Mechanobiochemical finite element model to analyze impact-loading-induced cell damage, subsequent proteoglycan loss, and anti-oxidative treatment effects in articular cartilage.
関節軟骨における衝撃負荷誘発性細胞損傷、その後のプロテオグリカン喪失、および抗酸化治療効果を解析するためのメカノ生化学有限要素モデル (機械翻訳の邦題)
記録の確認項目
- 研究デザイン
- その他の原著論文
- 対象
- 動物
- 出版年
- 2025
- 出典
- doi.org
- 抄録の表示
- 表示あり
- 出版状態
- 有効な記録
- 状態確認日
- 2026/08/17
- 収集日
- 2026/08/04
- 鮮度
- 確認期限内
- 確認段階
- 自動処理
- 記録状態
- 公開
日本語要約(機械生成)
関節外傷は軟骨変性と外傷後変形性関節症(PTOA)を引き起こすことが多い。外傷による過度の組織ひずみが軟骨細胞を損傷し、酸化ストレス、細胞死、タンパク分解性組織変性を介して軟骨変性を誘発する。N-アセチルシステイン(NAC)は抗酸化剤としてこれらの影響を阻害するが、その時間的効果は不明である。そこで、落下塔衝撃試験を模擬した有限要素解析と、その後の酸化ストレス関連細胞損傷とNAC治療によるプロテオグリカン含有量変化をシミュレートする計算フレームワークを開発した。モデル結果から、即時NAC治療は酸化ストレス緩和、細胞死抑制(プロテオグリカン生合成改善)、酵素的プロテオグリカン枯渇抑制によりプロテオグリカン喪失を低減できることが示された。一方、遅延NAC治療は細胞死を減らすもののプロテオグリカン喪失を阻害しない可能性が示された。これらの結果は、PTOA治療開発に重要な衝撃関連細胞損傷と治療の時間的影響の理解を深める。将来、このモデルは損傷軟骨における酸化ストレスの時間依存メカニズムの理解とPTOA進行を緩和する治療法開発に役立つ可能性がある。
この要約は公開抄録のみを根拠にAIが機械的に生成したものです。正確な内容は原文を確認してください。
抄録
Joint trauma often leads to articular cartilage degeneration and post-traumatic osteoarthritis (PTOA). Pivotal determinants include trauma-induced excessive tissue strains that damage cartilage cells. As a downstream effect, these damaged cells can trigger cartilage degeneration via oxidative stress, cell death, and proteolytic tissue degeneration. N-acetylcysteine (NAC) has emerged as an antioxidant capable of inhibiting oxidative stress, cell death, and cartilage degeneration post-impact. However, the temporal effects of NAC are not fully understood and remain difficult to assess solely by physical experiments. Thus, we developed a computational finite element analysis framework to simulate a drop-tower impact of cartilage in Abaqus, and subsequent oxidative stress-related cell damage, and NAC treatment upon cartilage proteoglycan content in Comsol Multiphysics, based on prior ex vivo experiments. Model results provide evidence that immediate NAC treatment can reduce proteoglycan loss by mitigating oxidative stress, cell death (improved proteoglycan biosynthesis), and enzymatic proteoglycan depletion. Our simulations also indicate that delayed NAC treatment may not inhibit cartilage proteoglycan loss despite reduced cell death after impact. These results enhance understanding of the temporal effects of impact-related cell damage and treatment that are critical for the development of effective treatments for PTOA. In the future, our modeling framework could increase understanding of time-dependent mechanisms of oxidative stress and downstream effects in injured cartilage and aid in developing better treatments to mitigate PTOA progression.
MeSH
DOI 10.1007/s10237-025-01961-8
PMID 40348944
原文・出典を見る →