Beyin hasarı bilgisayar modelleri, beyin kan damarlarını şimdiye kadarki en yüksek çözünürlükte haritalıyor

Araştırmacılar, sıçan beynindeki kan damarlarını şimdiye kadarki en yüksek çözünürlükte haritalayan travmatik bir beyin hasarı (TBI) bilgisayar modeli oluşturdular.

Yeni görüntüler beynin ayrıntılı damar yapısını gösteriyor. Kredi: College London/Shanghai Materia Medica Enstitüsü

Modellerin, kan damarlarının TBI’dan nasıl etkilendiğine dair anlayışımızın yanı sıra, beyni zararlı dolaşımdaki moleküllerden ve patojenlerden koruyan kan-beyin bariyeri (BBB) olarak bilinen koruyucu tabaka üzerindeki etkilerinin iyileştirilmesine yardımcı olabileceğini söylüyorlar.

Yöntemler insan beynine iyi bir şekilde uyarsa, TBI’ların nasıl geliştiğini ve bunlara karşı en iyi nasıl tedavi edilip korunacağımızı anlamamıza yardımcı olabilirler. Simülasyonlar, beyin araştırmalarında hayvanların kullanımını potansiyel olarak azaltarak, TBI’nın hayvan modellerini değiştirmeye bile yardımcı olabilir.

TBI’lar, 40 yaşın altındakilerde kronik sakatlığın en yaygın nedenidir ve kafaya şiddetli darbeler veya sarsıntılardan kaynaklanır – genellikle karayolu trafik olayları, düşmeler ve saldırılar sırasında. Semptomlar baş ağrısı, baş dönmesi, yorgunluk, sinirlilik ve hafıza bozukluğunu içerebilir.

Çarpma bölgesinden başlayarak, mekanik kuvvetler dalgalar halinde beyin boyunca hareket eder, yaralanma kaskadları olarak beyin yapılarını büker, gerer ve keser. Bu kuvvetlerin kan damarlarını etkilediği biliniyor, ancak mekanik kuvvetler ve vasküler yaralanma arasındaki ilişkinin daha ince ayrıntıları henüz belirlenmedi.

Şimdi, Imperial College London’daki araştırmacılar, beyindeki damar ağını (vaskülatür adı verilen) şimdiye kadarki en yüksek çözünürlükte haritalayan ve sadece 10 mikron çapında sıçan beyin damarlarını içeren bir TBI bilgisayar modeli oluşturdular.

Modelleri kullanarak, komşu kan damarlarının, komşu damarlarla olan hizalarına bağlı olarak, derinden farklı stres seviyelerine maruz kaldıklarını buldular. Diğerlerine 90 ° açı yapan kan damarlarının hasar görme olasılığı daha düşüktü ve damarlar yaralanma olmadan orijinal uzunluklarının yüzde 14’üne kadar gerilebilirken, bu miktardan daha fazla germek yaralanmaya neden olur.

Çalışmayı Imperial’in Dyson Tasarım Mühendisliği Okulu’nda yürütürken yürüten baş yazar Dr. Siamak Khosroshahi şunları söyledi: “Benzersiz yaklaşımımız, vasküler anatominin tanınmayan rolünü ve büyük kuvvetlerin beyinden nasıl geçtiğinde kayma gerilmelerini açıklıyor. Bu yeni anlayış katkıda bulunabilir. TBI teşhisini ve önlenmesini iyileştirmek için.”

BBB’nin moleküllerin beyne girmesine izin verme derecesi, geçirgenlik olarak bilinir. Bariyer, yaralanmadan sonra daha geçirgen hale gelebilir, bu da proinflamatuar moleküllerin beyne ulaşmasını ve daha fazla yaralanmaya yol açmasını daha olası hale getirir.

