研究人員評(píng)估頭部外傷時(shí)氣泡引起的腦細(xì)胞損傷

艾奧瓦州艾姆斯——假設(shè)基地被轟炸了。一些士兵遭受腦震蕩和其他腦損傷。頭部受傷時(shí)顱骨內(nèi)形成并塌陷的微小氣泡會(huì)不會(huì)造成一些傷害？

愛(ài)荷華州立大學(xué)的研究人員在海軍研究辦公室的支持下，利用他們的專(zhuān)業(yè)知識(shí)制作了微結(jié)構(gòu)，研究并描述了微泡形成和破裂對(duì)腦細(xì)胞的損傷，這一過(guò)程被稱(chēng)為空化。

研究人員在研究期刊《全球挑戰(zhàn)》2020年7月號(hào)的封面上發(fā)表了一篇論文。作者是愛(ài)荷華州立大學(xué)機(jī)械工程副教授尼科爾哈希米(Nicole Hashemi)和哈希米實(shí)驗(yàn)室前博士生、博士后研究助理亞歷克斯雷德(Alex Wrede)。(對(duì)于其他合著者，請(qǐng)參見(jiàn)側(cè)欄。)

研究人員寫(xiě)道，在顱腦損傷過(guò)程中，顱骨內(nèi)的腦脊液中會(huì)形成微氣泡(即百萬(wàn)分之一米)。

研究人員寫(xiě)道，這些微泡的“形成和快速塌陷”可能是腦損傷的部分原因。

泡泡傷害聽(tīng)起來(lái)微不足道。然而，眾所周知，氣泡破裂和由此產(chǎn)生的沖擊波會(huì)損壞船用螺旋槳的鋼基礎(chǔ)。研究人員報(bào)告說(shuō)，先前的研究表明，微泡的膨脹和破裂將產(chǎn)生0.1至20兆帕的壓力，即每平方英寸14.5至2900磅。

研究人員寫(xiě)道：“……因此，意識(shí)到空化對(duì)脆弱腦組織的損害是令人震驚的。”

尋找腦細(xì)胞變化

為了測(cè)試和表征顱骨中的空化效應(yīng)，研究人員通過(guò)創(chuàng)建星形膠質(zhì)細(xì)胞(大腦和脊髓中的星形膠質(zhì)細(xì)胞，可以主動(dòng)支持、維護(hù)和修復(fù)中樞神經(jīng)系統(tǒng))的3D細(xì)胞培養(yǎng)平臺(tái)來(lái)模擬大腦系統(tǒng)。他們將細(xì)胞培養(yǎng)平臺(tái)浸入一個(gè)小罐子中，產(chǎn)生了大約60萬(wàn)分之一米的微泡。一些微泡附著在充滿(mǎn)細(xì)胞的微纖維支架上。

研究人員打開(kāi)水箱中的超聲波設(shè)備，導(dǎo)致微泡破裂和空化。(他們還應(yīng)用超聲波設(shè)備來(lái)控制沒(méi)有暴露在氣穴中的細(xì)胞。)

研究人員正在尋找兩種效果：

首先，他們用倒置顯微鏡記錄細(xì)胞的任何形態(tài)變化。其次，他們與愛(ài)荷華州立大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院的同事合作，評(píng)估細(xì)胞中是否存在基因變化。

研究人員發(fā)現(xiàn)，氣穴現(xiàn)象導(dǎo)致細(xì)胞收縮，表面變得粗糙。當(dāng)空化后22小時(shí)和48小時(shí)拍攝圖像時(shí)，細(xì)胞似乎在伸展和生長(zhǎng)。即便如此，研究人員發(fā)現(xiàn)，48小時(shí)后，細(xì)胞的生長(zhǎng)——就表面積而言——大約是對(duì)照細(xì)胞的一半。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，空化損傷的細(xì)胞中，與炎癥性疾病(如新型病毒感染)和神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如帕金森病和阿爾茨海默病)相關(guān)的腫瘤壞死因子-和白細(xì)胞介素-6等基因表達(dá)增加。

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