WASHINGTON, D.C. – Pesquisadores nos EUA O Laboratório de Pesquisa Naval (NRL), em colaboração com a Virginia Commonwealth University (VCU), desenvolveu o primeiro fantasma cerebral de rato anatômicamente preciso capaz de medir impactos de lesão cerebral traumática (TBI) em tempo real. O modelo de avanço replica as propriedades mecânicas do tecido cerebral enquanto incorpora um sensor piezoelétrico que converte forças de impacto diretamente em sinais elétricos mensuráveis, oferecendo uma visão sem precedentes sobre como ondas de explosão e impactos se propagam pelo cérebro. Esta inovação se baseia numa parceria de pesquisa multianual entre o cientista NRL Margo Staruch, Ph.D., e o professor da VCU Ravi Hadimani, que veio temporariamente trabalhar no NRL através do Programa de Bolsa de Escola de Verão do Escritório de Pesquisa Naval (ONR). A colaboração deles, que continuou depois do Professor Hadimani voltar para a VCU, combina conhecimento em biomagnética, hidrogels e tecnologias de sensor para criar uma plataforma realista e atuável para estudar mecânica de lesões sem as limitações dos testes in- vivo.
Um modelo realista para entender as lesões cerebrais. O novo fantasma usa um hidrogel personalizado, feito de álcool polivinílico (PVA) e fitagel, que combina com a resposta viscoelástica do tecido cerebral vivo. Os modelos tradicionais frequentemente se baseiam em polímeros rígidos ou substitutos simplificados, mas o material composto do NRL. reproduz tanto a suavidade como o comportamento dinâmico de ondas característico da matéria cerebral real. .Queríamos construir um fantasma que não pareça apenas um cérebro, mas se comporta como um, disse Hadimani.. A maioria dos substitutos são muito simples na estrutura ou não capturam as verdadeiras propriedades mecânicas da matéria cinza e branca. Pela primeira vez, conseguimos imitar as camadas do cérebro de rato, desde o crânio e o líquido cefalorraquidiano até a matéria cinza e branca, ao mesmo tempo que combinamos com o seu comportamento viscoelástico.
Para medir as forças dentro da estrutura, a equipe embutiu uma película fina de fluoreto de polivinilideno (PVDF), um polímero piezoelétrico que gera tensão quando estressado. Isto permite o rastreamento preciso e em tempo real das assinaturas de estirpes e impacto. .Este modelo permite- nos ver o que está acontecendo realmente dentro do cérebro durante um impacto, disse o Staruch.. Ao incorporar um sensor piezoelétrico num material que se comporta como tecido cerebral real, podemos rastrear como as forças se movem, se concentram ou se dissipam, o que até agora era incrivelmente difícil de medir em tempo real..
Confiável, escalable e fundamentada éticamente. Testes realizados com testes de queda e sistemas mecânicos de compressão confirmaram uma relação linear entre gravidade de impacto e taxa de esforço, validando a sensibilidade do fantasma em eventos de baixa e alta força. Isto é especialmente importante para entender a exposição a TCE leve e a explosão, onde as forças podem ser sutis, mas ainda levam a efeitos neurológicos a longo prazo. A equipe também identificou modos de falhas realistas, como microcracks formando- se dentro do crânio substituto, que ajudaram a interpretar anomalias nos dados e a demonstrar a resposta estrutural realista do modelo.
.Tendo uma resposta linear confiável significa que podemos correlacionar com precisão a saída de tensão com a gravidade do impacto, disse o Staruch. Como o fantasma é totalmente sintético e reprodutível, ele elimina as preocupações éticas e a variabilidade associadas aos testes com animais, permitindo experimentos controlados e repetibles.
Aplicações potenciais para proteção de guerreiros. O modelo oferece uma base para examinar como ondas de explosão, sobrepressão e repetidas exposições de baixo nível se traduzem em tensão mecânica dentro do cérebro, informações chave para compreender as causas raiz do TBI. Ao escalar o modelo para dimensões humanas, os pesquisadores poderiam colocar sensores estrategicamente em todo o cérebro para testar diferentes direções de impacto e tecnologias de proteção.
. Esta ferramenta nos dá uma imagem mais clara de onde as forças se concentram e como diferentes direções de impacto afetam o cérebro, disse o Staruch.. Essa informação pode informar diretamente o projeto de capacetes e equipamentos de proteção melhorados, levando a uma melhor proteção para os guerreiros e também contribuirá para melhores vias de diagnóstico e tratamento para TBI.. Esforços futuros podem incorporar estudos de impacto repetido, dados direcionais de ondas de bulto e integração com modelos de rede neural para explorar a conexão entre estirpe mecânica e alterações neurológicas.
Colaboração e pesquisa continuada. Este esforço se baseia em pesquisas anteriores do NRL em piezoelétricos e ciência de materiais, bem como em trabalhos anteriores do fantasma cerebral baseados em hidrogel a partir da VCU. . A motivação para este trabalho veio diretamente dos esforços de modelagem em curso do TBI no NRL, disse Hadimani..Através da Bolsa de Escola de Verão da ONR, vi como a nossa pesquisa científica material na VCU poderia se fundir naturalmente com a experiência do NRL na detecção e medição de tensões. Essa parceria nos permitiu criar um fantasma muito mais preciso e personalizado do que o que existia antes.
O Programa de Bolsa de Escola de Verão da ONR desempenhou um papel fundamental na reunião de competências complementares que levaram a este novo avanço na pesquisa de neurotrauma. Sobre os EUA Laboratório de Pesquisa Naval. O NRL é um comando científico e de engenharia dedicado à pesquisa que impulsiona avanços inovadores para os EUA. Marinha e Corpo Marinho do fundo do mar para o espaço e no domínio de informação. NRL, localizado em Washington, D.C. com os principais sites de campo em Stennis Space Center, Mississippi; Key West, Flórida; Monterey, Califórnia, e emprega aproximadamente 3,000 cientistas civis, engenheiros e pessoal de suporte.
O NRL oferece vários mecanismos para colaborar com a comunidade científica mais ampla, dentro e fora do governo federal. Estes incluem Acordos Cooperativos de Pesquisa e Desenvolvimento (CRADAs), LP-CRADAs, Acordos de Parceria Educativa, acordos sob a autoridade de 10 USC 4892, acordos de licença, contratos FAR e outros acordos aplicáveis. Para mais informações, entre em contato com o NRL Corporate Communications em mailto: NRLPAO@us.navy.mil.