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二甲双胍抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路保护骨关节炎模型大鼠关节软骨

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中国组织工程研究 2025年第5期29卷 1003-1012页

作者：徐田杰樊佳欣郭小玲贾祥赵兴旺刘凯楠王茜华北理工大学基础医学院河北省唐山市063000 华北理工大学附属医院骨科河北省唐山市063000 邢台医学高等专科学校河北省邢台市054000

背景:研究表明,二甲双胍具有抗炎、抗肿瘤、抗衰老与血管保护作用,可抑制骨关节炎的进展,但其具体的作用机制仍不明确。目的:探讨二甲双胍对骨关节炎模型大鼠软骨保护的作用机制。方法:取40只雄性SD大鼠,采用随机数字表法分4组(n=10):... 详细信息

背景:研究表明,二甲双胍具有抗炎、抗肿瘤、抗衰老与血管保护作用,可抑制骨关节炎的进展,但其具体的作用机制仍不明确。目的:探讨二甲双胍对骨关节炎模型大鼠软骨保护的作用机制。方法:取40只雄性SD大鼠,采用随机数字表法分4组(n=10):空白组不进行任何手术,假手术组暴露关节腔,模型组、二甲双胍组采用改良Hulth法建立骨关节炎模型;造模后1 d,二甲双胍组大鼠灌胃给予二甲双胍200 mg/(kg·d),模型组、空白组、假手术组灌胃给予生理盐水,连续给药4周。给药结束后,苏木精-伊红、甲苯胺蓝和番红O-固绿染色观察大鼠膝关节软骨病理形态,免疫组化染色与Western blotting检测大鼠软骨组织中SOX9、Ⅱ型胶原、ADAMTS5、Beclin1、P62、p-PI3K、PI3K、p-AKT、AKT、p-mTOR、mTOR的蛋白表达。结果与结论:①苏木精-伊红、甲苯胺蓝和番红O-固绿染色结果显示,空白组、假手术组大鼠膝关节软骨表面光滑,组织形态正常;模型组大鼠膝关节软骨表面不规则,软骨组织出现缺损,软骨细胞数量减少,软骨基质中蛋白多糖含量减少;相较于模型组,二甲双胍组大鼠膝关节软骨结构损伤有明显改善,软骨表面趋于平整,软骨细胞数量与软骨基质中蛋白多糖含量增加;②免疫组化染色与Western blotting检测结果显示,与空白组、假手术组比较,模型组大鼠软骨组织中SOX9、Ⅱ型胶原、Beclin1蛋白表达降低(P软骨组织中SOX9、Ⅱ型胶原、Beclin1蛋白表达升高(P关节炎模型大鼠软骨细胞自噬活性、减少软骨基质降解,进而发挥关节软骨保护作用。

关键词：骨关节炎关节软骨自噬二甲双胍 PI3K/AKT/mTOR信号通路

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关节软骨模拟运动摩擦磨损行为研究

摩擦学学报 2011年第1期31卷 30-35页

作者：李锋李元超贾晓峰王成焘青岛理工大学机械工程学院山东青岛266033 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海市计划生育科学研究所上海200032

采用牛关节软骨与不锈钢摩擦副在人工膝关节模拟运动试验机上进行模拟膝关节运动的摩擦学试验研究,探讨载荷和时间对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理,同时对软骨表面进行分析.结果表明:随着载荷从640增至1 000 N,牛软骨表面磨痕的... 详细信息

采用牛关节软骨与不锈钢摩擦副在人工膝关节模拟运动试验机上进行模拟膝关节运动的摩擦学试验研究,探讨载荷和时间对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理,同时对软骨表面进行分析.结果表明:随着载荷从640增至1 000 N,牛软骨表面磨痕的宽度和深度均增大;在同样载荷下,随着模拟运动时间从20增至60 min,牛软骨表面磨痕的宽度和深度增大.软骨磨损表面的磨痕和破损表面检测有铁元素的存在,表明不锈钢材料在摩擦过程中发生转移.试验后得到的磨粒包括长条形的金属磨粒和圆形的软骨成分磨粒.

关键词：关节软骨摩擦磨损膝关节

关节软骨内胶原纤维各向异性的红外光谱学显微成像研究

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光谱学与光谱分析 2016年第7期36卷 2071-2075页

作者：吴曰超张学喜毛之华尹建华南京航空航天大学自动化学院生物医学工程系江苏南京210016

福尔马林溶液对于固化关节软骨组织、防止在长时间测量过程中组织的分解退化起到很好的作用,但对福尔马林溶液浸泡后软骨组织的结构变化(固化)过程及其胶原纤维各向异性的改变却鲜有研究。采用傅里叶变换红外光谱显微成像技术与偏振技... 详细信息

