalam tengkorak dengan cepat karena hal ini dapat mengancam jiwa. Namun, kami tidak mengerti bagaimana cedera kepala menghasilkan berbagai jenis perdarahan, yang membatasi kemampuan kami untuk memprediksi jenis cedera kepala yang mungkin menyebabkan perdarahan. Pengembangan model ini merupakan langkah penting dalam memahami proses penting ini.”

Simulasi komputer resolusi tinggi yang baru dapat memberikan cetak biru untuk mempelajari TBI menggunakan lebih banyak komputer dan lebih sedikit model hewan, sejalan dengan prinsip Penggantian, Pengurangan, dan Penyempurnaan (3R) dalam penelitian hewan.

Para peneliti mengatakan model mereka juga dapat memberikan cara yang lebih objektif untuk menilai sistem perlindungan seperti helm. Studi masa depan pada manusia yang mencakup rekonstruksi rinci biomekanik TBI juga diperlukan untuk mengkonfirmasi temuan sebelum menggunakannya untuk memprediksi risiko cedera pada manusia.

Pemahaman yang lebih baik tentang BBB juga dapat membantu penelitian lebih lanjut tentang pengiriman obat dari obat-obatan khusus otak.

Studi ini didanai oleh Wellcome Trust dan Royal British Legion Centre for Blast Injury Studies di Imperial College London.

“Pemodelan multiskala cedera serebrovaskular mengungkapkan peran anatomi vaskular dan tegangan geser parenkim” oleh Siamak Farajzadeh Khosroshahi et al., diterbitkan 21 Juni 2021 di Laporan Ilmiah.

Kami ingin memberi tahu Anda tentang proyek lain yang sangat menarik yang membantu menghasilkan uang di dunia modern: Sinyal perdagangan tentang pompa cryptocurrency yang akan datang di Binance pertukaran dari saluran Telegram rahasia investor. Tonton di YouTube tentang sinyal pompa kripto dan pedagang klub VIP.