La mecánica de las lesiones por explosión

Los científicos han descubierto un mecanismo subyacente al tipo de lesión cerebral que a menudo sufren los soldados como resultado de las explosiones en las carreteras en Irak y Afganistán. El trabajo podría señalar el camino hacia el tratamiento temprano de estas lesiones agudas por explosión mediante la identificación de posibles objetivos farmacológicos.

Dos nuevos artículos del Grupo de Biofísica de Enfermedades en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard y el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica, dirigido por Kevin Kit Parker, utilizan técnicas de ingeniería de tejidos para modelar los efectos físicos y bioquímicos de la lesión cerebral traumática (TBI) en el cerebro y los vasos sanguíneos. Parker dice que el trabajo representa un primer paso hacia una lesión cerebral traumática en un chip que podría usarse para detectar medicamentos para tratar a los soldados heridos por explosión antes de que se produzcan daños a largo plazo.



La lesión cerebral traumática inducida por explosiones de artefactos explosivos improvisados ​​y granadas propulsadas por cohetes es la lesión más común entre los soldados en Irak y Afganistán. Incluso una lesión cerebral traumática leve es una lesión insidiosa, porque daña el cerebro de formas que no son evidentes de inmediato y que los médicos actualmente pueden hacer poco para tratar. Se cree comúnmente que la lesión daña el cerebro al estirar las neuronas hasta su punto de ruptura, abriendo pequeños agujeros en la membrana celular que eventualmente matan las células. Pero Parker dice que su equipo descubrió que no era necesario dañar la membrana para inducir lesiones de tipo TBI en la célula.

Ambos artículos se centran en las integrinas, un tipo de proteína de la membrana celular que traduce las fuerzas mecánicas de la lesión en cambios internos en la célula. Los investigadores sometieron a las células a fuerzas breves y abruptas. Estos sistemas se han utilizado en el pasado, pero el equipo de Parker utilizó fuerzas que no eran lo suficientemente poderosas como para romper físicamente la celda. Descubrieron que esto podría causar los mismos tipos de cambios estructurales tanto en las neuronas como en las células de los vasos sanguíneos que se observan en el cerebro de las personas con TBI.

David Hovda , quien dirige el Centro de Investigación de Lesiones Cerebrales de la Universidad de California en Los Ángeles, dice que los estudios llevarán a las personas que han estado trabajando en TBI a pensar en estas lesiones de una manera nueva. También cree que los hallazgos podrían aplicarse potencialmente a personas con otros tipos de lesiones cerebrales, aunque la diferencia entre explosiones y otros traumas es actualmente controvertida. Sin embargo, Hovda dice que, al igual que otros estudios sobre células aisladas, pueden o no captar realmente lo que está sucediendo en el cerebro. El trauma es la forma más complicada de lesión y el cerebro es el órgano más complicado, dice. Él dice que se deben realizar más estudios y autopsias en soldados heridos para comprender los efectos de las explosiones en el cerebro humano.

En uno de los artículos, publicado hoy en Más uno , los investigadores unieron perlas magnéticas a complejos de integrina que actúan como una especie de anclaje estructural en las células, a lo largo de los axones de las neuronas. Descubrieron que solo se necesitaba una pequeña fuerza aplicada a las cuentas para dañar los axones. Además, las fuerzas sobre una cuenta se propagarían a través del esqueleto de la célula hacia otro axón, provocando que el axón distante se rompa o se lesione. Parker dice que la propagación de fuerzas a través de las neuronas explica por qué el daño a los axones se puede ver incluso lejos del sitio de la lesión en el cerebro humano.

El otro artículo, publicado la semana pasada en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , muestra que las integrinas también pueden mediar en un problema llamado vasoespasmo cerebral, un estrechamiento de las aberturas de los vasos sanguíneos que comienza días o meses después de una lesión por explosión. Parker explica que si bien el vasoespasmo puede ocurrir cuando los vasos sanguíneos se rompen y sangran, a veces no hay sangrado y otro proceso debe estar en juego. Su equipo diseñó arterias a partir de células de los vasos sanguíneos y estudió los efectos del estiramiento explosivo. Descubrimos que en 24 horas, la explosión había inducido el cambio de un interruptor genético, dice. Eso crea cambios químicos y físicos característicos de las células en el vasoespasmo cerebral.

Tanto en las neuronas como en las células de los vasos sanguíneos, el tratamiento de las células con un fármaco que inhibe una proteína activada por las integrinas disminuyó la lesión. Parker cree que apuntar a esta u otras vías químicas similares podría ser una forma de tratar a los soldados directamente después de las explosiones, para prevenir algunos de los efectos bioquímicos más lentos que se derivan del trauma inicial.

Parker, un comandante del Ejército de los EE. UU. Que sirvió en Afganistán, normalmente trabaja en otros problemas biofísicos, pero se involucró en el proyecto después de pasar un tiempo en un campo de batalla con el coronel Geoffrey Ling, un neurólogo del Ejército de los EE. UU. Que se especializa en traumatismos cerebrales; Ling es ahora director de programas en la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), donde dirige los esfuerzos para financiar la investigación sobre la ciencia de TBI. Debido a que es muy difícil saber qué está sucediendo en el cerebro de los soldados heridos, Parker dice, necesitamos otra forma de estudiar el problema: si no construye modelos para explosiones de IED, entonces será difícil lograr que la gente entre este campo.

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