近十年来，布朗大学的研究员Diane Hoffman-Kim和她的实验室团队已经制造出皮质球体，这基本上是功能性的微型大脑。三维细胞培养是一种多功能模型，可以用于从脑损伤到中风再到胶质母细胞瘤的所有研究。最近，霍夫曼-金的团队发现了一种使用迷你大脑来研究压缩损伤影响的方法。
“迷你大脑在研究上有很多好处，”布朗大学神经科学和工程学副教授、该大学卡尼脑科学研究所（Carney Institute for Brain Science）附属学院的霍夫曼-金（Hoffman-Kim）说。“我们感到很惭愧，比大脑小得多的东西实际上可以模拟疾病，现在是伤害。”
这项研究发表在《公共科学图书馆·综合》杂志上。
压缩性损伤通常由中风或肿瘤引起，但也可能是创伤的结果。滑雪事故、车祸或足球碰撞，随着时间的推移，会导致血液淤积或组织膨胀，并对脑组织造成压力。如果不及时治疗，压缩性损伤会导致慢性炎症，杀死脑细胞，甚至导致死亡。然而，霍夫曼-金说，这种常见的脑损伤类型给研究带来了挑战。由于损伤需要几分钟、几天甚至几个月的时间才能显现出来，因此很难在实验室中模拟对脑细胞缓慢、稳定的压力。
霍夫曼-金和布朗大学工程学院的副教授哈尼什·科萨里与布朗大学神经科学系的博士后科学家拉斐尔·González-Cruz合作，将注意力集中在压缩性脑损伤上。
为了制造迷你大脑，González-Cruz使用了一台离心机，这是一种高速旋转的实验室仪器，可以产生巨大的力量，足以根据大小和密度分离细胞。科萨里想知道离心机是否也可以用来制造那种压迫性损伤的压力。工程系博士生杨万（Yang Wan，音译）帮助González-Cruz和科萨里设计了一个实验设计，使他们能够测试和测量当施加不同程度的持续力时，微型大脑会发生什么。
球体离心的实验装置及几何结构。信贷:
《公共科学图书馆?综合》(2024)。DOI: 10.1371 / journal.pone.0295086
该团队在离心机中运行了几批微型大脑2分钟。万计算了四种特定的速度，以及一个控制，这样团队就可以均匀地测试所有离心机的速度。
在大量大脑被旋转后，研究人员清点死亡细胞并研究受伤细胞。他们在2小时、8小时和24小时后重复这些评估。他们指出，24小时间隔很重要，因为这是医疗干预在压迫性损伤事件中最有帮助的窗口期。
这项研究设计使研究小组能够精确地测量细胞损伤，不仅是由不同程度的力引起的，而且是在较长时间内展开的损伤量，这模拟了压缩损伤的效果。
研究人员发现，离心机需要一个最低速度才能产生足够的力，导致显著的细胞死亡和DNA损伤，并且细胞死亡和损伤的数量随着时间的推移而增加。
Kesari和Hoffman-Kim说，这一发现的重要之处在于，他们能够量化施加不同程度的力后发生的细胞损伤，并研究不同时间尺度的影响——这是了解如何预防、诊断和治疗压迫性损伤的关键信息。
“这些结果可以对人们产生真正的影响，帮助他们保持安全和健康，”凯萨里说。
“这项工作为研究脑损伤提供了一个可靠、精确的平台，”González-Cruz说。“通过我们的模型，研究人员可以研究损伤严重程度和细胞事件之间的关系，这些事件不仅会导致创伤事件后的细胞死亡，还会随着时间的推移导致炎症和神经退行性变。我们可以在实验室的培养皿中以高度可重复的方式进行，这对良好的科学至关重要。”
研究小组表示，最终目标是有一天能够在受伤后测试一个人的血液，并测量与受伤相关的蛋白质水平。González-Cruz已经在研究这些蛋白质了。
更多信息：Rafael D. González-Cruz等人，皮质球体显示持续压迫损伤后的应变依赖性细胞活力丧失和神经突破坏，PLOS ONE（2024）。DOI: 10.1371 / journal.pone.0295086期刊信息：PLoS ONE由布朗大学提供引文：对迷你大脑施加压力有助于模拟压缩损伤（2024,10月16日）检索自2024年10月17日https://medicalxpress.com/news/2024-10-pressure-mini-brains-compression-injuries.html此文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
