髋臼旋转截骨后髋关节力学微环境差异对延缓软骨细胞退变的机制研究

在我们以往对关节软骨生物力学、分子生物学和细胞生物学研究的基础上，本课题是对髋臼旋转截骨前后髋关节不同力学微环境中关节软骨变化规律的进一步研究,通过体内外实验和计算机模拟实验，定量分析髋臼旋转截骨前后作用于不同区域关节软骨的机械载荷强度；研究不同生物力学微环境下关节软骨细胞在相应不同强度机械载荷刺激下软骨基质合成分解代谢变化的表达规律；利用基因芯片，阐明髋臼旋转截骨后髋关节生物力学微环境的软骨细胞表型的表达改变，并对维持软骨细胞外基质合成分解代谢平衡的机制进行探讨。通过这些研究，探明调控髋关节微环境生物力学和软骨细胞代谢平衡的变化规律，提高髋臼旋转截骨术后维持软骨细胞外基质合成分解代谢的平衡能力，进而延缓继发性骨关节炎的发生发展，同时，相关软骨细胞表型的表达变化规律可以作为评价手术疗效的指标。研究成果对深入研究延缓成人髋臼发育不良继发骨关节炎的分子机制具有积极意义。

在对关节软骨生物力学、分子生物学和细胞生物学研究的基础上，本课题是对髋臼旋转截骨前后髋关节不同力学微环境中关节软骨变化规律进行研究。前期通过尸体模型实验，发现髋关节发育不良旋转截骨治疗前后作用于不同区域关节软骨的机械载荷强度有着较大改善，关节稳定性增加，对延缓骨关节炎的发生起着一定的作用；进一步通过建立大鼠髋关节发育不良模型，发现微观结构异常引起的异常关节载荷导致了关节软骨的退变如聚蛋白多糖的丢失，以及软骨下骨的重塑如骨小梁结构改变等。研究中期，通过动物实验，建立非侵入性可控性小鼠膝关节机械压力损伤模型，证实了损伤性的机械载荷可诱导关节软骨早期病理改变，且损伤范围及程度与机械载荷刺激强度相关，为深入研究其分子机制，体外培养软骨细胞并施加动态压应变载荷刺激，对不同血清浓度或压应力培养条件下的软骨细胞代谢改变特征进行研究后发现：一定的力学刺激与生化因素共同维持关节软骨的合成分解代谢平衡；当应力刺激超过一定范围时，软骨细胞内稳态即遭破坏，分解代谢水平持续上调。后期研究通过基因芯片对比研究，发现在退变的关节软骨中，部分长链非编码RNA表达异常，提示其可能参与骨关节炎关节软骨退变的调控机制。这些研究，探明调控髋关节微环境生物力学和软骨细胞代谢平衡的变化规律，髋臼旋转截骨术后提高维持软骨细胞外基质合成分解代谢的平衡能力，进而延缓继发性骨关节炎的发生发展，同时，相关软骨细胞表型的表达变化规律可以作为评价手术疗效的指标。研究成果对深入研究延缓成人髋臼发育不良继发骨关节炎的分子机制具有积极意义