La lesión cerebral traumática es la principal causa de muerte y discapacidad en el mundo. Tupina Trauma en el cerebro, a menudo por una mala disminución o accidente de tráfico, en las facturas de la muerte sobre 61,000 estadounidenses cada año. Más de 80,000 desarrollarán una discapacidad a largo plazo.
Aunque se produjo mucho daño físico del cerebro, llamada fase básica de la lesión, el daño cerebral adicional puede provocar procesos químicos destructivos que ocurren en el cuerpo en el cuerpo durante unos días a semana después de la influencia inicial. A diferencia de la fase básica de la lesión, esta fase media podría evitar las moléculas de orientación que impulsan el daño.
Soy ingeniero de ciencias sobre materiales y mis colegas y yo estamos trabajando en el diseño del tratamiento para la neutralización de lesiones cerebrales traumáticas medias y reduciendo la neurodegeneración. Diseñamos un nuevo material que podría apuntar y neutral moléculas que dañan el cerebro en ratones, mejorando su recuperación cognitiva y ofreciendo un nuevo tratamiento potencial para las personas.
Descenso bioquímico
La fase básica de las lesiones cerebrales traumáticas puede dañar seriamente e incluso destruir la barrera de la sangre, una interfaz que protege el cerebro que limita lo que se puede ingresar.
El desorden de esta barrera inicia neuronas dañadas o sistema inmune para liberar ciertos productos químicos que resultan en procesos bioquímicos destructivos. Un proceso llamado excitotoxicidad ocurre cuando están demasiado asignados a las neuronas, activan enzimas que fragmentan el ADN y dañan las células, causando la muerte. Otro proceso, la neuroinflación, da como resultado la activación de células llamadas microglia que pueden ejecutar inflamación en áreas cerebrales dañadas.
La lesión cerebral traumática puede provocar un daño a largo plazo. Stockdevil / Itock a través de Getty Images Plus
Estos procesos de fase secundarios también producen moléculas dañinas llamadas tipos de oxígeno reactivo. Estas moléculas, que incluyen radicales libres, modifican y deforman químicamente las proteínas esenciales en las células, proporcionándolas inútiles. También pueden romper los hilos de ADN, lo que lleva a mutaciones genéticas potencialmente dañadas.
Si se deja sin suros, el daño de este estrés oxidativo puede tener discapacidades para la salud a largo plazo y la recuperación neurocognitiva. Los investigadores vincularon cambios bioquímicos y subproductos resultantes de esta cascada de moléculas para desarrollar trastornos neurológicos a largo plazo como el Alzheimer, Parkinsonov y ALS, entre otros.
Sin embargo, los compuestos llamados antioxidantes pueden dirigirse a este estrés oxidativo y mejorar la recuperación neurocognitiva a largo plazo con la interacción química con especies reactivas de oxígeno de una manera que puede neutralizar sus propiedades nocivas.
Encontrar el antioxidante ideal
Mi equipo y yo estudiamos si el antioxidante llamado grupo Tihol podría ayudar a tratar lesiones cerebrales traumáticas.
Los grupos de tiol son compuestos químicos que contienen átomos de azufre relacionados con el átomo de hidrógeno. Los átomos de azufre son mucho mayores que los átomos de hidrógeno, lo que significa que el azufre del átomo en el tiol tiene un fuerte movimiento en un átomo de hidrógeno electrónicamente solitario. Debilita la conexión entre el hidrógeno y sus electrones, lo que permite que el hidrógeno renuncie fácilmente a sus electrones en otros átomos.
Como resultado, los tioles que se comunican fácilmente con muchos tipos reactivos de oxígeno diferentes, incluidos los daños de ADN. Elegimos Tiolse no solo para sus propiedades antioxicales, sino también por su capacidad para unirse y neutralizar otras moléculas de daño cerebral, que son productos peroxidativos lipídicos. Estos compuestos neurotóxicos se forman como subproductos cuando la especie reactiva de oxígeno daña la grasa en el cuerpo.
