Osteoarthritis (OA) נשאר אחד המחלות הנפוצות ביותר של ניוון, המשפיע על 528 מיליון אנשים ברחבי העולם על פי בורדן הגלובלי של מחקר המחלה.תכונות סימן ההיכר שלה - אובדן טרחוס אגרסיבי, תת-כיפוף העצם subchondral עצמו reמודלing, דלקת סימפונית, היווצרות אוסטאוסטפיטטה - שלא כאב כרוני, קשיחות, ופגיעה תפקודית בעוד שהזדקנות היא גורם סיכון משמעותי של מחלות דלקתיות, אשר גורם דלקתיות מורכבות, לזהות תופעות לוואי, תופעות לוואי מורכבות, ניתוחי, ניתוחי, מחלות דלקתיות, מחלות פסיכוטיות, אבחון.

הפתולוגיה של Osteoarthritis

OA פתוגנזה כרוך תאים רבים רקמות בתוך מפרק diarthrodial.המחלה כבר לא נתפסת כתהליך לביש פשוט ו-tear אבל ככישלון מאורגן כולו המונע על ידי mechanobiology אברנט וסימון דלקתי.

קרטליג Degradation

cartilage Articular מספק משטח נמוך, עומס על פני השטח.מטריקס החוץ שלה (ECM) הוא עשיר בסוג II קולגן ו aggrecan, פרוגידיקן גדול אשר מעניק נוקשות דחיסה. in OA, chondrocytes לעבור שינויים phenoypic, upregating mtetraating-degrading אנזימים כגון מתכתיפטמיים).

התפוצצות העצם של Subchondral Bone Re Modeling

עצם subchondral עובר שינויים דינמיים במהלך התקדמות OA. מוקדם במחלה, התחדשות העצם עלולה להגדיל, המוביל לטרבקcular דקינג ו microtures. מאוחר יותר, sclerosis מתרחשת כמו היווצרות העצם resorption, וכתוצאה מכך עודף צפוף יותר, קשיח יותר שינוי ארכיטקטורת כאב עוברי שינוי.זה מקטין את היכולת של העצם לספוג השפעה, העברה מוגזמת למתחים אלה על ידי קרישה מכנית.

דלקת פנימית סינב

Synovitis מוכרת כיום כתורם מפתח לכאב והתקדמות של OA. Inflamed synovium מייצרת ציטוקינים פרו דלקתיים כגון interleukin-1β (IL-1β), גורם ערפילית גידול גורם-α (TNF-α), ו interleukin-6 (IL-6) ממתווכים אלה מתמזגים לתוך שטח משותף, חומרת chorocytes כדי לקדם דלקת הדמיה פעילה (דלקת נגד דלקת סימפטומטית) ו-דלקת הדמיה (דלקת נגד דלקת חריפה יותר).

פיזיקאים מרכזיים של לקות בקיימות

מיצוי אפשרות ל-OA הוא רב-פנים, עם גורמי סיכון שונים בין אתרים משותפים (knee, hip, Hand, עמוד השדרה) הבנת הקביעה הללו חיונית לזיהוי אוכלוסיות בסיכון ועיצוב התערבויות מונעות.

נטייה גנטית

(ההערכות ל-OA נעות בין 40% ל-65% בהתאם למחקרים משותפים ומין. Genome-wide Association (GWAS) זיהו עשרות של מניין סיכון, כולל גנים המעורבים בתחזוקה של ECM (FLT:0COL2A1uaFLT:1, FLT:2ACANFLT 3), פיתוח העצם (LT4GFreas) ו-DID) LT5 (D)

המונחים: biomechanical Loading

מכניקת מפרקים אבולוציונית היא נהג עיקרי של OA. Varus או valgus malalignment מגבירה את הלחץ מגע מוקד על תא אחד של הברך, מאיץ ניוון חולשות שרירים - במיוחד של quadriceps - אפילו זעזועים אוויריים ספיגת או ייצוב משותף דינמית.conversely, פעילות גבוהה בספורטאים יכול preciate Opitate אם שילוב עם צמיגים כפולים לחץ דם אפילו לאחר לחץ דם קצר.

