Osteo & Cartil：揭示机体软骨与关节之间发生相互作用的分子机制

2022年3月21日 讯 /生物谷BIOON/ --软骨是一种非常迷人的组织，其包裹着机体骨骼的末端，能使其在肘部和膝盖关节处相互滑行，其所形成的表面要比冰面光滑5倍；那么软骨酒精是如何管理这种近乎无摩擦的减震功能的，研究人员并不清楚；目前人们普遍认为，这取决于关节中的液体和组成组织的分子（称之为细胞胞外基质（ECM））之间的相互作用，在微观层面上研究这些微妙的动态变化一直是科学家们的一个研究目标。

近日，一篇发表在国际杂志Osteoarthritis and Cartilage上题为“Spatially-resolved nanometer-scale measurement of cartilage extracellular matrix mobility”的研究报告中，来自佛罗里达大学等机构的科学家们通过研究利用先进光子源（APS）的超亮X射线束首次在那么尺度上对软骨的移动进行了直接测定，利用这种名为X射线光子相关光谱（XPCS，X-ray photon correlation spectroscopy）的新型技术或能帮助研究人员深入阐明软骨的力学机制，并为开发治疗从常见的骨科相关疾病到运动损伤的新型疗法奠定了一定的基础。

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研究者Kyle D. Allen说道，利用APS，我们就能以该领域科学家们从未有过的尺度来观察细胞外基质的动态学变化，我们对软骨的这些相互作用理解地越深入，就越有可能开发出新型合成性的材料或生物学组织植入物来替代骨关节炎患者的功能。文章中，研究者Allen及其同事通过联合研究收集了半月形的软骨样本，在APS的8-ID-I光束照射下，软骨被暴露于不同的条件下，同时被插入到了一个“标本夹”中，随后研究人员利用超亮X射线束来对其进行分析。

本文研究结果表明，较小的细胞外基质组分要比较大的组分更具流动性，而脱水会减慢流动性，而且距离软骨表面越近，细胞外基质的动力学变化越快；研究报告还指出，这种X射线技术或能用来在较大的尺度上（低于1微米或比人类头发的宽度小70倍）和较小的尺度上（低至纳米或指甲每秒生长出的数量）更有效地同时测定细胞外基质的动态学变化。

研究者Qingteng Zhang说道，相比其它探针而言，研究人员在APS下利用X射线从生物性材料中获得的见解或许是独一无二的，通过XPCS技术，研究人员就能在不破坏或切开结构的情况下观察软骨的内部结构或其在原始环境中的纳米级别的动态学变化，这或许只有高能量、类似激光的X射线才能实现的事情。综上来看，本文研究结果或加速了科学家们对软骨动力学的理解并提出了一种非常有价值的研究工具。

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研究者表示，这项研究实际上实现了一种基本的理解，尽管我们对软骨如何发挥功能有一个更高层次的概念，当目前仍然存在很多谜团需要去解开，而我们所进行的研究就能帮助我们对一些未知的问题进行解答。综上，本文研究结果表明，XPCS技术或有望以一种空间分辨率的方式对纳米级别的软骨细胞外基质的流动性提出特殊的见解，并阐明了生物固体-生物流体之间相互作用在决定细胞外基质动态变化上的重要性。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

B.D. Partain，Q. Zhang，M. Unn, et al. Spatially-resolved nanometer-scale measurement of cartilage extracellular matrix mobility, Osteoarthritis and Cartilage (2021). DOI:10.1016/j.joca.2021.05.059