福尔马林溶液对于固化关节软骨组织、防止在长时间测量过程中组织的分解退化起到很好的作用,但对福尔马林溶液浸泡后软骨组织的结构变化(固化)过程及其胶原纤维各向异性的改变却鲜有研究。采用傅里叶变换红外光谱显微成像技术与偏振技术相结合的方法,通过关节软骨内胶原纤维(蛋白)的红外光谱特征吸收峰(AmideⅠ,AmideⅡ带)的吸光度随福尔马林溶液浸泡时间及偏光角度的变化来研究福尔马林溶液对软骨组织结构即胶原纤维各向异性的影响,并利用与各向异性方程拟合得到的决定系数(R^2)对胶原蛋白纤维各向异性程度进行表征。研究发现,关节软骨AmideⅠ和AmideⅡ带的各向异性随着福尔马林浸泡时间的增长而愈加明显(AmideⅠ带变化尤为明显),说明福尔马林溶液中甲醛分子诱发了胶原蛋白分子新的交联,最终获得较好的固化效果,有利于关节软骨的各向异性分析。本研究将为今后关节软骨样本的制备、储存及各向异性研究提供参考。

关键词：傅里叶变换红外光谱成像关节软骨胶原纤维偏振光各向异性

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关节软骨光透明的拉曼光谱研究

光谱学与光谱分析 2018年第8期38卷 2425-2429页

作者：高浩翟明阳尚林伟赵远徐浩王潇尹建华南京航空航天大学生物医学工程系江苏南京210016

为探讨原位条件下关节软骨及下骨组织成分含量变化等深层次微观信息,采用拉曼光谱技术结合组织光透明技术来研究软骨组织的光透明效果。选用甘油、碘海醇作为光透明剂,对在不同光透明剂浓度和浸渍时间下的犬膝关节股骨端软骨样本进行拉... 详细信息

为探讨原位条件下关节软骨及下骨组织成分含量变化等深层次微观信息,采用拉曼光谱技术结合组织光透明技术来研究软骨组织的光透明效果。选用甘油、碘海醇作为光透明剂,对在不同光透明剂浓度和浸渍时间下的犬膝关节股骨端软骨样本进行拉曼光谱采集。通过计算磷酸基团(920~960cm^(-1))和酰胺Ⅰ带(1 595~1 700cm^(-1))的积分强度,获得拉曼强度比(磷酸基团/酰胺Ⅰ),探索在不同浸渍时间(10~60min)、不同浓度下(甘油40%,60%,80%和100%,碘海醇50,150,250和350mg·mL^(-1))组织光透明的规律,即寻找合适的透明浓度和透明时间。结果显示:相比于无透明剂情形,两种透明剂均使该强度比信号增强。在同一时间范围内,甘油和碘海醇分别在60%和150mg·mL^(-1)浓度下能获得较好的透明效果;而在不同浓度下,甘油的透明效果均在20min最强,而碘海醇的透明效果一般是在50min后开始增强。在光透明剂的作用下激发光透过软骨可以直接探测到软骨下骨的拉曼光谱信息,这为研究骨关节炎深层次病因提供了方法和思路。

关键词：拉曼光谱光透明关节软骨软骨下骨

关节软骨两相多孔介质非线性模型的有限元方法

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应用力学学报 2004年第2期21卷 61-65页

作者：刘馨燕严波刘海京重庆大学重庆400044

基于混合物理论的两相多孔介质模型可以准确描述关节软骨的力学行为 ,关节软骨的渗透率与固体相体积应变相关。本文研究这一模型的非线性有限元法。具体采用伽辽金加权残值法得到有限元平衡方程 ,编制了有限元程序 ,进而对关节软骨围限... 详细信息

基于混合物理论的两相多孔介质模型可以准确描述关节软骨的力学行为 ,关节软骨的渗透率与固体相体积应变相关。本文研究这一模型的非线性有限元法。具体采用伽辽金加权残值法得到有限元平衡方程 ,编制了有限元程序 ,进而对关节软骨围限压缩蠕变和应力松弛行为进行了数值模拟。与视渗透率为常数的线性模型的计算结果比较表明 ,在变形较大时 ,渗透率随固体相体积应变变化这一非线性效应不容忽视。

关键词：关节软骨两相多孔介质渗透率非线性有限元渗透率伽辽金加权残值法

关节软骨的红外光谱成像及支持向量机定量研究

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分析化学 2018年第6期46卷 896-901页

作者：翟明阳赵远高浩尚林伟徐浩尹建华南京航空航天大学自动化学院生物医学工程系

傅里叶变换红外光谱成像(FTIRSI)技术可同时获得样本组织的显微结构信息和红外光谱信息,结合化学计量学算法可用于样品光谱信息的定量分析和组织判别的研究。基于此,本实验采用FTIRSI技术结合支持向量机分类(SVC),实现健康和病变关节软... 详细信息