גורמים מטבוליים

הקשר בין השמנת יתר וברך OA הוא חלק ביומכני אבל גם מטבולי.אדי נניח מזכיר את adipokines כגון leptin, התנגדות, ו adiponectin, אשר יכול להשפיע ישירות על cartilage ומטבוליזם העצם. Leptin, למשל, מקדם התקדמות דלקתית וקטאביולית של chondrocytes.

תפקוד נוירומוספרי

הסתברות ושליטה עצבית יורד עם הגיל, לתרום לדפוסי gait שינוי ועומס משותף מוגברת.הקטנת כוח השרירים, במיוחד במשחתים ועצימות הברך, קשורה עם עומסי תא מדיה גבוהים יותר במהלך הליכה.תפקוד נוירומוסקולי ניתן להעריך באמצעות אלקטרומיוגרפיה ולכידת, ותיקון שלה באמצעות פעילות גופנית ממוקדת הראה יתרונות בהתקדמות OA בניסויים קליניים.

גישה למודלים פיזיולוגיים

מודלים פיזיולוגיים של OA משלבים ממדים ביולוגיים, מכניים וזמניים כדי לדמות את ההתקדשות וההתקדמות של המחלה.מודלים אלה נעים ממשוואות אנליטיות פשוטות לסימולציות מרובות בקנה מידה מורכב המשתרעות מנתיבים מולקולריים ועד מכניקה ארגונית שלמה.

מודלים

ניתוח אלמנט Finite (FEA) הוא הכלי החישובי הנפוץ ביותר ללימוד ביומכניקה משותפת. על ידי שחזור גיאוגרפיה ספציפית לנושא מ-MRI או CT סריקות, FEA יכול לחזות לחצים מגע, הפצה מתח, וזרימה נוזלית ב cartilage ועצמות. מודלים רב-ממדיים להטביע FEA ברמת רקמות עם מודלים סלולריים מולקולריים - לדוגמה, הפיכה, תגובה קדמית להפרעות מכניות של תאים סטראוסטרופליים (Clasticial) עם מודלים של נוגדנים).

למידת מכונה משמשת יותר ויותר לשיפור מודלים פיזיולוגיים.רשתות נילי המוכשרות על נתונים גדולים יכולים לחזות את OA עלה מסימולציה דמוגרפית, רדיוגרפית ונתוני ביומרקר סרום.עם זאת, גישות מונעות נתונים אלה לעתים קרובות חסרות הפרשנות מכניסטית.מודלים היברידיים המשלבים סימולציות המבוססות על פיזיקה עם מכונה מציעים בסיס ביניים מבטיח, שמירה על יעילות ביולוגית תוך שיפור הדיוק החיזוי.

מודלים בבעלי חיים

מודלים בבעלי חיים נשארים הכרחיים ללימוד מנגנונים ובדיקת טיפולים ניסיוניים.המינים הנפוצים ביותר כוללים עכברים, עכברים, ארנבים, כלבים וכבשים.מודלים המושרה באופן כירורגי - כגון ייצוב של המניסקוס (DMM) בעכברים או שיבושים פנימיים נסתרים בחולדות - מחסנים מבוקרים באופן מלא של מחלות מין (atraaicle-receection) או בקיצור, יש השפעות על ידי תאים של מחלות מין).

ב-Virtro and Ex Vivo Models

גידולים של פחמימות או או אוסטאוכונדרל ניתן להתתרבות תחת עומס מכני מבוקר כדי ללמוד תשובות מוקדמות.ביולוגיים החל דחיסה דינמי או Shear לאפשר חקירה של chondrocyte meotransduction ו matrix reמודלing. Organ-on-a-chip משלבים סוגים מרובים של תאים וזרימה תנאים כדי לחקות את המיקרומנט המשותף.

