Smadzeņu traumu datormodeļi kartē smadzeņu asinsvadus ar visaugstāko izšķirtspēju

Smadzeņu traumu datormodeļi kartē smadzeņu asinsvadus ar visaugstāko izšķirtspēju

Imperatori pētnieki ir izveidojuši traumatisku smadzeņu traumu (TBI) datoru modeli, kas žurku smadzenēs kartē asinsvadus ar visaugstāko izšķirtspēju.

Viņi saka, ka modeļi varētu palīdzēt uzlabot mūsu izpratni par to, kā TBI ietekmē asinsvadus, kā arī tā ietekmi uz aizsargslāni, kas tos ieskauj, kas pazīstams kā asins-smadzeņu barjera (BBB), kas aizsargā smadzenes no kaitīgām cirkulējošām molekulām un patogēniem .

Ja metodes labi pārvēršas cilvēka smadzenēs, tās varētu palīdzēt uzlabot mūsu izpratni par to, kā attīstās TBI un kā vislabāk ārstēt un aizsargāt pret tām. Simulācijas pat varētu palīdzēt aizstāt TBI dzīvnieku modeļus, potenciāli samazinot dzīvnieku izmantošanu smadzeņu pētījumos.

TBI ir visizplatītākais hroniskas invaliditātes cēlonis jaunākiem par 40 gadiem un rodas smagu triecienu vai grūdienu dēļ - parasti ceļu satiksmes negadījumu, kritienu un uzbrukumu laikā. Simptomi var būt galvassāpes, reibonis, nogurums, aizkaitināmība un atmiņas pasliktināšanās.

Sākot ar trieciena vietu, mehāniskie spēki viļņos pārvietojas caur smadzenēm, savērpjot kaskādes laikā, pagriežot, izstiepjot un sagriežot smadzeņu struktūras. Šie spēki, kā zināms, ietekmē asinsvadus, taču sīkākas detaļas par mehānisko spēku un asinsvadu traumu attiecībām vēl nav piestiprinātas.

Tagad Londonas Imperiālās koledžas pētnieki ir izveidojuši TBI datora modeli, kurā visaugstākajā izšķirtspējā tiek attēlots smadzeņu asinsvadu tīkls, ko sauc par asinsvadu, iekļaujot tikai 10 mikronu diametra žurku smadzeņu traukus.

Izmantojot modeļus, viņi atklāja, ka blakus esošie asinsvadi iztur dziļi atšķirīgu stresa līmeni atkarībā no to izlīdzināšanas ar kaimiņu. Asinsvadi, kas atrodas 90 ° leņķī pret citiem, retāk tika bojāti, un asinsvadus bez ievainojumiem varēja izstiept līdz 14 procentiem no to sākotnējā garuma, savukārt, izstiepjot vairāk par šo daudzumu, tiktu ievainoti.

Vadošais autors Dr. Siamaks Khosroshahi, kurš vadīja darbu, atrodoties Imperialas Daisonas Dizaina inženierzinātņu skolā, sacīja: “Mūsu unikālā pieeja izskaidro asinsvadu anatomijas un bīdes spriegumu neatzīto lomu, kad lieli spēki kaskādē caur smadzenēm. Šī jaunā izpratne varētu palīdzēt uzlabot TBI diagnostiku un profilaksi. ”

To, cik lielā mērā BBB ielaiž molekulas smadzenēs, sauc par caurlaidību. Barjera pēc traumas var kļūt caurlaidīgāka, padarot to visticamāk, lai iekaisumu veicinošas molekulas ļautu nonākt smadzenēs un ieviest turpmāku traumu.

Līdzautore Dr. Magdalēna Sastre no Smadzeņu zinātnes departamenta sacīja: "Asinsvadu bojājumu izmeklēšana galvas traumu gadījumā ir svarīga, jo bojāta asins-smadzeņu barjera var ļaut kaitīgajām molekulām pasliktināt sākotnējo traumu."

Izmantojot TBI žurku modeļus, autori parādīja, ka asinsvadu traucējumu rezultātā TBI rodas lielāka BBB caurlaidība un ka tas visredzamāk parādās drīz pēc traumas.

No šīs informācijas viņi digitāli izveidoja smadzeņu modeļus pietiekami augstā izšķirtspējā, lai izceltu asinsvadus. Viņi atklāja, ka datormodeļi ļāva viņiem precīzi paredzēt stresa sadalījumu žurku smadzeņu mazajos asinsvados. Modeļi arī ļāva viņiem palēnināt laiku, lai rūpīgāk apskatītu TBI detaļas.

Smadzeņu traumu datormodeļi kartē smadzeņu asinsvadus ar visaugstāko izšķirtspēju

Vecākais autors Dr. Mazdaks Ghajari, arī Imperialas Daisonas Dizaina inženierzinātņu skolas vadītājs, sacīja: “Traumas notiek sekundes laikā, tāpēc ir grūti precīzi novērot notiekošo. Palēninot procesu, mēs varam precīzi noteikt, kuras smadzeņu zonas nodara vislielāko kaitējumu, un kaut kādā veidā saprast, kāpēc. ”

Līdzautors profesors Deivids Šarps, arī no Smadzeņu zinātnes katedras, sacīja: “Šis jaunais aizraujošais modelis sniedz ieskatu par to, kā galvas traumas noved pie smadzeņu asiņošanas. Mūsu galvenie traumu centri ir paredzēti, lai ātri pārvaldītu asiņošanu galvaskausā, jo tas var apdraudēt dzīvību. Tomēr mēs nesaprotam, kā galvas traumas rada dažāda veida asiņošanu, kas ierobežo mūsu spēju paredzēt, kāda veida galvas traumas var izraisīt asiņošanu. Šī modeļa izstrāde ir svarīgs solis, lai izprastu šo svarīgo procesu. ”

Jaunās, augstas izšķirtspējas datorsimulācijas varētu nodrošināt plānu TBI izpētei, izmantojot vairāk datoru un mazāk dzīvnieku modeļu, saskaņā ar aizstājēju, samazināšanas un uzlabošanas (3R) principiem dzīvnieku pētījumos.

Pētnieki saka, ka viņu modeļi varētu arī sniegt objektīvāku veidu, kā novērtēt tādas aizsardzības sistēmas kā ķiveres. Nepieciešami arī turpmākie pētījumi par cilvēkiem, kas ietver detalizētas TBI biomehānikas rekonstrukcijas, lai apstiprinātu secinājumus, pirms tos izmantot, lai prognozētu traumu risku cilvēkiem.

Uzlabota izpratne par BBB varētu arī palīdzēt turpināt pētīt smadzenēm specifisku zāļu narkotiku piegādi.

Šo pētījumu finansēja Wellcome Trust un Lielbritānijas Karaliskais leģiona centrs sprādzienu traumu pētījumiem Londonas Imperatora koledžā.

“Cerebrovaskulārā ievainojuma daudzciklu modelēšana atklāj asinsvadu anatomijas un parenhīmas bīdes spriegumu nozīmi”, autores Siamak Farajzadeh Khosroshahi et al., Publicēts 21. gada 2021. jūnijā Zinātniskie ziņojumi.

Mēs vēlamies jūs informēt par vēl vienu ļoti interesantu projektu, kas palīdz pelnīt naudu mūsdienu pasaulē: Tirdzniecības signāli par gaidāmais kriptovalūtas sūknis vietnē Binance apmaiņu no investoru slepenā Telegram kanāla.Skatieties vietnē YouTube par kriptogrāfijas sūkņa signāli un tirgotāju VIP klubs.