Modelos de computador com lesão cerebral mapeiam os vasos sangüíneos do cérebro em resolução mais alta até agora

Modelos de computador com lesão cerebral mapeiam os vasos sangüíneos do cérebro em resolução mais alta até agora

Os pesquisadores imperiais criaram um modelo de computador com lesão cerebral traumática (TBI) que mapeia vasos sanguíneos no cérebro de um rato com a resolução mais alta até então.

Eles dizem que os modelos podem ajudar a melhorar nossa compreensão de como os vasos sanguíneos são afetados pelo TCE, bem como seus efeitos na camada protetora que os envolve, conhecida como barreira hematoencefálica (BBB), que protege o cérebro de moléculas circulantes nocivas e patógenos .

Se os métodos se traduzirem bem no cérebro humano, eles podem ajudar a melhorar nossa compreensão de como os TCEs se desenvolvem e qual a melhor forma de tratá-los e protegê-los. As simulações podem até ajudar a substituir modelos animais de TCE, potencialmente reduzindo o uso de animais em pesquisas cerebrais.

Os TCEs são a causa mais comum de deficiência crônica em menores de 40 anos e resultam de golpes ou solavancos severos na cabeça - comumente durante incidentes de trânsito, quedas e agressões. Os sintomas podem incluir dores de cabeça, tonturas, fadiga, irritabilidade e perda de memória.

Começando no local do impacto, as forças mecânicas viajam em ondas através do cérebro, torcendo, esticando e cortando as estruturas cerebrais conforme as cascatas de lesão. Sabe-se que essas forças afetam os vasos sanguíneos, mas os detalhes mais sutis da relação entre as forças mecânicas e a lesão vascular ainda precisam ser determinados.

Agora, pesquisadores do Imperial College London criaram um modelo de computador de TBI que mapeia a rede de vasos no cérebro - chamada vasculatura - na resolução mais alta até então, incorporando vasos de cérebro de rato com apenas 10 mícrons de diâmetro.

Usando os modelos, eles descobriram que os vasos sanguíneos adjacentes sustentam níveis profundamente diferentes de estresse, dependendo de seu alinhamento com os vizinhos. Os vasos sanguíneos em ângulos de 90 ° em relação aos outros eram menos propensos a serem danificados, e os vasos poderiam ser alongados em até 14 por cento de seu comprimento original sem lesão, enquanto o alongamento em mais do que essa quantidade resultaria em lesão.

O autor principal, Dr. Siamak Khosroshahi, que conduziu o trabalho na Dyson School of Design Engineering da Imperial disse: “Nossa abordagem única explica o papel não reconhecido da anatomia vascular e tensões de cisalhamento em como grandes forças cascatearam através do cérebro. Este novo entendimento pode contribuir para melhorar o diagnóstico e a prevenção do TCE ”.

O grau em que o BBB permite que as moléculas entrem no cérebro é conhecido como permeabilidade. A barreira pode se tornar mais permeável após a lesão, tornando mais provável que moléculas pró-inflamatórias atinjam o cérebro e indiquem mais lesões.

A co-autora, Dra. Magdalena Sastre, do Departamento de Ciências do Cérebro, disse: "Investigar o dano vascular em traumatismo cranioencefálico é importante porque uma barreira hematoencefálica danificada pode permitir que moléculas prejudiciais piorem a lesão inicial."

Usando modelos de rato de TCE, os autores demonstraram que uma maior permeabilidade BBB ocorre no TBI como resultado da ruptura da vasculatura, e que isso é mais evidente logo após a lesão.

A partir dessas informações, eles criaram modelos cerebrais digitalmente em resolução alta o suficiente para destacar a vasculatura. Eles descobriram que os modelos de computador permitiam prever com precisão a distribuição do estresse nos pequenos vasos sanguíneos do cérebro dos ratos. Os modelos também permitiram que eles diminuíssem o tempo para examinar os detalhes do TBI mais de perto.

Modelos de computador com lesão cerebral mapeiam os vasos sangüíneos do cérebro em resolução mais alta até agora

O autor sênior, Dr. Mazdak Ghajari, também da Dyson School of Design Engineering da Imperial, disse: “As lesões acontecem em uma fração de segundo, tornando difícil observar exatamente o que está acontecendo. Ao desacelerar o processo, podemos identificar exatamente quais áreas do cérebro sofrem mais danos e descobrir o porquê de alguma forma. ”

O co-autor, Professor David Sharp, também do Departamento de Ciências do Cérebro, disse: “Este novo modelo empolgante fornece insights sobre como os ferimentos na cabeça levam à hemorragia cerebral. Nossos principais centros de trauma são preparados para controlar rapidamente o sangramento dentro do crânio, pois isso pode ser fatal. No entanto, não entendemos como os ferimentos na cabeça produzem diferentes tipos de sangramento, o que limita nossa capacidade de prever quais tipos de ferimentos na cabeça podem levar à hemorragia. O desenvolvimento deste modelo é uma etapa importante na compreensão deste importante processo. ”

As novas simulações de computador de alta resolução podem fornecer um plano para estudar TBIs usando mais computadores e menos modelos animais, em linha com os princípios de Substituição, Redução e Refinamento (os 3Rs) na pesquisa animal.

Os pesquisadores afirmam que seus modelos também podem fornecer uma maneira mais objetiva de avaliar os sistemas de proteção, como capacetes. Estudos futuros em humanos que incluam reconstruções detalhadas da biomecânica do TCE também são necessários para confirmar os achados antes de usá-los para prever o risco de lesões em humanos.

A melhor compreensão do BBB também pode ajudar a aprofundar as pesquisas sobre a distribuição de medicamentos específicos para o cérebro.

Este estudo foi financiado pela Wellcome Trust e Royal British Legion Centre for Blast Injury Studies no Imperial College London.

“Modelagem multiescala de lesão cerebrovascular revela o papel da anatomia vascular e tensões de cisalhamento do parênquima” por Siamak Farajzadeh Khosroshahi et al., Publicado em 21 de junho de 2021 em Relatórios Científicos.

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