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Based on 1252 studies
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Basierend auf 1252 Studien
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Comprehensive Synthesis: Articular Cartilage Deformation, Lubrication, and Exercise Effects
General Overview
The field of articular cartilage biomechanics has evolved into a sophisticated multidisciplinary domain that integrates advanced imaging technologies, molecular biology, and mechanical engineering principles to understand how cartilage responds to loading. The research demonstrates remarkable consensus that cartilage is a mechanically responsive tissue whose health depends on appropriate loading patterns rather than load minimization. This paradigm shift from viewing mechanical forces as purely destructive to recognizing their essential role in cartilage homeostasis represents a fundamental advancement in musculoskeletal science.
The evidence consistently reveals that cartilage exhibits immediate, transient responses to mechanical loading, including temporary thickness reductions and compositional changes that typically recover within 30-90 minutes post-exercise. This recovery capacity appears to be a hallmark of healthy cartilage, while impaired recovery characterizes pathological conditions. The research has evolved from simple compression studies to complex multi-modal investigations examining mechanotransduction pathways, cellular responses, and the intricate relationships between mechanical stimulation and tissue adaptation.
Current investigations increasingly focus on understanding optimal loading parameters that promote cartilage health while identifying thresholds beyond which loading becomes detrimental. The field has moved beyond descriptive studies to mechanistic investigations examining how chondrocytes sense mechanical forces through ion channels, connexin hemichannels, and calcium signaling pathways, ultimately translating these signals into beneficial or harmful cellular responses.
Key Findings by Joint Region
Knee cartilage, particularly the tibiofemoral and patellofemoral compartments, dominates the research landscape and provides the most comprehensive understanding of cartilage responses to loading. Studies consistently demonstrate compartment-specific responses, with greater medial compartment changes during weight-bearing activities. Patellofemoral cartilage exhibits higher friction coefficients and reduced lubricin distribution compared to tibiofemoral regions, suggesting unique biomechanical challenges. Individuals with ACL reconstruction show altered loading patterns and potentially compromised cartilage responses, while those with knee osteoarthritis demonstrate greater deformation following loading and impaired recovery capacity.
Hip cartilage research reveals concerning findings in elite athletes, with evidence of accelerated degenerative changes despite simultaneously enhanced repair mechanisms. In vivo pressure measurements demonstrate that hip joints experience forces substantially exceeding 18 MPa during daily activities, far greater than previously estimated. Joint surface incongruity emerges as a beneficial adaptation that distributes loads and promotes fluid circulation, challenging conventional assumptions about optimal joint geometry.
Ankle and talar cartilage investigations focus heavily on chronic ankle instability populations, revealing increased cartilage deformation and altered mechanical properties. These studies demonstrate that joint instability compromises cartilage's normal mechanical behavior and may predispose to degenerative changes. Temporomandibular joint research shows unique loading patterns with balancing-side predominance during chewing activities, and reveals that disc removal doubles friction coefficients while soft diet consumption reduces condylar cartilage thickness.
Loading Types & Activities
The research reveals complex dose-response relationships between different activities and cartilage health. Running consistently demonstrates protective rather than harmful effects in most populations, with marathon running causing 5-8% thickness reductions that fully recover within 24-90 minutes. Marathon runners show increased protective collagen synthesis while simultaneously decreasing breakdown markers, suggesting that endurance exercise promotes favorable cartilage turnover.
Dynamic loading emerges as superior to static compression across multiple studies. Cyclic compression at 2.5-5% strain promotes beneficial cartilage responses and enhances matrix synthesis, while excessive loading beyond 15% strain proves detrimental and can cause cellular damage. Intermittent loading with appropriate rest periods promotes beneficial metabolism, while continuous or excessive loading leads to proteoglycan loss and cellular dysfunction.
High-intensity interval training and rapid loading rates are associated with greater cartilage stress compared to steady-state activities, though moderate exercise frequencies appear more beneficial than intensive regimens. The research establishes optimal loading parameters, such as 0.5 MPa stress with 100-second rest intervals for promoting cartilage matrix synthesis. Importantly, loading history and pattern matter more than absolute magnitude, with habitually active individuals showing reduced cartilage responses to exercise challenges, suggesting beneficial conditioning effects.
Measurement Methods
Advanced imaging techniques dominate the research landscape, with quantitative MRI emerging as the gold standard for assessing cartilage composition and structure. T2, T1ρ, and T2* relaxation mapping frequently detect acute changes in cartilage hydration and matrix organization following mechanical loading. T2 mapping studies consistently show decreased relaxation times after running, indicating fluid loss and biochemical changes, while T1ρ values can remain elevated for months following intensive exercise like marathon running.
Ultrasound imaging gains prominence for measuring cartilage thickness changes, offering real-time assessment capabilities that complement MRI findings. Blood and synovial fluid biomarkers, particularly cartilage oligomeric matrix protein (COMP) and various matrix metalloproteinases, provide insights into cartilage metabolism responses. Synovial fluid biomarkers appear more sensitive than imaging for detecting early cartilage changes, particularly in athletic populations.
Sophisticated mechanical testing approaches range from atomic force microscopy for nanoscale characterization to whole-joint loading systems employing physiologically relevant conditions. Novel techniques include displacement-encoding MRI methods achieving cellular-level resolution, specialized friction-testing bioreactors, and machine learning approaches for automated damage detection. Multi-scale computational modeling increasingly links joint-level mechanics to cellular deformation through advanced finite element approaches.
Recovery & Clinical Relevance
The capacity for cartilage recovery emerges as a critical determinant of joint health, with healthy cartilage demonstrating remarkable resilience to mechanical stress through complete recovery from substantial deformation. Recovery times vary from 15-90 minutes for most loading protocols, with this recovery capacity appearing compromised in pathological conditions including osteoarthritis and following joint injuries.
Clinical populations consistently show altered cartilage responses compared to healthy individuals. ACL-reconstructed patients with lower daily activity levels show greater biomarker increases after walking tests, suggesting that regular activity may provide protective conditioning effects. Older adults demonstrate age-related changes in cartilage mechanical properties and reduced deformation capacity, while osteoarthritic cartilage exhibits altered mechanical responses with impaired load distribution.
The research establishes clear mechanical thresholds for cellular damage, with 8% strain identified as a critical level for chondrocyte death. However, moderate mechanical loading proves protective or therapeutic, while excessive loading triggers harmful oxidative stress and inflammatory cascades. These findings have important implications for rehabilitation protocols, suggesting that appropriate mechanical stimulation should be maintained even in injured or degenerative joints, but within carefully controlled parameters.
Lubrication & Synovial Fluid
Joint lubrication mechanisms represent a sophisticated, multimode system that automatically adjusts based on loading conditions. Interstitial fluid pressurization emerges as the dominant lubrication mechanism rather than boundary lubrication alone, with strong correlations between fluid load support and friction coefficients. Normal joints maintain protective gel films approximately 1 micron thick during physiological loading, while inflammatory conditions dramatically reduce this protective layer thickness.
Lubricin (PRG4) consistently emerges as crucial for joint health, with its expression directly correlating with lubrication quality and chondroprotective effects. Mechanical forces directly regulate lubricin expression through TGF-β and CREB pathways, establishing a positive feedback loop where appropriate loading enhances lubrication capacity. Exercise generally increases lubricin expression, improving matrix synthesis and activating protective pathways, though excessive exercise intensity can compromise these beneficial effects.
Hyaluronic acid demonstrates superior boundary lubrication properties and reveals complex interactions with phospholipids in joint lubrication. However, calcium ions in osteoarthritic joints impair the lubricating properties of both hyaluronic acid and lubricin, suggesting that inflammatory changes compromise multiple aspects of joint lubrication simultaneously. The concept of "tribological rehydration" emerges as a novel mechanism whereby sliding motion actively drives fluid recovery in compressed cartilage through hydrodynamic effects.
Research increasingly recognizes that cartilage's primary protective function may be preventing fatigue failure rather than simply reducing friction. Surprisingly, enzymatically degraded cartilage can maintain normal lubrication during sliding, suggesting that excessive tissue deformation rather than friction drives osteoarthritis progression.
Warm-Up & Preconditioning Effects
The research reveals important preconditioning effects whereby prior loading or warm-up activities modify subsequent cartilage responses to mechanical challenges. Regular physical activity conditions cartilage to better withstand acute loading, with habitually active individuals showing reduced cartilage responses to exercise challenges. This suggests that consistent mechanical stimulation enhances cartilage's adaptive capacity and resilience.
Mechanical preconditioning significantly improves both natural and engineered cartilage properties, with sliding motion particularly important for developing functional surface characteristics. The pericellular matrix emerges as crucial for proper mechanotransduction, with chondrocytes having intact pericellular coatings responding more favorably to compression than isolated cells. This highlights the importance of maintaining cartilage's structural integrity for optimal mechanical responses.
Warm-up effects extend to cellular and molecular levels, with appropriate loading protocols enhancing cellular responses and improving tissue properties. Moderate mechanical loading enhances beneficial gene expression including aggrecan, collagen II, and PRG4 while excessive loading triggers inflammatory cascades. The research suggests that graduated loading protocols may optimize cartilage's preparedness for subsequent mechanical challenges, though optimal warm-up parameters remain to be fully established.
Gaps & Future Directions
Despite significant advances, important gaps remain in understanding cartilage biomechanics. Limited research directly investigates the relationships between different lubrication mechanisms and their relative contributions under various loading conditions. The temporal dynamics of mechanotransduction pathways and how quickly cartilage can adapt to changing mechanical environments require further investigation.
Long-term effects of different exercise regimens on cartilage health remain incompletely understood, particularly the optimal balance between loading intensity, frequency, and recovery time across different populations and age groups. The mechanisms underlying the apparent protective conditioning effects of regular activity need clarification to inform exercise prescription for joint health.
Clinical translation represents a significant challenge, as laboratory findings regarding optimal loading parameters need validation in diverse patient populations with varying degrees of joint pathology. The development of personalized loading protocols based on individual cartilage properties and pathological status represents an important future direction. Additionally, the field requires better integration of findings across different joint regions, as most research focuses on the knee while other joints may exhibit distinct biomechanical behaviors requiring tailored approaches to mechanical conditioning and therapeutic intervention.
Umfassende Synthese: Gelenkknorpeldeformation, Schmierung und Trainingseffekte
Allgemeine Übersicht
Die Biomechanik des Gelenkknorpels hat sich zu einem hochentwickelten multidisziplinären Forschungsfeld entwickelt, das fortschrittliche Bildgebungstechnologien, Molekularbiologie und Prinzipien der Maschinenbautechnik integriert, um zu verstehen, wie Knorpel auf Belastung reagiert. Die Forschung zeigt einen bemerkenswerten Konsens darüber, dass Knorpel ein mechanisch responsives Gewebe ist, dessen Gesundheit von angemessenen Belastungsmustern abhängt und nicht von Belastungsminimierung. Dieser Paradigmenwechsel von der Betrachtung mechanischer Kräfte als rein destruktiv hin zur Erkennung ihrer essentiellen Rolle in der Knorpelhomöostase stellt einen grundlegenden Fortschritt in der muskuloskelettalen Wissenschaft dar.
Die Evidenz zeigt konsistent, dass Knorpel unmittelbare, transiente Reaktionen auf mechanische Belastung aufweist, einschließlich temporärer Dickenreduktionen und kompositioneller Veränderungen, die sich typischerweise innerhalb von 30-90 Minuten nach dem Training normalisieren. Diese Regenerationsfähigkeit scheint ein Kennzeichen gesunden Knorpels zu sein, während beeinträchtigte Regeneration pathologische Zustände charakterisiert. Die Forschung hat sich von einfachen Kompressionsstudien zu komplexen multimodalen Untersuchungen entwickelt, die Mechanotransduktionswege, zelluläre Antworten und die komplexen Beziehungen zwischen mechanischer Stimulation und Gewebeanpassung untersuchen.
Aktuelle Untersuchungen konzentrieren sich zunehmend auf das Verständnis optimaler Belastungsparameter, die die Knorpelgesundheit fördern, während gleichzeitig Schwellenwerte identifiziert werden, jenseits derer Belastung schädlich wird. Das Feld hat sich von deskriptiven Studien zu mechanistischen Untersuchungen entwickelt, die erforschen, wie Chondrozyten mechanische Kräfte durch Ionenkanäle, Connexin-Hemikanäle und Kalzium-Signalwege wahrnehmen und diese Signale letztendlich in vorteilhafte oder schädliche zelluläre Antworten übersetzen.
Zentrale Befunde nach Gelenkregionen
Knieknorpel, insbesondere die tibiofemorale und patellofemorale Kompartimente, dominieren die Forschungslandschaft und liefern das umfassendste Verständnis der Knorpelantworten auf Belastung. Studien zeigen konsistent kompartimentspezifische Reaktionen mit größeren Veränderungen im medialen Kompartiment während gewichtstragender Aktivitäten. Patellofemoraler Knorpel weist höhere Reibungskoeffizienten und reduzierte Lubricin-Verteilung im Vergleich zu tibiofemorale Regionen auf, was auf einzigartige biomechanische Herausforderungen hindeutet. Individuen mit Kreuzbandrekonstruktion zeigen veränderte Belastungsmuster und möglicherweise kompromittierte Knorpelantworten, während Personen mit Kniearthrose größere Deformation nach Belastung und beeinträchtigte Regenerationsfähigkeit demonstrieren.
Die Hüftknorpelforschung offenbart besorgniserregende Befunde bei Spitzensportlern mit Evidenz beschleunigter degenerativer Veränderungen trotz gleichzeitig verstärkter Reparaturmechanismen. In-vivo-Druckmessungen demonstrieren, dass Hüftgelenke während täglicher Aktivitäten Kräfte von über 18 MPa erfahren, weit höher als zuvor geschätzt. Gelenkoberflächeninkongruität erweist sich als vorteilhafte Anpassung, die Lasten verteilt und Flüssigkeitszirkulation fördert, wodurch konventionelle Annahmen über optimale Gelenkgeometrie herausgefordert werden.
Sprunggelenk- und Talusknorpeluntersuchungen fokussieren stark auf Populationen mit chronischer Sprunggelenkinstabilität und zeigen erhöhte Knorpeldeformation und veränderte mechanische Eigenschaften. Diese Studien demonstrieren, dass Gelenkinstabilität das normale mechanische Verhalten des Knorpels kompromittiert und zu degenerativen Veränderungen prädisponieren kann. Die Kiefergelenkforschung zeigt einzigartige Belastungsmuster mit Balancierseiten-Dominanz während Kauaktivitäten und offenbart, dass Diskusentfernung die Reibungskoeffizienten verdoppelt, während weiche Ernährung die Kondylenknorpeldicke reduziert.
Belastungsarten und Aktivitäten
Die Forschung offenbart komplexe Dosis-Wirkungs-Beziehungen zwischen verschiedenen Aktivitäten und Knorpelgesundheit. Laufen zeigt konsistent schützende anstatt schädliche Effekte in den meisten Populationen, wobei Marathonlaufen 5-8% Dickenreduktionen verursacht, die sich vollständig innerhalb von 24-90 Minuten erholen. Marathonläufer zeigen erhöhte protektive Kollagensynthese bei gleichzeitiger Verringerung von Abbaumarkern, was darauf hindeutet, dass Ausdauertraining vorteilhaften Knorpelumsatz fördert.
Dynamische Belastung erweist sich als überlegen gegenüber statischer Kompression in mehreren Studien. Zyklische Kompression bei 2,5-5% Dehnung fördert vorteilhafte Knorpelantworten und verstärkt Matrixsynthese, während excessive Belastung über 15% Dehnung schädlich ist und zellulären Schaden verursachen kann. Intermittierende Belastung mit angemessenen Ruhepausen fördert vorteilhaften Metabolismus, während kontinuierliche oder excessive Belastung zu Proteoglykanverlust und zellulärer Dysfunktion führt.
Hochintensives Intervalltraining und schnelle Belastungsraten sind mit größerem Knorpelstress im Vergleich zu gleichmäßigen Aktivitäten assoziiert, obwohl moderate Trainingsfrequenzen vorteilhafter als intensive Regime erscheinen. Die Forschung etabliert optimale Belastungsparameter, wie 0,5 MPa Stress mit 100-Sekunden-Ruhepausen zur Förderung der Knorpelmatrixsynthese. Wichtig ist, dass Belastungshistorie und -muster mehr zählen als absolute Größenordnung, wobei gewohnheitsmäßig aktive Individuen reduzierte Knorpelantworten auf Trainingsherausforderungen zeigen, was auf vorteilhafte Konditionierungseffekte hindeutet.
Messmethoden
Fortschrittliche Bildgebungstechniken dominieren die Forschungslandschaft, wobei quantitative MRT als Goldstandard für die Bewertung von Knorpelkomposition und -struktur emergiert. T2-, T1ρ- und T2*-Relaxationskartierung detektiert häufig akute Veränderungen in Knorpelhydratation und Matrixorganisation nach mechanischer Belastung. T2-Kartierungsstudien zeigen konsistent verringerte Relaxationszeiten nach dem Laufen, was Flüssigkeitsverlust und biochemische Veränderungen anzeigt, während T1ρ-Werte monatelang nach intensivem Training wie Marathonlaufen erhöht bleiben können.
Ultraschallbildgebung gewinnt an Bedeutung für die Messung von Knorpeldickenveränderungen und bietet Echtzeitbewertungsmöglichkeiten, die MRT-Befunde ergänzen. Blut- und Synovialflüssigkeitsbiomarker, insbesondere kartilaginöses oligomeres Matrixprotein (COMP) und verschiedene Matrix-Metalloproteinasen, liefern Einblicke in Knorpelmetabolismusantworten. Synovialflüssigkeitsbiomarker scheinen sensitiver als Bildgebung für die Detektion früher Knorpelveränderungen, besonders in athletischen Populationen.
Hochentwickelte mechanische Testansätze reichen von Atomkraftmikroskopie für nanoskalige Charakterisierung bis zu Ganzkörper-Gelenk-Belastungssystemen mit physiologisch relevanten Bedingungen. Neuartige Techniken umfassen verschiebungskodierende MRT-Methoden mit zellulärer Auflösung, spezialisierte Reibungstest-Bioreaktoren und maschinelle Lernansätze für automatisierte Schadensdetektion. Mehrskalige Computersimulationen verknüpfen zunehmend Gelenkmechanik mit zellulärer Deformation durch fortschrittliche Finite-Elemente-Ansätze.
Regeneration und klinische Relevanz
Die Fähigkeit zur Knorpelregeneration emergiert als kritischer Bestimmungsfaktor der Gelenkgesundheit, wobei gesunder Knorpel bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit gegen mechanischen Stress durch vollständige Erholung von substanzieller Deformation demonstriert. Erholungszeiten variieren von 15-90 Minuten für die meisten Belastungsprotokolle, wobei diese Regenerationsfähigkeit in pathologischen Zuständen einschließlich Arthrose und nach Gelenkverletzungen beeinträchtigt erscheint.
Klinische Populationen zeigen konsistent veränderte Knorpelantworten im Vergleich zu gesunden Individuen. Patienten mit Kreuzbandrekonstruktion mit niedrigeren täglichen Aktivitätsniveaus zeigen größere Biomarker-Anstiege nach Gehtests, was darauf hindeutet, dass regelmäßige Aktivität schützende Konditionierungseffekte bieten kann. Ältere Erwachsene demonstrieren altersbedingte Veränderungen in mechanischen Knorpeleigenschaften und reduzierte Deformationsfähigkeit, während arthrotischer Knorpel veränderte mechanische Antworten mit beeinträchtigter Lastverteilung aufweist.