התפתחות מחלות לאורך זמן

התקדמות OA היא משתנה מאוד: חלק מהחולים נשארים יציבים במשך שנים, בעוד אחרים חווים הרס משותף מהיר.מודלים פיזיולוגיים שואפים לחדד חולים על פי הסיכון להתקדמות ולדמיין את ההשפעה של התערבויות לאורך אופקי זמן מוגדרים.

Staging and Biomarkers

דירוג רדיוגרפי באמצעות מערכת ה-Kllgren- Lawrence נשאר תקן הקליני, אך הוא חסר רגישות לשינויים מוקדמים. הבקיע מבוסס MRI (למשל, הציון הדמיה של התחדשות מגנטית של כל ארגון, WORMS) ללכוד עובי קלוש, כאבי מח עצם, וסינובטיס סימפטום ביומטרי מסרום או שתן, כגון CT-II) חלבון מתמשך (קריפטומטי) וחלבון ממטרוני (קריפטומטי) מ-דלקת קרומטר) מ-דלקתי) מ-דלקתי (דלקת ריאות (דלקת חלבון מ-דלקתי) ומשלבת) מ-דלקת חלבון רב-דלקת ריאות (דלקתי) ודלקת ריאות (דלקת חלבון רב-דלקת חלבון רב-דלקתית) ומשלבת (Ric).

מודלים לקידום תרגום קליני

כמה מודלים של התקדמות פותחו באמצעות קבוצות ותיקות כגון יוזמת Osteoarthritis (OAI) ואת מחקר Multicenter Osteoarthritis מחקר (MOST) אלה מודלים המשמשים ניתוח הישרדות, אפקטים מעורבים רגרסציה, או למידת מכונה כדי לחזות תוצאות כגון רמות רחבות שטח כגון נוקשות, החלפת ברך הכוללת, או כאב מחמיר.

השפעות תרגום ויישומים קליניים

המטרה הסופית של מודלים פיזיולוגיים היא לשפר את תוצאות המטופל באמצעות מניעה ממוקדת וטיפול.יישומים תרגום מספריים מתעוררים.

אחריות אישית סיכון

על ידי שילוב פרופיל גנטי של אדם, מדידות ביומכניות, רמות ביומרקר, רופאים יכולים להקצות ציון סיכון מותאם אישית של OA. גישה זו מאפשרת שינויים מוקדמים של אורח החיים - כגון ירידה במשקל, חיזוק שרירים, ושינויים בפעילות - עבור אלה בסיכון הגבוה ביותר. בהגדרות הכיבוש, מודלים יכולים להנחות התערבות ארגונומית כדי להפחית את העומס המשותף המצטבר.

ניסויים קליניים וירטואליים ובדיקת טיפול

מודלים Computational יכולים לדמות את ההשפעה של תרופות פוטנציאליות או פרוטוקולים לשיקום לפני ניסויים קליניים יקרים.לדוגמה, מודל מבוסס סוכן של תגובה chondrocyte למעכב MMP יכול לחזות כמה השפלה קלה מאטה תחת משטרים שונים. לדוגמה, מודל מבוסס סוכן של chondrocyte תגובה ל- MMP:1), ניסויים יכולים לעזור אופטימיזציה של תכנון, לזהות תת-תזונה תגובתית, להפחית את שיעור התרופות המוכר של "מודל תרופות" כמו "מודל חישובי" של תרופות מרשם תרופות מרשם ידוע של תרופות מרשם.

עיצוב של החלפה משותפת אישית

עבור חולים אשר מתקדמים לשלב הסופי OA, מודלים פיזיולוגיים יכולים להודיע עיצוב של שתלים ספציפיים לחולה.אנליזה אלמנט בסיס פלניט של משותף חיזוי תוספת עומס ללבוש דפוסים, עוזר לבחור השתל אופטימלית sizing והיערכות.זה רלוונטי במיוחד עבור אמנות unicompartmental הברך arthroplasty, שבו השתלת משפיעה באופן ביקורתי על ארוכות.

