En eksperimentel og Finite Element-protokollen til undersøgelse af Transport af Neutrale og sigtet Opløste stoffer tværs Ledbrusken

Summary

Vi foreslår en protokol til at undersøge transport af ladede og uladede molekyler tværs ledbrusken ved hjælp af nyligt udviklede eksperimentelle og numeriske metoder.

Abstract

Osteoarthritis (OA) er en invaliderende sygdom, der er associeret med degeneration af ledbrusk og subchondral knogle. Degeneration af ledbrusk forringer dets bærende funktion i det væsentlige som den oplever enorm kemisk nedbrydning, dvs. proteoglycan tab og collagen fibril forstyrrelser. En lovende måde at undersøge kemisk skadesmekanismer under OA er at udsætte brusk prøver til en ekstern opløst stof og overvåge diffusionen af ​​molekylerne. Graden af bruskskader (dvs. koncentration og konfiguration af væsentlige makromolekyler) er tilknyttet kollisionskøling energitab af eksterne opløste stoffer samtidig bevæger sig på tværs ledbrusk skaber forskellige diffusionskarakteristika sammenlignet med sund brusk. I denne undersøgelse, introducerer vi en protokol, der består af flere trin, og er baseret på tidligere udviklet eksperimentelle mikro-C14px; "> omputed T omography (mikro-CT) og finite element modeling The transport af ladede og uladede ioderede molekyler første registrering med micro-CT, som efterfølges af påføring bifasisk-opløst stof og flerfasede finite element modeller for at opnå diffusionskoefficienter. og faste ladningstætheder tværs brusk zoner.

Introduction

Molekylær transport spiller en afgørende rolle i homeostase leddelte forbindelser, levering af terapeutiske midler til ledbrusk og kontrastforøget brusk billeddannelse ^{1, 2, 3.} Faktorer som brusk integration og intakthed, opløst stof ladning og størrelse samt osmolalitet og koncentration af bad i kontakt med brusk kan påvirke transporthastigheden ^{4, 5, 6.} Transport af opløste stoffer, enten neutrale eller ladede, kan være forskellig mellem artikulære brusk zoner, fordi hver zone består af forskellige koncentrationer og orienteringer af store ekstracellulære matrixmolekyler, nemlig proteoglycaner (PS) og collagen type II ^{1, 7, 8, 9,}tøs = "xref"> ^{10, 11.} Endnu vigtigere er, kan transport af ladede opløste stoffer være stærkt afhængig af koncentrationen af proteoglycaner omfattende negative faste afgifter inden den ekstracellulære matrix, som forøger tværs ledbrusk ^{8, 9.} Disse parametre særligt fast ladningstæthed (FCD), kan orienteringen af ​​collagenfibriller og vandindholdet variation på tværs af brusk undergå ændringer som osteoarthritis (OA) skrider frem, derved at det er vigtigt at studere diffusion over brusk.

I den aktuelle undersøgelse, en protokol baseret på tidligere etablerede eksperimentelle og beregningsmæssige undersøgelser ^{6, 8, 9} foreslås præcist undersøge diffusion under forskellige grænsebetingelser under anvendelse neutrale og ladede opløste stoffer i en finit-bad model for diffusion. Than foreslog metoder er sammensat af mikro-computertomografi billeddannelse (mikro-CT) af et system, herunder brusk og en finite-bad understøttes af avancerede bifasisk-opløst stof og flerfasede finite element modeller. Disse modeller muliggøre opnåelse diffusionskoefficienterne af neutrale og ladede molekyler samt FCDs tværs af forskellige zoner af ledbrusk. Ved anvendelse af disse modeller, kan man opnå bedre forståelse af opførslen af ​​de spredende neutrale og ladede molekyler, der kunne anvendes til at undersøge samspillet mellem brusk og overlejring finite-bad.

Protocol

BEMÆRK: Protokollen præsenteres her er adopteret fra de eksperimentelle og beregningsmæssige procedurer seneste forskning papirer 6, 8, 9. Protokollen er illustreret i figur 1. De kadaver-materialer blev indsamlet med tilladelse fra veterinære fakultet Utrecht Universitet. 1. Prøve og Bath Fremstilling Udbore cylindriske oste…

Representative Results

De repræsentative resultater forudsat her er adopteret fra tidligere forskning papirer 6, 8, 9, 16. I OA, ledbrusk undergår betydelige ændringer vigtigst GAG tab og collagen fibril skade 17, 18, 19. Disse…

Discussion

Vi præsenterede en forsøgsprotokol kombineret med en finite element modeling procedure at undersøge udbredelsen af ​​neutrale og ladede opløste stoffer tværs ledbrusk. Ifølge vores nylige undersøgelser, kunne de foreslåede modeller præcist beskriver transport af både neutral (bifasisk-opløst stof) og negativt ladede (flerfasede) opløste stoffer på tværs af forskellige zoner af ledbrusk ^{8, 9.} Det er en udbredt opfattelse, at ledbrusk bliver funk…

Materials

Hexabrix	Guerbet	15HX005D	Negatively charged contrast agent
Visipaque	GE healthcare	12570511	Nuetral contrast agent
PBS	Life technologies	10010023	Medium
micro-CT	Perkin Elmer		Monitoring diffusion
Freezing-point osmometer	Advanced instruments		Measuring solution osmolality