Die Forschung etabliert klare mechanische Schwellenwerte für zellulären Schaden, wobei 8% Dehnung als kritisches Niveau für Chondrozytentod identifiziert wird. Moderate mechanische Belastung erweist sich jedoch als protektiv oder therapeutisch, während excessive Belastung schädlichen oxidativen Stress und entzündliche Kaskaden auslöst. Diese Befunde haben wichtige Implikationen für Rehabilitationsprotokolle und legen nahe, dass angemessene mechanische Stimulation auch in verletzten oder degenerierten Gelenken aufrechterhalten werden sollte, aber innerhalb sorgfältig kontrollierter Parameter.
Schmierung und Synovialflüssigkeit
Gelenkschmierungsmechanismen stellen ein hochentwickeltes, multimodales System dar, das sich automatisch basierend auf Belastungsbedingungen anpasst. Interstitielle Flüssigkeitsdruckbeaufschlagung emergiert als dominierender Schmierungsmechanismus anstelle von Grenzschmierung allein, mit starken Korrelationen zwischen Flüssigkeitslastunterstützung und Reibungskoeffizienten. Normale Gelenke erhalten schützende Gelfilme von etwa 1 Mikron Dicke während physiologischer Belastung, während entzündliche Zustände diese schützende Schichtdicke dramatisch reduzieren.
Lubricin (PRG4) emergiert konsistent als entscheidend für Gelenkgesundheit, wobei seine Expression direkt mit Schmierungsqualität und chondroprotektiven Effekten korreliert. Mechanische Kräfte regulieren Lubricin-Expression direkt durch TGF-β- und CREB-Signalwege und etablieren eine positive Rückkopplungsschleife, bei der angemessene Belastung die Schmierungsfähigkeit verstärkt. Training erhöht generell Lubricin-Expression, verbessert Matrixsynthese und aktiviert schützende Signalwege, obwohl excessive Trainingsintensität diese vorteilhaften Effekte kompromittieren kann.
Hyaluronsäure demonstriert überlegene Grenzschmierungseigenschaften und zeigt komplexe Interaktionen mit Phospholipiden in der Gelenkschmierung. Kalziumionen in arthrotischen Gelenken beeinträchtigen jedoch die schmierenden Eigenschaften sowohl von Hyaluronsäure als auch Lubricin, was darauf hindeutet, dass entzündliche Veränderungen mehrere Aspekte der Gelenkschmierung gleichzeitig kompromittieren. Das Konzept der "tribologischen Rehydratation" emergiert als neuartiger Mechanismus, bei dem Gleitbewegung aktiv Flüssigkeitserholung in komprimiertem Knorpel durch hydrodynamische Effekte antreibt.
Die Forschung erkennt zunehmend, dass die primäre schützende Funktion des Knorpels die Verhinderung von Ermüdungsversagen sein könnte anstatt einfach Reibung zu reduzieren. Überraschenderweise kann enzymatisch abgebauter Knorpel normale Schmierung während des Gleitens aufrechterhalten, was darauf hindeutet, dass excessive Gewebeverformung anstatt Reibung den Arthrosefortschritt antreibt.
Aufwärm- und Präkonditionierungseffekte
Die Forschung offenbart wichtige Präkonditionierungseffekte, bei denen vorherige Belastung oder Aufwärmaktivitäten nachfolgende Knorperantworten auf mechanische Herausforderungen modifizieren. Regelmäßige körperliche Aktivität konditioniert Knorpel, akute Belastung besser zu widerstehen, wobei gewohnheitsmäßig aktive Individuen reduzierte Knorpelantworten auf Trainingsherausforderungen zeigen. Dies legt nahe, dass konsistente mechanische Stimulation die adaptive Kapazität und Widerstandsfähigkeit des Knorpels verstärkt.
Mechanische Präkonditionierung verbessert sowohl natürliche als auch künstliche Knorpeleigenschaften signifikant, wobei Gleitbewegung besonders wichtig für die Entwicklung funktionaler Oberflächencharakteristika ist. Die perizelluläre Matrix emergiert als entscheidend für ordnungsgemäße Mechanotransduktion, wobei Chondrozyten mit intakten perizellulären Beschichtungen günstiger auf Kompression reagieren als isolierte Zellen. Dies hebt die Wichtigkeit der Aufrechterhaltung struktureller Knorpelintegrität für
Synthèse complète : Déformation, lubrification et effets de l'exercice sur le cartilage articulaire
Vue d'ensemble générale
Le domaine de la biomécanique du cartilage articulaire a évolué vers un champ multidisciplinaire sophistiqué qui intègre les technologies d'imagerie avancées, la biologie moléculaire et les principes d'ingénierie mécanique pour comprendre comment le cartilage répond aux sollicitations mécaniques. Les recherches démontrent un consensus remarquable selon lequel le cartilage est un tissu mécaniquement réactif dont la santé dépend de patterns de sollicitation appropriés plutôt que d'une minimisation des charges. Ce changement de paradigme, passant d'une vision des forces mécaniques comme purement destructrices à la reconnaissance de leur rôle essentiel dans l'homéostasie cartilagineuse, représente une avancée fondamentale en sciences musculosquelettiques.
Les preuves révèlent de manière cohérente que le cartilage présente des réponses immédiates et transitoires aux sollicitations mécaniques, incluant des réductions temporaires d'épaisseur et des changements compositionnels qui récupèrent typiquement dans les 30 à 90 minutes post-exercice. Cette capacité de récupération semble être une caractéristique du cartilage sain, tandis qu'une récupération altérée caractérise les conditions pathologiques. La recherche a évolué d'études de compression simples vers des investigations multi-modales complexes examinant les voies de mécanotransduction, les réponses cellulaires et les relations intriquées entre stimulation mécanique et adaptation tissulaire.
Les investigations actuelles se concentrent de plus en plus sur la compréhension des paramètres de chargement optimaux qui promeuvent la santé cartilagineuse tout en identifiant les seuils au-delà desquels la sollicitation devient délétère. Le domaine s'est déplacé au-delà des études descriptives vers des investigations mécanistiques examinant comment les chondrocytes perçoivent les forces mécaniques à travers les canaux ioniques, les hémicanaux de connexine et les voies de signalisation calcique, traduisant finalement ces signaux en réponses cellulaires bénéfiques ou néfastes.
Principales découvertes par région articulaire
Le cartilage du genou, particulièrement les compartiments tibio-fémoral et patello-fémoral, domine le paysage de recherche et fournit la compréhension la plus complète des réponses cartilagineuses à la sollicitation. Les études démontrent de manière constante des réponses spécifiques aux compartiments, avec des changements plus importants du compartiment médial lors d'activités en charge. Le cartilage patello-fémoral présente des coefficients de friction plus élevés et une distribution réduite de lubricine comparé aux régions tibio-fémorales, suggérant des défis biomécaniques uniques. Les individus avec reconstruction du ligament croisé antérieur montrent des patterns de charge altérés et des réponses cartilagineuses potentiellement compromises, tandis que ceux avec arthrose du genou démontrent une déformation plus importante suivant la sollicitation et une capacité de récupération altérée.
La recherche sur le cartilage de hanche révèle des découvertes préoccupantes chez les athlètes d'élite, avec des preuves de changements dégénératifs accélérés malgré des mécanismes de réparation simultanément améliorés. Les mesures de pression in vivo démontrent que les articulations coxo-fémorales subissent des forces dépassant substantiellement 18 MPa lors d'activités quotidiennes, bien supérieures aux estimations précédentes. L'incongruence de surface articulaire émerge comme une adaptation bénéfique qui distribue les charges et promeut la circulation fluidique, remettant en question les suppositions conventionnelles sur la géométrie articulaire optimale.
Les investigations du cartilage de cheville et talaire se concentrent fortement sur les populations avec instabilité chronique de cheville, révélant une déformation cartilagineuse accrue et des propriétés mécaniques altérées. Ces études démontrent que l'instabilité articulaire compromet le comportement mécanique normal du cartilage et peut prédisposer aux changements dégénératifs. La recherche sur l'articulation temporo-mandibulaire montre des patterns de charge uniques avec une prédominance du côté d'équilibrage lors d'activités masticatoires, et révèle que l'ablation discale double les coefficients de friction tandis que la consommation d'aliments mous réduit l'épaisseur du cartilage condylien.
Types de sollicitation et activités
La recherche révèle des relations dose-réponse complexes entre différentes activités et la santé cartilagineuse. La course démontre de manière constante des effets protecteurs plutôt que néfastes dans la plupart des populations, avec le marathon causant des réductions d'épaisseur de 5 à 8% qui récupèrent complètement dans les 24 à 90 minutes. Les marathoniens montrent une synthèse de collagène protecteur accrue tout en diminuant simultanément les marqueurs de dégradation, suggérant que l'exercice d'endurance promeut un renouvellement cartilagineux favorable.
La sollicitation dynamique émerge comme supérieure à la compression statique à travers multiples études. La compression cyclique à 2,5-5% de déformation promeut des réponses cartilagineuses bénéfiques et améliore la synthèse matricielle, tandis qu'une sollicitation excessive au-delà de 15% de déformation s'avère délétère et peut causer des dommages cellulaires. La sollicitation intermittente avec des périodes de repos appropriées promeut un métabolisme bénéfique, tandis qu'une sollicitation continue ou excessive mène à la perte de protéoglycanes et au dysfonctionnement cellulaire.
L'entraînement par intervalles à haute intensité et les taux de chargement rapides sont associés à un stress cartilagineux plus important comparé aux activités en état stable, bien que des fréquences d'exercice modérées apparaissent plus bénéfiques que les régimes intensifs. La recherche établit des paramètres de chargement optimaux, tels qu'un stress de 0,5 MPa avec des intervalles de repos de 100 secondes pour promouvoir la synthèse de matrice cartilagineuse. Importamment, l'historique et le pattern de sollicitation importent plus que la magnitude absolue, avec les individus habituellement actifs montrant des réponses cartilagineuses réduites aux défis d'exercice, suggérant des effets de conditionnement bénéfiques.
Méthodes de mesure
Les techniques d'imagerie avancées dominent le paysage de recherche, avec l'IRM quantitative émergeant comme l'étalon-or pour évaluer la composition et structure cartilagineuses. La cartographie de relaxation T2, T1ρ et T2* détecte fréquemment des changements aigus dans l'hydratation cartilagineuse et l'organisation matricielle suivant la sollicitation mécanique. Les études de cartographie T2 montrent de manière constante des temps de relaxation diminués après la course, indiquant une perte fluidique et des changements biochimiques, tandis que les valeurs T1ρ peuvent rester élevées pendant des mois suivant un exercice intensif comme le marathon.
L'imagerie ultrasonore gagne en prééminence pour mesurer les changements d'épaisseur cartilagineuse, offrant des capacités d'évaluation en temps réel qui complètent les découvertes IRM. Les biomarqueurs sanguins et du liquide synovial, particulièrement la protéine matricielle oligomérique du cartilage (COMP) et diverses métalloprotéinases matricielles, fournissent des insights sur les réponses métaboliques cartilagineuses. Les biomarqueurs du liquide synovial apparaissent plus sensibles que l'imagerie pour détecter les changements cartilagineux précoces, particulièrement dans les populations athlétiques.
Les approches sophistiquées de test mécanique vont de la microscopie à force atomique pour la caractérisation à l'échelle nanométrique aux systèmes de chargement articulaire complet employant des conditions physiologiquement pertinentes. Les techniques nouvelles incluent les méthodes IRM d'encodage de déplacement atteignant une résolution au niveau cellulaire, les bioréacteurs spécialisés de test de friction et les approches d'apprentissage machine pour la détection automatisée de dommages. La modélisation computationnelle multi-échelle lie de plus en plus la mécanique au niveau articulaire à la déformation cellulaire à travers des approches d'éléments finis avancées.
Récupération et pertinence clinique
La capacité de récupération cartilagineuse émerge comme un déterminant critique de la santé articulaire, avec le cartilage sain démontrant une résilience remarquable au stress mécanique à travers une récupération complète d'une déformation substantielle. Les temps de récupération varient de 15 à 90 minutes pour la plupart des protocoles de chargement, avec cette capacité de récupération apparaissant compromise dans les conditions pathologiques incluant l'arthrose et suivant les blessures articulaires.
Les populations cliniques montrent de manière constante des réponses cartilagineuses altérées comparées aux individus sains. Les patients avec reconstruction du ligament croisé antérieur ayant des niveaux d'activité quotidienne plus bas montrent des augmentations de biomarqueurs plus importantes après les tests de marche, suggérant que l'activité régulière peut fournir des effets de conditionnement protecteurs. Les adultes âgés démontrent des changements liés à l'âge dans les propriétés mécaniques cartilagineuses et une capacité de déformation réduite, tandis que le cartilage arthrosique présente des réponses mécaniques altérées avec une distribution de charge altérée.
La recherche établit des seuils mécaniques clairs pour les dommages cellulaires, avec 8% de déformation identifiée comme un niveau critique pour la mort chondrocytaire. Cependant, la sollicitation mécanique modérée s'avère protectrice ou thérapeutique, tandis qu'une sollicitation excessive déclenche un stress oxydatif néfaste et des cascades inflammatoires. Ces découvertes ont des implications importantes pour les protocoles de réhabilitation, suggérant qu'une stimulation mécanique appropriée devrait être maintenue même dans les articulations blessées ou dégénératives, mais dans des paramètres soigneusement contrôlés.
Lubrification et liquide synovial
Les mécanismes de lubrification articulaire représentent un système multimodal sophistiqué qui s'ajuste automatiquement basé sur les conditions de chargement. La pressurisation fluidique interstitielle émerge comme le mécanisme de lubrification dominant plutôt que la lubrification limite seule, avec de fortes corrélations entre le support de charge fluidique et les coefficients de friction. Les articulations normales maintiennent des films gel protecteurs d'approximativement 1 micron d'épaisseur lors du chargement physiologique, tandis que les conditions inflammatoires réduisent dramatiquement cette épaisseur de couche protectrice.
La lubricine (PRG4) émerge de manière constante comme cruciale pour la santé articulaire, avec son expression corrélant directement avec la qualité de lubrification et les effets chondroprotecteurs. Les forces mécaniques régulent directement l'expression de lubricine à travers les voies TGF-β et CREB, établissant une boucle de rétroaction positive où la sollicitation appropriée améliore la capacité de lubrification. L'exercice augmente généralement l'expression de lubricine, améliorant la synthèse matricielle et activant les voies protectrices, bien qu'une intensité d'exercice excessive puisse compromettre ces effets bénéfiques.
L'acide hyaluronique démontre des propriétés de lubrification limite supérieures et révèle des interactions complexes avec les phospholipides dans la lubrification articulaire. Cependant, les ions calcium dans les articulations arthrosiques altèrent les propriétés lubrifiantes de l'acide hyaluronique et de la lubricine, suggérant que les changements inflammatoires compromettent simultanément multiples aspects de la lubrification articulaire. Le concept de "réhydratation tribologique" émerge comme un mécanisme nouveau par lequel le mouvement de glissement conduit activement la récupération fluidique dans le cartilage compressé à travers des effets hydrodynamiques.
La recherche reconnaît de plus en plus que la fonction protectrice primaire du cartilage peut être de prévenir la défaillance par fatigue plutôt que simplement réduire la friction. Surprenamment, le cartilage dégradé enzymatiquement peut maintenir une lubrification normale lors du glissement, suggérant que la déformation tissulaire excessive plutôt que la friction conduit la progression arthrosique.
Effets d'échauffement et de préconditionnement
La recherche révèle d'importants effets de préconditionnement par lesquels la sollicitation préalable ou les activités d'échauffement modifient les réponses cartilagineuses subséquentes aux défis mécaniques. L'activité physique régulière conditionne le cartilage à mieux résister à la sollicitation aiguë, avec les individus habituellement actifs montrant des réponses cartilagineuses réduites aux défis d'exercice. Ceci suggère que la stimulation mécanique constante améliore la capacité adaptative et la résilience cartilagineuses.
Le préconditionnement mécanique améliore significativement les propriétés du cartilage naturel et ingénieré, avec le mouvement de glissement particulièrement important pour développer les caractéristiques de surface fonctionnelles. La matrice péricellulaire émerge comme cruciale pour une mécanotransduction appropriée, avec les chondrocytes ayant des revêtements péricellulaires intacts répondant plus favorablement à la compression que les cellules isolées. Ceci souligne l'importance de maintenir l'intégrité structurelle du cartilage pour des réponses mécaniques optimales.
Les effets d'échauffement s'étendent aux niveaux cellulaire et moléculaire, avec des protocoles de sollicitation appropriés améliorant les réponses cellulaires et améliorant les propriétés tissulaires. La sollicitation mécanique modérée améliore l'expression génique bénéfique incluant l'agrécane, le collagène II et PRG4 tandis qu'une sollicitation excessive déclenche des cascades inflammatoires. La recherche suggère que les protocoles de chargement gradués peuvent optimiser la préparation du cartilage aux défis mécaniques subséquents, bien que les paramètres d'échauffement optimaux restent à établir complètement.
Lacunes et directions futures
Malgré des avancées significatives, d'importantes lacunes demeurent dans la compréhension de la biomécanique cartilagineuse. La recherche limitée investigue directement les relations entre différents mécanismes de lubrification et leurs contributions relatives sous diverses conditions de chargement. La dynamique temporelle des voies de mécanotransduction et la rapidité avec laquelle le cartilage peut s'adapter aux environnements
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This study investigated whether combining joint lavage (washing) with meniscus progenitor cell (MPC) transplantation could improve meniscus repair in rats with partial meniscus removal. The researchers used rat models to test the combined therapy against individual treatments, measuring tissue regeneration, inflammatory markers, and biomechanical properties, while also examining how the inflammatory molecule IL-1β affects MPC function in laboratory conditions. The results showed that joint lavage significantly reduced inflammatory cytokines that normally impair MPC function, and the combined treatment produced superior meniscus regeneration with better collagen formation, preserved cartilage health, and improved mechanical properties compared to either treatment alone. These findings suggest that reducing joint inflammation through lavage before cell therapy creates a better environment for meniscus repair, offering a practical and cost-effective approach that could be readily translated to clinical practice.
Diese Studie untersuchte, ob die Kombination aus Gelenkspülung und Meniskus-Vorläuferzellen (MPCs) die Meniskusregeneration in Rattenmodellen verbessert. Die Forscher verwendeten partielle Meniskektomie-Modelle und analysierten sowohl die Auswirkungen entzündlicher Mediatoren wie IL-1β auf MPC-Funktionen als auch die therapeutische Wirksamkeit der kombinierten Behandlung. Die Ergebnisse zeigten, dass die Gelenkspülung entzündungshemmend wirkt und die durch IL-1β beeinträchtigten MPC-Funktionen (Migration, Proliferation, chondrogene Differenzierung) wiederherstellt. Die Kombinationstherapie führte zu einer vollständigeren Meniskusregeneration, verbesserter Kollagen-II-Ablagerung, erhaltener Knorpelintegrität und besseren biomechanischen Eigenschaften im Vergleich zu den Einzelbehandlungen.
Cette étude visait à évaluer l'efficacité thérapeutique de la combinaison du lavage articulaire avec la transplantation de cellules progénitrices méniscales (MPC) pour traiter les lésions méniscales dans un contexte inflammatoire. Les chercheurs ont utilisé des modèles de méniscectomie partielle chez le rat et analysé les effets de l'IL-1β sur les fonctions des MPC, en comparant les résultats du traitement combiné versus les thérapies individuelles. Les résultats démontrent que le lavage articulaire réduit significativement les cytokines inflammatoires intra-articulaires, améliorant ainsi la migration, prolifération et différenciation chondrogénique des MPC. Le traitement combiné a favorisé une régénération méniscale plus complète avec un dépôt accru de collagène de type II, une préservation de l'intégrité cartilagineuse et des propriétés biomécaniques supérieures comparé aux traitements isolés.
