Počítačové modely poranenia mozgu mapujú krvné cievy mozgu v zatiaľ najvyššom rozlíšení

Počítačové modely poranenia mozgu mapujú krvné cievy mozgu v zatiaľ najvyššom rozlíšení

Cisárski vedci vytvorili počítačový model traumatického poranenia mozgu (TBI), ktorý mapuje krvné cievy v mozgu potkana v zatiaľ najvyššom rozlíšení.

Hovorí sa, že modely by mohli pomôcť lepšie porozumieť tomu, ako TBI ovplyvňuje krvné cievy, a tiež jej účinkom na ochrannú vrstvu, ktorá ich obklopuje, známa ako hematoencefalická bariéra (BBB), ktorá chráni mozog pred škodlivými cirkulujúcimi molekulami a patogénmi. .

Ak sa tieto metódy dobre premietnu do ľudského mozgu, mohli by pomôcť zlepšiť naše chápanie toho, ako sa TBI vyvíjajú a ako proti nim najlepšie zaobchádzať a chrániť ich. Simulácie by mohli dokonca pomôcť nahradiť zvieracie modely TBI, čo by potenciálne znížilo použitie zvierat pri výskume mozgu.

TBI sú najčastejšou príčinou chronického postihnutia u osôb mladších ako 40 rokov a sú výsledkom silných úderov alebo nárazov do hlavy - obvykle počas dopravných nehôd, pádov a útokov. Medzi príznaky patria bolesti hlavy, závraty, únava, podráždenosť a zhoršenie pamäti.

Počínajúc miestom nárazu, mechanické sily cestujú vo vlnách mozgom, krútia sa, naťahujú sa a strihajú mozgové štruktúry, keď kaskáda poranenia kaskáduje. Je známe, že tieto sily pôsobia na krvné cievy, ale podrobnejšie informácie o vzťahu medzi mechanickými silami a vaskulárnym poranením ešte nie sú k dispozícii.

Vedci z Imperial College v Londýne teraz vytvorili počítačový model TBI, ktorý mapuje sieť ciev v mozgu - nazývanú vaskulatúra - v zatiaľ najvyššom rozlíšení a obsahuje mozgové cievy potkana s priemerom iba 10 mikrónov.

Použitím modelov zistili, že susedné krvné cievy udržujú výrazne rozdielne úrovne stresu v závislosti od ich zosúladenia so susednými. Krvné cievy v uhle 90 ° k ostatným sa poškodili s menšou pravdepodobnosťou a cievy by sa mohli bez úrazu natiahnuť až na 14 percent pôvodnej dĺžky, pričom pretiahnutie o viac ako toto množstvo by malo za následok zranenie.

Vedúci autor Dr. Siamak Khosroshahi, ktorý prácu viedol na Imperial Dyson School of Design Engineering, uviedol: „Náš jedinečný prístup vysvetľuje nerozpoznanú úlohu vaskulárnej anatómie a šmykové napätia v tom, ako veľké sily kaskádujú mozog. Toto nové porozumenie by mohlo prispieť k zlepšeniu diagnostiky a prevencie TBI. “

Miera, do akej BBB prepúšťa molekuly do mozgu, sa nazýva permeabilita. Bariéra sa po poranení môže stať priepustnejšia, čo zvyšuje pravdepodobnosť, že sa prozápalové molekuly dostanú do mozgu a povedú k ďalšiemu zraneniu.

Spoluautorka Dr. Magdalena Sastre z Katedry mozgových vied povedala: „Vyšetrovanie vaskulárneho poškodenia pri poranení hlavy je dôležité, pretože poškodená hematoencefalická bariéra môže nechať škodlivé molekuly, ktoré zhoršujú pôvodné poranenie.“

Použitím potkaních modelov TBI autori demonštrovali, že v TBI dochádza k väčšej permeabilite BBB v dôsledku narušenia vaskulatúry a že je to najočividnejšie skoro po poranení.

Z týchto informácií vytvorili digitálne mozgové modely v dostatočne vysokom rozlíšení, aby zvýraznili vaskulatúru. Zistili, že počítačové modely im umožnili presne predpovedať rozloženie stresu v malých krvných cievach mozgu potkanov. Modely im tiež umožnili spomaliť čas na dôkladnejšie prezeranie podrobností TBI.

Počítačové modely poranenia mozgu mapujú krvné cievy mozgu v zatiaľ najvyššom rozlíšení

Vedúci autor Dr. Mazdak Ghajari, tiež z Imperial Dyson School of Design Engineering, uviedol: „K úrazu dôjde za zlomok sekundy, takže je ťažké presne sledovať, čo sa deje. Spomalením procesu dokážeme presne určiť, ktoré oblasti mozgu sú najviac poškodené, a určitým spôsobom pochopíme prečo. “

Spoluautor profesor David Sharp, tiež z Katedry mozgových vied, uviedol: „Tento vzrušujúci nový model poskytuje informácie o tom, ako poranenia hlavy vedú k krvácaniu do mozgu. Naše hlavné traumatické centrá sú zamerané na rýchle zvládnutie krvácania do lebky, pretože to môže byť životu nebezpečné. Nerozumieme však tomu, ako pri úrazoch hlavy vznikajú rôzne typy krvácania, čo obmedzuje našu schopnosť predvídať, aké druhy poranení hlavy pravdepodobne povedú ku krvácaniu. Vývoj tohto modelu je dôležitým krokom k pochopeniu tohto dôležitého procesu. “

Nové počítačové simulácie s vysokým rozlíšením by mohli poskytnúť plán pre štúdium TBI s použitím väčšieho počtu počítačov a menšieho počtu zvieracích modelov v súlade s princípmi výmeny, redukcie a vylepšenia (3R) vo výskume na zvieratách.

Vedci tvrdia, že ich modely by tiež mohli poskytnúť objektívnejší spôsob hodnotenia ochranných systémov, ako sú prilby. Budúce štúdie na ľuďoch, ktoré zahŕňajú podrobné rekonštrukcie biomechaniky TBI, sú tiež potrebné na potvrdenie zistení pred ich použitím na predpovedanie rizika poranenia u ľudí.

Lepšie porozumenie BBB by tiež mohlo pomôcť pri ďalšom výskume dodávania liekov liekov špecifických pre mozog.

Táto štúdia bola financovaná z prostriedkov Wellcome Trust a Royal British Legion Center for Blast Injury Studies na Imperial College v Londýne.

„Viacúrovňové modelovanie cerebrovaskulárneho poškodenia odhaľuje úlohu vaskulárnej anatómie a strihové napätie parenchýmu“, autor: Siamak Farajzadeh Khosroshahi et al., Publikované 21. júna 2021 v roku Vedecké správy.