Chondrocyte mechanical properties explained by an explicit multiscale composition of the article cartilage: mutual continuity between cellular and tissue level.

يتم إجراء التخليق الحيوي وصيانة مكونات الغضروف المفصلي ، مثل البروتيوغليكان والكولاجين، بواسطة الخلايا الغضروفية (الخلايا الغضروفية). من الناحية النسيجية ، كانت هذه الخلايا محاطة بنسيج الغشائي إقليمية ومحيط خلوية(TM, PCM) يتميز بتركيز عالٍ نسبيًا من الكولاجين السادس وتركيز منخفض من الكولاجين التاسع في منطقة التقاطع مع النسيج الغشائي خارجي(ECM) للخلية الغني بالكولاجين الثاني. ومع ذلك ، فإن فهم العلاقة الميكانيكية بين الأنسجة والمقياس الخلوي لا يعتبر مهمة مباشرة. باستخدام تقنيات التجانس أو المعالجة اللاحقة ، بحثت القليل من الدراسات في الاقتران الميكانيكي بين مستويات الغضاريف الخلوية والكلية. ومع ذلك ، العديد من الافتراضات تحد من قدرة النماذج المقترحة في دراسة تأثير المساهمة النسبية للمكونات الرئيسية للأنسجة ECM) و TM و PCM والخلية. (وبالتالي ، تسعى هذه الدراسة إلى تطوير نموذج بنيوي ومتعدد المقاييس للغضروف ، مع دمج توزيعات الخلايا مع بيئتها الدقيقة. سيحقق هذا البناء الحسابي في التعديلات الوسيطة المسببة للمرضة (العوامل المنهجية على وجه التحديد) وتأثيرها على البيئات الميكانيكية للخلايا الغضروفية والاستجابة الميكانيكية الكلية للغضروف المفصلي. قد توسع نتائج هذا العمل فهمنا للتغيير الوظيفي للغضاريف بشكل عام وتوفر رؤى في البحث عن أهداف علاجية جديدة.

The biosynthesis and maintenance of articular cartilage components, such as proteoglycans and collagen, are carried out by cartilage cells (chondrocytes). Histologically, these cells were surrounded by territorial and pericellular matrices (TM, PCM) characterized by a relatively high concentration of collagen VI and a low concentration of collagen IX in the junction area with the extracellular matrix (ECM) rich in collagen II. However, understanding the mechanical relationship between tissue and cellular scale is not considered a straightforward task. Using homogenization or postprocessing techniques, few studies have looked into the mechanical coupling between cellular and aggregate cartilage levels. However, several assumptions were limiting the capability of the proposed models in studying the impact of the relative contribution of tissue's key constituents (ECM, TM, PCM, and cell). Thus, this study seeks to develop a multi-scale and -structure model of cartilage, incorporating the cell distributions with their microenvironment. This computational construct will investigate the intermediate pathogenetic alterations (specifically systematic factors) and their effect on the chondrocytes' mechanical environments and the articular cartilage's aggregate mechanical response. The outcomes of this work may broaden our understanding of functional cartilage alteration in general and provide insights into the search for novel therapeutic targets.