This study investigated the electrical properties of cartilage when subjected to mechanical loading. The researchers identified two distinct electrical mechanisms: a brief, high-amplitude piezoelectric-like response and a prolonged, lower-amplitude response caused by streaming potentials that occur when fluid moves through the cartilage matrix. The findings reveal that cartilage becomes electrically polarized during deformation, which may contribute to joint lubrication mechanisms. These electrical responses could represent important biomechanical processes that help maintain healthy joint function during movement.
Diese Studie untersuchte das elektrische Verhalten von Knorpelgewebe unter mechanischer Belastung. Die Forscher analysierten die elektrische Polarisation, die bei Knorpeldeformation auftritt, und identifizierten dabei zwei verschiedene Mechanismen. Die Ergebnisse zeigten sowohl eine kurzandauernde, hochamplitudige piezoelektrische Reaktion als auch eine längerandauernde, niederamplitudige Reaktion durch Strömungspotentiale. Die Autoren schlussfolgern, dass diese elektrische Polarisation des Gelenkknorpels während der Belastung möglicherweise zur Gelenkschmierung beitragen könnte.
Cette étude avait pour objectif d'analyser le comportement électrique du cartilage articulaire lors de sa déformation mécanique. Les auteurs ont identifié deux mécanismes distincts responsables de la polarisation électrique du cartilage sous contrainte : une réponse piézoélectrique de courte durée et de forte amplitude, et une réponse plus prolongée de faible amplitude liée aux potentiels d'écoulement. Les résultats suggèrent que cette polarisation électrique du cartilage articulaire pourrait théoriquement contribuer à améliorer la lubrification articulaire lors de la mise en charge.
This study aimed to comprehensively examine the anatomy and histology of the human temporomandibular joint (TMJ) to understand its structure-function relationships and disease mechanisms. The researchers used anatomical and histological analysis to investigate the meniscus, ligaments, muscle attachments, and articular surfaces of the TMJ.
The key findings revealed that the meniscus moves together with the mandibular condyle during jaw translation, with specific regions (gracilis and pars posterior) bearing frictional loads during different phases of jaw movement. The study identified that abnormal condyle positioning, potentially caused by orthodontic procedures, can lead to excessive bone remodeling and osteoarthritis development.
The research provides important insights into TMJ biomechanics, showing how the lateral ligament restrains joint movement and how the transitional zone plays a critical role in osteoarthritis progression when subjected to abnormal pressure.
Diese anatomisch-histologische Studie untersuchte die strukturellen Eigenschaften des menschlichen Kiefergelenks, um die biomechanischen Funktionen seiner Komponenten zu verstehen. Mittels detaillierter anatomischer und histologischer Analysen wurden die Verbindungen zwischen Meniskus, Kondylus und umgebenden Strukturen sowie deren Bewegungsmuster charakterisiert. Die Hauptergebnisse zeigen, dass der Meniskus fest mit dem Kondylus verbunden ist und beide während translatorischer Bewegungen gemeinsam agieren, wobei das Lateralband als primäre Führungsstruktur fungiert und der Meniskus durch seine medial dickere Struktur Inkongruenzen zwischen den Gelenkflächen ausgleicht. Die Studie identifizierte außerdem, dass pathologische Kondyluspositionen zu verstärktem Remodeling und letztendlich zu osteoarthritischen Veränderungen führen können, insbesondere wenn die Übergangszone unter abnormalen Druck gerät.
Cette étude examine l'anatomie et l'histologie de l'articulation temporo-mandibulaire humaine pour mieux comprendre sa structure et sa fonction. L'analyse anatomique et histologique révèle que le ménisque est fermement attaché au condyle mandibulaire et se déplace conjointement avec celui-ci lors des mouvements de translation, tandis que le ligament latéral constitue le principal élément de stabilisation articulaire. Les résultats montrent que le ménisque, plus épais médialement que latéralement, compense les incongruités entre les surfaces articulaires, et que certaines parties spécifiques (gracilis et pars posterior) sont particulièrement exposées aux frictions lors des mouvements mandibulaires. L'étude identifie également que le remodelage excessif des surfaces articulaires, souvent causé par des positions anormales du condyle, peut conduire à des conditions arthrosiques, particulièrement au niveau de la zone transitionnelle où la prolifération cellulaire peut transformer le cartilage en os.
This study aimed to investigate the lubrication mechanisms in human joints using an improved experimental approach. The researchers developed a new pendulum machine that could apply sudden loads to joints while directly measuring frictional torque, then tested natural hip joints under various loading conditions. The results revealed that human hip joints use different lubrication mechanisms depending on the situation: squeeze film lubrication occurs during sudden loading, self-generated fluid films operate at low loads, and boundary lubrication becomes important at higher loads. A single test on an arthritic hip showed dramatically increased friction (15-fold higher than normal), highlighting how joint disease severely impairs the natural lubrication system.
Diese Studie zielte darauf ab, die Reibungseigenschaften und Schmierungsmechanismen menschlicher Gelenke mit einer neuartigen Pendel-Messapparatur zu untersuchen. Die Forscher entwickelten eine spezielle Pendelmaschine, die plötzliche Belastungen auf Gelenke ausüben und gleichzeitig das Reibungsmoment direkt messen kann, wobei natürliche Hüftgelenke als Drehpunkt fungierten. Die Ergebnisse zeigten verschiedene Schmierungsregime: Squeeze-Film-Schmierung bei plötzlicher Belastung, selbsterzeugte Flüssigkeitsfilme bei geringen Lasten und Grenzflächenschmierung bei höheren Belastungen - Mechanismen, die während normaler Aktivitäten wie dem Gehen auftreten. Ein zusätzliches Experiment an einem Hüftgelenk eines Patienten mit schwerer rheumatoider Arthritis zeigte einen 15-fach erhöhten Reibungswiderstand im Vergleich zu gesunden Gelenken.
Cette étude visait à développer une nouvelle méthode d'analyse de la lubrification articulaire humaine en utilisant un système de pendule perfectionné. Les chercheurs ont conçu une machine pendulaire innovante permettant d'appliquer des charges soudaines à l'articulation et de mesurer directement le couple de friction sur des hanches humaines naturelles. Les résultats révèlent trois mécanismes de lubrification distincts : une lubrification par film comprimé lors de charges soudaines, un processus de film fluide auto-généré sous faibles charges, et une lubrification limite sous charges élevées, ces mécanismes étant applicables aux activités normales comme la marche. Une expérience sur une hanche atteinte de polyarthrite rhumatoïde sévère a montré une résistance frictionnelle quinze fois supérieure à celle d'une hanche normale.
This study examined whether vigorous running affects the recovery of knee cartilage after immobilization-induced damage in dogs. Researchers immobilized dog legs in casts for 6 weeks to cause cartilage atrophy, then compared recovery between dogs that resumed normal walking versus those that ran 6 miles daily on a treadmill for 3 weeks, measuring cartilage thickness, composition, and proteoglycan function. After cast removal, normal walking allowed complete recovery of all cartilage properties within 3 weeks, but intensive running prevented this recovery and maintained the atrophic changes including reduced thickness, decreased proteoglycan content, and impaired proteoglycan-hyaluronic acid binding. The findings suggest that while moderate activity promotes cartilage healing after immobilization, excessive exercise may inhibit recovery and perpetuate cartilage damage.
Diese Studie untersuchte, ob intensive Bewegung die Erholung von Knorpelatrophie nach Immobilisation beeinflusst. Forscher immobilisierten Hundebeine für 6 Wochen in Gipsverbänden und ließen die Tiere anschließend entweder frei laufen oder täglich 6 Meilen auf einem Laufband trainieren. Nach freiem Laufen normalisierten sich alle atrophischen Veränderungen des Knorpels (Dicke, Proteoglykangehalt, Matrixqualität) vollständig innerhalb von 3 Wochen. Das intensive Laufbandtraining verhinderte jedoch diese Erholung - der Knorpel blieb dünn, der Proteoglykangehalt niedrig und die Matrixqualität beeinträchtigt, trotz erhöhter Proteoglykansynthese.
Cette étude examine l'effet de l'exercice physique intense sur la réversibilité de l'atrophie du cartilage du genou canin induite par l'immobilisation. Les chercheurs ont immobilisé des pattes de chiens dans un plâtre pendant 6 semaines, puis ont comparé la récupération du cartilage lors d'une déambulation libre versus un exercice intensif sur tapis roulant (10 km/jour) pendant 3 semaines. Après l'immobilisation, le cartilage présentait une augmentation de la teneur en eau, une diminution de l'épaisseur, du contenu en acide uronique et de la synthèse de protéoglycanes, ainsi qu'une altération de l'interaction avec l'acide hyaluronique. Alors que la déambulation libre permettait une récupération complète de ces paramètres, l'exercice intensif empêchait cette récupération et maintenait les altérations structurelles et biochimiques du cartilage malgré une synthèse accrue de protéoglycanes.
This study examined how different mechanical loading conditions affect the biochemical composition of articular cartilage in rabbit knees over 24-27 days. Researchers compared cartilage from immobilized joints, exercised joints (running), and joints with increased weight bearing, analyzing proteoglycan extractability, composition, and aggregation properties using biochemical assays. The key findings showed that immobilization reduced strongly-bound proteoglycans and impaired their ability to form aggregates with hyaluronic acid, while increased exercise elevated easily extractable proteoglycans. Increased weight bearing had opposite effects to immobilization, increasing strongly-bound proteoglycans and promoting accumulation of keratan sulfate-rich proteoglycans and collagen, suggesting that mechanical loading stimulates cartilage matrix strengthening.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen verschiedener mechanischer Belastungen auf die Proteoglykan-Zusammensetzung im Gelenkknorpel von Kaninchen über 24-27 Tage. Die Forscher verglichen drei Bedingungen: Immobilisation mit einer Plastikschiene, Lauftraining und erhöhte Gewichtsbelastung des kontralateralen Knies. Die Immobilisation führte zu einer reduzierten Fraktion schwer extrahierbarer Proteoglykane und beeinträchtigter Aggregatbildung mit Hyaluronsäure, während körperliche Aktivität die leicht extrahierbaren Proteoglykane erhöhte. Erhöhte Gewichtsbelastung bewirkte eine Zunahme der fest im Gewebe verankerten Proteoglykane sowie Hinweise auf eine Akkumulation von Keratansulfat-reichen Proteoglykanen und erhöhten Kollagengehalt.
Cette étude a évalué les modifications des protéoglycanes du cartilage articulaire du genou de lapin soumis à l'immobilisation, à la course ou à une charge pondérale accrue pendant 24-27 jours. Les chercheurs ont analysé l'extractibilité des protéoglycanes au chlorure de guanidinium 4M, leur composition en glycosaminoglycanes et leur capacité d'agrégation avec l'acide hyaluronique. L'immobilisation a réduit la fraction de protéoglycanes non extractibles et leur capacité d'agrégation, tout en augmentant le contenu en sulfate de chondroïtine. À l'inverse, l'exercice accru a augmenté les protéoglycanes extractibles, tandis que la charge pondérale a favorisé l'accumulation de protéoglycanes riches en sulfate de kératane et a augmenté la concentration en hydroxyproline.
This study aimed to investigate whether the natural incongruency (imperfect fit) between hip joint surfaces creates a pumping mechanism that circulates synovial fluid for nutrition and lubrication. The researchers used X-ray screening to track barium sulphate drops placed between the articular surfaces of hip joints under varying loads. They observed that loading the joint spread the barium between the surfaces and pushed a significant portion into the joint cavity (fossa), while unloading drew all the barium back into the intercartilage space. These findings support the hypothesis that joint incongruency acts as a systematic pump, circulating synovial fluid throughout the hip joint to enhance cartilage nutrition and lubrication during normal movement and loading cycles.
Diese Studie untersuchte die Hypothese, dass die Inkongruenz des Hüftgelenks als Pumpmechanismus für die Synovialflüssigkeitszirkulation fungiert. Die Forscher verwendeten Röntgenuntersuchungen mit Bariumsulfat als Kontrastmittel, um die Bewegung der Flüssigkeit zwischen den Gelenkflächen unter verschiedenen Belastungsbedingungen zu verfolgen. Die Beobachtungen zeigten, dass sich das Kontrastmittel unter Belastung zwischen den Knorpeloberflächen ausbreitete und in die Fossa extrudiert wurde, während es bei Entlastung wieder zurückgezogen wurde. Diese Ergebnisse unterstützen das Konzept einer systematischen Flüssigkeitszirkulation im Hüftgelenk, die zur Ernährung und Schmierung des Gelenkknorpels beiträgt.
Cette étude explore l'hypothèse que l'incongruence articulaire de la hanche fonctionne comme une pompe pour faire circuler le liquide synovial dans la cavité articulaire. Les chercheurs ont utilisé le sulfate de baryum comme marqueur radiographique, observant par radioscopie son comportement entre les surfaces articulaires sous charge et décharge. Ils ont constaté que sous charge, le marqueur s'étendait entre les surfaces cartilagineuses et était en partie expulsé vers la fosse acétabulaire, puis rappelé lors de la réduction de la charge. Ces observations supportent le concept d'une circulation systématique du liquide synovial dans l'articulation de la hanche, facilitant la nutrition et la lubrification du cartilage.
This study aimed to directly measure contact pressures in the human hip joint during real-world activities using novel in vivo technology. The researchers implanted an instrumented femoral head prosthesis equipped with pressure sensors that transmitted data from 10 locations at 253 Hz, and collected measurements for over one year during various activities while synchronizing with movement and force data. The study revealed extremely high local cartilage pressures (up to 18 MPa) with steep spatial and temporal gradients that were considerably higher than previous laboratory estimates, particularly during normal movements involving muscle co-contraction. These findings suggest that current gait analysis methods underestimate actual joint forces and have important implications for understanding osteoarthritis development, designing hip prostheses, and developing rehabilitation protocols.
Diese Studie zielte darauf ab, die Druckbelastungen im menschlichen Hüftgelenk erstmals direkt in vivo zu messen. Die Forscher implantierten eine instrumentierte Femurkopfprothese mit 10 Drucksensoren, die 253 Mal pro Sekunde telemetrische Daten übertrug, wobei gleichzeitig Bewegungsanalysen und Bodenkraftmessungen durchgeführt wurden. Die Messungen über mehr als ein Jahr ergaben extrem hohe lokale Druckspitzen von bis zu 18 MPa mit starken räumlichen und zeitlichen Gradienten, die deutlich höher waren als bisherige In-vitro-Messungen. Diese Ergebnisse zeigen, dass herkömmliche Ganganalysen die tatsächlichen Gelenkbelastungen unterschätzen, da sie die durch Muskel-Kokontraktion entstehenden zusätzlichen Kräfte nicht erfassen können.
Cette étude visait à mesurer directement les pressions exercées sur le cartilage articulaire de la hanche humaine in vivo. Les chercheurs ont utilisé une prothèse fémorale instrumentée capable de télémétrer les pressions interarticulaires en 10 points discrets à 253 Hz, implantée contre le cartilage acétabulaire naturel, avec acquisition de données synchronisées aux mesures cinématiques et dynamiques pendant plus d'un an. Les résultats révèlent des pressions locales très élevées (jusqu'à 18 MPa) et non uniformes, avec des gradients spatio-temporels abrupts, significativement supérieures aux pressions mesurées in vitro, particulièrement lors des mouvements impliquant une co-contraction musculaire. Ces données remettent en question les analyses de marche conventionnelles qui sous-estiment les forces articulaires réelles et ont des implications importantes pour la compréhension de la tribologie articulaire, l'arthrose, et la conception des prothèses de hanche.
This study investigated how different mechanical loading conditions affect cartilage development in growing rabbits by splinting one knee joint in extension for 1-8 weeks. The researchers analyzed biochemical changes in cartilage from both the immobilized (decreased loading) and contralateral weight-bearing (increased loading) limbs, measuring proteoglycan composition, hyaluronic acid, keratan sulfate, and collagen content.
The key findings showed that increased loading accelerated normal cartilage maturation, promoting accumulation of tightly-bound, keratan sulfate-rich proteoglycans and hyaluronic acid, while decreased loading disrupted this maturation process by inhibiting these same accumulation patterns. The tibial medial condyle showed the most pronounced changes, with increased loading leading to replacement of extractable proteoglycans with more highly sulfated, non-extractable forms that are characteristic of mature cartilage.
Diese Studie untersuchte den Einfluss unterschiedlicher mechanischer Belastung auf die Knorpelreifung bei 4 Monate alten Kaninchen, deren rechte Knie für 1-8 Wochen ruhiggestellt wurden. Die Forscher analysierten biochemische Veränderungen im Gelenkknorpel unter verminderter Belastung (ruhiggestelltes Bein) und erhöhter Belastung (kontralaterales Bein durch Gewichtsverlagerung) mittels Messung von Proteoglykanen, Hyaluronsäure und Kollagen. Erhöhte Belastung beschleunigte die normale Knorpelreifung durch vermehrte Anreicherung von Hyaluronsäure und Keratansulfat-reichen Proteoglykanen, während verminderte Belastung die Reifungsprozesse störte und die Akkumulation nicht-extrahierbarer Proteoglykane hemmte. Die stärksten Veränderungen zeigten sich im medialen Tibiakondylus, wo der Keratansulfat-Gehalt am höchsten war.
Cette étude a examiné l'effet de la charge articulaire sur la maturation de la matrice protéoglycanique du cartilage articulaire chez de jeunes lapins. Les chercheurs ont immobilisé le genou droit de lapins de 4 mois pendant 1 à 8 semaines, créant ainsi une diminution de charge sur la patte immobilisée et une augmentation compensatoire sur la patte controlatérale. L'augmentation de charge a accéléré la maturation cartilagineuse normale, caractérisée par l'accumulation d'acide hyaluronique et de protéoglycanes riches en sulfate de kératane fermement liés au tissu, tandis que la réduction de charge a perturbé ce processus de maturation. Les modifications les plus importantes ont été observées au niveau du condyle médial tibial, suggérant que la charge mécanique joue un rôle crucial dans le développement et la maturation de la matrice cartilagineuse.
This study investigated how moderate running exercise affects the composition of proteoglycans (key structural molecules) in knee cartilage of young dogs. Young Beagle dogs were subjected to 15 weeks of running at 4 km/day, after which researchers analyzed proteoglycan levels and types at cartilage contact sites including the patella, patellofemoral groove, and medial femoral condyle. The results showed increased proteoglycan levels at all contact sites, with the increases consisting specifically of non-aggregating proteoglycans (rather than the typical aggregating type) and higher levels of chondroitin-6-sulfate compared to chondroitin-4-sulfate. The authors conclude that these changes represent beneficial tissue maturation and adaptation to the increased mechanical loading from running exercise.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen moderater Laufbelastung auf die Proteoglykan-Zusammensetzung im Kniegelenkknorpel junger Beagle-Hunde. Die Hunde liefen 15 Wochen lang täglich 4 km, anschließend wurde der Knorpel an verschiedenen Kontaktstellen biochemisch analysiert. Die Ergebnisse zeigten erhöhte Proteoglykan-Spiegel an belasteten Gelenkflächen (Patella, Patellofemoralrinne, medialer Femurkondylus), wobei insbesondere nicht-aggregierende Proteoglykane und Chondroitin-6-Sulfat (im Verhältnis zu Chondroitin-4-Sulfat) zunahmen. Die Autoren interpretieren diese Veränderungen als physiologische Anpassung des Knorpels an erhöhte mechanische Belastung und als Zeichen beschleunigter Gewebereifung.
