泡沫在脑损伤的作用

说有一个炸弹袭击一个军事基地。几个士兵遭受脑震荡和其他脑损伤。受伤的一些可能引起的微小气泡形式和崩溃在头骨在头部外伤?

爱荷华州立大学研究人员的支持下从海军研究办公室资助,利用他们的专业知识与微观结构研究和描述的生产造成的损害大脑细胞形成和微气泡崩溃——这一过程称为空化。

研究人员报告他们的发现纸出现在全球挑战。主要作者是妮可Hashemi机械工程的副教授爱荷华州立,和亚历克斯·Wrede前博士生和博士后研究助理Hashemi的实验室。

研究人员写道,微型气泡以微米-上百万计的可以形成在颅骨脑脊髓液在创伤性脑损伤。这些微气泡的形成和戏剧性的崩溃可能会负责一些损害脑损伤。

泡沫破坏可能听起来简单。但泡沫崩溃,和由此产生的冲击波,已知损害钢船螺旋桨的基础。研究人员报告说,之前的研究表明微气泡产生力量的扩张和崩溃的0.1到20帕斯卡,或14.5到2900磅每平方英寸。

“…这是令人担忧的,实现空化造成的损害脆弱的大脑组织,”研究人员写道。

寻找大脑细胞的变化

测试和表征颅骨内空化的影响,研究人员模拟大脑通过创建一个3 d细胞培养平台星形细胞(星形细胞在大脑和脊髓的积极支持,维护和修复中枢神经系统)。他们淹没细胞培养平台在小箱和创建微型气泡周围一米的60/1000000大小。一些微型气泡坚持cell-laden超细纤维支架。

研究人员打开超声波设备舱,崩溃的微气泡,形成空泡。他们还使用了超声波设备的对照组细胞没有暴露在空化。

研究人员寻找两种效应:首先,他们使用一个倒置显微镜记录任何细胞形态学变化。其次,他们与同事工作在爱荷华州兽医学院的评估是否有遗传细胞的变化。

研究人员发现空泡细胞收缩和粗糙表面造成的。细胞出现伸长和成长当图像被22和空化后48小时。尽管如此,研究人员发现48小时后细胞生长-表面积的一半控制细胞。

研究人员还发现这些细胞被气蚀破坏如TNF-α和il - 6基因的表达升高,这与炎症相关疾病如SARS-CoV-2病毒感染和神经系统疾病如帕金森氏症和老年痴呆症。

“总的来说,这些结果证实,周围空泡星形函数是有害的,”研究人员写道。

设计更好的头盔

Hashemi说,虽然医生寻找空化引起的脑损伤的治疗方法,她说,工程师可以在大脑中确定地方空化最有可能发生。

“空化发生的位置地图可以直接用于设计一个头盔,抑制了力和减少气蚀的可能性,”研究人员写道。

军事头盔,虽然这项研究小说Hashemi说同样的想法可以应用到头盔足球和其他运动。

“这项研究是观察战场应用程序,但是在足球也有类似的影响和冲击,“Hashemi说。“球员做轻度创伤性脑损伤。球员可能没意识到,但气蚀损伤的影响。”

Wrede, Hashemi前研究生现在工作作为一个动态系统建模工程师约翰迪尔在迪比克,说这个项目已经教会了他伟大的需要更多的研究和发展。

“为我们国家服务的人,回来受了伤很依赖研究找到答案,”他说。“答案可以改善我们的退伍军人的生活质量和每个人都不幸经历创伤性脑损伤。”

参考

Wrede等。(2020)。体外经历空化后病患反应的特征。全球挑战。DOI:https://doi.org/10.1002/gch2.201900014

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