Исследовательская группа подвергла кластеры культивированных нейронов из эмбриональных мышей трём ударам силой 200 грамм, что примерно соответствует уровню повреждений, которые получает футболист от одного удара мячом по голове. В результате травмы происходил немедленный рост выработки акролеина — молекулы, связанной с окислительным стрессом и нейродегенеративными заболеваниями. Вместе с тем наблюдается возрастание скоплений неправильно свернутого белка амилоид бета 42 (AB42), который образуется в мозге людей с болезнью Альцгеймера. Дополнительные эксперименты подтвердили связь между ударами, акролеином и AB42.

В течение первых 24 часов после воздействия уровень акролеина в кластерах нейронов повысился, а производство неправильно свернутого AB42 увеличилось на 350%. Акролеин деформирует нормальный AB42, связываясь с участками белка, которые способствуют структурной стабильности. Когда команда провела эксперимент, объединив большие количества акролеина с нормальным очищенным AB42, суспендированным в жидкости, они обнаружили повышенные уровни неправильно свернутого AB42. При этом правильно свернутый белок достаточно хрупок, поэтому даже воздействия на обычный очищенный AB42 в жидкости (без акролеина) хватило, чтобы спровоцировать неправильное сворачивание. Эта патология бета-амилоида началась в течение нескольких часов после удара, то есть очень быстро.

«Благодаря этому устройству стало понятно, что при получении сотрясения мозга у человека нет десяти лет, прежде чем начнутся повреждения. Отсчет времени начинается немедленно, и, если мы хотим что-то сделать в этом случае, нужно действовать быстро», — говорит Рийи Ши, ведущий исследователь и профессор прикладной нейронауки в Университете Пердью.

Устройство использует маятник для доставки определенной силы удара в небольшую камеру, в которой находится кластер из четверти миллиона нейронов, обеспечиваемых питательной средой. Встроенный в камеру микроэлектронный массив измеряет электрическую активность нейронов, которая будет поддерживать функциональные паттерны активности в течение нескольких недель. Прозрачное окно позволяет проводить микроскопическое наблюдение за нейронами. Исследователи периодически извлекают кластер нейронов из камеры для проведения специальных биохимических измерений. При ударе по чипу, он не повреждается.

Разработку можно использовать для тестирования потенциальных лекарственных препаратов, включая те, которые снижают уровень акролеина. В текущем исследовании было показано, что гидралазин — препарат, одобренный FDA для снижения артериального давления и способный поглощать акролеин — снижает количество акролеина и уровень неправильно свернутого AB42, который образуется в кластере нейронов после удара.