Beyin Bilimleri Bölümü’nden yardımcı yazar Dr. Magdalena Sastre şunları söyledi: “Kafa yaralanmasında damar hasarını araştırmak önemlidir, çünkü hasar görmüş bir kan-beyin bariyeri, içindeki zararlı moleküllerin ilk yaralanmayı kötüleştirmesine izin verebilir.”

Yazarlar, TBI’nın sıçan modellerini kullanarak, damar sisteminin bozulmasının bir sonucu olarak TBI’da daha fazla BBB geçirgenliğinin meydana geldiğini ve bunun yaralanmadan hemen sonra en belirgin olduğunu gösterdiler.

Bu bilgilerden, damarları vurgulamak için yeterince yüksek çözünürlükte dijital olarak beyin modelleri oluşturdular. Bilgisayar modellerinin, fare beyinlerinin küçük kan damarlarındaki stres dağılımını doğru bir şekilde tahmin etmelerine izin verdiğini buldular. Modeller ayrıca TBI’nın ayrıntılarına daha yakından bakmak için zamanı yavaşlatmalarına da izin verdi.

Beyin hasarı bilgisayar modelleri, beyin kan damarlarını şimdiye kadarki en yüksek çözünürlükte haritalıyor
Sadece birkaç mikron aralıklı damarlarda stres değişimi örnekleri. Kredi: College London/Shanghai Materia Medica Enstitüsü

Aynı zamanda Imperial’in Dyson Tasarım Mühendisliği Okulu’ndan kıdemli yazar Dr. Mazdak Ghajari şunları söyledi: “Yaralanma saniyenin çok küçük bir bölümünde meydana gelir ve bu da tam olarak ne olup bittiğini gözlemlemeyi zorlaştırır. Süreci yavaşlatarak, tam olarak hangi beyin olduğunu belirleyebiliriz. alanlar en fazla hasarı alır ve nedenini anlamanın bir yolunu bulur.”

Yine Beyin Bilimleri Bölümü’nden yardımcı yazar Profesör David Sharp şunları söyledi: “Bu heyecan verici yeni model, kafa yaralanmalarının beyin kanamasına nasıl yol açtığına dair içgörüler sağlıyor. Başlıca travma merkezlerimiz, kafatasındaki kanamayı hızla yönetmek için tasarlandı. Ancak, kafa yaralanmalarının farklı kanama türlerini nasıl ürettiğini anlamıyoruz, bu da ne tür kafa yaralanmalarının kanamaya yol açabileceğini tahmin etme yeteneğimizi sınırlandırıyor.Bu modelin geliştirilmesi, bunu anlamada önemli bir adımdır. önemli bir süreç.”

Yeni, yüksek çözünürlüklü bilgisayar simülasyonları, hayvan araştırmalarında Değiştirme, Azaltma ve İyileştirme (3R’ler) ilkeleri doğrultusunda, daha fazla bilgisayar ve daha az hayvan modeli kullanarak TBI’ları incelemek için bir plan sağlayabilir.

Araştırmacılar, modellerinin kask gibi koruma sistemlerini değerlendirmek için daha objektif bir yol sağlayabileceğini söylüyor. İnsanlarda yaralanma riskini tahmin etmek için kullanmadan önce bulguları doğrulamak için TBI biyomekaniğinin ayrıntılı rekonstrüksiyonlarını içeren insanlar üzerinde gelecekteki çalışmalara da ihtiyaç vardır.

BBB’nin daha iyi anlaşılması, beyne özgü ilaçların ilaç dağıtımına ilişkin daha fazla araştırmaya da yardımcı olabilir.

Bu çalışma Wellcome Trust ve Royal British Legion Centre for Blast Injury Studies tarafından Imperial College London’da finanse edildi.

Siamak Farajzadeh Khosroshahi ve diğerleri, 21 Haziran 2021’de Scientific Reports’ta yayınlanan “Serebrovasküler hasarın çok ölçekli modellemesi, vasküler anatomi ve parankimal kayma gerilmelerinin rolünü ortaya koyuyor”.

Yorum Yaz

%d blogcu bunu beğendi: