紧接口对血脑屏障生物机械反应的影响在稳定的空洞化条件下
Lei Kang1, Haifeng Zhu1, Zhenfu Tian2
1Shanghai Institute of Applied Mathematics and Mechanics, School of Mechanics and Engineering Science, Shanghai Frontier Science Center of Mechanoinformatics, Shanghai Key Laboratory of Mechanics in Energy Engineering, Shanghai University, Shanghai, 200072, China.
使用微泡的聚焦超声波 (FUS) 可以打开血脑屏障 (BBB) 进行药物输送. 模拟显示疲劳的行为,而不是破裂,在FUS下的紧密的结节,为中枢神经系统疾病的治疗提供了见解.
科学领域:
- 生物物理学的生物物理.
- 生物材料科学 生物材料科学
- 计算生物学 计算生物学
背景情况:
- 中枢神经系统 (CNS) 疾病给医疗保健带来了重大挑战.
- 血脑屏障 (BBB) 限制了治疗剂的输送到大脑.
- 带有微气泡的聚焦超声波 (FUS) 提供了非侵入性的BBB开放治疗.
研究的目的:
- 为了研究FUS介导BBB打开的生物机械机制.
- 在稳定的腔化条件下,模拟内皮细胞和紧结 (TJs) 的机械反应.
- 了解长期负荷下的TJ干扰和BBB机械行为.
主要方法:
- 开发了一个3D有限元模拟.
- 用于内皮细胞的Yeoh高弹性模型和TJs的MSLS模型.
- 模拟了振荡泡,流体和BBB的合相互作用.
主要成果:
- 稳定的腔化导致周期性BBB变形,TJs的应力度.
- 流量回流与BBB上的压力相关.
- 与线性模型相比,非线性材料模型显示了增强的变形和抑制的峰值剪切应力.
- 液体应力不足以导致TJ破裂.
- 在循环负荷下,TJs表现出类似疲劳的行为 (软化然后硬化).
结论:
- 疲劳的行为,而不是立即破裂,可能在FUS诱导的稳定腔位下主导TJ衰竭.
- 这些发现有助于更好地理解FUS微泡介导的BBB开放.
- 提供了中枢神经系统药物输送和脑疾病治疗的理论基础.
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