关节试验指

髋关节置换是治疗髋关节疾病的一个有效手段,而假体在人体中的摩擦磨损是造成其失效的一个重要原因.借助人工髋关节模拟试验机,模拟髋关节假体在人体内的实际工况,考察假体材料的强度.摩擦磨损和蠕变等性能,对髋关节假体在临床中的成功应用是非常重要的.总结了髋关节假体摩擦磨损试验方法和髋关节模拟试验机的研究现状,并从试验机的结构模拟、运动模拟和润滑模拟三个方面对试验机进行了分析,探讨了模拟试验机的发展方向.髋关节假体摩擦磨损试验机-生物力学试验机髋关节假体摩擦磨损试验机-生物力学试验机。 聚乙烯用于人工髋、膝等关节置换材料已有40多年的历史,具有低的摩擦因数和磨损率、良好的机械性能及生物相容性.但聚乙烯磨损颗粒引起的局部界面骨溶解,导致假体无菌松动,是造成人工髋关节置换失败的主要原因.为了提高人工髋关节的摩擦性能,新的关节假体组合界面,如金属对金属、陶瓷对陶瓷引起了研究者的关注.金属对金属人工髋关节的线性摩擦率只相当于金属对普通超高分子聚乙烯的百分之一,但金属时金属人工髋关节存在应力遮挡效应,同时期释放的金属离子具有潜在的毒性.陶瓷材料具有良好的生物相容性、摩擦系数低,磨损小,耐磨力强,但陶瓷内衬断裂影响了陶瓷对陶瓷人工髋关节的长期效果.进一步改善材料的功能适应性,探索新的髋关节假体材料表面改性的方法,对人体髋关节生物摩擦行为和润滑机制进行研究是目前研究的主要问题.医学生物材料试验机，医用生物骨科材料试验机, 生物医用神经管材料试验机，骨组织 ... 医用材料试验机，医学生物骨科材料扭转试验机，髋关节模拟多功能测试机。[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=187025]306_Bi-axial_DATA_SHEET.pdf[/url]

骨性关节炎是以软骨细胞去分化、软骨退化和软骨缺损为特征的致残性疾病，目前尚缺乏有效的药物来促进骨性关节炎患者软骨缺损的修复，临床治疗以延缓病情为主[1]。骨性关节炎涉及髌下脂肪垫和滑膜、关节周围肌肉、韧带、软骨下骨，尤其是关节软骨周围的各种组织学病变[2]。关节软骨主要由软骨细胞及其产生的大量细胞外基质组成，软骨细胞负责维持细胞外基质合成代谢和分解代谢之间的平衡，然而炎性细胞因子、异常机械刺激、软骨细胞凋亡和氧化应激等多种因素会破坏软骨细胞生理学和基质转换的平衡，进而导致基质丢失和组织变性，从而导致骨性关节炎的发生[3]。丹参属于传统的活血祛瘀中药，丹参酮ⅡA是丹参中脂溶性成分，具有抗炎、抗氧化、抗血小板聚集、抗肿瘤、雌激素样活性等多种药理作用，临床广泛用于心脑血管疾病、糖尿病、肝病、肿瘤等多种疾病的治疗[4]。丹参酮ⅡA可降低炎症反应、保护软骨组织以防治骨性关节炎。本文综述了丹参酮ⅡA防治骨性关节炎的研究进展，总结其作用机制，为丹参酮ⅡA临床治疗骨性关节炎提供参考。 1 降低炎症反应 1.1 阻止Tol样受体4/髓分化因子88/核因子-κB（TLR4/Myd88/NF-κB）信号通路激活 TLR4/Myd88/NF-κB信号通路通过促进多种炎症因子的表达参与骨性关节炎的炎症反应进程，可造成软骨组织炎症损伤，加快软骨退变进程[5]。张金锋等[6]使用丹参酮ⅡA治疗前交叉韧带切断术建立膝骨性关节炎大鼠模型，结果显示，10、20、50 mg/kg丹参酮ⅡA能显著提高大鼠步态行为和热刺激缩足反应潜伏期，降低机械刺激缩足反应阈值，显著改善大鼠软骨厚度、滑膜厚度和Mankin评分，显著减轻软骨表明粗糙、断裂、溃疡等病理损伤，显著降低外周血清和关节组织中肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素（IL）-1β、IL-6、胶原羧基端交联肽（CTX）-I、CTX-II的水平，显著降低NF-κB p65蛋白的表达，表明丹参酮ⅡA可通过阻止TLR4/Myd88/NF-κB信号通路激活以降低骨性关节炎的炎症反应。洪瑛等[7]使用丹参酮ⅡA干预小鼠原代软骨细胞，30、60、90、120、150、180、210、240、270、300、400 μmol/L丹参酮ⅡA呈浓度和时间相关性降低IL-1β引起的原代细胞的增殖抑制率，显著阻止NF-κB p65、TRAF6蛋白和基因的表达，结果证实丹参酮ⅡA通过阻止NF-κB信号通路激活以减轻软骨细胞的炎症损伤。 