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细胞机械反应解释了骨愈合中与年龄相关的机械调节的变化

来源:CSOBMR 发布日期:2019-08-29 14:42:52浏览:52次

Age-relatedchanges in the mechanical regulation of bone healing are explained by alteredcellular mechanoresponse

细胞机械反应解释了骨愈合中与年龄相关的机械调节的变化

J Bone Miner Res. 2019 May 23. doi: 10.1002/jbmr.3801.

背景:有研究显示,骨形成细胞(成骨细胞)的机械反应随着年龄的增加而减少。到目前为止,老化是如何影响骨愈合的机械调节的,仍是未知的。目前尚不清楚骨痂区域内的局部机械信号与愈合过程中的组织形成模式有何关系,以及在细胞水平上与年龄有关的变化对老年小鼠骨再生的改变有何贡献。
目的:本研究旨在确定在骨愈合的机械调节中,影响老化的改变的关键细胞过程。
方案、设计及实验对象:选取36只雌性小鼠,年龄在44周至50周之间,标准化喂养至78周龄,随机分为刚性或半刚性固定组和愈合7、14或21天组(每组6只)。这些实验组与在相同实验条件下接受手术的成年小鼠(26周龄)进行比较。建立实验小鼠骨切除的有限元(Fe)计算机模型,以确定术后即刻愈合区内的机械应变。建立迭代计算机模型,以研究愈合过程中组织形成的机械调节以及如何随老化而变化。
结果:随着年龄的增长,固定稳定性对骨愈合的影响逐渐减弱,在成年小鼠中半刚性固定的愈合评分明显低于刚性固定的愈合评分(p=0.005),而在老年小鼠则无明显差异(P>0.05)。半刚性固定21d后,老年动物的愈合评分明显优于成年小鼠(p=0.008)。计算机模型显示,随着年龄的变化,骨愈合反应的改变可以通过细胞机械反应的改变来解释。在半刚性条件下,与年龄相关的间充质干细胞(MSC)机械敏感性降低,成纤维细胞凋亡率增加,MSC增殖率降低,总离差平方和(TSS)在18%-20%之间,与基线模型相比,减少的机械反应倾向于细胞分化为成骨细胞。21天后完成骨桥接的老年小鼠数量显著高于成年动物(成年小鼠:1/7;老年小鼠:5/6)。降低的机械敏感性是描述衰老对小鼠骨愈合影响的主导因素。与年龄相关的机械敏感性降低是随着分化阈值向更高值的转移而实现的。这正确地预测了老年小鼠的机械调节,提示需要更高的机械刺激才能诱导细胞反应。
结论:成年小鼠对固定稳定性的变化有明显的反应,而老年小鼠则不存在这种效应。这种在老年动物骨愈合中减少的力学效应可以用减少细胞的机械反应来解释。这在选择最佳固定稳定性方面具有临床意义,与老年患者相比,这种稳定性在中青年患者中似乎更为敏感。


编译:阚全娥  袁家楠 
河南大学医学院
河南省人民医院内分泌科


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