Cette étude visait à analyser les modifications des protéoglycanes dans le cartilage articulaire du genou chez de jeunes chiens Beagle soumis à un exercice de course modéré (4 km/jour pendant 15 semaines). Les chercheurs ont mesuré les niveaux et types de protéoglycanes aux sites de contact articulaire (rotule, gorge patellofémorale supérieure, sommet du condyle médial fémoral) par analyse biochimique incluant le dosage d'acide uronique et l'analyse des disaccharides dérivés de chondroïtinase AC. L'exercice a entraîné une augmentation des protéoglycanes non-agrégants (incapables de s'associer à l'acide hyaluronique) et une élévation du ratio chondroïtine-6-sulfate/chondroïtine-4-sulfate aux sites de contact. Ces modifications de la matrice protéoglycanique reflètent une maturation tissulaire accélérée et un ajustement physiologique aux pressions de contact locales plus élevées.
This study investigated how proteoglycans (key cartilage molecules) are naturally lost from articular cartilage tissue in the absence of enzymatic breakdown. The researchers used bovine cartilage explants treated with proteinase inhibitors to block enzyme activity, then analyzed the size, structure, and binding properties of proteoglycans released into the culture medium over time, comparing results with and without inhibitors.
The key findings showed that proteoglycans can passively move through and exit cartilage tissue even without enzymatic degradation, with loss rates dependent on surface area and temperature but occurring equally from all cartilage surfaces. The temperature dependence and calculated activation energy suggested this passive loss involves breaking of electrostatic and hydrogen bonds rather than simple diffusion, indicating that proteoglycans are not permanently fixed within the cartilage matrix but can naturally migrate through the tissue structure.
Diese Studie untersuchte den passiven Verlust von Proteoglykanen aus Gelenkknorpel-Explantaten unter Verwendung von Proteaseinhibitoren, um enzymatische Abbauprozesse zu blockieren und reine physikalische Transportmechanismen zu analysieren. Die Forscher kultivierten bovine Knorpelexplantate mit verschiedenen Proteaseinhibitoren und analysierten die in das Medium abgegebenen Proteoglykane hinsichtlich ihrer Struktur und Bindungseigenschaften. Die Ergebnisse zeigten, dass Proteoglykane auch ohne enzymatischen Abbau passiv aus dem Knorpelgewebe freigesetzt werden, wobei dieser oberflächenabhängige Prozess temperaturabhängig ist und eine Aktivierungsenergie aufweist, die elektrostatischen und Wasserstoffbrückenbindungen entspricht. Dies deutet darauf hin, dass Proteoglykane frei durch die extrazelluläre Matrix diffundieren können, wobei der Transport nicht allein durch einfache Diffusion, sondern auch durch molekulare Bindungsinteraktionen reguliert wird.
Cette étude visait à caractériser la perte passive de protéoglycanes du cartilage articulaire en utilisant des inhibiteurs de protéases pour distinguer les mécanismes passifs des processus métaboliques actifs. Les chercheurs ont cultivé des explants de cartilage articulaire bovin adulte en présence d'un cocktail d'inhibiteurs de protéases et ont analysé les protéoglycanes libérés dans le milieu de culture. Les résultats montrent que les protéoglycanes peuvent se déplacer passivement à travers la matrice extracellulaire du cartilage, avec une perte dépendante de la surface et de la température, suggérant un mécanisme contrôlé par des interactions électrostatiques et des liaisons hydrogène plutôt que par simple diffusion. L'énergie d'activation calculée pour cette perte était similaire aux énergies de liaison électrostatiques et hydrogène, indiquant que le mouvement des protéoglycanes implique la rupture et la reformation de ces interactions moléculaires.
This study aimed to develop an artificial articular cartilage using poly(vinyl alcohol)-hydrogel (PVA-H) as an alternative to existing materials like polyethylene. The researchers evaluated PVA-H through mechanical testing (including lubrication properties, stress transmission, and wear resistance) and biocompatibility assessment via histological examination of implanted samples in animal models over 8-52 weeks. Key findings showed that PVA-H demonstrated superior lubrication characteristics with thicker fluid films under pressure and better shock absorption compared to polyethylene, though it had higher wear rates. The material showed excellent biocompatibility with no inflammatory or degenerative tissue responses and could be successfully attached to bone using composite techniques, suggesting promise as an artificial cartilage material despite some remaining challenges.
Diese Studie zielte darauf ab, einen künstlichen Gelenkknorpel auf Basis von Poly(vinylalkohol)-Hydrogel (PVA-H) zu entwickeln, dessen biomechanische Eigenschaften denen des natürlichen Knorpels ähneln. Die Forscher untersuchten die mechanischen Eigenschaften des verbesserten PVA-H mittels Schmierungsversuchen, Spannungsmessungen und Verschleißtests im Vergleich zu Polyethylen, sowie die Biokompatibilität in 8-52-wöchigen Implantationsstudien. Die Ergebnisse zeigten, dass PVA-H bessere Schmierungseigenschaften mit dickeren Flüssigkeitsfilmen und überlegene Dämpfungseigenschaften aufwies, obwohl der Verschleißfaktor etwa fünfmal höher war als bei Polyethylen. Histologische Untersuchungen bestätigten die gute Biokompatibilität ohne entzündliche oder degenerative Veränderungen, was PVA-H als vielversprechendes Material für künstlichen Gelenkknorpel
Cette étude vise à développer un cartilage articulaire artificiel en hydrogel de poly(alcool vinylique) (PVA-H) basé sur une nouvelle approche biomécanique comparant les mécanismes de lubrification et de support de charge des articulations naturelles et artificielles. Les chercheurs ont évalué les propriétés mécaniques, la biocompatibilité et les caractéristiques de lubrification du PVA-H amélioré par rapport au polyéthylène (PE) standard, incluant des tests de pression de fluide, d'amortissement des contraintes et d'usure. Les résultats montrent que le PVA-H présente une lubrification supérieure avec des films fluides plus épais sous haute pression, un meilleur effet d'amortissement avec des pics de contrainte réduits, bien qu'avec un facteur d'usure cinq fois supérieur au PE. L'implantation sur 8 à 52 semaines démontre une excellente biocompatibilité sans changements inflammatoires ou dégénératifs, positionnant le PVA-H comme un matériau prometteur pour le remplacement du cartilage articulaire.
This study investigated whether mechanical loading enhances nutrient transport in articular cartilage through a "pumping" mechanism that moves fluid in and out of the tissue during joint movement. The researchers used human femoral head cartilage plugs exposed to radioactive tracers and subjected them to simulated walking loads (2.8 MPa at 1 Hz), comparing nutrient uptake and release rates with unloaded control samples. The results showed that cyclic loading had no significant effect on the transport of small molecules like urea, sodium, glucose, and oxygen, indicating that pumping does not improve nutrition for these essential nutrients. However, the movement of large molecules like serum albumin was enhanced by 30-100% with mechanical loading, suggesting that pumping may help clear larger waste products from cartilage.
Diese Studie untersuchte, ob zyklische mechanische Belastung die Nährstofftransport in Gelenkknorpel durch einen "Pumpmechanismus" verbessert. Die Forscher setzten menschliche Knorpelproben aus dem Femurkopf einer simulierten Gehbelastung (2,8 MPa bei 1 Hz) aus und maßen den Transport radioaktiver Tracer im Vergleich zu unbelasteten Kontrollproben. Die Ergebnisse zeigten, dass kleine Moleküle wie Harnstoff und Natriumiodid, die den meisten wichtigen Nährstoffen wie Glukose und Sauerstoff entsprechen, nicht signifikant von der mechanischen Belastung profitierten. Jedoch wurde der Transport großer Moleküle wie Serumalbumin durch zyklische Belastung um 30-100% gesteigert, was darauf hindeutet, dass der Pumpmechanismus hauptsächlich für größere Moleküle relevant ist.
Cette étude visait à évaluer l'influence du "pompage" mécanique induit par la charge cyclique sur le transport des nutriments dans le cartilage articulaire avasculaire. Les chercheurs ont soumis des échantillons de cartilage de tête fémorale humaine à un cycle de marche simulé (2,8 MPa à 1 Hz) en présence de traceurs radioactifs, puis ont comparé les taux d'absorption/désorption avec des échantillons témoins non chargés. Les résultats montrent que la charge cyclique n'affecte pas significativement le transport des petites molécules (urée, glucose, oxygène), suggérant que la nutrition de base du cartilage ne dépend pas du pompage mécanique. En revanche, le transport des grosses molécules comme l'albumine sérique est augmenté de 30 à 100% par la charge cyclique, indiquant un effet sélectif du pompage selon la taille moléculaire.
This study aimed to compare lubrication mechanisms between natural human joints and artificial joint replacements to identify design improvements. The researchers analyzed lubrication patterns in various joints (hip, knee, ankle, and finger joints) and tested different artificial bearing materials, including compliant surfaces and plastic-on-plastic combinations. The key finding was that healthy human joints achieve superior fluid film lubrication due to dynamic loading and the natural compliance of articular cartilage, while rigid artificial joints operate under mixed lubrication with higher friction and wear from solid-to-solid contact. The study demonstrated that incorporating compliant bearing surfaces in artificial joints can reproduce the beneficial lubrication effects of natural joints, though material degradation in body fluids remains a concern.
Diese Studie untersuchte die tribologischen Eigenschaften (Reibung, Schmierung und Verschleiß) von natürlichen und künstlichen Gelenken, um die Schmierungsmechanismen zu verstehen und Verbesserungen für Gelenkprothesen zu entwickeln. Die Forschenden analysierten die Schmierungseigenschaften verschiedener Gelenktypen und testeten alternative Materialien, einschließlich nachgiebiger Oberflächenlager und Kunststoff-auf-Kunststoff-Kombinationen. Die Ergebnisse zeigen, dass gesunde menschliche Gelenke durch dynamische Belastung und die Nachgiebigkeit des Gelenkknorpels eine optimale Flüssigkeitsfilm-Schmierung erreichen, während künstliche Gelenke aufgrund ihrer Steifigkeit nur eine gemischte Schmierung aufweisen, was zu höherem Verschleiß und Reibung führt. Nachgiebige Oberflächenmaterialien für Prothesen zeigten vielversprechende Ergebnisse, da sie die natürlichen Gelenkeigenschaften besser reproduzieren können.
Cette étude examine les mécanismes de lubrification des articulations humaines et artificielles pour améliorer la conception des prothèses articulaires. Les chercheurs ont analysé comparativement la tribologie des articulations naturelles (genou, hanche, cheville, doigts) et des implants, en étudiant notamment l'effet de la compliance des surfaces portantes et de différents matériaux. Les résultats montrent que les articulations saines fonctionnent avec une lubrification par film fluide grâce à la nature dynamique des charges et à la compliance du cartilage, tandis que les prothèses rigides actuelles opèrent en régime mixte avec contact solide-solide, entraînant usure et friction élevée. L'utilisation de surfaces compliantes et de nouveaux matériaux comme les plastiques offrent des perspectives prometteuses pour reproduire les propriétés lubrifiantes des articulations naturelles.
This review examines how degenerative changes in the temporomandibular joint (TMJ) affect various joint tissues and lead to clinical symptoms. The authors describe the structural alterations that occur in cartilage, articular disc, and surrounding tissues (capsule, ligaments, synovial membrane, bone, and muscles) during osteoarthrosis of the TMJ. The review explains that cartilage degeneration reduces the tissue's ability to handle mechanical stress and increases friction between joint surfaces, triggering compensatory responses in adjacent structures. These tissue changes are directly linked to common TMJ dysfunction symptoms including joint sounds (clicking, crepitation), movement limitations (locking, restricted motion), pain and tenderness, joint instability, deformity, muscle wasting, and bite changes.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Gewebereaktionen auf degenerative Veränderungen im Kiefergelenk bei Osteoarthrose. Die Autoren beschreiben systematisch, wie degenerative Prozesse die physikalischen Eigenschaften des Gelenkknorpels am Mandibulakondylus, der Gelenkeminenz und des Discus articularis verändern und dadurch deren Widerstandsfähigkeit gegen Druck- und Scherkräfte beeinträchtigen. Die erhöhte Reibung zwischen den Gelenkflächen führt zu kompensatorischen oder pathologischen Anpassungen in angrenzenden Strukturen wie Kapsel, Bändern, Synovialmembran, subchondralem Knochen und Muskulatur. Die strukturellen Veränderungen werden mit typischen klinischen Symptomen der kraniomandibulären Dysfunktion in Verbindung gebracht, einschließlich Gelenkgeräuschen, Kieferklemme, Schmerzen, Bewegungseinschränkungen und Okklusionsveränderungen.
Cette revue examine les réponses tissulaires aux changements dégénératifs dans l'articulation temporo-mandibulaire associés à l'arthrose. L'étude décrit comment les altérations dégénératives du cartilage articulaire modifient ses propriétés physiques et réduisent sa capacité à résister aux contraintes de compression et de cisaillement. L'augmentation de la friction entre les surfaces articulaires entraîne des réponses compensatoires ou pathologiques des tissus adjacents (capsule, ligaments, membrane synoviale, os sous-chondral, musculature). Ces changements structuraux sont mis en relation avec les signes et symptômes cliniques typiques des dysfonctions cranio-mandibulaires : claquements, blocages, instabilité, douleur, limitation des mouvements mandibulaires, crépitations, déformations, atrophie musculaire et modifications occlusales.
This study investigated how the porous structure of articular cartilage affects joint lubrication in the human hip during normal walking conditions. The researchers used mathematical modeling, combining poroelasticity equations for cartilage behavior with modified Reynolds equations for synovial fluid flow under squeeze-film motion conditions. The key finding was that cartilage porosity actually reduces lubricant film thickness rather than enhancing it, with this effect being most pronounced when the lubricant film becomes thin. The study also demonstrated that for practical lubrication modeling under normal walking conditions, articular cartilage can be simplified and treated as a single-phase incompressible elastic material rather than requiring complex porous modeling.
Diese Studie untersuchte den Einfluss der Porosität von Gelenkknorpel auf die Schmierung im normalen menschlichen Hüftgelenk. Die Forschenden lösten die Poroelastizitätsgleichung für Gelenkknorpel und die modifizierte Reynolds-Gleichung für die Synovialflüssigkeit unter Squeeze-Film-Bedingungen, wie sie im Hüftgelenk auftreten. Die Ergebnisse zeigten überraschenderweise, dass die Knorpelporosität die Dicke des Schmierfilms verringert anstatt zu erhöhen, insbesondere bei dünnen Schmierfilmen. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass Gelenkknorpel für Schmierungsmodelle unter physiologischen Gehbedingungen als einphasiges, inkompressibles elastisches Material behandelt werden kann.
Cette étude examine l'effet de la porosité du cartilage articulaire sur la lubrification de l'articulation coxo-fémorale humaine normale. Les chercheurs ont résolu les équations de poroélasticité du cartilage articulaire et l'équation de Reynolds modifiée pour le liquide synovial dans des conditions de mouvement de compression et sous les contraintes physiologiques de la hanche. Les résultats montrent que la porosité du cartilage diminue l'épaisseur du film lubrifiant plutôt que de l'augmenter, particulièrement lorsque ce film devient mince. L'étude démontre également que le cartilage articulaire peut être modélisé comme un matériau élastique incompressible monophasique lors de la marche physiologique normale.
This study aimed to determine where motion primarily occurs in bipolar hip prostheses and to measure friction at different bearing surfaces. The researchers used a pendulum apparatus to test bipolar and Austin-Moore prostheses in cadavers under various loading conditions, measuring friction coefficients at both inner and outer bearings. The key finding was that motion location depends on applied load - with light loads (10 kg), motion occurred at both bearings, but with heavier loads (>20 kg typical of normal walking), the outer bearing became the primary site of articulation. The results challenge the design assumption that bipolar prostheses protect acetabular cartilage, suggesting these devices cannot be expected to reduce cartilage wear during normal activities.
Diese Kadaverstudie untersuchte die Bewegungsmuster und Reibungseigenschaften von bipolaren Hüftprothesen, da bisher angenommen wurde, dass die Hauptbewegung am inneren Lager stattfindet. Mittels eines Pendelversuchsaufbaus wurden die Reibungskoeffizienten an beiden Lagern unter verschiedenen Belastungen gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass bei physiologischen Belastungen über 20 kg hauptsächlich das äußere Lager als primäre Artikulation fungiert, während das innere Lager nur bei entferntem Acetabulumknorpel dominant wird. Die Studie schlussfolgert, dass bipolare Prothesen während des normalen Gehens vorwiegend am äußeren Lager bewegen und daher nicht den erwarteten Schutz des Gelenkknorpels bieten können.
Cette étude examine le comportement frictionnel des prothèses bipolaires de hanche en analysant le mouvement entre les surfaces articulaires interne et externe à l'aide d'un appareil pendulaire sur cadavres. Les résultats montrent que contrairement aux hypothèses initiales, l'articulation externe devient dominante sous charge élevée (>20 kg) avec un coefficient de friction plus faible (0,026) comparé à l'articulation interne (0,061). L'articulation interne n'est prédominante qu'après ablation du cartilage acétabulaire. Ces findings suggèrent que lors de la marche normale, le mouvement s'effectue principalement au niveau de l'articulation externe, remettant en question l'efficacité des prothèses bipolaires pour préserver le cartilage articulaire.
This study aimed to understand how chondrocyte metabolism of calcium and phosphate contributes to cartilage calcification through matrix vesicle (MV) formation in avian growth plates. The researchers used laser confocal imaging with fluorescent calcium probes on living cartilage sections, along with direct chemical analysis and 31P-NMR spectroscopy on isolated cells to track cellular calcium handling and metabolic states. The findings revealed that growth plate chondrocytes actively accumulate calcium, concentrate it at the cell periphery, and release it as calcium-rich matrix vesicles, while simultaneously showing depleted ATP levels and elevated cytosolic phosphate - conditions that promote formation of calcifiable vesicles. The study also identified that annexins V and VI serve as calcium-binding proteins that may act as mechanical sensors, facilitating calcium entry into cells and matrix vesicles through interactions with extracellular matrix components like collagen and proteoglycans.
Diese Studie untersuchte die zelluläre Regulation von Kalzium- und Phosphatstoffwechsel bei der Verkalkung von Wachstumsfugenknorpel bei Vögeln. Mittels konfokaler Laser-Mikroskopie mit fluoreszierenden Kalzium-Sonden, chemischer Analyse und 31P-NMR-Spektroskopie wurde der Mechanismus der Matrixvesikel-Bildung durch Chondrozyten analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Wachstumsfugen-Chondrozyten aktiv Kalzium aufnehmen, zur Zellperipherie transportieren und als kalziumreiche Matrixvesikel abgeben, wobei die Zellen gleichzeitig ATP-depletiert sind und erhöhte zytosolische Phosphatkonzentrationen aufweisen. Die Studie belegt zudem, dass die Interaktion zwischen extrazellulärer Matrix und Chondrozyten über Annexine als Mechanotransduktoren die Kalziumbeladung der Zellen und die Bildung mineralisierungsfähiger Matrixvesikel erle
Cette étude examine le rôle du métabolisme cellulaire du calcium et des phosphates dans la calcification du cartilage de croissance aviaire, en se concentrant sur la formation des vésicules matricielles (MV) qui initient la minéralisation extracellulaire. Les chercheurs ont utilisé l'imagerie confocale laser sur des sections de cartilage vivant avec une sonde fluorescente au calcium (Indo-I AM), ainsi que des analyses chimiques directes et la spectroscopie RMN 31P sur des cellules fraîchement isolées. Les résultats montrent que les chondrocytes de la plaque de croissance accumulent activement le Ca2+, le concentrent à la périphérie cellulaire et l'exfolient sous forme de MV riches en calcium, dans un contexte de déplétion en ATP et d'élévation du phosphate inorganique cytosolique. L'étude révèle également que les annexines V et VI, en tant que protéines de liaison calcium-phospholipides acides, facilitent l'entrée du calcium dans les cellules et les MV tout en servant de mécanotransducteurs liés à la matrice extracellulaire, orchestrant ainsi la minéral
This study investigated how the composition of the temporomandibular joint disc changes during growth in rats aged 3-13 weeks. Researchers used radioactive tracers ([14C]glycine and [3H]glucosamine) in organ culture to track newly synthesized collagen and glycosaminoglycans (GAGs), then separated these components using gel electrophoresis techniques. The findings showed that Type III collagen synthesis peaked at 7-8 weeks and strongly correlated with mandibular growth rate, while GAG synthesis (particularly hyaluronic acid, chondroitin-6-sulfate, and keratan sulfate) increased most dramatically between 5-7 weeks of age. The results suggest that during the rapid growth period (5-7 weeks), the disc exhibits more cartilage-like characteristics and undergoes active remodeling, providing important baseline data for understanding how mechanical stress and injury might affect disc development.
