骨软骨:揭示软骨和关节相互作用的分子机制

来源：原网站2022-03-21 00:36

来自佛罗里达大学和其他机构的科学家通过使用先进光子源(APS)的超明亮X射线束，首次直接测量了软骨在那个尺度上的运动。利用这种被称为X射线光子相关光谱(XPCS)的新技术，可以帮助研究人员深入阐明软骨的力学机制，并为开发治疗常见骨科相关疾病和运动损伤的新疗法奠定一定基础。

2022年3月21日/100医学网BIOON/-软骨是一种非常有吸引力的组织，它包裹着身体骨骼的末端，可以使其在肘和膝关节上滑动，其形成的表面比冰面光滑五倍；然后，研究人员还不清楚软骨酒精是如何管理这种几乎无摩擦的减震功能的。目前普遍认为，这取决于关节中的流体与组成组织的分子(称为细胞外基质(ECM))之间的相互作用。在微观层面上研究这些微妙的动态变化，一直是科学家们的研究目标。

近日，在国际杂志《骨关节炎与软骨》上发表的一篇题为“空间分辨的纳米尺度测量软骨细胞外基质迁移率”的研究报告中，来自佛罗里达大学等机构的科学家首次利用先进光子源(APS)的超亮X射线束直接测量了软骨在那个尺度上的运动。利用这种被称为X射线光子相关光谱(XPCS)的新技术，可以帮助研究人员深入阐明软骨的力学机制，并为开发治疗常见骨科相关疾病和运动损伤的新疗法奠定一定基础。

图片：Shutterstock/Tridsanu Thopet

研究人员凯尔d艾伦(Kyle D. Allen)表示，借助APS，我们可以在该领域科学家从未见过的规模上观察细胞外基质的动态变化。我们对软骨的这些相互作用了解得越深，就越有可能开发出新的合成材料或生物组织植入物来替代骨关节炎患者的功能。在这篇论文中，艾伦研究员和他的同事通过关节研究收集了半月形软骨样本。在APS的8-ID-I束的照射下，将软骨暴露在不同的条件下，同时插入一个“标本夹”，然后研究人员使用超亮的X射线束对其进行分析。

结果表明，较小的细胞外基质组分比较大的更易移动，脱水会使移动速度变慢，越靠近软骨表面，细胞外基质的动态变化越快。报告还指出，这种X射线技术可能被用于在更大的尺度(小于1微米或比人类头发宽度小70倍)和更小的尺度(低至纳米或每秒钟生长的指甲数量)上同时更有效地测量细胞外基质的动态变化。

研究人员青藤章表示，与其他探针相比，研究人员在APS下使用X射线从生物材料中获得的见解可能是独特的。利用XPCS技术，研究人员可以在不破坏或切割结构的情况下，在原始环境中观察软骨的内部结构或其纳米尺度的动态变化，这可能只有通过高能类似激光的X射线才能实现。综上所述，本文的研究成果可能会加速科学家对软骨动力学的理解，提出一个非常有价值的研究工具。

图片：https://www.oarsijournal.com/article/s1063-4584(21)00790-1/全文

研究人员表示，这项研究实际上实现了一个基本的认识，尽管我们对软骨如何发挥作用有了更高层次的概念，但当时仍有许多谜团有待解决，我们的研究可以帮助我们回答一些未知的问题。综上所述，本文的研究结果表明，XPCS技术有望在纳米水平上以空间分辨率提供软骨细胞外基质流动性的特殊视角，阐明生物固体和生物流体之间的相互作用在确定细胞外基质动态变化中的重要性。(100yiyao.com 100医疗网)

原始来源：

B.D. Partain，Q. Zhang，M. Unn，等，骨关节炎与软骨(2021)。DOI:10.1016/j.joca

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