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Funzionare o saltare può peggiorare il danno della cartilagine, ingegneri del MIT trova

L'Osteoartrite, che pregiudica almeno 20 per cento degli adulti negli Stati Uniti, piombo a deterioramento di cartilagine, il tessuto gommoso che impedisce le ossa la lucidatura insieme. Studiando i beni molecolari di cartilagine, gli ingegneri del MIT ora hanno scoperto come le fasi più iniziali dell'artrite rendono il tessuto più suscettibile di danno dalle attività fisiche come funzionare o salto.

I risultati hanno potuto aiutare i ricercatori a sviluppare le prove per diagnosticare l'artrite più presto in pazienti ad ad alto rischio per la malattia ed anche per guidare gli ingegneri nella progettazione della cartilagine della sostituzione. I risultati egualmente indicano che atleti che subiscono le ferite al ginocchio traumatiche, quale un legamento cruciate anteriore violento (ACL) - che le dà che una maggior probabilità dell'artrite di sviluppo più successivamente in vita dovrebbe essere prudente quando ritorna al loro sport dopo chirurgia.

“È un chiaro segnale stare attento della destra andante si ritira,„ dice Alan Grodzinsky, il professor del MIT dell'ingegneria biologica, elettrotecnica e meccanica ed autore senior di un documento che descrive i risultati in un'edizione recente del Giornale Biofisico. “Anche se il vostro ginocchio può essere stabilizzato, c'è la possibilità che la deformazione di cartilagine ad un alto tasso di carico ancora sta andando metterla al rischio.„

La Cartilagine è imballata con i complessi dello proteina-zucchero conosciuti come i aggrecans, ciascuno ha fatto di circa 100 molecole altamente fatte pagare chiamate glycosaminoglycans (Bavagli). Quelle molecole proteggono le giunture assorbendo l'acqua ed inducendo il tessuto a irrigidirsi mentre la pressione è applicata.

“La cartilagine è una spugna rigida, riempita di liquido e poichè lo comprimiamo, il liquido deve filtrare attraverso queste catene appropriatamente orientate del BAVAGLIO,„ Grodzinsky dice. “Le catene del BAVAGLIO forniscono la resistenza a flusso, in modo dall'acqua non può uscire immediatamente della nostra cartilagine quando la comprimiamo. Quella pressurizzazione al nanoscale aumenta la rigidezza della nostra cartilagine alle attività di alto-caricamento-rate.„

Il gruppo del MIT ha precisato per studiare come la struttura molecolare del BAVAGLIO genera questa che si irrigidisce sopra tale una vasta gamma di attività - dalla seduta e dal fare del niente a funzionare o dal salto all'alta velocità. Per fare questo, hanno sviluppato un nuovo, tipo altamente sensibile di microscopia atomica della forza (AFM), permettendoli di misurare quanto aggrecan reagisce al nanoscale ai tassi di carico molto alti (le velocità a cui le forze sono applicate).

Il AFM Convenzionale, che genera le immagini ad alta definizione “ritenendo„ la superficie di un campione con un suggerimento minuscolo della sonda, può anche essere usato per sottoporre i campioni a caricamento ciclico per misurare i loro beni nanomechanical. Ma il AFM convenzionale può applicarsi soltanto fino a circa 300 hertz (cicli al secondo). Hadi Tavakoli Nia, l'autore principale del documento e Iman Soltani Bozchalooi, entrambi i dottorandi in ingegneria meccanica, hanno messo a punto un sistema modificato che può applicare le frequenze molto più alte - fino a 10 kilohertz, frequenze relative a caricamento di impatto delle giunture.

“Una spugna molto flessibile„

Facendo Uso di questo sistema, i ricercatori hanno confrontato la cartilagine normale e la cartilagine trattate con un enzima che distrugge le catene del BAVAGLIO, imitante le fasi iniziali dell'osteoartrite. In questo la fase in anticipo, collageno, che dà a cartilagine la sua struttura, è solitamente ancora intatta.

I ricercatori hanno trovato che una volta esposta ai tassi di carico molto alti - simili a che cosa sarebbero veduti durante funzionare o il salto - la cartilagine normale poteva assorbire il liquido ed irrigidirsi normalmente. Tuttavia, nel tessuto Bavaglio-vuotato, il liquido ha perso rapido.

“Che è che cosa mette il collageno nella difficoltà, perché ora questa si trasforma in in una spugna molto flessibile e se la caricate alle più alte tariffe la rete del collageno potete essere danneggiato,„ Grodzinsky dice. “A quel punto cominciate una serie irreversibile di attività che possono provocare il danneggiamento del collageno e finalmente dell'osteoartrite.„

Non c'è corrente buon modo diagnosticare l'artrite durante quelle fasi iniziali, che sono solitamente painfree. Molti ricercatori stanno lavorando più ulteriormente per migliorare l'imaging a risonanza magnetica (MRI) per provare a perdita di aggrecan, mentre altri stanno cercando il sangue o gli indicatori dell'urina. Se una tal prova esistesse, sarebbe particolarmente utile per riflettere i pazienti che hanno avvertito una ferita al ginocchio acuta. È stimato che almeno 12 per cento di tutti i casi prodotti con una lesione unita traumatica, Grodzinsky di osteoartrite dice.

I Ricercatori nel laboratorio di Grodzinsky ora stanno lavorando per identificare le droghe possibili che potrebbero fermare la perdita di aggrecan come pure stanno progettando le impalcature del tessuto che potrebbero essere impiantate nei pazienti che hanno bisogno della chirurgia della cartilagine-sostituzione. Il nuovo sistema del AFM dovrebbe essere utile per le prove delle queste impalcature, per vedere se le celle sviluppate sull'impalcatura possono produrre il tessuto necessario che si irrigidisce agli alti tassi di carico.

“Questi due aspetti sono realmente importanti: impedire degradazione della cartilagine dopo la lesione e, se la cartilagine già è danneggiata oltre la sua capacità di essere riparato, sostituirla,„ Grodzinsky dice.

Sorgente: Massachusetts Institute of Technology