כיוונים עתידיים ואתגרים

למרות התקדמות משמעותית, מודלים פיזיולוגיים של OA עומדים בפני כמה אתגרים. ראשית, המורכבות של מסלולים ביולוגיים פירושה כי מודלים סיכון oversiating המחלה.שילוב לולאות משוב דינמיות - כגון כיצד מוצרים של השפלה טרחוס עוד יותר מאשר אותות דלקתיים - דורשות טכניקות חישוביות מתקדמות. שנית, איכות נתונים וזמינות להישאר מחסומים.

טכנולוגיות מתפתחות מבטיחות לקדם את השדה.יש חיישנים ובודדים חכמים יכולים למדוד ברציפות kinematics וכוחות משותפים, לספק קלט בעולם האמיתי עבור מודלים ביומכניים.התקדמות ב- RNA quencing ו proteomics הם מיפוי הטרוגניות התאית של רקמות OA בהחלטה חסרת תקדים, אשר ניתן לשלב מודלים רב-ממדיים.

במקביל, סוכנויות רגולטוריות מתפתחות מסגרות להעריך ולקבל ראיות חישוביות.המדריך של ה- FDA על מודלים חישוביים של מודל סימולציה 1 מספק הסמכה של שיטת סימולציה.כפי שמודלים אלה מתבגרים, הם יהפכו להיות חלק בלתי נפרד ערכת פיתוח התרופה, פוטנציאל להפחית את מספר ניסויים בבעלי חיים ומהירות העברת טיפולים חדשים.

שילוב מודלים לפרקטיקה קלינית

בריחת הפער בין מודלים מחקר וזרימות עבודה קליניות דורש ממשקים ידידותיים למשתמש וראיות חזקות של כלי תמיכה בקבלת החלטות המציגים פרופיל סיכון מודל של המטופל בפורמט פעולה יכול להיות פרוס ברשומות בריאות אלקטרוניות. לדוגמה, מרפאה עשויה לראות תחזית כי לחולה יש סיכוי של 30% של חלל משותף מהיר צריח מעל שנתיים, מה שקדם מוקדם יותר עבור חזייה או ב-tratratrait יכול להציע תבניות הרגע הנכון כדי להפחית התאמות בזמן אמת.

(אוסטאוארטיס היא מחלה הטרוגנית, וגישה בגודל אחד-האיכותית-כל הגישות הביאה לאפקטי טיפול צנועים.מודלים פיזיולוגיים מציעים דרך לחרוג חולים על ידי נהגים דומיננטיים – מכניים, דלקתיים או מטבוליים – וכדי להתאים את ההתערבות בהתאם.כפי שראיות מצטברות, הנחיות קליניות כגון אלה של האגודה הבין-לאומית (SILT) ו-R.

אימות חיצוני של מודלים באוכלוסיות מגוונות נשאר קריטי.רוב המודלים הקיימים פותחו באמצעות קבוצות לבנים ברובן ממדינות בעלות הכנסה גבוהה.כולל אנשים של ancestries שונים, רקעים סוציו-אקונומיים, ודפוסי אורח החיים ישפרו את יכולת ההכללה.המכון הלאומי של AgingFLT:1 הדגיש את החשיבות של מחקר כולל כדי לטפל בהבדלים בריאותיים ב OA, ומודלים צריכים לעקוב אחר מאמצי התאמת.

בסופו של דבר, ההבטחה של מודלים פיזיולוגיים טמונה ביכולתה לשנות את OA ממצב המנוהל באופן תגובתי – לאחר שנזק משותף משמעותי התרחש – אחד שניתן לחזות ולעצור.על ידי שילוב ביולוגיה, מכניקה, חישוב, החוקרים בונים ייצוג דינמי של המשותף מתפתח עם המטופל.ראייה זו תואמת את המעבר הרחב לכיוון הרפואה, שבו החלטות הטיפול מודרך על ידי מודלים חזקים, אינדיבידואליים ולא כלי דלקת פרקים הכרחיים, ככל הנראה, יהפכו לחשיבה ביולוגית.