Mekanikken ved kavitationsinduceret skade giver en bedre forståelse af traumatiske hjerneskader

Traumatisk hjerneskade (TBI) er en stort set tavs epidemi, der rammer omkring to millioner mennesker hvert år, ifølge de amerikanske centre for sygdomsbekæmpelse og forebyggelse. Men omfanget af TBI-skader (bTBI) - i rampelyset som signatursåret fra krigene i Irak og Afghanistan - opstår og manifesterer sig, er ukendt.

Nylige undersøgelser inden for dette område tyder på, at hurtig kavitationsboblekollaps kan være en potentiel mekanisme til at studere bTBI.

Under Biophysical Societys 61. årsmøde, 11-15 februar, 2017, i New Orleans, Louisiana, Jonathan Estrada, en ph.d.-studerende ved School of Engineering ved Brown University, vil præsentere sit arbejde med at undersøge mekanikken ved kavitationsinduceret skade-med et mål om bedre forståelse af bTBI'er.

Estrada arbejder under ledelse af Christian Franck, sammen med kolleger fra Brown University og University of Michigan. Holdet bruger en laser, et optisk mikroskop og rotte neuroner inde i et gelignende stof for at efterligne hjernevæv for at undersøge bTBI'er.

Laserpulsen sendes gennem "hjernevævet" under mikroskopet, mens et højhastighedskamera-optager 270, 000 billeder i sekundet - fanger laseren, der skaber en boble, boblen der knækker og den skade dette forårsager på rotteneuronerne. "Vi afbilder påvirkede neuroner før og umiddelbart efter skaden, "Sagde Estrada.

Betydningen af ​​gruppens arbejde er, at mens postmortem undersøgelser er begyndt at vise forskelle i hjernepatologi – såsom astroglial (stjerneformet gliacelle) ardannelse – mellem patienter udsat for eksplosionsskade og dem med stump TBI, manifestationen af ​​skade over tid er stadig ikke godt forstået. "Vores arbejde, ved hjælp af den forenklede boble- og neuronkulturmodel, har til formål at begynde at bygge bro mellem mekanikken ved eksplosionsskade og celleskade, "Sagde Estrada.

Selvom resultaterne er i den indledende fase, "indtil nu, vi har fundet ud af, at den maksimale bobleradius er næsten identisk med zonen med neuronfragmentering umiddelbart efter skade, "tilføjede han." Dette er i modsætning til en tidligere undersøgelse fra vores gruppe, der fokuserede på hjernerystelse, eller sløv, TBI via enaksial kompression af neuroner, som fandt ud af, at skaden blev fordelt over hele kulturer frem for at være lokaliseret til ét område. "

Med hensyn til applikationer, gruppens metode giver dem mulighed for at se cellers skadehistorie inden for kulturer-før og lige efter skade med levende cellefluorescens, under skade med højhastighedsbilleddannelse, og derefter skadesmanifestation på senere tidspunkter via immunfarvning. "Kvantificering af tidsskadehistorie er afgørende for at forstå, diagnosticering, og arbejder hen imod informeret behandling af eksplosions-TBI, " Estrada bemærkede. "Vi håber, at dette er et positivt skridt hen imod disse mål."