Para llevarlos al cuerpo en el cuerpo, los instalamos en materiales llamados polímeros. Estas son largas cadenas de moléculas orgánicas hechas de unidades individuales llamadas monómeros. Para conectar monómeros para conectarse, un electrón solitario, o radical libre, inicia una conexión con monómeros, se inicia una reacción en cadena. Piense en este proceso, como escribir las fomino: el trasero de sus manos (radical libre en este caso) golpea el dominó (monómero) y luego golpea el resto de la domina para formar una línea (polímero).
Los polímeros son cadenas largas de la misma molécula, una y otra vez.
Dado que los tiolos pueden inhibir este proceso de polimerización, tuvimos que hacer un monómero con un llamado grupo protector que puede eliminarse químicamente después de la polimerización para convertirse en nuestros fioles. Dado que el ácido a-lipoico, un plug común ubicado en farmacias, contiene un grupo de tiol protector, lo usamos para hacer nuestro monómero.
Luego hicimos una cadena de estos monómeros con una balsa, un proceso controlado que puede ser diseñado por polímeros para dejar el cuerpo a través de la orina. Para hacer esto, se puede agregar un co-monónimo co-solto en la cadena, lo que permite que el polímero se disuelva en el torrente sanguíneo.
Finalmente, tratamos los polímeros para eliminar el grupo de protección, produciendo polímeros de tiol listos para más pruebas.
Prueba de TBI
Luego probamos cuántos de nuestros polímeros tiolistas fueron neutralizados por tipos de oxígeno reactivos.
Primero utilizamos la técnica llamada espectrofotometría visible UV, que láser láser se ilumina en una muestra celular que contiene nuestro cerebro de polímeros y moléculas. Si hay tipos reactivos de oxígeno presentes en la muestra, la luz se absorberá mínimamente. Pero si nuestro polímero neutraliza estos compuestos, entonces la luz se absorberá en gran medida. A través de estos estudios, descubrimos que nuestro polímero tiolista neutralizó el oxígeno reactivo, como el peróxido de hidrógeno hasta el 50% y otras moléculas neurotóxicas, como la acroleína hasta un 100%, lo que protege las neuronas del daño.
Gastamos pruebas adicionales al exponer proteínas fluorescentes a los radicales libres, descubriendo que las proteínas no tratadas son destruidas por nuestros polímeros Tiolean. Las proteínas tratadas continuaron fluorescentes, lo que indica que nuestro polímero tioliano neutralizó el radical libre y protegió las proteínas.
Y al final, inyectamos polímeros de tiol en ratones con lesiones cerebrales traumáticas. El escaneo del cerebro mostró que nuestro polímero no solo se concentró con éxito en el área dañada del cerebro, sino también la protección inmediata de las lesiones adicionales. Nuestro polímero de tiol pudo reducir el oxígeno reactivo en ratones lesionados a solo 3% en los niveles normales encontrados en ratones no dañados. Los ratones no tratados con lesiones cerebrales traumáticas tuvieron un aumento del 45% en comparación con los ratones ileso.
Trabajo futuro en polímeros de Tiol
Nuestros hallazgos sugieren que estos polímeros tiolistas pueden servir como tratamiento potencial para la fase media de las lesiones cerebrales traumáticas. Las pruebas adicionales pueden ayudarlo a determinar si este material puede reducir potencialmente el riesgo de discapacidad a largo plazo.
Actualmente estamos desarrollando un proceso barato para incluir Tiola con nanopartículas pequeñas. Esto puede ayudar a aumentar el número de filos en material, y también mejorar su capacidad de circular en el torrente sanguíneo para una protección más larga.
Muchos estudios adicionales en animales deben confirmar la eficiencia de nuestro material en el tratamiento de la lesión cerebral traumática. Si nuestros resultados continúan siendo positivos, nuestro objetivo es probar nuestros materiales en las personas a través de ensayos clínicos. Esperamos que estos tratamientos puedan mejorar los resultados a largo plazo para las víctimas de accidentes automovilísticos, caídas o incluso lesiones relacionadas con el deporte del cerebro.
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