实验测量和数学定量固定电荷密度在老鼠和猪大脑组织
Delin Zeng1, Andrew V Basilio1, Leanne A Pichay1
1Department of Biomedical Engineering, Columbia University, 351 Engineering Terrace MC 8904, 1210 Amsterdam Avenue, New York, NY, 10027, USA.
Annals of biomedical engineering
|December 20, 2024
概括
大脑,脑损伤后预后不佳的原因,是由由于固定电荷密度 (FCD) 的细胞胀驱动的. 这项研究量化了老鼠和猪大脑中的FCD,揭示了它在胀中的作用,并为改善安全系统提供了见解.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 神经科学是一个神经科学.
- 生物物理学的生物物理.
背景情况:
- 大脑胀通过增加内压力而加剧创伤性脑损伤中的二次损伤.
- 脑部胀被建模为一个三相生物机械过程,涉及一个具有负固定电荷密度 (FCD) 的固体矩阵,水和离子.
- 细胞死亡暴露了细胞内FCD,通过Gibbs-Donnan效应导致透压和水流入,导致细胞胀.
研究的目的:
- 为了量化大鼠和猪脑组织的固定电荷密度 (FCD).
- 为了测量脑组织在细胞死亡时产生的膨胀压力.
- 研究FCD在脑形成中的作用及其对计算建模的影响.
主要方法:
- 在被关闭的老鼠和猪脑组织样本中测量胀压力,因为细胞死亡.
- 基于测量的膨胀压力来量化固定电荷密度 (FCD).
- 在大鼠大脑组织中使用DNAse,heparinase I,heparinase III和chondroitinase ABC对FCD的酶降解,以评估其对胀压力的影响.
- 实验结果与数值模拟进行比较.
主要成果:
- 鼠的大脑组织产生的平均膨胀压力为52.92 ± 20.40 mmHg,FCD为42.54 ± 8.14 mEq/L.
- 猪皮质白质的膨胀压力为7.14 ± 4.79 mmHg,FCD为15.18 ± 5.38 mEq/L. 猪皮质白质的膨胀压力为7.14 ± 4.79 mmHg,FCD为15.18 ± 5.38 mEq/L.
- 猪皮质灰质的膨胀压力为33.86 ± 11.89 mmHg,FCD为34.22 ± 6.31 mEq/L. 猪皮质灰质的膨胀压力为33.86 ± 11.89 mmHg,FCD为34.22 ± 6.31 mEq/L.
- 在大鼠大脑组织中FCD的降解显著降低了胀压力.
- 实验数据与数值模拟有很好的一致性.
结论:
- 固定电荷密度 (FCD) 在大脑胀期间大脑组织在透驱动的胀中起着至关重要的作用.
- 量化FCD值为提高预测创伤后脑的计算模型的生物真实性提供了关键数据.
- 改进的计算模型可以帮助开发先进的安全系统,以减轻创伤性脑损伤的后果.