1.2 抑制磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/核因子-κB（PI3K/Akt/NF-κB）信号通路激活 PI3K/Akt/NF-κB是介导骨性关节炎的重要信号通路，激活后可诱导IL-6、基质金属蛋白酶（MMP）、TNF-α等多种下游炎症因子的分泌，参与骨性关节炎的病理进程，可诱导软骨组织降解，降低软骨的抗应能力[8]。孟如丹等[9]研究使用丹参酮ⅡA干预大鼠原代软骨细胞，发现6.25、12.5、25、50 μmol/L丹参酮ⅡA能促进软骨细胞增殖，12.5、25、50 μmol/L丹参酮ⅡA对IL-1β的干预能促使软骨细胞增殖，还能抑制软骨细胞中前列腺素E2（PGE2）、IL-6、TNF-α、一氧化氮（NO）的分泌，以及MMP-13、环氧化酶-2（COX-2）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、ADAMTS-5基因和蛋白表达，结果证实丹参酮ⅡA可通过抑制PI3K/Akt/NF-κB的激活以阻止软骨细胞的炎症反应，降低软骨组织的降解，对软骨组织发挥保护作用。 1.3 调节微小RNA（miR）-155/叉头框蛋白O3（FOXO3）轴的表达 miR是一类进化上保守的单链非编码小RNA分子，在转录后水平调控基因表达，miR-155在骨性关节炎软骨细胞中显著上调，参与骨性关节炎的发病机制，可靶向促使FOXO3的3′UTR的表达下调，进而加剧骨性关节炎组织间的炎症反应，促进软骨细胞凋亡[10]。Zhou等[11]使用丹参酮ⅡA干预乙酰半胱氨酸处理的人原代软骨细胞，发现5、10 μmol/L丹参酮IIA能显著降低软骨细胞中IL-1β、IL-6、TNF-α蛋白和基因的表达，显著降低miR-155-5p的表达和提高FOXO3的表达，通过下调caspase-3-9的表达以抑制软骨细胞凋亡，通过miR-155抑制剂反向验证丹参酮ⅡA对miR-155的靶向抑制作用，表明丹参酮ⅡA可靶向调节miR-155/FOXO3轴的表达显著降低骨关节炎的炎症反应。 1.4 上调β-arrestin2的表达 β-arrestin2是NF-κB信号通路的上游因子，过表达能阻止TLR4/NF-κB信号通路激活，继而介导多种炎症因子的分泌，诱导并加剧软骨组织的炎症损伤[12]。张建业等[13]使用IL-1β诱导软骨细胞炎症反应并使用Hulth法建立膝骨性关节炎大鼠模型，结果100 μmol/L丹参酮ⅡA能逆转IL-1β引起的软骨细胞活力下降，降低IL-1β引起的软骨细胞中COX-2、iNOS、PGE2、NO、MMP、p65表达的升高，呈浓度相关性促进β-arrestin2、聚集蛋白聚糖、II型胶原蛋白的表达，经0.5 mg/kg丹参酮ⅡA治疗后，大鼠的软骨骨质变薄、粗糙、软骨细胞排列紊乱的病理获得明显改善，还能降低Mankin评分，结果证实丹参酮ⅡA可通过上调β-arrestin2的表达来降低软骨组织的炎症反应，进而控制骨性关节炎的病情发展。 1.5 抑制炎症因子的表达 炎性细胞因子引发炎症反应，参与骨性关节炎的发生、发展，其中多种促炎细胞因子（IL-1β、TNF-α和iNOS）的水平显著升高，进而诱导软骨细胞凋亡和增加软骨组织降解[14]。Jia等[15]使用前交叉韧带横断术和内侧半月板切除术建立骨性关节炎大鼠模型，使用0.5 mg/kg丹参酮ⅡA进行治疗，结果发现丹参酮ⅡA能有效抑制大鼠软骨降解和软化，降低大鼠的Mankin评分，有助于降低半月板切除引起的滑膜内膜崩解和炎症细胞积累，抑制软骨细胞凋亡，促进基质金属蛋白酶组织抑制因子1（TIMP-1）的表达和降低MMP-13的表达，降低大鼠血清中TNF-α、IL-1β和iNOS的水平，促进软骨细胞中骨形态发生蛋白2（BMP-2）和人转化生长因子β1（TGF-β1）蛋白的表达，证实丹参酮ⅡA可通过降低炎症因子的表达以阻止软骨细胞的降解，用于骨性关节炎的治疗。 2 保护软骨组织 2.1 调节Wnt/β-连环蛋白（Wnt/β-catenin）信号通路表达 Wnt/β-catenin参与关节软骨形成和分化的调节，β-catenin可促使多种降解酶的表达，加快细胞外基质的降解和软骨组织损伤，Wnt的过表达可增加关节内蛋白酶的活性，促进胶原蛋白的分泌和细胞外基质的形成[16]。宋奕等[17]使用丹参酮ⅡA干预大鼠原代软骨细胞，发现6.25、12.5、25、50 μmol/L丹参酮ⅡA可呈浓度相关性提高软骨细胞的II型胶原蛋白和II型胶原的分泌，并降低β-catenin蛋白的表达，表明丹参酮ⅡA通过调节Wnt/β-catenin信号通路以促进软骨细胞II型胶原蛋白的表达，对关节软骨发挥保护作用。 