Vi föreslår ett protokoll för att undersöka transport av laddade och oladdade molekyler över ledbrosk med hjälp av nyutvecklade experimentella och numeriska metoder.
Osteoartrit (OA) är en försvagande sjukdom som är associerad med degeneration av ledbrosk och subkondralt ben. Degeneration av ledbrosk försämrar dess bärande funktion väsentligen som den erfar enorm kemisk nedbrytning, dvs proteoglykan förlust och kollagen-fibrill störningar. Ett lovande sätt att undersöka kemiska skademekanismer under OA är att exponera de broskprover till en extern löst ämne och övervaka diffusionen av molekylerna. Graden av broskskada (dvs. koncentration och konfigurationen av väsentliga makromolekyler) är associerad med kollisionsenergiförlust av externa lösta ämnen medan den rör sig över ledbrosket skapar olika diffusionsegenskaper jämfört med friskt brosk. I denna studie, introducerar vi ett protokoll, som består av flera steg och är baserat på tidigare utvecklad experimentell mikro-C14px; "> omputed T omography (mikro-CT) och finita elementmodellering Transporten av laddade och oladdade joderade molekyler först registreras med användning av mikro-CT, vilket följs av applicering av bifasisk-lösta ämnet och flerfasiga finita elementmodeller för att erhålla diffusionskoefficienter. och fast avgift tätheter över brosk zoner.
Molekylär transport spelar en viktig roll i homeostasen av ledade fogar, avgivning av terapeutika till ledbrosk och kontrastförstärkt brosk avbildning 1, 2, 3. Faktorer såsom brosk integration och intakthet, lösta ämnet laddning och storlek samt osmolalitet och koncentration av badet i kontakt med brosk kan påverka transporthastigheten 4, 5, 6. Transport av lösta ämnen, antingen neutrala eller laddade, kan vara olika mellan artikulära broskzoner, eftersom varje zon består av olika koncentrationer och orienteringar av stora extracellulära matrismolekyler, nämligen proteoglykaner (PG) och kollagen typ II 1, 7, 8, 9,lass = "xref"> 10, 11. Ännu viktigare, kan transporten av laddade lösta ämnen vara mycket beroende på koncentrationen av proteoglykaner innefattande negativa fasta laddningar inom den extracellulära matrisen som ökar över ledbrosk 8, 9. Dessa parametrar särskilt fast laddningstäthet (FCD), kan orienteringen av kollagenfibriller och vattenhalt variation i hela brosk genomgå förändringar som osteoartrit (OA) fortskrider, och därmed ge uttryck vikten av att studera diffusion genom brosk.
I den aktuella studien, ett protokoll baserat på tidigare etablerade experimentella och beräknings studier 6, 8, 9 är föreslagna för att noggrant undersöka diffusionen under olika randvillkor som använder neutrala och laddade upplösta ämnen i en ändlig-bad modell av diffusion. Than föreslog metoder består av mikro-datortomografi bildåtergivning (mikro-CT) hos ett system innefattande brosk och en ändlig-bad som stöds av avancerad bifasisk-lösta ämnet och flerfasiga finita elementmodeller. Dessa modeller gör det möjligt att erhålla de diffusionskoefficienter av neutrala och laddade molekyler såväl som FCDs över olika zoner av ledbrosk. Med hjälp av dessa modeller kan man få bättre förståelse för beteendet hos de diffunderande neutrala och laddade molekyler som kan användas för att undersöka samspelet mellan brosk och överliggande ändlig-bad.
Vi presenterade en försöksprotokoll i kombination med en finit elementmodelleringsförfarande för att studera spridningen av neutrala och laddade lösta ämnen över ledbrosk. Enligt våra nya studier, kan de föreslagna modellerna korrekt beskriver transporten av både neutral (bifasisk-löst ämne) och negativt laddade (flerfasiga) lösta ämnen i olika zoner av ledbrosk 8, 9. Det anses allmänt att ledbrosk blir funktionellt begränsad genom förlust av de…
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill uttrycka sin tacksamhet till Mr Jeroen van den Berg och Mr Matthijs Wassink från utvecklings mekanik gruppen på UMC Utrecht för deras hjälp med att linda process av osteokondrala pluggar. Detta arbete stöddes av ett bidrag från holländska Arthritis Foundation.
Hexabrix | Guerbet | 15HX005D | Negatively charged contrast agent |
Visipaque | GE healthcare | 12570511 | Nuetral contrast agent |
PBS | Life technologies | 10010023 | Medium |
micro-CT | Perkin Elmer | Monitoring diffusion | |
Freezing-point osmometer | Advanced instruments | Measuring solution osmolality |