Новая вычислительная модель смогла предсказать деградацию, наблюдаемую экспериментально, и раскрыть механизмы частичного восстановления поврежденного суставного хряща. Понимание того, как среда коленного сустава влияет на клетки хряща, имеет решающее значение для здоровья суставов. Понимание механизмов дегенерации хряща, управляемой клетками, может способствовать разработке эффективных лекарственных средств для лечения остеоартрита.
Заболевания опорно-двигательного аппарата, такие как остеоартрит, оказывают все большее бремя на качество жизни пациентов и влекут за собой огромные расходы на здравоохранение. Чтобы уменьшить бремя болезни, были разработаны вычислительные модели для прогнозирования начала и прогрессирования дегенерации хряща.
Существующие модели коленного сустава отображают эволюцию биомеханических сил в суставах во время ходьбы и тяжесть артрита. Однако вычислительные модели на клеточном и тканевом уровне получили гораздо меньше внимания, несмотря на то, что клетки вносят значительный вклад в изменения тканей хряща.
Поэтому для прогнозирования раннего прогрессирования заболевания необходимо лучшее понимание механизмов раннего остеоартрита на клеточном и тканевом уровне. Кроме того, эти модели могут открыть новые возможности для поиска лекарств, направленных на смягчение прогрессирования остеоартрита.
В сотрудничестве между Университетом Восточной Финляндии (UEF), Университетом Лунда (LU), Университетом Айовы (UIOWA) и Массачусетским технологическим институтом (MIT) исследователи включили эффекты клеточного уровня в новую численную модель для понимания дегенеративных процессов в механически нагруженном и воспаленном хряще.
Эта модель учитывает различные формы гибели клеток, окислительный стресс и биомолекулы, вызывающие воспаление. Подобно предыдущим биологическим экспериментам, модель предсказала, что повреждающий стресс вызывает агрессивное повреждение клеток и дегенерацию хряща вблизи его повреждения, в то время как воспаление вызывает широко распространенную дегенерацию в неповрежденных областях.
Ослабление воспаления привело к частичному восстановлению состава хряща, что согласуется с данными предыдущей литературы. Этот результат говорит о том, что данный подход может помочь определить потенциальные мишени для новых стратегий раннего вмешательства и имеет большой потенциал для использования в качестве вычислительного "испытательного стенда" для различных противовоспалительных или антиоксидантных препаратов, например.
После тщательной калибровки модель может предоставить ценную информацию для оценки воздействия доставки лекарств и терапевтического лечения на хрящ. Так, в своей работе с Университетом Айовы ученые планируют использовать модель для проверки эффективности своих антиоксидантных препаратов. Модель может помочь оценить, когда вводить препарат в сустав для достижения наибольшего эффекта и какую дозу использовать для конкретного пациента.
— Эти факторы в коленном суставе, например, могут зависеть от механических и воспалительных аспектов каждого пациента, и оба эти фактора могут быть учтены в нашей вычислительной модели, — говорит ведущий автор исследования доктор Йоонас Косонен из Университета Восточной Финляндии.
Подписывайтесь на «Гродно 24» в Дзен Новости и на наш канал в Дзен