傅里叶变换红外光谱成像(FTIRSI)技术可同时获得样本组织的显微结构信息和红外光谱信息,结合化学计量学算法可用于样品光谱信息的定量分析和组织判别的研究。基于此,本实验采用FTIRSI技术结合支持向量机分类(SVC),实现健康和病变关节软骨组织的判别,其识别率分别为100.0%和95.4%,准确率达到97.7%;基于FTIRSI建立支持向量回归(SVR)模型定量研究关节软骨样本中胶原蛋白和蛋白多糖两种生物大分子的含量与分布,发现病变关节软骨中蛋白多糖的含量发生流失,尤其在表层区。研究结果表明,FTIRSI与支持向量机(SVM)相结合有望成为一种新型的骨关节炎诊断工具,对骨关节炎监测和诊断研究具有重要意义。

关键词：关节软骨骨关节炎傅里叶变换红外光谱成像支持向量机蛋白多糖胶原蛋白

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关节软骨表面粗糙度对载荷响应的实验研究

生物医学工程学杂志 2022年第2期39卷 347-352页

作者：门玉涛刘凯丰刘福龙张春秋天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津300384

软骨表面纤维化是骨关节炎的早期迹象,软骨表面损伤与载荷密切相关。本文目的是研究软骨表面粗糙度与载荷之间的关系,通过对新鲜的猪关节软骨施加冲击、压缩、疲劳载荷,每次间隔10 min测量软骨表面粗糙度数值,获得粗糙度在加载前后的变... 详细信息

软骨表面纤维化是骨关节炎的早期迹象,软骨表面损伤与载荷密切相关。本文目的是研究软骨表面粗糙度与载荷之间的关系,通过对新鲜的猪关节软骨施加冲击、压缩、疲劳载荷,每次间隔10 min测量软骨表面粗糙度数值,获得粗糙度在加载前后的变化规律。实验发现,载荷使软骨表面粗糙度增大,增大的数值与载荷大小相关,粗糙度恢复到初始情况的时间与载荷类型和载荷大小相关,冲击载荷对软骨表面粗糙度影响最大,其次是重度疲劳载荷、压缩载荷和轻度疲劳载荷。本文为揭示早期骨关节炎的发病机制和防治关节软骨疾病提供了参考数据。

关键词：关节软骨表面粗糙度载荷磨损

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关节软骨修复机制中相关信号分子的研究进展

生物医学工程学杂志 2019年第2期36卷 343-348页

作者：涂鹏程郭杨郑苏阳潘娅岚王礼宁马勇南京中医药大学南京210023 南京中医药大学附属医院骨伤科南京210029

关节软骨损伤后,在进行性退变过程中,分解代谢水平上调,软骨细胞会分泌多种炎症因子,原有的细胞表型也逐渐改变。因此长期以来,广大研究者针对促软骨细胞合成代谢、维持软骨细胞表型稳定做了大量的研究,并发现在一系列软骨修复过程中有... 详细信息

关节软骨损伤后,在进行性退变过程中,分解代谢水平上调,软骨细胞会分泌多种炎症因子,原有的细胞表型也逐渐改变。因此长期以来,广大研究者针对促软骨细胞合成代谢、维持软骨细胞表型稳定做了大量的研究,并发现在一系列软骨修复过程中有多种分子信号通路参与。本篇综述重点介绍关节软骨修复中关键的信号分子,如:转化生长因子β(TGF-β)、骨形态发生蛋白(BMP)等,并揭示和探讨这些分子在软骨损伤及修复过程中的作用,以便相关领域研究者广泛深入地了解软骨损伤修复过程中的分子机制,并在此基础上寻找软骨修复治疗靶点和更优的生物学治疗方法。

关键词：软骨修复信号通路关节软骨信号分子组织工程

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关节软骨微元流动电势的数值分析

医用生物力学 2022年第1期37卷 33-39页

作者：门玉涛赵忠海张春秋天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384

目的了解由间质液流动而产生的流动电势在关节软骨中的分布规律,获得一定的软骨电特性。方法将流体控制方程与静电理论结合,建立软骨二维微元模型,通过有限元法计算在一定压力下微元内产生的稳态流动电势。结果在长度为5μm处关节软骨... 详细信息

目的了解由间质液流动而产生的流动电势在关节软骨中的分布规律,获得一定的软骨电特性。方法将流体控制方程与静电理论结合,建立软骨二维微元模型,通过有限元法计算在一定压力下微元内产生的稳态流动电势。结果在长度为5μm处关节软骨微孔隙模型中的流动电势约为38.4μV,外压和Zeta电势对软骨模型的流动电势影响比较大,并且呈线性增长的关系。流动电势随离子数浓度的增加而减小,但浓度对软骨流动电势影响有所不同。当离子数浓度较低时,流动电势对离子数浓度依赖较大;当离子数浓度较高时,离子数浓度对流动电势的影响很小。结论研究结果为利用电流、电场、电磁场刺激等方法对软骨细胞的分化增殖、关节软骨疾病防治和治疗、组织工程化软骨研制以及关节软骨损伤修复提供重要的理论依据。

关键词：关节软骨双电层软骨微元流动电势数值计算