Diese Studie untersuchte die altersabhängigen Veränderungen der Kollagen- und Glykosaminoglykan-Synthese im Kiefergelenkdiskus von männlichen Ratten im Alter von 3-13 Wochen. Mittels radioaktiver Markierung ([14C]Glycin, [3H]Glukosamin) und Organkultur wurde die Neusynthese verschiedener Kollagentypen und GAG-Arten über 4 Stunden quantifiziert und durch Elektrophorese analysiert. Die Ergebnisse zeigten einen Höhepunkt der Typ-III-Kollagen-Synthese bei 7-8 Wochen, der stark mit dem Unterkieferwachstum korrelierte, sowie eine verstärkte Synthese von Hyaluronsäure, Chondroitin-6-Sulfat und Keratansulfat/Chondroitin-4-Sulfat zwischen der 5.-7. Lebenswoche. Diese Befunde deuten darauf hin, dass der Diskus während der Wachstumsphase knorpelähnliche Eigenschaften entwickelt und einem aktiven Remod
Cette étude a examiné l'effet de la croissance sur la synthèse du collagène et des glycosaminoglycanes (GAG) dans le disque articulaire de l'articulation temporo-mandibulaire chez des rats âgés de 3 à 13 semaines. Les chercheurs ont utilisé des marqueurs radioactifs ([14C]glycine et [3H]glucosamine) en culture d'organe pour analyser la synthèse de collagène de type III versus type I et caractériser les différents types de GAG par électrophorèse. Les résultats montrent un pic de synthèse du collagène de type III à 7-8 semaines, fortement corrélé à la vitesse de croissance mandibulaire, ainsi qu'une augmentation de la synthèse d'acide hyaluronique et de chondroïtine-6-sulfate jusqu'à 6-7 semaines respectivement. Ces observations suggèrent que le disque articulaire présente des caractéristiques cartilagineuses accrues pendant la poussée de croissance mandibulaire (5-7 semaines), avec un remodelage tissulaire plus actif durant cette période critique.
This study developed a mathematical model to understand how synovial fluid filtration through cartilage contributes to joint lubrication during squeeze-film conditions in the hip joint. The researchers used biphasic mixture models for both synovial fluid and cartilage, analyzing the filtration process when two cartilage surfaces approach each other under steady loading equivalent to half body weight. The model predicted that normal synovial fluid forms a stable gel layer approximately 0.1 microns thick when hyaluronic acid concentration reaches at least 50 mg/ml, with this thickness remaining relatively independent of loading forces. However, inflammatory synovial fluid produced significantly thinner protective layers, suggesting compromised lubrication in diseased joints.
Diese Studie untersuchte die Rolle der Synovialflüssigkeitsfiltration durch Knorpel bei der Gelenkschmierung im menschlichen Hüftgelenk mittels eines mathematischen Modells. Die Forscher verwendeten biphasische Mischungsmodelle für Synovialflüssigkeit und Knorpel, um die Filtration eines axialsymmetrischen Synovialfilms zwischen zwei Knorpelschichten unter normaler Annäherung zu analysieren, wobei eine konstante Belastung entsprechend dem halben Körpergewicht simuliert wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer Hyaluronsäure-Konzentration von mindestens 50 mg/ml im Synovialgel eine stabile Gelschichtdicke von etwa 0,1 Mikrometer entsteht, die nahezu unabhängig von der Belastung ist. Bei entzündlicher Synovialflüssigkeit waren die Werte mehrfach niedriger, was auf eine beeinträchtigte Schmierungsfunktion hinweist.
Cette étude développe un modèle mathématique pour analyser la filtration du liquide synovial et la formation de gel synovial lors du rapprochement des surfaces cartilagineuses dans l'articulation de la hanche humaine. Les chercheurs utilisent des modèles biphasiques pour le liquide synovial et le cartilage, en analysant numériquement un processus de filtration homogène où deux disques cartilagineux avec un film synovial sont comprimés sous une charge constante équivalente à la moitié du poids corporel. Les résultats montrent que pour une concentration d'acide hyaluronique d'au moins 50 mg/ml, l'épaisseur stable de la couche de gel formée est d'environ 0,1 micron dans la hanche humaine avec un liquide synovial normal, cette épaisseur étant quasi-indépendante de la charge appliquée. En revanche, les liquides synoviaux inflammatoires présentent des valeurs plusieurs fois inférieures, suggérant une altération des propriétés lubrifiantes dans les conditions pathologiques.
This study investigated how protein-bound nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) move between blood plasma and joint fluid, and whether laboratory protein binding measurements predict drug transport into joints. The researchers analyzed plasma and synovial fluid data from 8 different NSAIDs across 10 studies in rheumatoid arthritis patients using a mathematical compartmental model that incorporated joint volume and blood flow rates. The key finding was that protein-bound NSAIDs readily enter synovial fluid at rates (0.23 min⁻¹) much faster than would be expected if only unbound drug could cross blood vessel walls. The authors concluded that NSAIDs rapidly bind and unbind from albumin during blood vessel transit, making bound drug effectively available for transport into joints and reducing the clinical relevance of static protein binding measurements performed in the laboratory.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte, wie proteingebundene nichtsteroidale Antirheumatika (NSAIDs) zwischen Plasma und Synovialflüssigkeit transportiert werden und welche Rolle die Albuminbindung dabei spielt. Die Forscher analysierten Plasma- und Synovialflüssigkeitsdaten von 8 verschiedenen NSAIDs aus 10 Einzeldosis-Studien bei Patienten mit rheumatoider Arthritis mittels eines kompartimentellen Modells. Die Ergebnisse zeigen, dass proteingebundene NSAIDs trotz ihrer Albuminbindung effizient aus den Gefäßen in die Synovialflüssigkeit übertreten, mit einer mittleren Transportrate von 0,23 min⁻¹, die auf passive Diffusion hindeutet. Diese Befunde erklären sich durch die schnelle Assoziation und Dissoziation von NSAIDs und Albumin während des Gefäßtransits, wodurch die pharmakokinetische Bedeutung von In-vitro-Bindungsdaten verringert wird.
Cette étude examine les mécanismes de transport des anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS) liés aux protéines plasmatiques entre le plasma et le liquide synovial. Les chercheurs ont analysé des données pharmacocinétiques de 8 AINS différents chez des patients atteints de polyarthrite rhumatoïde en utilisant un modèle compartimental intégrant le volume intra-articulaire et les flux synoviaux. Les résultats montrent que ces AINS liés aux protéines traversent facilement la barrière vasculaire vers le liquide synovial avec un taux de transport moyen de 0,23 min⁻¹, bien supérieur à ce qui serait attendu pour le transport de la fraction liée à l'albumine. Cette efficacité de transport s'explique par des phénomènes rapides d'association-dissociation entre les AINS et l'albumine, rendant le médicament lié disponible pour l'échange transvasculaire et diminuant ainsi la pertinence pharmacocinétique des données de liaison obtenues in vitro.
This study investigated how intensive running exercise affects the biochemical composition of knee cartilage in young beagle dogs subjected to 20 km daily running for 15 weeks. The researchers analyzed water content, collagen, and proteoglycan levels at 11 different cartilage sites using biochemical assays and gel electrophoresis. The main findings showed that strenuous running caused site-specific degenerative changes, including increased water content (5-17%) and decreased collagen (14-20%) in the lateral femoral condyle, suggesting loosening of the cartilage structure. However, the exercise also stimulated protective responses, with larger proteoglycan molecules and increased capacity for proteoglycan aggregation, indicating enhanced cartilage repair mechanisms were simultaneously activated.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen eines intensiven 15-wöchigen Lauftrainings (20 km täglich) auf die Knorpelmatrix in den Kniegelenken junger Beagle-Hunde. Mittels biochemischer Analysen wurden Wasser-, Kollagen- und Proteoglykangehalt sowie deren strukturelle Eigenschaften an 11 verschiedenen Gelenkstellen gemessen. Die Ergebnisse zeigten lokal begrenzte Veränderungen mit erhöhtem Wassergehalt (5-17%) und reduziertem Kollagenanteil (14-20%) im lateralen Femurkondylus, was auf eine Lockerung des Kollagennetzwerks hindeutet. Gleichzeitig wurden Anzeichen für einen erhöhten Proteoglykan-Stoffwechsel beobachtet, was darauf schließen lässt, dass intensives Laufen sowohl frühe degenerative Veränderungen als auch adaptive Reparaturprozesse im Gelenkknorpel auslöst.
Cette étude a analysé les modifications de la matrice extracellulaire du cartilage articulaire du genou chez de jeunes chiens Beagle soumis à un programme d'exercice intense (20 km/jour pendant 15 semaines) en examinant 11 sites différents. Les principales méthodes incluaient l'analyse de la teneur en eau, collagène et protéoglycanes, ainsi que l'étude de la capacité de réagrégation des protéoglycanes avec l'acide hyaluronique par électrophorèse sur gel d'agarose. Les résultats montrent une augmentation significative de la teneur en eau (5-17%) et une diminution du collagène (14-20%) principalement au niveau du condyle fémoral latéral, suggérant un relâchement de la structure collagénique. L'étude conclut que cet exercice intense induit des changements localisés ressemblant à une dégénération précoce du cartilage articulaire, tout en stimulant globalement le métabolisme des protéoglycanes.
This study aimed to investigate the frictional properties of temporomandibular joint (TMJ) discs and understand how they maintain low friction during jaw movement. The researchers used a specialized pendulum device to measure friction on pig TMJ disc surfaces while testing different loading durations and hydration levels. The results showed that both loading duration and disc hydration significantly affected friction levels and how friction changed over time on the disc surface. These findings support the theory that TMJ discs use "weeping lubrication" - a mechanism where fluid is squeezed out of the tissue under load to reduce friction between moving joint surfaces.
Diese Studie untersuchte die Reibungseigenschaften der Kiefergelenkscheibe (Discus articularis) des Temporomandibulargelenks, um das Verständnis der Gelenkschmierung zu verbessern. Die Forscher verwendeten ein Pendel-Messsystem zur In-vitro-Bestimmung der Reibung an Schweine-TMJ-Scheiben unter verschiedenen Belastungsbedingungen und Hydratationsgraden. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl die Belastungsdauer als auch der Hydratationsgrad der Scheibe signifikanten Einfluss auf die Reibungswerte und deren zeitabhängige Veränderungen haben. Diese Befunde unterstützen die Hypothese einer "Weeping Lubrication" (Ausschwitzschmierung) an der Oberfläche der TMJ-Scheibe, bei der Synovialflüssigkeit aus dem Knorpelgewebe gepresst wird und so die Gelenkschmierung ermöglicht.
Cette étude visait à évaluer les propriétés frictionnelles du disque de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) et les facteurs qui les influencent. Les chercheurs ont utilisé un pendule spécialement conçu pour mesurer la friction à la surface de disques d'ATM de porc, en analysant l'impact de la durée de charge et du degré d'hydration du disque. Les résultats montrent que ces deux facteurs influencent significativement la friction et ses variations temporelles à la surface du disque. Ces observations supportent l'hypothèse d'une lubrification par "pleurs" (weeping lubrication) au niveau de la surface du disque de l'ATM.
This study compared how joint disuse versus joint instability affects cartilage structure by examining proteoglycan aggregates in greyhound dogs subjected to knee immobilization or anterior cruciate ligament transection. The researchers analyzed cartilage composition (water, proteoglycans, collagen) and used centrifugation techniques to separate and quantify different types of proteoglycan aggregates and hyaluronan content.
Both conditions reduced proteoglycan aggregates, but with important differences: joint disuse caused temporary changes that normalized by 8 weeks and preserved hyaluronan levels, while joint instability caused an 80% loss of hyaluronan and more extensive aggregate depletion that persisted. The preservation of hyaluronan and certain aggregate types after disuse may explain why disuse-related cartilage changes are reversible upon remobilization, whereas instability-induced changes are progressive and irreversible due to insufficient hyaluronan for proper matrix restoration.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von Gelenkimmobilisation versus Gelenkinstabilität auf die Proteoglykan-Aggregate und biochemische Zusammensetzung des Gelenkknorpels bei Windhunden. Die Forscher verwendeten zwei experimentelle Modelle - Knieimmobilisation in 90° Flexion und Durchtrennung des vorderen Kreuzbandes - und analysierten mittels Zentrifugation, Chromatographie und biochemischer Analysen die Knorpelzusammensetzung zu verschiedenen Zeitpunkten.
Bei Gelenkimmobilisation zeigte sich eine vorübergehende Abnahme des Proteoglykan-Kollagen-Verhältnisses nach 4 Wochen mit Normalisierung nach 8 Wochen, während bei Kreuzbandverletzung eine dauerhafte Erhöhung dieses Verhältnisses und eine drastische 80%ige Reduktion des Hyaluronan-Gehalts auftrat. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Reversibilität von Knorpelveränderungen nach Immobilisation möglicherweise durch die
Cette étude compare les effets de deux modèles de charge articulaire altérée - l'immobilisation articulaire (atrophie de non-usage) et l'instabilité articulaire par section du ligament croisé antérieur - sur la composition biochimique et la structure des agrégats de protéoglycanes du cartilage articulaire chez le chien. Les méthodes incluent des analyses compositionnelles (eau, uronate, hydroxyproline), la chromatographie liquide haute performance pour détecter l'acide hyaluronique et les sulfates de chondroïtine, et des analyses de centrifugation pour quantifier les populations d'agrégats de protéoglycanes. Les résultats montrent que l'immobilisation induit une diminution transitoire du ratio protéoglycanes/collagène qui se normalise à 8 semaines, tandis que l'instabilité ligamentaire provoque une augmentation de ce ratio et une diminution drastique (80%) du contenu en acide hyaluronique. La préservation de l'acide hyaluronique et des agrégats à sédimentation rapide après immobilisation, contrairement à l'instabilité articulaire, suggère un mécan
This study examines the structural components and functions of the cytoskeleton in cartilage cells (chondrocytes). The researchers analyzed three main cytoskeletal elements: actin microfilaments, tubulin microtubules, and intermediate filaments, comparing their presence and behavior in living tissue versus laboratory cell cultures. Key findings show that actin filaments are minimal in living cartilage but become prominent in cell culture where they help determine cell shape and maintain cartilage-forming characteristics, while microtubules organize cellular components and support the production of collagen and proteoglycans. The study also found that intermediate filaments (including vimentin, cytokeratins, and glial fibrillary acidic protein) vary throughout different cartilage layers and increase with mechanical loading, suggesting the cytoskeleton acts as a sensing system that allows cartilage cells to detect and respond to physical forces in their environment.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die strukturellen und funktionellen Eigenschaften des Zytoskeletts von Knorpelzellen (Chondrozyten). Die Autoren analysieren die drei Hauptkomponenten des Zytoskeletts: Aktinfilamente, Mikrotubuli aus Tubulin und Intermediärfilamente aus verschiedenen Untereinheiten wie Vimentin und Zytokeratinen. Die Ergebnisse zeigen, dass Aktinfilamente hauptsächlich in Zellkulturen auftreten und für Zellform und Chondrogenese wichtig sind, während Mikrotubuli neben der Zellteilung auch den Organellentransport und die Synthese von Kollagen und Proteoglykanen regulieren. Die Intermediärfilamente, insbesondere Vimentin, könnten zusammen mit anderen Zytoskelettkomponenten ein Mechanotransduktionssystem bilden, das es Chondrozyten ermöglicht, auf mechanische Belastungen zu reagieren und Veränderungen ihrer Umgebung wahrzunehmen.
Cette étude examine la composition et les fonctions du cytosquelette des chondrocytes, constitué de microfilaments d'actine, de microtubules de tubuline et de filaments intermédiaires variés. L'analyse révèle que les filaments d'actine, peu proéminents in vivo, jouent un rôle crucial in vitro dans la détermination de la forme cellulaire et le maintien du phénotype chondrogénique, tandis que les microtubules participent à l'organisation des organites et au transport sécrétoire lors de la synthèse de collagène et de protéoglycanes. Les filaments intermédiaires (vimentine, cytokératines, protéine acide fibrillaire gliale) présentent une distribution variable selon la profondeur du cartilage articulaire et s'accumulent dans les fibrochondrocytes soumis à des contraintes mécaniques accrues. L'ensemble de ces éléments cytosquelettiques constituerait un système de mécanotransduction permettant aux cellules de répondre aux forces externes et de percevoir les modifications de leur environnement.
This review examines the role of exercise as a conservative treatment approach for knee and hip osteoarthritis (OA). The authors provide a comprehensive overview of OA pathophysiology, explaining how cartilage deterioration and bone changes lead to increased joint friction and reduced shock absorption. The study emphasizes that clinical diagnosis relies primarily on pain and movement limitations rather than radiographic findings, as imaging results don't clearly correlate with patient symptoms or functional capacity. The review challenges the traditional view that OA is unresponsive to conservative treatment, highlighting the growing recognition of exercise interventions in managing this condition that significantly impacts patients' quality of life and healthcare costs.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Rolle von körperlicher Aktivität bei der Behandlung von Knie- und Hüftarthrose. Die Autoren beschreiben die pathophysiologischen Grundlagen der Osteoarthrose, einschließlich der charakteristischen Veränderungen im Gelenkknorpel (Fibrillationen, erhöhter Wassergehalt) und im subchondralen Knochen (verminderte Compliance, Mikrofrakturen, Osteophyten). Als Hauptergebnis wird hervorgehoben, dass die klinische Diagnose primär auf Schmerz und Bewegungseinschränkung basiert, während radiographische Befunde nur schwach mit Funktion und Schmerz korrelieren. Die Studie betont, dass Osteoarthrose entgegen früherer Annahmen durchaus auf konservative Behandlungsansätze anspricht und aufgrund ihrer erheblichen persönlichen und sozioökonomischen Auswirkungen zunehmend an Bedeutung gewinnt.
Cette étude vise à examiner le rôle de l'exercice dans la prise en charge de l'arthrose du genou et de la hanche, une pathologie articulaire caractérisée par des modifications du cartilage articulaire et de l'os sous-chondral. Les auteurs décrivent la pathophysiologie de l'arthrose, notamment les fibrillations cartilagineuses, l'augmentation du contenu en eau, la perte d'intégrité tissulaire et les modifications osseuses (microfractures, sclérose, ostéophytes) qui entraînent une friction accrue et une diminution de l'absorption des chocs. L'étude souligne que le diagnostic clinique repose principalement sur la douleur et la limitation des mouvements plutôt que sur les données radiographiques, ces dernières ne corrélant pas clairement avec la fonction ou l'intensité douloureuse. Cette analyse met en évidence l'importance croissante de l'arthrose comme problème de santé publique et la nécessité de traitements conservateurs efficaces.
