به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، این مقاله چارچوبی را برای نسل بعدی پلتفرم‌های تحقیقاتی آسیب مغزی تروماتیک خفیف ناشی از انفجار (mbTBI) معرفی می‌کند که بر سه حوزه فناوری اصلی تمرکز دارد: اول دستگاه‌های واردکننده فشار که قادر به شبیه‌سازی دقیق شرایط بیومکانیکی مغز انسان هستند، دوم ارگانوئیدهای پیشرفته مغزی که محیط درون‌بدنی (in vivo) را بهتر بازسازی می‌کنند، و سوم فناوری‌هایی برای ارزیابی غیرتهاجمی واکنش‌های زیستی نسبت به فشارهای وارده، در کنار افزایش سرعت انجام آزمایش‌ها. هدف از این چارچوب، تسریع در پژوهش‌های مربوط به شناسایی مکانیسم‌های آسیب mbTBI و فراهم کردن امکان ارزیابی سریع‌تر روش‌های درمانی جدید است.

آسیب مغزی تروماتیک ناشی از انفجارهای شدید

در طول آموزش و عملیات‌های رزمی، نیروهای نظامی و نیروهای مجری قانون به‌طور مکرر در معرض انفجارهای کم‌شدت اما تکراری repetitive low-level blast یا rLLB ناشی از سلاح‌های سنگین مانند توپخانه، خمپاره، سلاح‌های شانه‌ای، نارنجک‌های صوتی و مواد منفجره مورد استفاده در عملیات نفوذ قرار می‌گیرند. این انفجارها می‌توانند در طول تمرینات نظامی فشارهایی بیش از ۹۰ کیلوپاسکال ایجاد کنند .که به‌طور قابل توجهی بالاتر از آستانه ایمنی فعلی ۲۸ کیلوپاسکال است؛ این آستانه بر اساس خطر پارگی پرده گوش انسان تعیین شده است .افراد ممکن است در یک جلسه تمرینی بیش از صد بار در معرض چنین انفجارهایی قرار گیرندو این میزان در طول دوران خدمتشان افزایش می‌یابد. در حالی که آسیب مغزی تروماتیک ناشی از انفجارهای شدید (bTBI) به‌خوبی مطالعه شده است . شواهد فزاینده‌ای وجود دارد که نشان می‌دهد قرار گرفتن مکرر در معرض rLLB می‌تواند منجر به نوعی آسیب مغزی تروماتیک خفیف یا زیرضربه‌ای (mbTBI) شود .این نوع آسیب مغزی با پیامدهای مزمن عصبی و روانی از جمله اختلالات خلقی، نقص‌های شناختی و حرکتی، اختلالات خواب و درد مزمن همراه است.

مدل‌های پیش‌بالینی

مدل‌های پیش‌بالینی برای درک سازوکارهای پاتوفیزیولوژیک mbTBI که هنوز به‌درستی شناخته نشده‌اند، حیاتی هستند. این شکاف دانشی پیشرفت در توسعه راهکارهای پیشگیرانه مؤثر (مانند تعیین فاصله ایمن، بهبود طراحی سلاح، تجهیزات حفاظتی فردی و داروهای پیشگیرانه)، ابزارهای تشخیصی (از جمله نشانگرهای زیستی مولکولی و تصویربرداری عصبی) و درمان‌ها را با مانع مواجه کرده است. در سال‌های اخیر، استفاده از مدل‌های حیوانی برای مطالعه rLLB افزایش یافته است (Ravula و همکاران، ۲۰۲۲)، که یافته‌های مهمی مانند التهاب عصبی، آسیب آکسونی، فعال‌سازی سلول‌های گلیال و اختلالات رفتاری را آشکار کرده‌اند. با این حال، این مدل‌ها با محدودیت‌هایی روبه‌رو هستند، از جمله بازده پایین، دشواری در شبیه‌سازی دقیق شرایط مکانیکی واقعی، مشکلات تکرارپذیری، و ارتباط محدود با آناتومی و فیزیولوژی انسان. این عوامل، درک و مقابله مؤثر با mbTBI را در شرایط عملیاتی دشوار می‌سازند.

بررسی آسیب‌های تروماتیک مغز (TBI)

آسیب‌های تروماتیک مغز (TBI) سال‌هاست که نیروهای نظامی را تحت تأثیر قرار داده‌اند، به‌طوری که وزارت دفاع ایالات متحده از سال 2000 تا 2024 نزدیک به 516,000 مورد آسیب را در سراسر جهان گزارش کرده است. اکنون، تیمی از پژوهشگران در آزمایشگاه فیزیک کاربردی جانز هاپکینز (APL) در لورل، مریلند، و دانشکده بهداشت عمومی بلومبرگ در حال توسعه پلتفرمی پیشرفته بر پایه ارگانوئیدهای مغزی برای مقابله با این چالش هستند. این پژوهش با عنوان پلتفرم برای مطالعه بهینه آسیب و تروما بر یکپارچگی و مدارهای عصبی (POSITRONIC) در نشریه Frontiers in Bioengineering and Biotechnology منتشر شده و مفاهیم کلیدی پشت پلتفرم‌هایی را بررسی می‌کند که برای مطالعه قرارگیری در معرض انفجارهای کم‌قدرت طراحی شده‌اند.

