科學(xué)家開發(fā)生物物理模型以幫助更好地診斷和治療骨關(guān)節(jié)炎

羅切斯特理工學(xué)院和康奈爾大學(xué)的科學(xué)家聯(lián)手探索軟骨組織的獨(dú)特特性，希望能改善骨關(guān)節(jié)炎的診斷和治療。該團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表了一篇新論文，概述了他們的發(fā)現(xiàn)。

我們膝關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的軟骨組織只有幾毫米厚，但可以承受高達(dá)體重 10 倍的載荷，并能承受幾十萬(wàn)次載荷循環(huán)，在人的一生中損傷最小。但是一旦人們成年，組織就不會(huì)再生，軟骨損傷可能是骨關(guān)節(jié)炎等疾病的前兆。RIT 的生物物理學(xué)建模師和康奈爾大學(xué)的實(shí)驗(yàn)人員檢查了軟骨組織在微觀水平上響應(yīng)剪切而發(fā)生的機(jī)械變化，以幫助推動(dòng)醫(yī)學(xué)成像的進(jìn)步。

“我們的目標(biāo)是找到一個(gè)機(jī)械生物物理學(xué)框架，可以對(duì)各種疾病途徑中軟骨力學(xué)和功能正在發(fā)生什么樣的變化做出現(xiàn)實(shí)的預(yù)測(cè)，”該論文的共同高級(jí)作者和副教授 Moumita Das 說(shuō)。 RIT的物理和天文學(xué)學(xué)院。“這個(gè)數(shù)學(xué)模型是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的，因此我們可以將其與 MRI 等非侵入性測(cè)量相結(jié)合。借助健康和受損軟骨組織的特性圖，醫(yī)生可以僅從成像中預(yù)測(cè)何時(shí)需要手術(shù)干預(yù)，而無(wú)需做侵入性程序。”

RIT 博士后研究助理 Jonathan Michel 和數(shù)學(xué)建模博士 Pancy Lwin 是該論文的共同主要作者。來(lái)自緬甸的學(xué)生，也是合著者?？的螤柎髮W(xué)的貢獻(xiàn)是由 Itai Cohen 教授和 Lawrence Bonassar 教授指導(dǎo)的。

該論文建立在RIT-Cornell 團(tuán)隊(duì)最近在Soft Matter上發(fā)表的另一項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，該研究著眼于軟骨的特性如何抵抗斷裂，以及我們?nèi)绾握{(diào)整人造材料以模仿這些特性。

“就人造合成材料而言，迄今為止沒(méi)有任何人想出的東西可以與軟骨相提并論，”達(dá)斯說(shuō)。“如果我們能夠了解軟骨堅(jiān)固和彈性特性的起源，它可以幫助我們?cè)O(shè)計(jì)組織來(lái)替代軟骨或制造其他材料用于軟機(jī)器人等應(yīng)用。”

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