This study investigated how exercise affects biochemical markers of cartilage breakdown and formation in healthy athletes by measuring specific proteins and molecules in knee joint fluid and blood. The researchers collected samples from 33 athletes before and after different types of exercise (treadmill running, road running, or soccer) and compared them to a reference group of 28 patients with knee pain but no joint damage. The main findings showed that while individual markers of cartilage degradation in joint fluid did not significantly increase after exercise, they all showed upward trends, and athletes generally had lower baseline levels of these markers compared to the reference group. Additionally, runners had significantly higher levels of keratan sulfate (a cartilage component) in their blood both before and after exercise, suggesting that intense physical activity may increase cartilage turnover through mechanical loading effects.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von körperlicher Belastung auf Marker des Knorpelstoffwechsels bei 33 gesunden Athleten. Die Forscher analysierten verschiedene Biomarker (Aggrecan, Stromelysin-1, TIMP-1, Procollagen II C-Propeptid) in der Kniegelenkflüssigkeit und im Serum vor und nach verschiedenen Trainingseinheiten (Laufband, Straßenlauf, Fußballspiel). Die Ergebnisse zeigten, dass Athleten in Ruhe niedrigere Konzentrationen der meisten Knorpelabbau-Marker in der Gelenkflüssigkeit aufwiesen als eine Vergleichsgruppe mit Knieschmerzen, wobei nach dem Training ein ansteigender Trend zu beobachten war. Bei Läufern war die Keratansulfat-Konzentration im Serum signifikant erhöht und stieg nach dem Training weiter an, was auf eine erhöhte mechanische Belastung und einen beschleunigten Knorpelstoffwechsel hindeutet.
Cette étude visait à évaluer l'effet de l'exercice sur les marqueurs du métabolisme du cartilage articulaire en mesurant diverses molécules dans le liquide synovial du genou et le sérum de 33 athlètes sains. Les chercheurs ont analysé les concentrations d'aggrécan, de stromélysine-1, de TIMP-1 et de propeptide du procollagène II avant et après différents types d'exercices (course sur tapis, course sur route, match de football), en comparaison avec un groupe témoin de 28 patients présentant des douleurs du genou sans pathologie articulaire. Les résultats montrent qu'aucun marqueur de dégradation du cartilage dans le liquide synovial n'a changé significativement après l'exercice, bien qu'une tendance à l'augmentation ait été observée, tandis que dans le sérum, le sulfate de kératane était significativement plus élevé chez les coureurs et augmentait encore après l'exercice. Ces modifications suggèrent que la charge mécanique liée à l'exercice, combinée à un turnover cartilagineux potentiellement élevé chez ces individus
This study examined how the blood vessel network in synovial joints is specially adapted to nourish cartilage and produce joint fluid. The researchers used experimental methods to investigate fluid exchange mechanisms between blood capillaries and the joint cavity, focusing on the role of pressure gradients and the tissue barriers involved. Key findings revealed that the synovial microcirculation has a unique arrangement of fenestrated (porous) capillaries positioned very close to the joint surface, which helps overcome the challenge of supplying nutrients to cartilage cells that can be over 1 cm away from the nearest blood vessel. The study also discovered that joint movement creates convective flow of synovial fluid that efficiently transports glucose to cartilage, and that fluid can simultaneously move into and out of the joint cavity in different regions, creating fluid turnover essential for joint health.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte die mikrovaskuläre Architektur und den Stoffaustausch in Synovialgelenken, mit besonderem Fokus auf die Nährstoffversorgung des avaskulären Gelenkknorpels. Die Autoren analysierten die spezialisierte Mikrozirkulation der Synovialmembran, die durch eine hohe Dichte fenestrierter Kapillaren nahe der Synovialoberfläche charakterisiert ist, deren Fenestrationen bevorzugt zur Gelenkhöhle orientiert sind. Die Haupterkenntnisse zeigen, dass die Diffusion allein zu langsam ist, um zentrale Chondrozyten mit Glukose zu versorgen, weshalb die Synovialmikrozirkulation intraartikuläre Flüssigkeit generiert, die Nährstoffe während Gelenkbewegungen durch Konvektion transportiert. Zusätzlich wurde festgestellt, dass ein erheblicher Teil des hydraulischen Widerstands für den Flüssigkeitstransport in der interstitiellen Schicht und nicht in der Kapillarwand liegt, wobei unter
Cette étude examine l'architecture microvasculaire et les mécanismes d'échange dans les articulations synoviales, avec un focus particulier sur l'approvisionnement nutritionnel du cartilage avasculaire. Les méthodes incluent l'analyse de la densité et de l'orientation des capillaires fenestrés de la membrane synoviale, ainsi que l'étude expérimentale des forces de Starling (pressions hydraulique et osmotique colloïdale) régissant les échanges liquidiens. Les résultats révèlent que la microcirculation synoviale génère le liquide synovial qui transporte le glucose par convection lors des mouvements articulaires, compensant ainsi l'insuffisance de la diffusion seule pour alimenter les chondrocytes centraux situés à plus d'1 cm des capillaires les plus proches. L'étude démontre également que la résistance hydraulique au transport liquidien réside principalement dans la couche interstitielle plutôt que dans la paroi capillaire, et qu'un renouvellement du liquide synovial peut s'effectuer simultanément par filtration bidirectionnelle selon les régions synoviales.
This study investigated how synovial fluid filtration through cartilage contributes to joint lubrication during compression of cartilage surfaces. The researchers used a mathematical mixture model that treats synovial fluid as two incompressible components (ideal and viscous fluids) and applied biphasic cartilage theory to simulate axially symmetric cartilage surfaces under low loads, solving the equations numerically.
The key findings showed that when load is applied, a shallow pocket-like synovial film forms quickly, with fluid pressure patterns similar to dry contact conditions. The ideal fluid component is squeezed into cartilage at the center and out at the periphery, while hyaluronic acid concentration increases up to 20-fold at the film center, forming a gel that spreads outward over time. This gel formation process initially occurs rapidly but then slows down, creating a protective lubricating layer with thickness that decreases gradually with increasing radial distance from the contact center.
Diese Studie untersuchte die Rolle der Synovialflüssigkeitsfiltration durch Knorpel bei der Schmierung von Synovialgelenken unter axialsymmetrischen, niedrigen Belastungsbedingungen. Die Forscher verwendeten ein Mischungsmodell, das Synovialflüssigkeit als Gemisch zweier inkompressibler Flüssigkeiten (ideal und newtonsch-viskos) behandelt, kombiniert mit einem biphasischen Knorpelmodell, und lösten die resultierenden partiellen Differentialgleichungen numerisch für das menschliche Hüftgelenk. Die Ergebnisse zeigen, dass sich kurz nach Belastungsbeginn eine flache, taschenförmige Konfiguration des Synovialfilms bildet, wobei ideale Flüssigkeit im Zentrum in den Knorpel gepresst und an der Peripherie herausgepresst wird. Die Konzentration des Hyaluronsäure-Protein-Komplexes erreicht zuerst im Filmzentrum das 20-fache des ursprünglichen Wertes, woraufhin sich der Gel
Cette étude examine le mécanisme de lubrification par film fluide comprimé dans les articulations synoviales humaines, en modélisant la filtration du liquide synovial à travers le cartilage lors du rapprochement des surfaces articulaires sous faible charge. Les auteurs utilisent un modèle mixte traitant le liquide synovial comme un mélange de deux fluides incompressibles et appliquent le modèle biphasique pour le cartilage, résolvant numériquement les équations différentielles partielles pour des surfaces cartilagineuses à symétrie axiale. Les résultats montrent qu'une configuration en poche peu profonde se forme rapidement après l'application de la charge, avec formation progressive d'un gel concentré en acide hyaluronique-protéines (concentration multipliée par 20) qui s'étend du centre vers la périphérie. Cette formation de gel synovial constitue un mécanisme clé de lubrification articulaire, l'épaisseur finale du film gel diminuant lentement avec l'augmentation du rayon de contact.
This study investigated how synovial fluid filters through cartilage to form protective lubricating films in joints under high compressive loads, particularly in the hip joint. The researchers developed a mathematical model to solve the complex problem of fluid filtration and gel formation when cartilage surfaces are squeezed together, using ordinary differential equations to analyze the central film thickness. The key finding was that normal synovial fluid maintains a protective gel film of approximately 1 micron thickness that remains relatively stable across different physiological conditions, while inflammatory synovial fluid produces films at least 10 times thinner. The stress analysis results help explain why osteoarthritic joints develop characteristic vertical cracks at the cartilage surface and horizontal splits at deeper levels.
Diese Studie untersuchte die Filtration von Synovialflüssigkeit durch Knorpel und die Bildung von Gelfilmen in Synovialgelenken unter hohen Belastungen, insbesondere im Hüftgelenk. Die Autoren entwickelten ein numerisches Modell basierend auf zwei gewöhnlichen Differentialgleichungen, um die zentrale Filmdicke bei axialsymmetrischer Belastung zu berechnen. Die Ergebnisse zeigten, dass die zentrale Gelfilmdicke bei normaler Synovialflüssigkeit etwa 1 Mikron beträgt und sich bei Variation physiologischer Parameter kaum verändert, während entzündliche Synovialflüssigkeit mindestens um eine Größenordnung dünnere Filme produziert. Die Spannungsanalyse im Knorpel deutet darauf hin, dass dieses Filtrationsmodell die bei Arthrose beobachteten vertikalen Risse an der Knorpeloberfläche und horizontalen Spaltungen an der Tidemark erklären könnte.
Cette étude vise à analyser la lubrification par film pressurisé des articulations synoviales sous forte charge, en se concentrant sur l'épaisseur du film central lors de la filtration du liquide synovial et la formation de gel. Les auteurs ont développé un modèle mathématique bidimensionnel axisymétrique pour résoudre numériquement le problème de filtration du liquide synovial biphasique lors de l'approche normale des surfaces cartilagineuses de la hanche humaine. Les résultats montrent que l'épaisseur du film de gel central est d'environ 1 micron pour le liquide synovial normal (non-newtonien) et reste stable dans la gamme physiologique, tandis que le liquide synovial inflammatoire (newtonien) produit des valeurs au moins dix fois inférieures. L'analyse des contraintes dans le cartilage suggère que ce modèle explique les fissures verticales observées à la surface libre du cartilage et les clivages horizontaux au niveau de la marée dans les articulations arthrosiques.
This study investigated how the naturally occurring concave shape mismatch (incongruity) in the elbow joint affects load distribution and bone density patterns beneath the cartilage. The researchers used finite element computer modeling to compare congruent (perfectly matched) versus incongruent joint shapes, and measured subchondral bone density using CT scanning in six elbow specimens. The key finding was that incongruent joints showed a distinctive two-peaked (bicentric) bone density pattern that matched the computer model predictions, whereas congruent joints would produce a single central peak. The authors conclude that this natural incongruity beneficially distributes stress more evenly across the joint surface and may improve cartilage health through better mechanical stimulation and nutrition.
Diese Studie untersuchte, wie die konkave Inkongruenz (tiefere Gelenkpfanne) des Humero-Ulnar-Gelenks die Lastverteilung und subchondrale Mineralisierung beeinflusst. Die Forscher verwendeten nichtlineare Finite-Elemente-Modelle (kongruent vs. inkongruent) und bestimmten die Mineralisierungsverteilung mittels Computertomographie-Osteoabsorptiometrie an sechs Präparaten. Die Ergebnisse zeigten, dass kongruente Gelenke eine zentrale Belastung mit peripherer Entlastung aufweisen, während inkongruente Gelenke eine gleichmäßigere Spannungsverteilung und ein bizentrisches ventro-dorsales Mineralisierungsmuster entwickeln. Die Autoren schlussfolgern, dass die konkave Inkongruenz vorteilhafte Effekte auf Knorpelstoffwechsel, -ernährung und -schmierung durch intermittierende Stimulation während zyklischer Belastung hat.
Cette étude examine comment l'incongruité concave de l'articulation huméro-ulnaire influence la distribution des charges et la minéralisation sous-chondrale. Les chercheurs ont utilisé des modèles d'éléments finis non linéaires (configurations congruente vs incongruente) et analysé la minéralisation sous-chondrale par tomodensitométrie sur six spécimens. Les résultats montrent que l'incongruité concave déplace les zones de contact de la périphérie vers le centre avec l'augmentation de la charge, réduisant les contraintes maximales et créant une distribution bicentrique ventro-dorsale de la minéralisation, contrairement au maximum central observé dans la configuration congruente. Cette morphologie particulière permettrait une répartition plus homogène des contraintes et une stimulation intermittente bénéfique pour le métabolisme, la nutrition et la lubrification du cartilage articulaire.
This review examines how chondrocytes function as the primary architects of cartilage by producing and maintaining the extracellular matrix that enables cartilage to withstand high compressive loads. The authors discuss the molecular structure and function of key cartilage components including collagen, aggrecan proteoglycan, and hyaluronan, analyzing how genetic mutations in these molecules affect their normal functions and contribute to skeletal developmental disorders. The study reveals that cartilage's mechanical properties stem from the physicochemical interactions between these matrix macromolecules and the movement of water and ions within the tissue. The authors emphasize that understanding chondrocyte biology and cartilage matrix composition is crucial for comprehending osteoarthritis, the most common joint disease, though they note that correlations between genetic mutations and clinical outcomes can be complex due to compensatory mechanisms.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die zentrale Rolle der Chondrozyten als spezialisierte Zellen, die die extrazelluläre Matrix des Knorpels produzieren und erhalten. Die Autoren analysieren die molekulare Struktur und Funktion knorpelspezifischer Makromoleküle wie Kollagen, Aggrecan und Hyaluronan sowie deren genetische Grundlagen und bekannte Mutationen. Die Ergebnisse zeigen, dass die biomechanischen Eigenschaften des Knorpels - insbesondere die Fähigkeit, hohe Druckbelastungen zu widerstehen - durch die physikochemischen Eigenschaften dieser Makromoleküle und den Wasser-/Ionentransport in der Matrix erklärt werden können. Mutationen in knorpelspezifischen Genen führen häufig zu Entwicklungsstörungen des Skeletts und spielen eine wichtige Rolle bei der Pathogenese der Osteoarthritis.
Cette revue examine le rôle des chondrocytes en tant qu'architectes du cartilage, analysant les propriétés biomécaniques et la biologie moléculaire des macromolécules de la matrice cartilagineuse. L'étude décrit les fonctions structurelles des collagènes spécifiques du cartilage, de l'aggrecane (protéoglycane hydrophile) et de l'acide hyaluronique, ainsi que leurs gènes et mutations associées. Les résultats montrent que les propriétés physico-chimiques de ces macromolécules expliquent la capacité du cartilage à résister aux charges compressives élevées grâce au mouvement de l'eau et des ions dans la matrice. L'analyse révèle également que les mutations des gènes codant pour les protéines spécifiques du cartilage produisent souvent des anomalies développementales et sont impliquées dans l'arthrose, soulignant le rôle central des chondrocytes dans la pathophysiologie articulaire.
This study investigated how loading time and different lubricants affect friction in articular cartilage under various contact conditions (cartilage-on-metal, metal-on-cartilage, and cartilage-on-cartilage). The researchers measured friction coefficients after applying stationary loads for periods ranging from 5 seconds to 45 minutes, using synovial fluid, Ringer's solution, or no lubricant in a mixed lubrication regime. The main finding was that friction increased gradually with longer loading times, reaching approximately 0.3 after 45 minutes for all contact types, but dropped sharply when loads were briefly removed and reapplied. The results highlight that fluid flow within cartilage's biphasic structure is crucial for maintaining low friction, with synovial fluid providing superior boundary lubrication compared to Ringer's solution, particularly for cartilage-on-cartilage contacts.
Diese Studie untersuchte den Einfluss der Belastungszeit und verschiedener Schmiermittel auf die Reibung von Gelenkknorpel in unterschiedlichen Kontaktkonfigurationen (Knorpel-Metall, Metall-Knorpel, Knorpel-Knorpel). Die Forscher maßen Reibungskoeffizienten nach statischen Belastungszeiten von 5 Sekunden bis 45 Minuten unter Verwendung von Synovialflüssigkeit, Ringer-Lösung oder ohne Schmiermittel. Die Hauptergebnisse zeigten, dass der Reibungskoeffizient mit längerer Belastungszeit graduell auf etwa 0,3 nach 45 Minuten anstieg, wobei sich die Reibung nach kurzer Entlastung wieder deutlich reduzierte. Bei Knorpel-Knorpel-Kontakten erwies sich Synovialflüssigkeit als signifikant reibungsreduzierender im Vergleich zu Ringer-Lösung, was auf eine effektive Grenzschmierung zurückgeführt wurde.
Cette étude a examiné l'influence du temps de charge stationnaire et du type de lubrifiant sur la friction du cartilage articulaire dans différentes configurations de contact (cartilage-métal, métal-cartilage, cartilage-cartilage). Les chercheurs ont mesuré les coefficients de friction en régime de lubrification mixte après des périodes de charge stationnaire allant de 5 secondes à 45 minutes, en utilisant du liquide synovial, une solution de Ringer ou sans lubrifiant. Les résultats montrent que le coefficient de friction augmente progressivement avec la durée de charge stationnaire jusqu'à environ 0,3 à 45 minutes pour toutes les configurations, tandis qu'il chute brutalement après de courtes périodes de décharge. L'étude révèle que l'écoulement du fluide dans le cartilage biphasique et le support de charge par la phase fluide constituent des facteurs cruciaux pour réduire la friction, le liquide synovial étant particulièrement efficace pour les contacts cartilage-cartilage par rapport aux contacts cartilage-métal.
This study investigated the friction performance of composite cushion bearings for knee replacements under challenging lubrication conditions that occur during daily activities. The researchers used a pendulum simulator to test a model bearing made from graded polyurethane (20-1000 MPa stiffness) sliding against polished metal, examining various adverse conditions including severe cyclic loading, reduced sliding speeds, shorter stroke lengths, and start-up after static loading periods. The results showed that these adverse conditions—which represent 95% of daily activities when people are standing still or moving slowly—caused fluid film breakdown and led to elevated friction and surface damage. The findings suggest that soft layer joint replacements need to be designed with thick protective fluid films or alternative lubrication mechanisms to prevent wear under real-world conditions.
Diese Studie untersuchte das Reibungsverhalten von weichen Polyurethan-Verbundlagern für Kniegelenkprothesen unter ungünstigen Schmierungsbedingungen, da herkömmliche Polyethylen-Lager durch Verschleiß zu Gelenkversagen führen können. Mittels eines Pendel-Simulators wurde die Reibung zwischen einem graduierten Polyurethan-Lager (Steifigkeit 20-1000 MPa) und einem polierten Metallzylinder unter verschiedenen Belastungs- und Bewegungsbedingungen gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass starke zyklische Belastungen, reduzierte Gleitgeschwindigkeiten und verkürzte Bewegungsamplituden zu einem Zusammenbruch des schützenden Flüssigkeitsfilms führen, was erhöhte Reibung und Oberflächenschäden zur Folge hat. Die Studie identifiziert somit eine wichtige Limitation des Konzepts weicher Kniegelenkslager, die entweder durch dickere elastohydrodynamische Filme oder alternative Schmierungsmechanismen
Cette étude évalue les performances tribologiques d'un concept de prothèse de genou à coussin composite sous des conditions de lubrification défavorables, contrairement aux conditions normales de marche. Les chercheurs ont utilisé un simulateur pendulaire pour tester un roulement modèle en polyuréthane à module gradué (20-1000 MPa) contre un cylindre métallique poli, en analysant la friction sous diverses conditions sévères (chargement cyclique intense, vitesse de glissement réduite, longueur de course diminuée). Les résultats montrent que ces conditions adverses limitent l'entraînement du fluide lubrifiant et provoquent la rupture du film fluide, entraînant une friction élevée et des dommages de surface. L'étude conclut que les prothèses à couche souple doivent être conçues avec des films fluides élastohydrodynamiques épais ou intégrer des mécanismes de lubrification mixte/limite pour fonctionner efficacement dans des conditions tribologiques sévères.
