211service.com
De mechanica van explosieverwondingen
Wetenschappers hebben een mechanisme ontdekt dat ten grondslag ligt aan het type hersenletsel dat soldaten vaak oplopen als gevolg van explosies langs de weg in Irak en Afghanistan. Het werk zou de weg kunnen wijzen naar een vroege behandeling van deze acute explosieverwondingen door potentiële medicijndoelen te identificeren.
Twee nieuwe kranten van de Ziekte Biofysica Groep aan de Harvard's School of Engineering and Applied Sciences en Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, geleid door Kevin Kit Parker, gebruiken weefselengineeringtechnieken om de fysieke en biochemische effecten van traumatisch hersenletsel (TBI) in de hersenen en bloedvaten te modelleren. Parker zegt dat het werk een eerste stap is in de richting van een TBI op een chip die kan worden gebruikt om te screenen op medicijnen om door explosie gewonde soldaten te behandelen voordat er langdurige schade optreedt.
TBI veroorzaakt door ontploffing van geïmproviseerde explosieven en raketgranaten is de meest voorkomende verwonding onder soldaten in Irak en Afghanistan. Zelfs milde TBI is een verraderlijke verwonding, omdat het de hersenen beschadigt op manieren die niet meteen duidelijk zijn en waar artsen momenteel weinig aan kunnen doen. Er wordt algemeen aangenomen dat de verwonding de hersenen beschadigt door neuronen uit te rekken tot hun breekpunt, waarbij kleine gaatjes in het celmembraan worden gescheurd die uiteindelijk de cellen doden. Maar Parker zegt dat zijn team ontdekte dat het niet nodig was om het membraan te beschadigen om TBI-achtige verwondingen in de cel te veroorzaken.
Beide artikelen richten zich op integrines, een type celmembraaneiwit dat de mechanische krachten van letsel vertaalt in interne veranderingen in de cel. De onderzoekers onderwierpen cellen aan korte, abrupte krachten. Dergelijke systemen zijn in het verleden gebruikt, maar het team van Parker gebruikte krachten die niet krachtig genoeg waren om de cel fysiek te scheuren. Ze ontdekten dat dit dezelfde soort structurele veranderingen in zowel neuronen als bloedvatcellen kon veroorzaken als die in de hersenen van mensen met TBI.
David Hovda , die het Brain Injury Research Center aan de Universiteit van Californië in Los Angeles leidt, zegt dat de onderzoeken mensen die aan TBI hebben gewerkt, ertoe zullen aanzetten om op een nieuwe manier over deze verwondingen na te denken. Hij is ook van mening dat de bevindingen mogelijk van toepassing kunnen zijn op mensen met andere soorten hersenletsel, hoewel het verschil tussen ontploffing en andere trauma's momenteel controversieel is. Hovda zegt echter dat ze, net als andere onderzoeken naar geïsoleerde cellen, al dan niet echt kunnen vastleggen wat er in de hersenen gebeurt. Trauma is de meest gecompliceerde vorm van letsel, en de hersenen zijn het meest gecompliceerde orgaan, zegt hij. Hij zegt dat er meer studies en autopsies op gewonde soldaten moeten worden uitgevoerd om de effecten van explosies in menselijke hersenen te begrijpen.
In een van de kranten, gepubliceerd in vandaag in PLoS One , hechtten de onderzoekers magnetische kralen aan integrinecomplexen die fungeren als een soort structureel anker in cellen, langs de axonen van neuronen. Ze ontdekten dat slechts een kleine kracht op de kralen nodig was om axonen te verwonden. Bovendien zouden de krachten op één kraal zich door het skelet van de cel voortplanten langs een ander axon, waardoor het verre axon zou breken of gewond zou raken. Parker zegt dat de voortplanting van krachten door neuronen verklaart waarom schade aan axonen zelfs ver van de plaats van de verwonding in de menselijke hersenen kan worden gezien.
Het andere artikel, vorige week gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences , laat zien dat integrines ook een oorzaak kunnen zijn van een probleem dat cerebrale vasospasme wordt genoemd, een vernauwing van de openingen van bloedvaten die dagen tot maanden na een ontploffing begint. Parker legt uit dat hoewel vasospasme kan optreden wanneer bloedvaten breken en leegbloeden, er soms geen bloeding is en dat er een ander proces in het spel moet zijn. Zijn team ontwierp slagaders van bloedvatcellen en bestudeerde de effecten van explosieachtig rekken. We ontdekten dat binnen 24 uur de ontploffing een genetische schakelaar had veroorzaakt, zegt hij. Dat creëert chemische en fysieke veranderingen die kenmerkend zijn voor cellen in cerebrale vasospasme.
In zowel de neuronen als de bloedvatcellen verminderde het behandelen van cellen met een medicijn dat een eiwit remt dat door integrines wordt geactiveerd, de verwonding. Parker is van mening dat het richten op deze of soortgelijke chemische routes een manier zou kunnen zijn om soldaten direct na ontploffing te behandelen, om enkele van de langzamere biochemische effecten die volgen uit het eerste trauma te voorkomen.
Parker, een majoor in het Amerikaanse leger die in Afghanistan diende, werkt normaal gesproken aan andere biofysische problemen, maar raakte bij het project betrokken nadat hij tijd op een slagveld had doorgebracht met kolonel Geoffrey Ling, een neuroloog van het Amerikaanse leger die gespecialiseerd is in hersentrauma; Ling is nu programmamanager bij de Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), waar hij de inspanningen leidt om onderzoek naar de wetenschap van TBI te financieren. Omdat het heel moeilijk is om te weten wat er in de hersenen van gewonde soldaten gebeurt, zegt Parker, hebben we een andere manier nodig om het probleem te bestuderen: als je geen modellen voor IED-explosies bouwt, wordt het moeilijk om mensen zover te krijgen dit veld.