Smegenų traumos kompiuteriniai modeliai dar didžiausia raiška atvaizduoja smegenų kraujagysles

Smegenų traumos kompiuteriniai modeliai dar didžiausia raiška atvaizduoja smegenų kraujagysles

Imperatoriškieji mokslininkai sukūrė trauminio smegenų sužalojimo (TBI) kompiuterinį modelį, kuris žiurkės smegenų kraujagysles atvaizduoja didžiausia raiška.

Jie sako, kad modeliai galėtų padėti geriau suprasti, kaip kraujagysles veikia TBI, taip pat jų poveikį apsauginiam sluoksniui, apgaubiančiam jas, vadinamą kraujo ir smegenų barjeru (BBB), kuris apsaugo smegenis nuo kenksmingų cirkuliuojančių molekulių ir patogenų .

Jei metodai bus gerai pritaikyti žmogaus smegenims, jie galėtų padėti geriau suprasti TBI vystymąsi ir kaip geriausia jas gydyti bei nuo jų apsisaugoti. Modeliavimas netgi gali padėti pakeisti TBI gyvūnų modelius ir taip sumažinti gyvūnų naudojimą smegenų tyrimams.

TBI yra dažniausia lėtinės negalios priežastis jaunesniems nei 40 metų žmonėms ir atsiranda dėl stiprių smūgių ar smūgių į galvą - dažniausiai per eismo įvykius, kritimus ir užpuolimus. Simptomai gali būti galvos skausmas, galvos svaigimas, nuovargis, dirglumas ir atminties sutrikimas.

Pradedant smūgio vietoje, mechaninės jėgos bangomis keliauja per smegenis, susižeidžiant kaskadai, sukant, tempiantis ir kirpiant smegenų struktūras. Žinoma, kad šios jėgos veikia kraujagysles, tačiau smulkesnės detalės apie mechaninių jėgų ir kraujagyslių pažeidimo santykį dar nėra išspręstos.

Londono imperatoriškojo koledžo tyrėjai sukūrė kompiuterinį TBI modelį, kuris didžiausia kol kas skiria smegenų kraujagyslių tinklą, vadinamą kraujagyslėmis, įtraukdamas vos 10 mikronų skersmens žiurkių smegenų kraujagysles.

Naudodamiesi modeliais, jie nustatė, kad gretimos kraujagyslės patiria labai skirtingą streso lygį, priklausomai nuo jų derinimo su kaimyninėmis. Mažiau tikėtina, kad kraujagyslės, esančios 90 ° kampu kitų atžvilgiu, bus pažeistos, o kraujagysles būtų galima ištempti iki 14 procentų jų pradinio ilgio, nesužeidžiant, tuo tarpu ištempus daugiau nei ši suma, sužeista.

Pagrindinis autorius dr. Siamakas Khosroshahi, kuris dirbo dirbdamas Imperialo Dysono dizaino inžinerijos mokykloje, sakė: „Mūsų unikalus požiūris paaiškina nepripažintą kraujagyslių anatomijos ir kirpimo įtampų vaidmenį atliekant didelių jėgų kaskadą per smegenis. Šis naujas supratimas galėtų padėti pagerinti TBI diagnozę ir prevenciją “.

Laipsnis, kuriuo BBB išleidžia molekules į smegenis, vadinamas pralaidumu. Barjeras po sužeidimo gali tapti pralaidesnis, todėl labiau tikėtina, kad uždegimą skatinančios molekulės leis pasiekti smegenis ir sužeis.

Bendraautorė dr. Magdalena Sastre iš Smegenų mokslų katedros sakė: „Kraujagyslių pažeidimo tyrimas dėl galvos traumos yra svarbus, nes pažeistas kraujo ir smegenų barjeras gali leisti kenksmingoms molekulėms pabloginti pradinę traumą“.

Naudodami žiurkių TBI modelius, autoriai parodė, kad dėl kraujagyslių sutrikimo TBI atsiranda didesnis BBB pralaidumas ir kad tai akivaizdžiausia netrukus po traumos.

Iš šios informacijos jie skaitmeniniu būdu sukūrė smegenų modelius pakankamai didele raiška, kad išryškintų kraujagysles. Jie nustatė, kad kompiuteriniai modeliai leido tiksliai numatyti streso pasiskirstymą mažose žiurkių smegenų kraujagyslėse. Modeliai taip pat leido jiems sulėtinti laiką, kad būtų galima atidžiau pažvelgti į TBI detales.

Smegenų traumos kompiuteriniai modeliai dar didžiausia raiška atvaizduoja smegenų kraujagysles

Vyresnysis autorius dr. Mazdakas Ghajari, taip pat iš Imperialo Dysono dizaino inžinerijos mokyklos, sakė: „Sužalojimas įvyksta per sekundės dalį, todėl sunku tiksliai stebėti, kas vyksta. Lėtindami procesą galime tiksliai nustatyti, kurios smegenų sritys patiria didžiausią žalą, ir šiek tiek suprasti, kodėl “.

Bendraautorius profesorius Davidas Sharpas, taip pat iš Smegenų mokslų katedros, sakė: „Šis naujas įdomus modelis suteikia įžvalgų apie tai, kaip galvos traumos lemia smegenų kraujavimą. Pagrindiniai mūsų traumų centrai yra skirti greitai valdyti kraujavimą kaukolėje, nes tai gali kelti pavojų gyvybei. Tačiau mes nesuprantame, kaip galvos traumos sukelia skirtingų tipų kraujavimus, o tai riboja mūsų galimybes numatyti, kokios galvos traumos gali sukelti kraujavimą. Šio modelio sukūrimas yra svarbus žingsnis suprantant šį svarbų procesą “.

Naujos didelės skiriamosios gebos kompiuterinės simuliacijos galėtų sudaryti planą tirti TBI, naudojant daugiau kompiuterių ir mažiau gyvūnų modelių, laikantis gyvūnų pakeitimo, mažinimo ir tobulinimo (3R) principų.

Tyrėjai teigia, kad jų modeliai taip pat galėtų būti objektyvesnis būdas įvertinti tokias apsaugos sistemas kaip šalmai. Būsimi tyrimai su žmonėmis, įskaitant išsamią TBI biomechanikos rekonstrukciją, taip pat reikalingi norint patvirtinti išvadas prieš juos naudojant prognozuoti sužalojimo riziką žmonėms.

Geresnis BBB supratimas taip pat galėtų padėti atlikti tolesnius smegenų specifinių vaistų tiekimo tyrimus.

Šį tyrimą finansavo Londono imperatoriškojo koledžo „Wellcome Trust“ ir Karališkasis Didžiosios Britanijos legiono sprogimų dėl sužeidimų tyrimas.

„Daugialypis smegenų kraujagyslių pažeidimo modeliavimas atskleidžia kraujagyslių anatomijos ir parenchimos kirpimo įtempių vaidmenį“, kurį pateikė Siamakas Farajzadehas Khosroshahi ir kt., Paskelbtas 21 m. Birželio 2021 d. Mokslines ataskaitas.