This study aimed to compare how different types of femoral implant materials affect the opposing tibial joint surfaces over time in a dog model. The researchers implanted three different types of femoral prostheses (including hard materials like ceramic and metal, plus an artificial articular cartilage) and examined the histological changes in the tibial cartilage and menisci under loading conditions. The key finding was that hard material implants caused significant damage to the menisci and tibial cartilage as early as 8 weeks post-implantation, while the artificial cartilage implant preserved the tibial joint surface integrity even at 24 weeks. The study demonstrates that rigid prosthetic materials cause cartilage damage due to their surface properties and high friction coefficients, supporting the potential benefits of more cartilage-like implant materials.
Diese Studie untersuchte die zeitabhängigen Veränderungen an Gelenkknorpel nach Implantation verschiedener Prothesenmaterialien, um die pathologischen Schäden zu verstehen, die nach endoprothetischen Eingriffen häufig auftreten. Die Forscher implantierten drei verschiedene Arten von Femur-Implantaten bei Hunden und analysierten histologisch die Veränderungen der tibialen Gelenkflächen unter Belastungsbedingungen über einen Zeitraum von bis zu 24 Wochen. Die Ergebnisse zeigten deutliche pathologische Veränderungen an Menisken und Gelenkknorpel bereits 8 Wochen nach Implantation harter Materialien (Keramik und Metall), während die Gelenkfläche gegen künstlichen Gelenkknorpel auch nach 24 Wochen intakt blieb. Die Studie belegt, dass die starren Oberflächeneigenschaften und hohen Reibungskoeffizienten konventioneller Prothesenmaterialien die Hauptursache für Knorpelschäden sind, während biomimetische
Cette étude visait à comparer l'impact de différents matériaux d'implants fémoraux sur les surfaces articulaires tibiales chez le chien sous conditions de charge. Trois types d'implants ont été testés et leurs effets sur le cartilage articulaire tibial et les ménisques ont été analysés histologiquement au fil du temps. Les résultats montrent que les implants rigides (céramique et métal) provoquent des changements pathologiques marqués du cartilage tibial et des ménisques dès 8 semaines, tandis que le cartilage artificiel préserve l'intégrité de la surface articulaire tibiale jusqu'à 24 semaines post-opératoires. Cette étude démontre que les propriétés de surface rigides et les coefficients de friction élevés des matériaux traditionnels sont responsables de la dégradation du cartilage articulaire opposé.
This study investigated whether intra-articular triamcinolone acetonide (TA) injections could improve outcomes in horses with cartilage and bone fragments in their joints. Researchers created osteochondral fragments in 18 horses divided into three groups, then treated them with either TA injections or placebo, followed by 6 weeks of high-speed treadmill exercise. Horses receiving TA treatment directly into the affected joint showed significantly less lameness compared to control groups, along with improved synovial fluid composition (lower protein, higher beneficial molecules like hyaluronan). Additionally, both direct and remote TA treatment resulted in less joint inflammation, reduced tissue scarring, and better cartilage structure compared to placebo treatment, suggesting TA injections may be beneficial for treating joint fragments and arthritis in horses.
Diese Studie untersuchte die Wirkung von intraartikulär verabreichtem Triamcinolonacetat (TA) bei Pferden mit künstlich erzeugten Knorpel-Knochen-Fragmenten im Karpalgelenk. 18 Pferde wurden in drei Gruppen randomisiert und erhielten entweder Placebo-Injektionen, TA-Behandlung in das nicht-fragmentierte Gelenk oder TA-Behandlung direkt in das fragmentierte Gelenk, gefolgt von einem 6-wöchigen Laufbandtraining. Die TA-Behandlung führte zu signifikant geringerer Lahmheit, verbesserten Synovialflüssigkeitsparametern (niedrigeres Gesamtprotein, höhere Hyaluronan- und Glykosaminoglykan-Konzentrationen) sowie reduzierten Entzündungszeichen in der Synovialmembran und besserer Knorpelhistologie im Vergleich zur Placebo-Gruppe. Die Ergebnisse sprechen für einen therapeutischen Nutzen der intraartikulären TA-Gabe bei oste
Cette étude avait pour objectif d'évaluer les effets de l'acétonide de triamcinolone (TA) administré par voie intra-articulaire chez des chevaux athlètes présentant une fragmentation ostéochondrale carpienne. Dix-huit chevaux ont été répartis en trois groupes avec création chirurgicale d'un fragment ostéochondral dans une articulation intercarpienne, suivie d'injections de TA (12 mg) ou de placebo aux jours 13 et 27, et d'un programme d'exercice sur tapis roulant pendant 6 semaines. Les chevaux traités par TA ont présenté une boiterie significativement réduite, une amélioration des paramètres du liquide synovial (protéines totales diminuées, hyaluronane et glycosaminoglycanes augmentés), ainsi qu'une réduction de l'inflammation de la membrane synoviale et une meilleure préservation histomorphologique du cartilage articulaire comparativement au groupe placebo. Ces résultats supportent l'utilisation thérapeutique de la TA intra-articulaire dans la prise en charge de la fragmentation ostéochondrale et de l
This study investigated how variations in joint surface shape affect lubrication and pressure distribution in synovial joints during short-term loading. The researchers used a biomechanical model of the ankle joint that treated cartilage as incompressible elastic material lubricated by synovial fluid, examining both central and eccentric loading conditions with steady sliding motion. The key findings showed that individual differences in joint surface geometry had minimal impact on contact stress distribution and fluid film thickness, regardless of whether loads were applied centrally or eccentrically. The authors suggest that these different loading patterns (central versus eccentric) in incongruent joints may explain the varying patterns of bone mineralization observed beneath joint surfaces.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von Gelenkflächeninkongruenz auf die Schmierung und Druckverteilung in belasteten Synovialgelenken am Beispiel des menschlichen Sprunggelenks. Die Forscher verwendeten ein biomechanisches Modell mit inkompressiblem elastischem Knorpel und starrem subchondralen Knochen für Kurzzeitbelastungen wie beim Gehen, wobei sie sowohl zentrale als auch exzentrische Belastungsszenarien analysierten. Die Ergebnisse zeigen, dass individuelle anatomische Variationen der Gelenkflächen nur geringen Einfluss auf Kontaktstressverteilung und Flüssigkeitsfilmdicke haben, wobei exzentrische Belastung zwar die Druckverteilung stärker beeinflusst, aber die minimale Schmierfilmdicke kaum verändert. Die Autoren schlussfolgern, dass unterschiedliche Belastungsmuster (zentral vs. exzentrisch) die verschiedenen Mineralisierungsverteilungen im subchondralen Knochen erklären könnten.
Cette étude examine l'influence des variations géométriques des surfaces articulaires sur la lubrification et la distribution des pressions de contact dans les articulations synoviales lors de charges à court terme. Les auteurs ont développé un modèle biomécaniques non-diffusionnel de l'articulation tibio-talienne, considérant le cartilage comme incompressible élastique et l'os sous-chondral comme rigide, avec un fluide synovial newtonien. Les résultats montrent que les variations physiologiques individuelles de la géométrie articulaire n'affectent que faiblement la distribution des contraintes de contact et l'épaisseur du film lubrifiant, même lors d'un chargement excentrique. Cette distribution variable des charges pourrait expliquer les différents patterns de minéralisation de l'os sous-chondral observés entre les articulations incongruentes.
This study investigated lubrication mechanisms in natural synovial joints and artificial joint systems to understand how different factors affect friction during joint movement. The researchers used pendulum tests on pig shoulder joints and simulator tests with knee joint models consisting of stainless steel components paired with either natural pig cartilage or synthetic polyvinyl alcohol (PVA) hydrogel, testing various loads and lubricant conditions.
Key findings showed that hyaluronic acid concentration, protein films, and phospholipids all significantly influenced friction, with high loads (similar to body weight) producing low friction across different viscosity conditions due to enhanced squeeze film effects from improved surface contact. For both natural cartilage and artificial materials, adding gamma-globulin protein to hyaluronic acid solutions maintained low friction and protected surfaces during thin film lubrication conditions, supporting the concept of adaptive multimode lubrication where joints automatically adjust their lubrication strategy based on operating conditions.
Diese Studie untersuchte die Schmiermechanismen in natürlichen Synovialgelenken und künstlichen Gelenken mit verschiedenen Knorpelersatzmaterialien. Die Forscher führten Pendeltests an Schweineschultergelenken und Simulatortests mit Gleitpaarungen aus Edelstahl und natürlichem oder künstlichem Knorpel (PVA-Hydrogel) durch. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl die Hyaluronsäure-Konzentration als auch adsorbierte Proteinfilme entscheidend für das Reibungsverhalten sind, wobei hohe Lasten den Squeezfilm-Effekt verstärken. Die Zugabe von Gamma-Globulin zu Hyaluronat-Lösungen reduzierte die Reibung sowohl bei natürlichem Knorpel als auch bei PVA-Hydrogel signifikant und schützte die Gleitflächen unter dünnen Filmbedingungen.
Cette étude examine les mécanismes de lubrification dans les articulations synoviales naturelles et artificielles en utilisant des tests de pendule sur des épaules de porc et des tests de simulateur sur des paires de glissement cartilage/acier inoxydable. Les résultats montrent que la concentration d'acide hyaluronique, la viscosité du liquide synovial et la formation de films adsorbés de protéines et phospholipides influencent significativement le comportement frictionnel, avec un effet de film compressé renforcé sous charge élevée (1 kN). L'ajout approprié de gamma-globuline à une solution d'hyaluronate de sodium maintient une friction faible et protège les surfaces de frottement tant pour le cartilage naturel que pour l'hydrogel de polyvinyl-alcool. Ces observations supportent le concept de lubrification multimodale adaptative dans les articulations.
This study investigated whether exercise-induced changes in synovial fluid could directly influence cartilage cell metabolism. Researchers collected synovial fluid from ponies before and after a week of exercise following box rest, then cultured normal cartilage samples in these fluids for 4 days to measure glycosaminoglycan (GAG) turnover as an indicator of cartilage metabolism. Cartilage cultured in post-exercise synovial fluid showed increased GAG synthesis and decreased GAG breakdown compared to pre-exercise fluid, with higher levels of insulin-like growth factors (IGF-I and IGF-II) detected in the post-exercise samples. The findings demonstrate that mechanical loading benefits cartilage health partly through biochemical changes in synovial fluid composition rather than direct mechanical stimulation alone.
Diese Studie untersuchte, ob belastungsinduzierte Veränderungen in der Synovialflüssigkeit den Knorpelstoffwechsel beeinflussen können. Die Forscher sammelten Synovialflüssigkeit von Ponys vor und nach einer Woche Training und kultivierten normale Knorpelexplantate in 20%igen Lösungen dieser Flüssigkeiten für vier Tage. In Explantaten, die mit Synovialflüssigkeit nach dem Training kultiviert wurden, war die Glykosaminoglykan-Synthese erhöht und die Freisetzung vermindert im Vergleich zu Kulturen mit Synovialflüssigkeit vor dem Training. Die Ergebnisse zeigen, dass die anabolen Effekte der Gelenkbelastung auf den Knorpel zumindest teilweise durch Veränderungen in der Synovialflüssigkeit vermittelt werden, wobei erhöhte IGF-Spiegel als möglicher Mechanismus identifiziert wurden.
Cette étude visait à déterminer si les modifications du liquide synovial induites par la charge in vivo peuvent altérer l'activité métabolique des chondrocytes. Les chercheurs ont collecté du liquide synovial chez des poneys avant et après une semaine d'exercice, puis ont cultivé des explants de cartilage articulaire normal dans ces liquides pour mesurer le turnover des glycosaminoglycanes (GAG). Les explants cultivés dans le liquide synovial post-exercice ont montré une synthèse accrue des GAG et une diminution de leur libération, associées à des niveaux plus élevés d'IGF-I et IGF-II. Cette recherche démontre que les effets anaboliques de la charge articulaire sur le cartilage sont au moins partiellement médiés par les modifications de composition du liquide synovial.
This study investigated how proteoglycan molecules and their water-attracting properties affect the lubrication and friction characteristics of joint tissues. The researchers tested bovine articular cartilage, meniscus, and cartilage treated to remove chondroitin sulfate from proteoglycans using friction and compression tests under different stress conditions (0.5-4 MPa for friction, 0.8 MPa for compression).
The compression tests showed that removing chondroitin sulfate caused cartilage to deform faster and reach equilibrium more quickly, while meniscus had higher friction that increased more rapidly over time compared to normal cartilage. Surprisingly, despite the significant changes in compression behavior when proteoglycans were degraded, the friction properties of cartilage remained virtually unchanged, suggesting that proteoglycan content affects load-bearing capacity but not lubrication performance.
Diese Studie untersuchte den Einfluss der hydrophilen Eigenschaften von Proteoglykan-Molekülen auf die tribologischen (Reibungs- und Verschleiß-) Eigenschaften von Gelenkgeweben unter gemischten und Grenzschmierungsbedingungen. Die Forscher testeten bovinen Gelenkknorpel, Meniskus und enzymatisch degradierten Knorpel (mit entferntem Chondroitinsulfat) mittels Reibungs- und Kompressionstests bei verschiedenen Kontaktspannungen (0,5-4 MPa). Die Kompressionstests zeigten, dass degradierter Knorpel schneller deformierte und früher seine Gleichgewichtsposition erreichte, während Meniskus unter Belastung einen stärkeren Reibungsanstieg aufwies als normaler Knorpel. Überraschenderweise hatte die reduzierte Proteoglykan-Konzentration zwar deutliche Auswirkungen auf das biphasische Kompressionsverhalten, jedoch keinen Einfluss auf die Reibungseigenschaften des Gewebes.
Cette étude visait à examiner l'influence des propriétés hydrophiles des protéoglycanes de la matrice cartilagineuse sur les propriétés tribologiques des tissus articulaires en régimes de lubrification mixte et limite. Les chercheurs ont analysé le cartilage articulaire bovin, le ménisque bovin et du cartilage dégradé (privé de sulfate de chondroïtine) par des tests de friction sous contraintes de 0,5 et 4 MPa et de compression sous 0,8 MPa. Les résultats montrent que la dégradation des protéoglycanes altère significativement la réponse biphasique en compression (déformation plus rapide vers l'équilibre) mais n'affecte pas les propriétés frictionnelles du tissu. Cette dissociation suggère que les mécanismes de lubrification articulaire sont moins dépendants du contenu en protéoglycanes que les propriétés mécaniques compressives.
This study aimed to establish a theoretical framework for identifying the underlying physical mechanisms responsible for different types of temporomandibular joint (TMJ) sounds. The researchers used analogical reasoning and acoustic analysis principles to characterize the sound signatures produced by various mechanisms including impact, friction types, fluid dynamics, and elastic strain energy release. The study proposed that different TMJ sounds have distinct acoustic signatures: single short clicks result from impact mechanisms, multiple short creaks arise from stick-slip friction and structural defects, while longer-duration crepitus sounds are caused by simple sliding friction. The framework suggests that clinically significant TMJ sounds can be distinguished from benign sounds by analyzing their acoustic characteristics in relation to jaw movement parameters like speed and loading.
Diese theoretische Studie zielte darauf ab, ein Rahmenwerk zur Unterscheidung verschiedener physikalischer Mechanismen zu entwickeln, die Geräusche im Kiefergelenk (TMJ) erzeugen können. Da eine direkte In-vivo-Beobachtung nicht möglich ist, verwendeten die Autoren Analogien und theoretische Überlegungen, um charakteristische akustische Signaturen für verschiedene Mechanismen wie Aufprall, Reibung, Flüssigkeitsdynamik und elastische Energiefreisetzung zu beschreiben. Die Hauptergebnisse zeigen, dass kurze Einzelgeräusche (Clicks) typischerweise durch Aufprall entstehen, multiple kurze Geräusche (Knacken) durch Stick-Slip-Reibung und Formdefekte verursacht werden, während länger anhaltende Geräusche (Krepitation) auf einfache Gleitreibung zurückzuführen sind. Diese Klassifikation soll Klinikern helfen, klinisch relevante TMJ-Geräusche von anderen Schallphänomenen zu unterscheiden und deren zugrundeliegende
Cette étude vise à établir un cadre théorique pour identifier les différents mécanismes physiques responsables de la génération des bruits articulaires temporo-mandibulaires (ATM). Les auteurs analysent par analogie plusieurs mécanismes potentiels incluant l'impact, le glissement, la friction stick-slip, les effets hydrodynamiques et la libération d'énergie élastique, en prédisant leurs signatures acoustiques caractéristiques. Les résultats suggèrent que les clics (sons courts uniques) résultent d'impacts, les craquements (sons courts multiples) de frictions stick-slip et de défauts de forme, tandis que les crépitations (sons longs) proviennent de frictions de glissement simple. Cette classification acoustique permet de distinguer les sons cliniquement significatifs de ceux sans implication pathologique en fonction de leurs caractéristiques temporelles et de leur réponse aux variations de vitesse mandibulaire et de charge.
This review article aimed to provide rehabilitation guidelines for knee articular cartilage lesions following surgical intervention, based on cartilage structure and function principles. The authors conducted a narrative review examining cartilage biomechanics, common surgical procedures, and evidence-based rehabilitation approaches. Key findings indicate that controlled compressive loading promotes cartilage healing while excessive shear forces are detrimental, leading to recommendations for protected weight-bearing periods followed by progressive loading, controlled range of motion exercises, and muscle strengthening that minimizes joint shear stress. The review emphasizes that rehabilitation protocols must account for cartilage's limited regenerative capacity due to its avascular nature and dependence on synovial fluid for nutrition.
**Zusammenfassung:**
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, evidenzbasierte Rehabilitationsleitlinien nach chirurgischen Eingriffen bei Knorpelläsionen am Kniegelenk zu entwickeln. Die Autoren analysieren die Struktur und Funktion des Gelenkknorpels, beschreiben gängige operative Verfahren und leiten daraus Rehabilitationsprinzipien ab. Die Hauptergebnisse zeigen, dass kontrollierte Druckbelastung die Knorpelheilung fördern kann, während übermäßige Scherkräfte schädlich sind. Das empfohlene Rehabilitationsprotokoll umfasst kontrollierte Bewegungsübungen, muskelstärkende Maßnahmen unter Minimierung von Scherkräften, eine Phase der geschützten Gewichtsbelastung gefolgt von progressiver Gelenkbelastung.
Cette étude vise à établir des lignes directrices pour la rééducation après chirurgie des lésions du cartilage articulaire du genou, en s'appuyant sur les propriétés structurelles et fonctionnelles du cartilage. Les auteurs présentent une revue des procédures chirurgicales courantes et analysent l'impact biomécanique des différents types de contraintes sur la guérison cartilagineuse. Les résultats indiquent que la compression contrôlée favorise la cicatrisation du cartilage, tandis que les contraintes de cisaillement excessives sont délétères. Les recommandations incluent des exercices de mobilité contrôlée, un renforcement musculaire minimisant les forces de cisaillement, une période de décharge partielle suivie d'une remise en charge progressive.
