由于伊拉克和阿富汗的路边爆炸，士兵们经常会遭受脑损伤，科学家们已经揭示出了这类脑损伤背后的机制。该研究可以通过确定潜在药物靶标指明对这类严重冲击伤害进行早期治疗的道路。（关于创伤性脑损伤的测量技术可以参考本站文章《新成像技术揭秘隐性脑损伤》以及《变色光子晶体测量大脑损伤》）

　　来自哈佛大学工程与应用科学学院（Harvard's School of Engineering and Applied Sciences）以及维斯仿生工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）的疾病生物物理学小组（Disease Biophysics Group）的两篇新论文利用组织工程技术在大脑和血管中模拟创伤性脑损伤（traumatic brain injury ，TBI)的物理和生化影响。这两篇论文由凯文•基特•帕克（Kevin Kit Parker）领导完成。帕克说，该研究代表了向“创伤性脑损伤芯片” （TBI on a chip）进军的第一步，“创伤性脑损伤芯片”可以用于药物筛选以在长期损伤出现之前治疗受到冲击波伤害的士兵。

　　在伊拉克和阿富汗，简易爆炸装置和火箭推进榴弹造成的冲击波所引起的创伤性脑损伤是一种在士兵中最常见的伤害。即使轻度创伤性脑损伤也一种隐伏性伤害，因为它以一种不是即刻明显的方式对大脑造成损伤，并且医生目前对其所能做的治疗甚少。一般认为，损伤通过过度拉伸神经元到临界点，并在细胞膜上扯开一个最终使细胞死亡的小洞让大脑受损。但是帕克说，他的团队发现在细胞中要引起类似创伤性脑损伤的伤害，损害细胞膜并不是必要的。

　　两篇论文都关注于整合素（integrin），它们是一种细胞膜蛋白，可以将损伤机械力转变为细胞内部的变化。研究人员让细胞经受短暂、突然的作用力。这些系统过去已经使用，但是帕克团队利用了那些力量不足以真的撕裂细胞的作用力。他们发现，这样也可以引起神经元和血管细胞结构改变，与创伤性脑损伤患者大脑中所看到的那些是同一类型。

　　管理加州大学洛杉矶分校大脑损伤研究中心（Brain Injury Research Center at University of California Los Angeles）的大卫·胡达（David Hovda）说，这些研究将引导那些致力于研究创伤性脑损伤的人们以一种新方式思考这些损伤。他还认为，尽管冲击伤和其他创伤之间的不同之处目前还在争论，但是这些发现有潜力在患有其他类型脑损伤的人群中得到应用。然而胡达又说，就像其他对单个细胞的研究一样，他们或许真的理解了大脑里所发生的事情，也或许没有理解。“创伤是最复杂的损伤，并且大脑是最复杂的器官，“他说。他还说，必须对伤兵进行更多的研究和尸体剖检以理解冲击波对人类大脑的影响。

　　在其中一篇发表在最近《公共科学图书馆·综合》（PLoS One）上的论文中，研究人员沿神经元轴突给整合素复合体结合磁珠，这些复合体在细胞中起着结构锚的作用。他们发现，仅仅需要一股轻微作用力施加于这些磁珠就可以损害轴突。而且，对一个磁珠的作用力可以通过细胞骨架向下传导给另外的轴突，使远距离的轴突破裂或受损。帕克说，作用力通过神经元的传导解释了为什么可以在人类大脑中远离受伤部位的地方发现轴突损伤。

　　另一篇发表在最近《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上的一篇论文显示，整合素还会介导一种叫做脑血管痉挛（cerebral vasospasm）的病症——在冲击伤数天或数月之后才出现的窄化的血管开裂。帕克解释说，虽然当血管破裂出血时会发生血管痉挛，但有时候血管痉挛发生时并不会出血，那么必定有其他过程在起作用。他的团队利用血管细胞人造出了动脉并研究了类似冲击波的拉伸的影响。“我们发现，在24小时之内冲击就已经引起了一个基因开关的迅速转变，”他说。这造成化学和物理上的变化，而这些变化是脑血管痉挛中细胞所特有的。

　　在神经元和血管细胞两者中，使用抑制某种蛋白质的药物可以减少损伤，这种蛋白质由整合素激活。帕克认为，以此或者以类似化学途径为靶标会是在受到冲击波后立即治疗士兵的一个方法，以阻止一些跟随初始创伤之后的更为缓慢的生化影响。帕克是美国陆军少校，曾在阿富汗供职，平常致力于其他生物物理学问题，但是与杰弗里·灵（Geoffrey Ling）上校在战场上呆过以后，他参加了这个项目。杰弗里·灵是美国陆军神经病学家，专攻大脑创伤。他现在是国防先进技术研究计划署（Defense Advanced Research Projects Agency ，DARPA)的一个项目主管，在那里他管理这些工作——为研究提供资助使其进入创伤性脑损伤领域。帕克说，因为要了解伤兵大脑中发生了什么非常困难，所以我们需要其他研究这个问题的办法：“如果你不建立简易爆炸装置（IED）冲击波模型，那么就很难让人们参与到这个领域中来。”