Digamos que hay un ataque con bomba en una base militar. Algunos de los soldados sufren conmociones cerebrales y otras lesiones cerebrales. ¿Podrían algunas de las lesiones ser causadas por pequeñas burbujas que se forman y colapsan dentro del cráneo durante un trauma en la cabeza?
Los investigadores de la Universidad Estatal de Iowa, con el apoyo de subvenciones de la Oficina de Investigación Naval, están utilizando su experiencia con la fabricación de microestructuras para estudiar y describir el daño a las células cerebrales causado por la formación y el colapso de microburbujas, un procesoconocido como cavitación
Los investigadores informan sus hallazgos en un artículo presentado en la portada de la edición de julio de 2020 de la revista de investigación Desafíos globales . Los autores principales son Nicole Hashemi, profesora asociada de ingeniería mecánica del estado de Iowa, y Alex Wrede, ex estudiante de doctorado e investigador postdoctoral asociado en el laboratorio de Hashemi.
Los investigadores escriben que las microburbujas medidas en micras, que son millonésimas de metro, pueden formarse en el líquido cefalorraquídeo dentro del cráneo durante las lesiones cerebrales traumáticas.
Los investigadores escribieron que la "formación y el colapso dramático" de estas microburbujas podrían ser responsables de parte del daño en una lesión cerebral.
El daño de la burbuja puede sonar trivial. Pero el colapso de la burbuja y las ondas de choque resultantes dañan los cimientos de acero de las hélices de los botes. Los investigadores informan que estudios previos indican que la expansión y el colapso de las microburbujas crean fuerzas de 0.1 a 20 megapascales,o 14.5 a 2,900 libras por pulgada cuadrada.
"... Entonces, es alarmante darse cuenta del daño que la cavitación inflige en el tejido cerebral vulnerable", escribieron los investigadores.
Buscando cambios en las células cerebrales
Para probar y caracterizar el impacto de la cavitación dentro del cráneo, los investigadores simularon un cerebro creando una plataforma de cultivo celular 3D para células astrocíticas células en forma de estrella en el cerebro y la médula espinal que son activas para apoyar, mantener y reparar el cerebro.sistema nervioso central. Sumergieron la plataforma de cultivo celular en un pequeño tanque y crearon microburbujas de alrededor de 60 millonésimas de metro de tamaño. Algunas de las microburbujas se adhirieron al andamio de microfibra cargado de células.
Los investigadores encendieron un dispositivo ultrasónico en el tanque, colapsaron las microburbujas y crearon cavitación también utilizaron el dispositivo ultrasónico en un grupo de control de células que no estaban expuestas a la cavitación.
Los investigadores buscaron dos tipos de efectos :
Primero, usaron un microscopio invertido para registrar cualquier cambio morfológico en las células. Segundo, trabajaron con colegas en la Facultad de Medicina Veterinaria del Estado de Iowa para evaluar si hubo cambios genéticos en las células.
Los investigadores encontraron que la cavitación causó que las células se encogieran y endurecieran sus superficies. Las células parecían alargarse y crecer cuando se tomaron imágenes 22 y 48 horas después de la cavitación. Aun así, los investigadores encontraron el crecimiento celular después de 48 horas, en términos de superficieárea: era aproximadamente la mitad que las celdas de control.
Los investigadores también encontraron que las células dañadas por la cavitación tenían una expresión elevada de genes como TNF-α e IL-6, que están asociados con afecciones inflamatorias como la infección con el virus SARS-CoV-2 y trastornos neurológicos como el Parkinson yEnfermedades de Alzheimer.
"Tomados en conjunto, estos resultados confirman que la cavitación circundante es perjudicial para la función astrocítica", escribieron los investigadores.
Diseñando mejores cascos
Hashemi dijo que mientras los médicos buscan tratamientos para el daño cerebral causado por la cavitación, dijo que los ingenieros pueden trabajar para identificar los lugares en el cerebro donde es más probable que ocurra la cavitación.
"Un mapa de ubicación de la aparición de cavitación se puede usar directamente para diseñar un casco que amortigua la fuerza y reduce la posibilidad de cavitación", escribieron los investigadores.
Y aunque este estudio se centra en los cascos militares, Hashemi dijo que las mismas ideas podrían aplicarse a los cascos para el fútbol y otros deportes.
"Esta investigación está estudiando las aplicaciones en el campo de batalla, pero en el fútbol hay impactos y ondas de choque similares", dijo Hashemi. "Los jugadores tienen formas leves de lesión cerebral traumática. Los jugadores podrían no darse cuenta, pero los efectos de las lesiones por cavitación podríanestar allí "
Wrede, el ex estudiante de posgrado de Hashemi que ahora trabaja como ingeniero de modelado de sistemas dinámicos para John Deere en Dubuque, dijo que el proyecto le ha enseñado que hay una gran necesidad de más investigación y desarrollo.
"Las personas que han atendido a nuestro país y que vuelven con lesiones realmente dependen de la investigación para encontrar respuestas", dijo. "Las respuestas podrían mejorar la calidad de vida de nuestros veteranos y de todos los que tienen la desgracia de sufrir una lesión cerebral traumática".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Iowa . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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