述评：关节软骨的细胞与分子生物力学

关节软骨是覆盖在动关节骨端表面的一层低摩擦、可承载负荷的水合软组织,其力学性能通过软骨细胞的新陈代谢来维持。物理因素,如关节载荷对软骨细胞的新陈代谢有很大的调节作用。本文对关节软骨和软骨细胞的力学性能和理论模型进行了综述,重点强调物理调节在软骨细胞生物合成和组织维护中的作用,以及在软骨功能性组织工程修复与再生医学中的应用。文中首先描述了关节软骨的分子构成、超微结构及其张力、压力、剪切力等力学性能,着重强调其相互关系。然后,通过介绍已广泛使用的结构模型,即双相和三相混合理论,对组织的力学-电化学行为进行阐述,并着重介绍简化复杂的三相理论的最新研究进展。最后,对软骨细胞和软骨素的机械性能和理论模型进行回顾总结,从而加深对细胞外基质中软骨细胞内及周围力学-电化学信号的认识。根据混合相理论,关节软骨的流动依赖性和非流动依赖性的粘弹性、溶胀行为和电动特性已经在理论上得到了成功阐述。文献中混合相理论用于软骨细胞以及周围细胞外基质的推广也为体内细胞行为物理调节机制的研究提供了新的思路。总之,应用强大的混合相理论、新的实验技术、新的或常规的办法来研究软骨细胞和基质之间的相互作用,可能有助于关节软骨工程学研究的成功。

应力作用下骨细胞钙信号响应及转导的机制研究

目的骨能调节其结构以适应外界应力变化,但骨适应机理仍不明确。近年研究发现,骨细胞(OCY)是骨中核心力学响应细胞,但OCY如何响应和转导外界应力刺激仍不清楚。方法使用微接触压印自组装技术构建体外OCY和成骨细胞(OB)网络,观察流体剪切力(FSS)下钙信号特征;构建新型小鼠胫骨原位OCY钙成像平台。

1型糖尿病骨骼微损伤时空分布特征与靶向骨重建偶联机制研究

目的1型糖尿病(T1DM)患者骨折风险高于正常人10倍以上,与其骨量减少幅度不匹配,推测微损伤的累积可能是其骨折风险显著增加的重要诱因,但T1DM骨微损伤时空分布特征及与骨重建偶联关系尚不明确。方法对T1DM大鼠右侧尺骨进行循环轴向压缩疲劳加载,加载1、4、7、10 d后分别进行SPECT/CT、碱性品红染色。

理解生物组织细胞力学信号传导机制的必要分析:以关节软骨为例

关节软骨是覆盖于骨关节面的一薄层低摩擦、耐磨损、负重的水化组织。这种功能通过散在镶嵌于软骨组织深层致密胞外组织内的软骨细胞的代谢和生物合成作用来维持。这种代谢和生物合成进程很大一部分是由物理因素,如应力、张力、电流及电势、液压及渗透压等来调控的。这两者都存在于这一带电的、渗透性的基质当中。本文主要讲述关节软骨及软骨细胞的机械-电化学行为及理论模型的最近进展,同时着眼于软骨细胞生物合成活动的物理调控及其对于组织维持、功能组织工程软骨修复及再生医学的意义。