2.2 上调长链非编码RNA（lncRNA）的表达 lncRNA在骨性关节炎中起着重要作用，与富核丰度转录本1（NEAT1）相互作用，影响软骨细胞增殖、迁移和凋亡以及细胞外基质分泌，NEAT1_2在软骨细胞对炎症因子和去分化引起的应激的反应中起着关键作用[18]。Sun将[19]丹参酮IIA用于IL-1β干预兔软骨细胞，发现2 μg/mL丹参酮IIA能提高兔软骨细胞中NEAT1_2的表达，显著提高细胞中SOX9、ACAN mRNA水平和COL II/COL I比率，继而增强软骨细胞表型基因的转录，有效减轻IL-1β和TNF-α诱导的软骨细胞凋亡，阻断细胞应激的加重，与软骨细胞共同培养能促进软骨组织再生，证实丹参酮IIA通过上调lncRNA NEAT1_2有效促进软骨再生，可望成为治疗骨性关节炎的新策略。 2.3 抑制铁死亡 铁死亡是一种细胞死亡形式，由铁依赖性脂质过氧化引发，活性氧（ROS）过度分泌会破坏氧化还原稳态，增加促死亡元素（如Bax、Bid），并降低促生存因子（如Bcl-2）的表达，谷胱甘肽（GSH）耗竭或谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）失活引起的脂质过氧化是细胞铁死亡的典型特征，铁死亡可加重软骨细胞损伤，加剧骨性关节炎的病情发展[20]。Xu等[21]使用丹参酮IIA干预小鼠软骨细胞系ATDC5，发现40、100 μmol/L丹参酮IIA能显著降低脂多糖诱导的ATDC5细胞凋亡，逆转脂多糖引起的Bax蛋白增加和Bcl-2蛋白降低，降低MMP13、ADAMTS5 mRNA的水平，提高Col II mRNA和蛋白的水平，通过提高ATDC5细胞中GSH、GPX-4的水平，降低ROS水平，缓解脂多糖诱导的炎症反应，降低软骨细胞铁死亡，结果证实丹参酮IIA通过抑制铁死亡来改善软骨细胞凋亡和软骨变性，并可能成为骨性关节炎的潜在治疗剂。 2.4 促进软骨组织形成 关节软骨覆盖了人体滑膜关节的所有关节表面，由细胞外基质和极少数位于该组织内的软骨细胞组成，由于软骨内缺乏血管，极大地限制了关节软骨的自我修复能力，软骨组织工程技术生产的支架是目前临床促进软骨修复的主要治疗手段[22]。Chen等[23]通过冷冻干燥法制备丹参酮IIA递送丝素蛋白支架，通过5、10、20、40 μg/mL丹参酮IIA制作成不同质量浓度的支架，发现10 μg/mL丹参酮IIA组成的支架（SF/T10）促使软骨细胞中COL Ⅱ/COL Ⅰ的表达升高，程度优于其他质量浓度，还能显著促进软骨样细胞外基质的生成和软骨形成，将SF/T10用于裸鼠的皮下区域后发现移植区域均生长出软骨样组织，将SF/T10用于兔软骨缺损修复的实验发现可促使缺损部位完全修复，再生组织与周围软骨相似，结果证实丹参酮IIA递送丝素蛋白支架能促进软骨组织形成。 2.5 阻止软骨细胞去分化 软骨细胞在骨性关节炎病理进程中可发生去分化，失去其软骨生成特征，并显示成纤维细胞样形态，通常从多边形变为纺锤形，软骨细胞去分化程度与骨性关节炎的骨损伤程度呈正相关[24]。Zhang等[25]将100 μg/mL丹参酮IIA与软骨细胞进行体外培养，结果丹参酮IIA能促使软骨细胞早期迅速增殖，促使糖胺聚糖的表达，上调Col II、SOX6 mRNA的表达，基于网络药理学发现丹参酮IIA发挥作用机制的5 020个潜在靶基因，COL2A1、COL10A1、ADAMTS5、MMP13、COMP、GDF5、SOX6 7个枢纽基因是关键靶点，结果证实丹参酮IIA可阻止软骨细胞去分化，可能成为骨性关节炎的候选药物。 3 结语 丹参酮ⅡA可通过阻止TLR4/Myd88/NF-κB信号通路激活，抑制PI3K/Akt/NF-κB信号通路激活，调节miR-155/FOXO3轴的表达，调节Wnt/β-catenin信号通路表达，上调β-arrestin2的表达，上调lncRNA的表达，抑制炎症因子的表达，抑制铁死亡，促进软骨组织形成，阻止软骨细胞去分化等多种途径发挥降低炎症反应和软骨组织保护作用，以防治骨性关节炎。目前丹参酮ⅡA用于骨性关节炎多以基础研究或动物研究为主，在人体的药理作用尚需试验验证，并且丹参酮ⅡA的量效关系、药物安全性还需进一步确认，但是丹参酮ⅡA用于骨性关节炎具有较好前景，值得深入探讨。

