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研究人员评估了微气大只500登录中心泡对脑损伤的影响



假设军事基地发生了炸弹袭击。一些士兵遭受脑震荡和其他脑损伤。有些损伤可能是由于头部外伤时在颅骨内形成和破裂的小气泡造成的吗?
 
在海军研究办公室的资助下,爱荷华州立大学的研究人员正在利用他们在制造微结构方面的专业知识来研究和描述微气泡的形成和破裂对脑细胞造成的损害,这一过程被称为空化。
 
研究人员在研究期刊《全球挑战》2020年7月号的封面上发表了一篇论文,报告了他们的发现。主要作者是爱荷华州机械工程副教授Nicole Hashemi和Alex Wrede,他是Hashemi实验室的前博士生和博士后研究助理。
 
研究人员写道,当大脑受到创伤时,可以在颅骨内的脑脊液中形成以微米为单位测量的微气泡——百万分之一米。
 
研究人员写道,这些微气泡的“形成和急剧破裂”可能是造成脑部损伤的部分原因。
 
泡沫的破坏听起来可能微不足道。但是气泡的破裂以及由此产生的冲击波会破坏船只螺旋桨的钢基础。研究人员报告说,之前的研究表明,微气泡的膨胀和破裂会产生0.1到2000兆帕的力,或每平方英寸14.5到2900磅的力。
 
“…因此,认识到空化对脆弱的脑组织造成的损害是令人担忧的,”研究人员写道。
 
寻找脑细胞的变化
 
为了测试和表征颅骨内空化的影响,研究人员通过创建星形细胞(大脑和脊髓中的星形细胞,它们在支持、维护和修复中枢神经系统中发挥着积极作用)的3D细胞培养平台来模拟大脑。他们将细胞培养平台浸在一个小容器中,制造出直径约为六万分之一米的微气泡。一些微泡附着在充满细胞的微纤维支架上。
 
研究人员打开了容器中的超声波装置,使微气泡破裂并产生空化。(他们还对未暴露在空化环境中的对照组细胞使用了超声波装置。)
 
研究人员寻找了两种效应:
 
首先,他们使用倒置显微镜来记录细胞的形态学变化。其次,500登录网址他们与爱荷华州立兽医学院的同事一起评估细胞中是否存在基因变化。
 
研究人员发现,空化导致细胞收缩,表面粗糙。在空化后22和48小时拍摄图像时,细胞似乎在伸长和生长。尽管如此,研究人员发现48小时后细胞的生长——就表面积而言——只有对照组细胞的一半。
 
研究人员还发现,被空穴损伤的细胞中TNF- TNF-和IL-6等基因的表达水平升高,这些基因与炎症条件(如SARS-CoV-2病毒感染)和神经疾病(如帕金森病和阿尔茨海默病)有关。
 
“综合起来,这些结果证实了周围的空化对星形细胞的功能是有害的,”研究人员写道。
 
设计更好的头盔
 
哈什米说,当医生寻找治疗由空化引起的脑损伤的方法时,她说,工程师可以确定大脑中最可能发生空化的地方。
 
研究人员写道:“空穴发生的位置地图可以直接用于设计一种头盔,它可以减弱力,减少空穴发生的可能性。”
 
哈什米说,虽然这项研究主要关注军用头盔,大只500登录中心但同样的想法也可以应用到足球和其他运动项目的头盔上。
 
这项研究着眼于战场上的应用,但在足球领域也有类似的影响和冲击波。玩家会有轻微的脑外伤。球员们可能没有意识到这一点,但空化损伤的影响是存在的。”
 
Nicole Hashemi,爱荷华州立大学机械工程副教授
 
Wrede是哈希米的前研究生,现在是迪巴克约翰迪尔公司的动态系统建模工程师。他说,这个项目让他认识到,需要更多的研究和开发。
 
他说:“那些为我们的国家服务并受伤归来的人们真的依靠研究来找到答案。”“答案可以改善我们的退伍军人和所有不幸遭受脑外伤的人的生活质量。”