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L'Utilisation ou brancher peut empirer les dégâts de cartilage, ingénieurs de MIT trouvent

L'Ostéoarthrite, qui affecte au moins 20 pour cent d'adultes aux Etats-Unis, mène à la détérioration du cartilage, le tissu caoutchouteux qui empêche des os de frotter ensemble. En étudiant les propriétés moléculaires du cartilage, les ingénieurs de MIT ont maintenant découvert comment les parties de l'arthrite rendent le tissu plus susceptible des dégâts à partir des activités matérielles telles que faire fonctionner ou brancher.

Les découvertes ont pu aider des chercheurs à développer des tests pour diagnostiquer l'arthrite plus précoce dans les patients au risque fort pour la maladie et pour guider également des ingénieurs en concevant le cartilage de rechange. Les résultats suggèrent également que les athlètes qui subissent les blessures au genou traumatiques, telles qu'un ligament croisé antérieur déchiré (ACL) - qui leur donne une possibilité plus grande de l'arthrite se développante plus tard dans la durée de vie - devraient être prudents en retournant à leur sport après la chirurgie.

« C'est un signe dégagé de prendre soin de la droite allante soutiennent, » dit Alan Grodzinsky, de l'auteur biologique, électrique et l'industrie mécanique et supérieur d'un professeur de MIT d'un article décrivant les découvertes dans une édition récente du Tourillon Biophysique. « Quoique votre genou peut être stabilisé, il y a la possibilité que la déformation du cartilage à un taux de chargement élevé va toujours le mettre en danger. »

Le Cartilage est bourré avec des composés de protéine-sucre connus sous le nom d'aggrecans, chacun a effectué d'environ 100 glycosaminoglycanes appelés fortement chargés de molécules (Bâillons). Ces molécules protègent des articulations en absorbant l'eau et en faisant raidir le tissu pendant que la pression est appliquée.

« Le cartilage est une éponge raide, remplie du liquide, et car nous le comprimons, le liquide doit filtrer par ces réseaux étroitements aligné de BÂILLON, » Grodzinsky dit. « Les réseaux de BÂILLON fournissent la résistance au flux, ainsi l'eau ne peut pas sortir de notre cartilage immédiatement quand nous le comprimons. Cette pressurisation au nanoscale augmente la raideur de notre cartilage aux activités de haut-charge-rate. »

L'équipe de MIT s'est mise à vérifier comment la structure moléculaire du BÂILLON produit de ceci qui raidit au-dessus d'une telle un large éventail d'activité - de ne reposer et de faire rien à l'utilisation ou de brancher à la grande vitesse. Pour faire ceci, ils ont développé un type neuf et extrêmement sensible de microscopie atomique de force (AFM), leur permettant de mesurer combien aggrecan réagit au nanoscale aux taux de chargement très élevés (les vitesses auxquels les forces sont appliquées).

L'AFM Conventionnel, qui produit des images haute résolution « en ressentant » la surface d'un échantillon avec une extrémité minuscule de sonde, peut également être employé pour soumettre des échantillons à la charge cyclique pour mesurer leurs propriétés nanomechanical. Mais l'AFM conventionnel peut s'appliquer seulement jusqu'à environ 300 hertz (cycles par seconde). Hadi Tavakoli Nia, l'auteur important du papier, et Iman Soltani Bozchalooi, les deux étudiants de troisième cycle en industrie mécanique, ont développé un système modifié qui peut appliquer des fréquences beaucoup plus hautes - jusqu'à 10 kilohertz, fréquences concernant la charge d'incidence des articulations.

« Une éponge très souple »

Utilisant ce système, les chercheurs cartilage normal comparé et le cartilage traité avec de l'enzyme qui détruit des réseaux de BÂILLON, imitant les stades initiaux de l'ostéoarthrite. Dans cette phase précoce, le collagène, qui donne à cartilage sa structure, est habituellement encore intact.

Les chercheurs ont constaté qu'une fois exposé aux taux de chargement très élevés - assimilés à ce qui seraient vus pendant faire fonctionner ou brancher - le cartilage normal pouvait absorber le liquide et raidir normalement. Cependant, dans le tissu Bâillon-épuisé, le liquide a coulé à l'extérieur rapidement.

« Qui est ce qui met le collagène dans la panne, parce que maintenant ceci devient une éponge très souple, et si vous la chargez aux niveaux supérieurs le réseau de collagène pouvez être abîmé, » Grodzinsky dit. « À ce moment là vous commencez une suite irréversible d'activités qui peuvent avoir comme conséquence les dégâts au collagène et éventuellement à l'ostéoarthrite. »

Il n'y a actuel aucune bonne voie de diagnostiquer l'arthrite pendant ces stades précoces, qui sont habituellement painfree. Beaucoup de chercheurs travaillent pour améliorer davantage l'imagerie par résonance magnétique (MRI) pour déterminer la perte d'aggrecan, alors que d'autres recherchent le sang ou des repères d'urine. Si un tel test existait, il serait particulièrement utile pour la surveillance des patients qui ont remarqué une blessure au genou aiguë. On l'estime qu'au moins 12 pour cent de tous les cas d'ostéoarthrite lancés avec des préjudices communes traumatiques, Grodzinsky dit.

Les Chercheurs dans le laboratoire de Grodzinsky travaillent maintenant pour recenser les médicaments possibles qui pourraient arrêter la perte d'aggrecan, ainsi que conçoivent les échafaudages de tissu qui pourraient être implantés dans les patients qui ont besoin de la chirurgie de cartilage-remontage. Le système neuf d'AFM devrait être utile pour tester ces échafaudages, pour voir si les cellules développées sur l'échafaudage peuvent produire le tissu nécessaire raidissant aux taux de chargement élevés.

« Ces deux aspects sont réellement importants : prévention de la dégradation de cartilage après des préjudices et, si le cartilage est déjà abîmé au delà de sa capacité d'être réparé, la remonter, » Grodzinsky dit.

Source : Massachusetts Institute of Technology