درباره مطالعه

کتی کارنیل، مدیر برنامه معاونت علوم زیستی و شیمیایی در APL، می‌گوید: تأثیر تجمعی قرارگیری در معرض انفجارهای با شدت کم به‌خوبی شناخته نشده است، زیرا امکان اندازه‌گیری تأثیرات ظریف روی بدن انسان، که ممکن است بلافاصله پس از قرارگیری ظاهر شوند اما در طول زمان پیشرفت کنند، وجود نداشته است.» انفجارهای کم‌قدرت موج‌های فشاری تولید می‌کنند که از جمجمه عبور کرده و با بافت مغز برهم‌کنش دارند؛ قرارگیری مکرر در معرض این انفجارها می‌تواند منجر به آسیب مغزی تروماتیک خفیف ناشی از انفجار (mbTBI) شود. نیروهای نظامی و پلیس ممکن است در برخی تمرین‌ها بیش از 100 بار در معرض چنین انفجارهایی قرار گیرند—و در طول دوره خدمت خود حتی بسیار بیشتر. ایال بار-کخبا، دانشمند ارشد در بخش توسعه پژوهش و اکتشاف APL و پژوهشگر اصلی پروژه POSITRONIC، گفت: هدف ما توسعه یک پلتفرم نمونه‌ اولیه برای درک بهتر اثرات mbTBI ناشی از انفجارهای مکرر کم‌قدرت است، با بهره‌گیری از پیشرفت‌ها در زمینه ارگانوئیدهای مغزی و تصویربرداری نوری غیرتهاجمی. ما امیدواریم که این تحقیق راه را برای پیشرفت در اقدامات پیشگیرانه، تشخیص بهتر و گزینه‌های درمانی جدید هموار سازد.»

پلتفرم‌های نسل آینده

پژوهشگران مدت‌هاست که از مدل‌های درون‌بدنی (in vivo)، شامل آزمایش‌هایی با استفاده از حیوانات زنده، و مدل‌های برون‌بدنی (in vitro)، شامل کشت‌های سلولی ساده، برای مطالعه آسیب‌های مغزی تروماتیک استفاده می‌کنند. اما ترجمه این یافته‌ها به انسان دشوار بوده است، زیرا این مدل‌ها از نظر شباهت به بدن انسان محدود هستند. در اینجا، ارگانوئیدهای مغزی به‌عنوان یک مدل برون‌بدنی نویدبخش ظاهر شده‌اند که از سلول‌های انسانی مشتق می‌شوند. مزیت اصلی آن‌ها، توانایی بازسازی شبکه‌های عصبی پیچیده و تعاملات سلولی است. توماس هارتونگ و لنا اسمیرنوا، نوروتوکسیکولوژیست‌های دانشکده بلومبرگ، نقش کلیدی در توسعه این پلتفرم‌های ارگانوئیدی برای تحقیقات ترومایی داشته‌اند. تیم POSITRONIC در حال پیشگامی در استفاده از ارگانوئیدهای مغزی برای مطالعه اثرات قرارگیری مکرر در معرض انفجارهای با شدت کم است.

اهمیت این پژوهش

با توجه به محدودیت‌های مدل‌های حیوانی در مطالعه آسیب مغزی تروماتیک ناشی از انفجارهای کم‌شدت، پژوهشگران به سمت توسعه و استفاده از مدل‌های جایگزین غیرحیوانی گرایش یافته‌اند. این مدل‌ها شامل ارگانوئیدهای مغزی سه‌بعدی، سیستم‌های کشت سلولی پیچیده، مدل‌های کامپیوتری پیشرفته و دستگاه‌های آزمایشگاهی شبیه‌سازی شده با شرایط مکانیکی انفجار می‌شوند. ارگانوئیدهای مغزی که از سلول‌های بنیادی انسانی مشتق می‌شوند، امکان بررسی دقیق‌تر پاسخ‌های سلولی و مولکولی به آسیب‌های ناشی از انفجار را فراهم می‌کنند و می‌توانند پل ارتباطی مهمی بین مطالعات حیوانی و انسان باشند. همچنین، مدل‌های کامپیوتری می‌توانند مکانیک آسیب و اثرات بیوفیزیکی انفجار را در سطح مولکولی و بافتی شبیه‌سازی کرده و به طراحی تجهیزات حفاظتی و استراتژی‌های پیشگیرانه کمک کنند. این رویکردهای نوین نه تنها قابلیت تکرارپذیری و کنترل دقیق شرایط آزمایش را افزایش می‌دهند، بلکه می‌توانند ارتباط بهتری با آناتومی و فیزیولوژی انسان برقرار کنند و در نهایت به توسعه روش‌های دقیق‌تر تشخیص و درمان آسیب مغزی ناشی از انفجارهای کم‌شدت کمک کنند.

مدلی برای بررسی یک بیماری پیچیده دیگر

«این پژوهش، تطبیق‌پذیری ارگانوئیدها را به‌عنوان جایگزینی برای آزمایش‌های حیوانی برجسته می‌کند و مدلی برای بررسی یک بیماری پیچیده دیگر فراهم می‌سازد.» پس از رشد ارگانوئید مغزی، آن را با سامانه‌ای برای ایجاد فشار ترکیب می‌کنند که به پژوهشگران امکان می‌دهد تا شرایط مشابه انفجارهای خفیف، با فشارهایی شبیه آنچه پرسنل نظامی در تمرین‌ها تجربه می‌کنند، را بازسازی کنند.

پایان مطلب/.