损伤组织再生：生物支架促进兔关节生长译者： Docofsoul《每日科学》2010年8月1日报道 —— 一支由美国国家卫生研究院提供资金支持的研究小组利用尖端技术成功地使关节在兔子体内（或者说在活体内）重新形成。活体再生程序实现过程为：通过刺激此前无法修复的器官或组织并最终使之自愈。在本研究中，科学家向生物支架（由生物适应与生物降解材料做成的具有相应组织形态的三维结构）注入了一种蛋白使之促进兔关节的生长。在一项新的研究中，新的活体再生过程可刺激组织（兔关节）自愈 （照片来源：iStockphoto/Dan Brandenburg)实验显示了用来自宿主本体的细胞来培养不同组织（比如软骨与骨骼）的方法的可行性。本研究结果发表于《柳叶刀》（The Lancet）7月29日这一期。再生活动依赖于宿主对关节的细胞供应、本地组织响应与功能刺激以重新建立关节软骨的完整表面以及相关骨骼。本方法回避了离休生长细胞移植所遇到的问题（如免疫排斥、病原体传播以及潜在的肿瘤形成）。研究小组用激光扫描了一只实验兔前肢关节的表面轮廓，然后建立一个用于创建具有相应结构生物支架的三维模型。 本研究中的一部分实验兔接受注有胶原蛋白凝胶的生物支架，凝胶中加载了前所提及的促关节生长蛋白：转化生长因子β3（TBFB3），其它实验兔则仅接受不含TGFB3的生物支架。比起不灌注TGFB3的生物支架来，灌注了TGFB3的生物支架吸收了超过130%的细胞，并长出了密度与韧度更高的整个软骨组织外层。接受TCFB3灌注生物支架的实验兔在关节置换完成后3到4周重新开始负重活动与长程运动；在术后5到8周，这些实验兔的活动情况几乎与对照组一样好。相比之下，所接受的生物支架中未含TGFB3的实验兔则继续跛行。本研究小组的成员包括：纽约市哥伦比亚大学医学中心组织工程与再生医学实验室的Chang H. Lee、Avital Mendelson、Eduardo K. Moioli与 Jeremy J. Mao；密苏里大学兽医学院哥伦比亚分院的James L. Cook；以及克莱姆森大学大学与南卡罗莱那医科大学查尔斯顿分校生物工程系的Hai Yao。“软骨是最难再生的组织之一。本研究中首次让整个软骨关节得以再生。通过这种方式再生软骨的成功，使得我们希望：在无需细胞移植的情形下，运用该方法也能让其它组织再生。”Mao博士说。进一步的研究将可能在临床前试验动物模型中置换关节炎关节，并最终能够为需要整个关节置换的病人实施该置换术。骨关节炎是世界上导致慢性残疾的主要原因之一。这一疾病涉及了软骨与骨骼的结构崩塌问题，影响美国近八千万人口。Mao博士同时补充：“到2030年，罹患关节炎的老年人口将翻番，到那个时候，最后一个在婴儿潮中出生的人也步入了老年期。” 目前关节置换只能提供10到15年的使用寿命，而65岁左右的关节炎病人人数正在日益增长，这显然无法适应其要求。“活体组织再生的潜力是难以估量的。Mao博士的这一研究工作 —— 通过在活的动物体内吸收宿主细胞来达到修复损坏的软骨与骨骼目的 —— 可能有助于发现更先进的关节炎及其它疾病疗法。”Discovery Science and Technology（科学发现与技术）NIBIB分部的Christine Kelley博士说。本研究工作得到了来自国家生物成像与生物工程（NIBIB）（国家卫生研究院基金号码：R01EB002332）以及纽约州Stem Cell Science.（干细胞科学）的资金支持。（Docofsoul 译于2010-8-3）译后中文字数为 1107 个。参考文献：Chang H Lee, James L Cook, Avital Mendelson, Eduardo K Moioli, Hai Yao, Jeremy J Mao. Regeneration of the articular surface of the rabbit synovial joint by cell homing: a proof of concept study. The Lancet, 2010; DOI: 10.1016/S0140-6736(10)60668-X Regenerating Damaged Tissues: Bioscaffolds Promote Growth of Joints in RabbitsScienceDaily (Aug. 1, 2010) — A team of NIH-funded researchers has successfully regenerated rabbit joints using a cutting edge process to form the joint inside