Ti millioner mennesker i USA skønnes at allerede knoglesygdomme, og næsten 34 millioner flere skønnes at have en lav knoglemasse, at sætte dem med øget risiko for osteoporose, ifølge National Osteoporosis Foundation.
Liyun Wang, assisterende professor i mekanisk ingeniørvidenskab ved University of Delaware, kender de alvorlige konsekvenser af osteoporose.
To af Wangs tanter har lidt fra den snigende knogle-udtynding sygdom, og en tante døde inden for et år efter at være faldet og briste hendes hofte.
Wang er nu førende forskning, der vil kaste lys over, hvordan osteocytes - cellerne indkapslet inde i dine knogler - sans eksterne stimuli og kommunikere med celler på overfladen, signalering dem til enten at bygge mere knogle eller fjerne eksisterende knogle.
Den femårige, $ 1600000 projekt, rangeret i top 5 procent af forskning forslag, der indstilles til finansiering af National Institutes of Health (NIH) i år, det lover godt i afsløringen mysterier knogle-og ledsygdomme plager mennesker verden over.
Resultaterne kan ikke kun hjælpe forskerne hjem ind på årsagen til knogleskørhed og gigt, men også udvikle en mere effektiv medicinsk behandling til behandling af invaliderende knogle-og ledsygdomme.
Projektet vil involvere et tværfagligt hold af efterforskere på UD, herunder professor Mary C. Farach-Carson og Associate Professor Randall Duncan, der har primære aftaler i biologiske videnskaber med fælles aftaler i maskinteknik, og John Novotny, assisterende professor i mekanisk engineering.
"Knogle-og ledsygdomme påvirke næsten halvdelen af alle mennesker over 50 år gamle, til en pris på 250 milliarder dollars årligt i USA," sagde Wang. "En tredjedel af de mennesker, der lider en fraktur på grund af knogletab ender med at dø inden for et år."
Den integrerede knogle celler eller osteocytes, at Wang er ved at undersøge, opfører sig som knoglen er "hjernen".
"De osteocytes er meget smart," Wang siger. "De kan fortælle om en person er ved hjælp af hans eller hendes knogler eller ej. Hvis personen er fysisk aktiv, osteocytes fortæller cellerne på overfladen, at det er ok at sætte på mere knogle. Ellers de signalerer overfladen cellerne til at fjerne knogle med en hastighed, der kan være så højt som 3 procent knoglemasse per måned, hvilket er tilfældet for patienter er begrænset til langvarig sengeleje og for astronauter, "siger hun noter.
Den osteocytes ligger i små gruber eller huller, kaldet huller, inden knoglen. Disse levende celler har mange lange arme, der forbinder dem til overfladen knogle celler og knoglens vaskulære system. Den smalle kanaler huser osteocyte arme (canaliculi), og de mangler danne et netværk, som en blanding af vand, næringsstoffer og andre bioaktive molekyler strømme.
"Selvom det er hårdt som cement, ben er faktisk ligesom en stiv svamp," Wang siger. "Det er porøs og har vand indeni. Når vi har mekaniske belastning, når du kører, for eksempel, er en del af benet knogle komprimeret, og vand er skubbet gennem huller, mindre end en mikrometer i størrelse, mellem osteocytes og knoglecement, der omgiver dem. "
Denne kraftfulde bølge af væske holder osteocytes glade og fungerer godt, Wang siger, at levere næringsstoffer til dem fra de nærliggende blodkar og hurtigt sprede signalstoffer, såsom calcium ioner, fra en celle til sine naboer.
Ved hjælp af en ny mikroskopisk billeddiagnostiske metode, der Wang udviklet, som er baseret på fluorescens bedring efter fotoblegning (FRAP), forskerholdet håber at gøre, hvad ingen har gjort før: se indeni levende knogle og bestemme, hvor hurtigt disse signaler og næringsstoffer molekyler er overført mellem cellerne, når en knogle er i hvile, og når det er på arbejde.