Ученые разработали новые механизмы заживления суставного хряща после травмы

0

Новая вычислительная модель смогла предсказать экспериментально наблюдаемую деградацию и разгадать механизмы частичного восстановления поврежденного суставного хряща. Понимание того, как окружающая среда коленного сустава влияет на клетки хряща, имеет решающее значение для здоровья суставов. Знание механизмов дегенерации хряща, управляемых клетками, может способствовать разработке эффективных фармацевтических вмешательств при остеоартрите.

Бремя заболеваний опорно-двигательного аппарата, таких как остеоартрит, все больше влияет на качество жизни пациентов и приводит к огромным затратам на здравоохранение. В целях снижения бремени заболевания были разработаны вычислительные модели для прогнозирования начала и прогрессирования дегенерации хряща.

Современные модели коленного сустава пролили свет на развитие биомеханических усилий в суставах во время ходьбы и на тяжесть воспаления суставов. Однако вычислительным моделям на уровне клеток и тканей уделяется гораздо меньше внимания, хотя клетки вносят значительный вклад в тканевые изменения в хряще.

Таким образом, для прогнозирования раннего прогрессирования заболевания необходимо лучшее понимание механизмов раннего остеоартрита на клеточном и тканевом уровнях. Кроме того, эти модели могут также открыть новые возможности для фармацевтических исследований, направленных на смягчение прогрессирования остеоартрита.

В результате совместной работы Университета Восточной Финляндии (UEF), Лундского университета (LU), Университета Айовы (UIOWA) и Массачусетского технологического института (MIT) исследователи включили влияние клеток в новую численную модель, чтобы обнаружить процессы дегенерации в механически нагруженном и воспаленном хряще.

Эта модель учитывает различные формы гибели клеток, окислительный стресс и провоспалительные биомолекулы. Как и в предыдущих биологических экспериментах, модель предсказала, что повреждающая нагрузка вызывает агрессивное повреждение клеток и дегенерацию хряща вблизи повреждений хряща, тогда как воспаление вызывает широко распространенную дегенерацию также в неповрежденных областях.

Ослабление воспаления привело к частичному восстановлению состава хряща, что согласуется с предыдущей литературой. Этот результат говорит о том, что подход может помочь в определении потенциальных целей для новых стратегий раннего вмешательства, и он имеет большой потенциал для использования в качестве вычислительного «тестового трека», например, для различных противовоспалительных или антиоксидантных лекарственных средств.

После тщательной калибровки модель может предоставить ценную информацию для оценки доставки лекарств и эффектов терапевтического лечения в хряще. Таким образом, в этой работе с Университетом Айовы ученые планируют использовать модель для изучения эффективности их антиоксидантного препарата-кандидата. Модель может помочь в оценке того, когда препарат следует вводить в сустав, чтобы получить наибольшую пользу, и какую дозировку следует использовать для конкретного пациента.

«Эти факторы в коленном суставе, например, могут зависеть от механических и воспалительных аспектов каждого пациента, оба из которых могут быть учтены с помощью нашей вычислительной модели», — говорит ведущий автор исследования, докторант Йоонас Косонен из Университета Восточной Финляндии.

Исследование опубликовано в журнале PLOS Computational Biology.

Комментарии закрыты