211service.com
Blastskadors mekanik
Forskare har upptäckt en mekanism som ligger bakom den typ av hjärnskada som soldater ofta drabbas av till följd av explosioner i vägkanten i Irak och Afghanistan. Arbetet skulle kunna visa vägen mot tidig behandling av dessa akuta sprängskador genom att identifiera potentiella läkemedelsmål.
Två nya tidningar från Disease Biophysics Group vid Harvard's School of Engineering and Applied Sciences och Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, ledd av Kevin Kit Parker, använder vävnadstekniska tekniker för att modellera de fysiska och biokemiska effekterna av traumatisk hjärnskada (TBI) i hjärnan och blodkärlen. Parker säger att arbetet representerar ett första steg mot en TBI på ett chip som kan användas för att screena efter droger för att behandla explosionsskadade soldater innan långtidsskador uppstår.
TBI inducerad av sprängningar från improviserade sprängladdningar och raketdrivna granater är den vanligaste skadan bland soldater i Irak och Afghanistan. Även mild TBI är en lömsk skada, eftersom den skadar hjärnan på sätt som inte är direkt uppenbara och som läkare för närvarande kan göra lite för att behandla. Man tror allmänt att skadan skadar hjärnan genom att sträcka neuroner till bristningsgränsen, slita små hål i cellmembranet som så småningom dödar cellerna. Men Parker säger att hans team fann att det inte var nödvändigt att skada membranet för att framkalla TBI-liknande skador i cellen.
Båda artiklarna fokuserar på integriner, en typ av cellmembranprotein som översätter skadans mekaniska krafter till inre förändringar i cellen. Forskarna utsatte celler för korta, abrupta krafter. Sådana system har använts tidigare, men Parkers team använde krafter som inte var tillräckligt kraftfulla för att fysiskt riva cellen. De fann att detta kunde orsaka samma typer av strukturella förändringar i både nervceller och blodkärlsceller som de som ses i hjärnan hos personer med TBI.
David Hovda , som leder Brain Injury Research Center vid University of California Los Angeles, säger att studierna kommer att leda människor som har arbetat med TBI att tänka på dessa skador på ett nytt sätt. Han tror också att fynden potentiellt kan gälla personer med andra typer av hjärnskador, även om skillnaden mellan sprängningar och andra trauman för närvarande är kontroversiell. Men Hovda säger att precis som andra studier på isolerade celler kan de eller inte riktigt fånga vad som händer i hjärnan. Trauma är den mest komplicerade formen av skada, och hjärnan är det mest komplicerade organet, säger han. Han säger att fler studier och obduktioner av skadade soldater måste göras för att förstå effekterna av sprängningar i mänskliga hjärnor.
I en av tidningarna som publicerades i dag i PLoS One , fäste forskarna magnetiska pärlor till integrinkomplex som fungerar som ett slags strukturellt ankare i celler, längs neuronernas axoner. De fann att bara en liten kraft som applicerades på pärlorna var nödvändig för att skada axoner. Dessutom skulle krafterna på en pärla fortplanta sig genom cellens skelett nerför en annan axon, vilket gör att det avlägsna axonet går sönder eller skadas. Parker säger att utbredningen av krafter genom neuroner förklarar varför skador på axoner kan ses även långt från skadeplatsen i mänskliga hjärnor.
Den andra tidningen, publicerad förra veckan i Proceedings of the National Academy of Sciences , visar att integriner också kan förmedla ett problem som kallas cerebral vasospasm, en förträngning av blodkärlsöppningar som börjar dagar till månader efter en blastskada. Parker förklarar att även om vasospasm kan uppstå när blodkärl går sönder och blöder ut, ibland finns det ingen blödning och en annan process måste vara igång. Hans team konstruerade artärer från blodkärlsceller och studerade effekterna av blastliknande stretching. Vi fann att inom 24 timmar hade explosionen inducerat en genetisk switch, säger han. Det skapar kemiska och fysiska förändringar som är karakteristiska för celler i cerebral vasospasm.
I både neuronerna och blodkärlscellerna minskade skadan genom att behandla celler med ett läkemedel som hämmar ett protein aktiverat av integriner. Parker tror att inriktning på denna eller liknande kemiska vägar kan vara ett sätt att behandla soldater direkt efter sprängningar, för att förhindra några av de långsammare biokemiska effekterna som följer av det initiala traumat.
Parker, en major i den amerikanska armén som tjänstgjorde i Afghanistan, arbetar normalt med andra biofysiska problem men blev involverad i projektet efter att ha tillbringat tid på ett slagfält med överste Geoffrey Ling, en neurolog från den amerikanska armén som specialiserat sig på hjärntrauma; Ling är nu programledare på Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), där han leder ansträngningar för att finansiera forskning om vetenskapen om TBI. Eftersom det är väldigt svårt att veta vad som händer i hjärnorna på skadade soldater, säger Parker, behöver vi ett annat sätt att studera problemet: om du inte bygger modeller för IED-sprängningar, då kommer det att bli svårt att få människor att komma in i detta fält.