В ходе исследования также была разработана модель коленного сустава, которая позволяет оценивать механические реакции, испытываемые хрящевыми клетками здорового хряща и хряща с остеоартритом во время повседневной деятельности, такой как ходьба. Модель продемонстрировала, что как менисэктомия, так и остеоартрозные изменения хряща вызывают значительные изменения в ответах хрящевых клеток.
Остеоартрит — это заболевание суставов, которым, по оценкам, страдает около 5% всего населения мира.
Остеоартрит является наиболее распространенным заболеванием коленного или тазобедренного сустава и часто развивается в результате старения, но также может развиться из-за чрезмерной нагрузки или травмы сустава. В Европе более 100 миллионов человек страдают артритом, а в Америке прямые затраты на лечение артрита составили 51 доллар.1 миллиард в 2004 году. Кроме того, было предсказано, что количество пациентов с остеоартрозом коленного сустава увеличится на 40% к концу 2050 года.
Остеоартрит протекает постепенно, ослабляя суставной хрящ и в конечном итоге полностью стирая его с концов суставных костей. В этих случаях пациент страдает сильной болью в суставах, и сустав становится жестким, что часто приводит к нетрудоспособности.
Операция по замене сустава — единственное эффективное лечение остеоартрита, поэтому профилактика остеоартрита была бы экономически эффективной альтернативой как для пациента, так и для общества в целом.
Разработанные методы моделирования могут найти применение в будущем в специализированной медицинской помощи
В исследовании использовался метод компьютерного моделирования, объединяющий тканевые и клеточные уровни суставного хряща, чтобы проанализировать функцию суставного хряща во время возникновения и прогрессирования остеоартрита. Метод моделировал влияние состава, структуры и различных нагрузок суставного хряща на объем, форму и механические реакции хрящевых клеток.
По сравнению со здоровым хрящом, объем клеток остеоартрозного хряща увеличился в результате механической нагрузки. Моделирование показало, что наиболее важными факторами, объясняющими увеличение объема клетки, были перицеллюлярная фиксированная плотность заряда, i.е. количество молекул протеогликана и жесткость сети коллагеновых фибрилл.
В исследовании также анализировалось влияние менисэктомии, широко используемого метода в хирургии коленного сустава, и моделирование избыточного веса на клеточные реакции. И менисэктомия, и имитация избыточного веса значительно увеличили давление жидкости в клетках и хрящевой ткани во время ходьбы, но они не повлияли на форму или объем клеток в здоровом хряще.
Однако при остеоартрозном хряще клетки были более сжатыми и удлиненными, вероятно, из-за нарушения целостности хряща.
Во время стояния штаммы усиливались больше в клетке, чем в перицеллюлярной ткани в здоровых суставных хрящах, но противоположное наблюдалось в суставных хрящах, пораженных остеоартритом. Возможно, что функция перицеллюлярной ткани заключается в защите хрящевых клеток от внезапных изменений и в поддержании здоровья хряща.
В исследовании также были разработаны вычислительные алгоритмы деградации сети коллагеновых фибрилл в суставном хряще и ее реорганизации с целью прогнозирования развития и прогрессирования остеоартрита, вызванного избыточным весом и повреждением хряща. Оценка, полученная с помощью алгоритма деградации, хорошо соответствовала клинически наблюдаемому прогрессированию остеоартрита в течение четырехлетнего периода наблюдения. Кроме того, структура сети коллагеновых фибрилл в механически поврежденном хряще была дезорганизована в непосредственной близости от повреждения, что позволяет предположить, что повреждение хряща подвергает хрящ дальнейшему повреждению.
Углубленное понимание влияния аномальной нагрузки, раннего остеоартрита и механических повреждений на клеточные и тканевые реакции в хрящах позволяет разработать новые стратегии распознавания, предотвращения и замедления прогрессирования заболевания.
Разработанные в исследовании методы могут в будущем получить широкое распространение в специализированной медицинской помощи. Однако перед их внедрением в клиническую практику потребуется тщательная клиническая проверка.
См. Больше на: http: // epublications.uef.fi / pub / urn_isbn_978-952-61-2178-9 / urn_isbn_978-952-61-2178-9.pdf