211service.com
Blastskadernes mekanik
Forskere har opdaget en mekanisme, der ligger til grund for den type hjerneskade, som soldater ofte lider af som følge af vejkantseksplosioner i Irak og Afghanistan. Arbejdet kunne pege vejen mod tidlig behandling af disse akutte eksplosionsskader ved at identificere potentielle lægemiddelmål.
To nye papirer fra Disease Biophysics Group ved Harvard's School of Engineering and Applied Sciences og Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, ledet af Kevin Kit Parker, bruger vævstekniske teknikker til at modellere de fysiske og biokemiske virkninger af traumatisk hjerneskade (TBI) i hjernen og blodkarrene. Parker siger, at arbejdet repræsenterer et første skridt mod en TBI på en chip, der kunne bruges til at screene for stoffer til behandling af eksplosionsskadede soldater, før langtidsskader indtræder.
TBI fremkaldt af eksplosioner fra improviserede sprængladninger og raketdrevne granater er den mest almindelige skade blandt soldater i Irak og Afghanistan. Selv mild TBI er en snigende skade, fordi den skader hjernen på måder, der ikke er umiddelbart synlige, og som læger i øjeblikket ikke kan gøre meget for at behandle. Det er almindeligt antaget, at skaden skader hjernen ved at strække neuroner til deres bristepunkt, og rive små huller i cellemembranen, der til sidst dræber cellerne. Men Parker siger, at hans hold fandt ud af, at det ikke var nødvendigt at beskadige membranen for at fremkalde TBI-lignende skader i cellen.
Begge artikler fokuserer på integriner, en type cellemembranprotein, der omsætter de mekaniske skadeskræfter til indre ændringer i cellen. Forskerne udsatte celler for korte, bratte kræfter. Sådanne systemer er blevet brugt tidligere, men Parkers team brugte kræfter, der ikke var kraftige nok til fysisk at rive cellen. De fandt ud af, at dette kunne forårsage de samme slags strukturelle ændringer i både neuroner og blodkarceller som dem, der ses i hjernen hos mennesker med TBI.
David Hovda , som leder Brain Injury Research Center ved University of California Los Angeles, siger, at undersøgelserne vil få folk, der har arbejdet på TBI, til at tænke over disse skader på en ny måde. Han mener også, at resultaterne potentielt kan gælde for mennesker med andre former for hjerneskader, selvom forskellen mellem eksplosioner og andre traumer i øjeblikket er kontroversiel. Hovda siger dog, at ligesom andre undersøgelser af isolerede celler, kan de eller måske ikke rigtig fange, hvad der sker i hjernen. Traumer er den mest komplicerede form for skade, og hjernen er det mest komplicerede organ, siger han. Han siger, at flere undersøgelser og obduktioner af sårede soldater skal udføres for at forstå virkningerne af eksplosioner i menneskets hjerner.
I et af bladene, offentliggjort i dag i PLoS One , vedhæftede forskerne magnetiske perler til integrinkomplekser, der fungerer som en slags strukturelt anker i celler langs neuronernes axoner. De fandt ud af, at kun en lille kraft påført perlerne var nødvendig for at skade axoner. Ydermere ville kræfterne på en perle forplante sig gennem cellens skelet ned ad en anden axon, hvilket får den fjerne axon til at knække eller blive såret. Parker siger, at udbredelsen af kræfter gennem neuroner forklarer, hvorfor skader på axoner kan ses endda langt fra skadestedet i menneskelige hjerner.
Det andet papir, udgivet i sidste uge i Proceedings of the National Academy of Sciences , viser, at integriner også kan mediere et problem kaldet cerebral vasospasme, en indsnævring af blodkaråbninger, der begynder dage til måneder efter en eksplosionsskade. Parker forklarer, at mens vasospasme kan opstå, når blodkar brækker og bløder ud, er der nogle gange ingen blødning, og en anden proces skal være i spil. Hans team konstruerede arterier fra blodkarceller og studerede virkningerne af blast-lignende strækning. Vi fandt ud af, at eksplosionen inden for 24 timer havde induceret vendingen af en genetisk switch, siger han. Det skaber kemiske og fysiske ændringer, der er karakteristiske for celler i cerebral vasospasme.
I både neuronerne og blodkarcellerne mindskede behandling af celler med et lægemiddel, der hæmmer et protein aktiveret af integriner, skaden. Parker mener, at målretning mod denne eller lignende kemiske veje kunne være en måde at behandle soldater direkte efter eksplosioner for at forhindre nogle af de langsommere biokemiske effekter, der følger af det indledende traume.
Parker, en major i den amerikanske hær, som tjente i Afghanistan, arbejder normalt med andre biofysiske problemer, men blev involveret i projektet efter at have tilbragt tid på en slagmark med oberst Geoffrey Ling, en neurolog fra den amerikanske hær med speciale i hjernetraumer; Ling er nu programleder hos Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), hvor han leder indsatsen for at finansiere forskning i videnskaben om TBI. For det er meget svært at vide, hvad der sker i hjernen på sårede soldater, siger Parker, at vi har brug for en anden måde at studere problemet på: Hvis du ikke bygger modeller for IED-sprængninger, så bliver det svært at få folk til at komme ind i dette felt.