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。頭部受傷時顱骨內(nèi)形成并塌陷的微小氣泡會不會造成一些傷害？
愛荷華州立大學(xué)的研究人員在海軍研究辦公室的支持下，利用他們的專業(yè)知識制作了微結(jié)構(gòu)，研究并描述了微泡形成和破裂對腦細胞的損傷，這一過程被稱為空化。
研究人員在研究期刊《全球挑戰(zhàn)》2020年7月號的封面上發(fā)表了一篇論文。作者是愛荷華州立大學(xué)機械工程副教授尼科爾哈希米(Nicole Hashemi)和哈希米實驗室前博士生、博士后研究助理亞歷克斯雷德(Alex Wrede)。(對于其他合著者，請參見側(cè)欄。)
研究人員寫道，在顱腦損傷過程中，顱骨內(nèi)的腦脊液中會形成微氣泡(即百萬分之一米)。
研究人員寫道，這些微泡的“形成和快速塌陷”可能是腦損傷的部分原因。
泡泡傷害聽起來微不足道。然而，眾所周知，氣泡破裂和由此產(chǎn)生的沖擊波會損壞船用螺旋槳的鋼基礎(chǔ)。研究人員報告說，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。
研究人員寫道：“……因此，意識到空化對脆弱腦組織的損害是令人震驚的。”
尋找腦細胞變化
為了測試和表征顱骨中的空化效應(yīng)，研究人員通過創(chuàng)建星形膠質(zhì)細胞(大腦和脊髓中的星形膠質(zhì)細胞，可以主動支持、維護和修復(fù)中樞神經(jīng)系統(tǒng))的3D細胞培養(yǎng)平臺來模擬大腦系統(tǒng)。他們將細胞培養(yǎng)平臺浸入一個小罐子中，產(chǎn)生了大約60萬分之一米的微泡。一些微泡附著在充滿細胞的微纖維支架上。
研究人員打開水箱中的超聲波設(shè)備，導(dǎo)致微泡破裂和空化。(他們還應(yīng)用超聲波設(shè)備來控制沒有暴露在氣穴中的細胞。)
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胞的任何形態(tài)變化。其次，他們與愛荷華州立大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院的同事合作，評估細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)致細胞收縮，表面變得粗糙。當(dāng)空化后22小時和48小時拍攝圖像時，細胞似乎在伸展和生長。即便如此，研究人員發(fā)現(xiàn)，48小時后，細胞的生長——就表面積而言——大約是對照細胞的一半。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，空化損傷的細胞中，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-和白細胞介素-6等基因表達增加。
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