یک مدل محاسباتی برای بررسی نقش اختلال عروق زایی در استخوان سازی درون غضروفی طی ترمیم شکستگی

تاریخ انتشار: یکشنبه 25 بهمن 1394 | امتیاز: Article Rating

در حالی که به خوبی ثابت شده است خون رسانی کافی برای بازسازی موفق استخوان حیاتی است، هنوز مشخص نیست که چطور سرنوشت سلول پیش ساز توسط تغییرشرایط موجود در شکستگی با عروق زایی مختل شده تحت تاثیر قرار می گیرد. در این مطالعه، مدل های محاسباتی مورد استفاده قرار گرفت تا کشف شود چگونه اختلال رگ زایی بر دسترسی اکسیژن در یک کالوس شکستگی اثر داشته و بنابراین تمایز سلولهای بنیادی مزانشیمی (MSC) و  بازسازی استخوان را تنظیم می کند. تمایز بافت با استفاده از یک الگوریتم قبلا توسعه یافته با فرض اینکه سرنوشت MSC  توسط فشار اکسیژن و سفتی بستر تنظیم می شود، پیش بینی شده بود. این مدل بر اساس این فرضیه که مرگ سلولی، هیپرتروفی سلولهای غضروفی و استخوان سازی درون غضروفی توسط دسترسی اکسیژن تنظیم می شود، به روز شد. برای آزمایش این، مدل به روز شده برای شبیه سازی بازه زمانی ترمیم طبیعی شکستگی که در آن مقدار مشاهده شده و توزیع فضایی استخوان و غضروف 10 و 20 روز پس از شکستگی (DPF) با موفقیت قابل پیش بینی بود، مورد استفاده قرار گرفت. این مدل، همچنین نسبت غضروفی را که طی 10 روز پس از شکستگی دچار هیپرتروفی شده بود، پیش بینی کرد. به دنبال این مدل، سه مدل از ترمیم شکستگی با افزایش سطح اختلال عروق ایجاد شد. تحت اختلال خفیف، این مدل بطور تجربی کاهش قابل مشاهده ای را در غضروف هیپرتروفیک طی 10  روز پس از شکستگی و همچنین پایداری غضروف را طی 20 روز پس از شکستگی پیش بینی کرد. مدل های از اختلال شدید تر،  آپوپتوز و توسعه بافت فیبروزی را پیش بینی کرد. نتایج این پژوهش اطلاعاتی را در مورد اینکه چگونه فاکتورهای خاص یک کالوس ایسکمیک بازسازی بافت را تنظیم می کند، ارائه کرده و از این فرضیه که هیپرتروفی سلولهای غضروفی و  استخوان سازی درون غضروفی در طول بازسازی بافت توسط اکسیژن کم مهار می شود، حمایت می کند.

Biomech Model Mechanobiol. 2016 Jan 29. [Epub ahead of print]

A computational model to explore the role of angiogenic impairment on endochondral ossification during fracture healing.

OReilly A1,2Hankenson KD3,4Kelly DJ5,6,7.

 

Abstract

While it is well established that an adequate blood supply is critical to successful bone regeneration, it remains poorly understood how progenitor cell fate is affected by the altered conditions present in fractures with disrupted vasculature. In this study, computational models were used to explore how angiogenic impairment impacts oxygen availability within a fracture callus and hence regulates mesenchymal stem cell (MSC) differentiation and bone regeneration. Tissue differentiation was predicted using a previously developed algorithm which assumed that MSC fate is governed by oxygen tension and substrate stiffness. This model was updated based on the hypothesis that cell death, chondrocyte hypertrophy and endochondral ossification are regulated by oxygen availability. To test this, the updated model was used to simulate the time course of normal fracture healing, where it successfully predicted the observed quantity and spatial distribution of bone and cartilage at 10 and 20 days post-fracture (dpf). It also predicted the ratio of cartilage which had become hypertrophic at 10 dpf. Following this, three models of fracture healing with increasing levels of angiogenic impairment were developed. Under mild impairment, the model predicted experimentally observed reductions in hypertrophic cartilage at 10 dpf as well as the persistence of cartilage at 20 dpf. Models of more severe impairment predicted apoptosis and the development of fibrous tissue. These results provide insight into how factors specific to an ischemic callus regulate tissue regeneration and provide support for the hypothesis that chondrocyte hypertrophy and endochondral ossification during tissue regeneration are inhibited by low oxygen.

PMID: 26825534
ثبت امتیاز
نظرات
در حال حاضر هیچ نظری ثبت نشده است. شما می توانید اولین نفری باشید که نظر می دهید.
ارسال نظر جدید

تصویر امنیتی
کد امنیتی را وارد نمایید:

آرشیو سالانه
آرشیو سالانه
نظرات خوانندگان
نظرات خوانندگان