the body, or in vivo. Regenerative in vivo procedures are performed by stimulating previously irreparable organs or tissues to heal themselves. In this study, bioscaffolds, or three-dimensional structures made of biocompatible and biodegradable materials in the shape of the tissue, were infused with a protein to promote growth of the rabbit joint.The experiment demonstrated the feasibility of an approach to growing dissimilar tissues, such as cartilage and bone, derived entirely from the host's own cells. Results of the study are in the July 29 issue of The Lancet.Regeneration activity relied on the host's supply of cells to the joint, local tissue response, and functional stimulation to recreate the entire surface of the joint cartilage together with the bone. The approach sidesteps problems encountered in transplantation of cells grown ex vivo, such as immunological rejection, pathogen transmission, and potential formation of tumors.The research team laser-scanned the surface contours of a rabbit forelimb joint and made a 3-D model that was used to create an anatomically dimensioned bioscaffold. Some rabbits in the study received a bioscaffold infused with a collagen gel loaded with the protein, called transforming growth factor beta 3 (TGFB3), while other rabbits received bioscaffolds without TGFB3.Bioscaffolds infused with TGFB3 recruited 130 percent more cells and grew a whole layer of cartilage tissue with greater compressive and shear properties than those who received the bioscaffold without the TGFB3. Rabbits with TGFB3-infused bioscaffolds resumed weight-bearing activity and locomotion three to four weeks after joint replacement. At five to eight weeks after surgery, these rabbits moved nearly as well as the control rabbits. By contrast, rabbits whose bioscaffolds did not contain TGFB3 continued to limp.The research team included Chang H. Lee, Avital Mendelson, Eduardo K.