This study investigated whether exercise could prevent cartilage breakdown in hamsters, which naturally develop osteoarthritis-like changes. Researchers compared young hamsters with older hamsters that either exercised daily on running wheels (6-12 km/day) or remained sedentary for 3 months, using scanning electron microscopy to assess cartilage surface damage and biochemical analysis to measure cartilage and synovial fluid composition. The sedentary hamsters developed significant cartilage surface damage (fibrillation, pitting, and fissures) along with reduced proteoglycan content in cartilage and decreased synovial fluid volume, while exercised hamsters maintained smooth, healthy cartilage surfaces similar to young controls. These findings demonstrate that regular exercise protects against early cartilage degeneration by preserving normal cartilage structure and biochemical composition.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von körperlicher Aktivität auf die Knorpeldegeneration bei Hamstern. Junge Hamster (2,5 Monate) wurden mit älteren Hamstern (5,5 Monate) verglichen, die entweder drei Monate lang täglich Laufradtraining (6-12 km/Tag) absolvierten oder sedentär gehalten wurden. Die rasterelektronenmikroskopische Analyse zeigte, dass alle sedentären Hamster Knorpelfibrillationen an den Femurkondylen entwickelten, während die trainierten Hamster ebenso wie die jungen Kontrolltiere eine glatte Knorpeloberfläche behielten. Zusätzlich wiesen sedentäre Tiere einen reduzierten Proteoglykangehalt im Knorpel und ein verringertes Synovialflüssigkeitsvolumen auf, was darauf hinweist, dass regelmäßige Bewegung vor früher Knorpeldegeneration schützt.
Cette étude visait à déterminer les effets de l'exercice sur la composition du cartilage articulaire et le développement de sa dégénérescence chez le hamster. Les chercheurs ont comparé des hamsters jeunes (2,5 mois), des hamsters âgés sédentaires (5,5 mois) et des hamsters âgés ayant pratiqué 3 mois d'exercice quotidien sur roue (6-12 km/jour), en analysant la morphologie du cartilage par microscopie électronique à balayage et en mesurant les composants biochimiques du liquide synovial et du cartilage patellaire. Les résultats montrent que tous les hamsters sédentaires présentaient une fibrillation du cartilage fémoral, une diminution du contenu en protéoglycanes du cartilage et une réduction du volume de liquide synovial, contrairement aux hamsters exercés qui conservaient un cartilage lisse similaire aux jeunes contrôles. L'exercice quotidien prévient donc efficacement la dégénérescence cartilagineuse précoce et maintient l'intégrité du cartilage articulaire.
This study investigated how surface proteins and lipids affect the friction properties of articular cartilage under different lubrication conditions. The researchers used bovine cartilage samples that were treated to selectively remove either lipids (with detergent) or proteins (with trypsin), then tested friction using a sliding rig under two contact pressures (0.5 and 4 MPa) at various loading times. At high pressure (4 MPa), removing either lipids or proteins caused slight increases in friction that were not statistically significant. At low pressure (0.5 MPa), lipid removal increased friction during short loading times, while protein removal reduced friction during longer loading times, suggesting that lipids and proteins contribute differently to cartilage lubrication depending on the mechanical conditions and time scale.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von Proteinen und Lipiden auf die Reibungseigenschaften von Gelenkknorpel unter verschiedenen Schmierungsbedingungen. Die Forscher verwendeten bovinen Gelenkknorpel, von dem selektiv Lipide (durch Detergenzien) oder Proteine (durch Trypsin-Verdauung) aus der Oberflächenschicht entfernt wurden, und testeten diese Proben in einem Gleitreibungsgerät unter Kontaktdrücken von 0,5 und 4 MPa. Bei hohem Kontaktdruck (4 MPa) zeigten sowohl lipid- als auch proteindefiziente Knorpelproben nur geringfügig erhöhte Reibungskoeffizienten ohne statistische Signifikanz. Bei niedrigerem Kontaktdruck (0,5 MPa) führte die Lipidentfernung zu erhöhter Reibung bei kurzen Belastungszeiten, während die Proteinentfernung die Reibung bei längeren Belastungszeiten reduzierte, was auf unterschiedliche Schmierungsmechanismen in Abhängigkeit
Cette étude vise à évaluer l'influence des protéines et des lipides sur les propriétés frictionnelles du cartilage articulaire en régime de lubrification mixte et limite. Les chercheurs ont utilisé du cartilage articulaire bovin traité pour éliminer sélectivement les lipides ou les protéines de la couche superficielle, puis ont réalisé des tests de friction sous des pressions de contact de 0,5 et 4 MPa. À haute pression (4 MPa), l'élimination des lipides ou des protéines augmente légèrement le coefficient de friction sans différence statistiquement significative. À basse pression (0,5 MPa), l'élimination des lipides augmente la friction aux temps de charge courts, tandis que l'élimination des protéines réduit la friction aux temps de charge longs, suggérant des rôles distincts de ces composants selon les conditions de sollicitation.
This study evaluated hyaluronic acid-based polymers (HYAFF 11 and ACP sponges) as delivery vehicles for mesenchymal stem cells in bone and cartilage tissue engineering applications. The researchers tested cell binding capacity in vitro, examined material properties using scanning electron microscopy, and assessed bone and cartilage formation after subcutaneous implantation in nude mice for 3-6 weeks, comparing results to standard calcium phosphate ceramic controls. HYAFF 11 sponges bound significantly more cells than ceramic controls (90% more, or 130% more when fibronectin-coated) and produced 30% more bone and cartilage tissue per unit area after implantation. The study demonstrates that hyaluronic acid-based materials, particularly HYAFF 11, offer superior cell loading capacity and tissue formation compared to traditional ceramic scaffolds, with the added advantage of complete biodegradation and replacement by newly formed tissue.
Diese Studie untersuchte die Eignung von Hyaluronsäure-basierten Polymeren (HYAFF 11 und ACP Schwämme) als Trägermaterialien für mesenchymale Progenitorzellen im Knochen- und Knorpel-Tissue-Engineering. Die Forscher verglichen diese Materialien mit keramischen Kalziumphosphat-Trägern durch Zellbindungstests, elektronenmikroskopische Analysen und subkutane Implantation in Nacktmäusen über 3-6 Wochen. HYAFF 11-Schwämme zeigten eine überlegene Zellbindungskapazität (90% mehr Zellen als Keramik) und produzierten nach Implantation 30% mehr Knochen- und Knorpelgewebe pro Flächeneinheit. Die Hyaluronsäure-basierten Materialien erwiesen sich als vorteilhaft, da sie vollständig durch neu gebildetes Gewebe ersetzt werden können, während sie gleichzeitig eine höhere Zelldichte und bessere Geweberegeneration ermöglichen.
Cette étude visait à évaluer l'efficacité de biomatériaux à base d'acide hyaluronique (éponges HYAFF 11 et ACP) comme vecteurs de cellules progénitrices mésenchymateuses pour l'ingénierie tissulaire osseuse et cartilagineuse, en comparaison avec une céramique phosphocalcique poreuse de référence. Les chercheurs ont testé la capacité de liaison cellulaire de ces matériaux par microscopie électronique et quantification, puis évalué leur potentiel ostéogénique et chondrogénique après implantation sous-cutanée chez la souris nude. Les résultats montrent que les éponges HYAFF 11 permettent d'incorporer deux fois plus de cellules que la céramique et produisent 30% de tissu osseux et cartilagineux supplémentaire par unité de surface. Ces vecteurs à base d'acide hyaluronique présentent l'avantage supplémentaire d'une dégradation complète permettant le remplacement total de l'implant par le tissu néoformé.
This study investigated the fate of hyaluronan (HA) after injection into rabbit knee joints to understand how this common arthritis treatment is processed by the body. Researchers injected radioactively-labeled HA (2,000 kDa molecular weight) into rabbit knees and tracked its movement into blood circulation, while analyzing tissue samples at 24 and 72 hours using gel filtration chromatography to measure molecular weight changes. The results showed that injected HA moves from the joint into systemic circulation following predictable kinetics, with the large HA molecules gradually breaking down into smaller fragments over time—remaining mostly intact in synovial fluid but degrading to smaller sizes in synovial membrane and cartilage. The study also demonstrated that HA is ultimately metabolized into basic carbon units and recycled for use in other biological processes throughout the body.
Diese Studie untersuchte die Pharmakokinetik und den Metabolismus von Hyaluronsäure (HA) nach intraartikulärer Injektion bei Kaninchen. Die Forscher injizierten radioaktiv markierte HA (2.000 kDa) in Kniegelenke und verfolgten deren Verteilung mittels Blutproben, Gelpermeationschromatographie und Radioaktivitätsmessungen in verschiedenen Geweben über 72 Stunden. Die Ergebnisse zeigten, dass HA aus dem Gelenk in die systemische Zirkulation übergeht und dabei progressiv abgebaut wird - von ursprünglich 2.000 kDa in der Synovialflüssigkeit zu kleineren Fragmenten (300-50 kDa) in Synovialmembran und Gelenkknorpel. Die Studie belegte außerdem, dass HA vollständig zu C1-Einheiten metabolisiert und anschließend als körpereigene Bestandteile wiederverwendet wird.
Cette étude a évalué la pharmacocinétique et le métabolisme de l'acide hyaluronique (HA) après injection intra-articulaire chez le lapin. Les chercheurs ont utilisé du HA marqué au 14C-glucose (2000 kDa) injecté dans l'articulation du genou, puis ont analysé sa distribution et sa dégradation par chromatographie de filtration sur gel à 24 et 72 heures post-injection. Les résultats montrent que le HA migre de la cavité articulaire vers la circulation systémique selon une cinétique de premier ordre, avec une dégradation progressive : le liquide synovial conserve principalement des fragments de haut poids moléculaire (2000 kDa), tandis que la membrane synoviale et le cartilage présentent une fragmentation croissante vers des molécules plus petites (300 puis 50 kDa). L'étude démontre également que le HA est finalement métabolisé en unités C1 qui sont réutilisées dans le cycle métabolique général de l'organisme.
This study aimed to characterize the extracellular matrix composition of human cricoarytenoid joint cartilage, which had not been thoroughly analyzed despite its involvement in various diseases. The researchers used multiple microscopy techniques (light, immunohistochemistry, transmission and scanning electron microscopy) to examine the cartilage structure and compared findings with limb joint cartilage. The analysis revealed that cricoarytenoid cartilage contains similar components to limb joints (various collagen types and sulfated glycosaminoglycans) but shows unique features, including a distinctive distribution of type III collagen and different collagen fiber alignment patterns adapted to the specific movement patterns of the laryngeal joint. A key finding was the presence of type III collagen in the superficial cartilage layer, which has not been demonstrated in limb joint cartilage and may represent a unique structural adaptation of this specialized joint.
Diese Studie untersuchte die Zusammensetzung der extrazellulären Matrix im Gelenkknorpel des menschlichen Krikoarytenoidgelenks, da diese bei verschiedenen Kehlkopferkrankungen betroffen ist, aber bisher kaum charakterisiert wurde. Die Forscher verwendeten Lichtmikroskopie, Immunhistochemie sowie Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie, um die Matrixkomponenten zu analysieren und mit Extremitätengelenken zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Knorpel verschiedene Glykosaminoglykane (Chondroitin-4-sulfat, Chondroitin-6-sulfat, Keratansulfat) und mehrere Kollagentypen (II, III, VI, IX, XI) enthält, wobei Kollagen Typ III eine besondere schichtspezifische Verteilung aufweist. Eine Besonderheit stellt das Vorkommen von Kollagen Typ III in den oberflächlichen Knorpelschichten dar, was bei Extremitätengelenken bisher nicht nachgewiesen wurde und mö
Cette étude vise à caractériser la composition de la matrice extracellulaire du cartilage articulaire de l'articulation crico-aryténoïdienne humaine, contrairement aux articulations des membres qui sont mieux documentées. Les auteurs ont utilisé une approche multimodale combinant microscopie optique, immunohistochimie, microscopie électronique à transmission et à balayage pour analyser les composants matriciels. Les résultats révèlent la présence de sulfates de chondroïtine (4 et 6), de kératane sulfate et de collagènes de types II, III, VI, IX et XI, avec une distribution particulière du collagène de type III qui varie selon la profondeur du cartilage. Cette étude met en évidence des spécificités structurelles de l'articulation crico-aryténoïdienne, notamment la présence unique de collagène de type III dans les couches superficielles, qui la distinguent des articulations des membres malgré des similitudes compositionnelles globales.
This study investigated how continuous sliding motion and surface wear affect the friction properties of articular cartilage. The researchers conducted friction tests using cartilage-on-metal contacts under constant load, comparing initial and repeat friction measurements, and used laser profilometry and electron microscopy to assess surface changes and structure.
The key finding was that while surface wear did occur (surface roughness increased from 0.8 to 2.1 microns) and modestly increased friction coefficients in repeat tests, loading time was the primary factor controlling friction. Friction coefficients increased dramatically over 120 minutes, rising from 0.005 after 5 seconds to 0.50-0.57, with synovial fluid providing significantly better lubrication than Ringer's solution.
The authors concluded that fluid phase load carriage within cartilage (biphasic lubrication) is the dominant mechanism responsible for low friction, rather than surface wear effects. They also identified two distinct surface layers - a phospholipid/glycoprotein boundary layer for lubrication and a surface lamina that prevents collagen fiber damage - both of which may contribute to cartilage's time-dependent frictional behavior.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von kontinuierlicher Gleitbewegung und Oberflächenverschleiß auf die Reibung von Gelenkknorpel. Die Forscher führten Reibungstests mit hin- und hergehender Bewegung an Knorpel-Metall-Kontakten unter konstanter Belastung durch und verwendeten sowohl Synovialflüssigkeit als auch Ringer-Lösung als Schmiermittel. Die Hauptergebnisse zeigten, dass die Reibungskoeffizienten über 120 Minuten von 0,005 (nach 5 Sekunden) auf 0,50-0,57 anstiegen, wobei die Belastungsdauer den primären Einflussfaktor darstellte, während Oberflächenverschleiß nur einen geringen Beitrag zur Reibungserhöhung leistete. Die Autoren schlussfolgerten, dass die biphasische Schmierung durch Flüssigkeitsphasen-Lastübertragung im Knorpel hauptsächlich für die niedrigen Reibungskoeffizienten verantw
Cette étude visait à analyser l'influence de l'usure de surface sur la friction du cartilage articulaire lors de contacts cartilage-métal sous charge constante. Les chercheurs ont utilisé des tests de friction par mouvement de va-et-vient, complétés par des analyses de profilométrie laser, microscopie électronique et microscopie électronique à transmission pour caractériser l'usure de surface et la structure cartilagineuse. Les résultats montrent que bien qu'une usure significative soit détectée (rugosité passant de 0,8 à 2,1 microns), le paramètre principal contrôlant la friction reste la durée de mise en charge, avec des coefficients de friction augmentant de 0,005 après 5 secondes à 0,50-0,57 après 120 minutes selon le lubrifiant utilisé. L'étude conclut que la lubrification biphasique, liée au transport de fluide dépendant du temps de charge, constitue le mécanisme dominant de réduction de friction dans le cartilage articulaire.
This study aimed to examine the ultrastructure of articular cartilage surfaces in intact, loaded joints to better understand joint lubrication mechanisms. The researchers loaded 24 rabbit knee joints either statically or with simulated muscle forces, then rapidly froze them under load and used specialized fixation techniques to preserve the joint surfaces for light and electron microscopy while maintaining their articulated state. The key findings showed that loaded joint surfaces were remarkably smooth at all magnification levels (35x to 7,500x), with a uniform 100 nm fluid-filled space separating the cartilage surfaces, and an electron-dense surface layer that was thicker and flatter under load compared to previous reports from unloaded specimens. These results support the presence of fluid film lubrication in joints but do not show evidence for the fluid sequestration mechanisms proposed in some theoretical lubrication models.
Diese Studie untersuchte die Oberflächenstruktur von Gelenkknorpel in intakten, belasteten Gelenken, um die Mechanismen der Gelenkschmierung besser zu verstehen. Die Forscher verwendeten 24 Kaninchenkniegelenke, die ex vivo unter statischer oder dynamischer Belastung schockgefroren und anschließend mittels Licht- und Elektronenmikroskopie analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass belastete Gelenkoberflächen glatt waren und durch einen gleichmäßigen 100 nm breiten, flüssigkeitsgefüllten Spalt getrennt wurden, während unbelastete Oberflächen unregelmäßig erschienen. Diese erste ultrastrukturelle Untersuchung intakter, belasteter Gelenke unterstützt die Theorie der Flüssigkeitsfilmschmierung, konnte jedoch die in bisherigen Modellen postulierte Flüssigkeitseinlagerung in Oberflächenvertiefungen nicht bestätigen.
Cette étude visait à examiner l'ultrastructure des surfaces articulaires du cartilage dans des articulations intactes et en charge, afin de mieux comprendre les mécanismes de lubrification articulaire. Les chercheurs ont utilisé 24 articulations de genou de lapin soumises à des charges statiques ou dynamiques ex vivo, puis congelées sous charge et préparées par cryofixation pour microscopie optique et électronique. Les résultats montrent que les surfaces articulaires en charge étaient lisses (grossissements ×35 à ×7500) contrairement aux surfaces non chargées qui présentaient des irrégularités, avec un espace uniforme de 100 nm contenant du liquide synovial séparant les surfaces articulaires. Ces observations supportent l'existence d'une lubrification par film fluide dans les articulations diarthrodiales, mais ne confirment pas les mécanismes de séquestration de fluide proposés dans certains modèles théoriques.
This study investigated how worn cartilage surfaces affect ankle joint lubrication during walking by modeling synovial fluid filtration through damaged cartilage. The researchers used a biphasic mixture model that treats cartilage as an elastic porous matrix with fluid and synovial fluid as a two-phase system, specifically examining steady sliding motion when the cartilage surface zone is worn away.
The key finding was that worn cartilage dramatically alters lubrication mechanics compared to healthy cartilage - while normal cartilage maintains a continuous 1-micrometer thick synovial fluid film during walking, worn cartilage allows intensive fluid filtration that prevents continuous film formation. Instead, only a very thin synovial gel layer (about 10 nanometers thick) develops over most of the joint contact area.
These results suggest that when ankle cartilage surface zones are damaged, the joint shifts from fluid-film lubrication to boundary lubrication during normal walking activities.
Diese Studie untersuchte die Schmierung des menschlichen Sprunggelenks beim Gehen unter der Annahme, dass die Oberflächenzone des Knorpels abgenutzt ist. Die Forscher verwendeten ein zweiphasiges Mischmodell, das sowohl den Knorpel (elastische poröse Matrix + ideale Flüssigkeit) als auch die Synovialflüssigkeit (viskose Flüssigkeit + ideale Flüssigkeit) berücksichtigt, um die Filtration der Synovialflüssigkeit während gleichmäßiger Gleitbewegungen zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen, dass bei abgenutzter Knorpeloberfläche die Synovialflüssigkeit intensiv durch den Knorpel filtriert wird, wodurch kein kontinuierlicher Flüssigkeitsfilm aufrechterhalten werden kann. Stattdessen bildet sich eine etwa 10⁻⁸ m dünne Synovial-Gelschicht, was darauf hindeutet, dass bei abgenutztem Knorpel hauptsächlich Grenzschmierung im Sprunggelenk
Cette étude examine la lubrification de l'articulation de la cheville humaine pendant la marche en utilisant un modèle de mélange biphasique pour analyser la filtration du liquide synovial par le cartilage dont la zone de surface est usée. Les chercheurs ont appliqué un modèle biphasique linéaire pour le cartilage (matrice poreuse élastique + fluide idéal) et pour le liquide synovial (fluide visqueux + fluide idéal) dans des conditions de glissement pur en régime permanent. Les résultats montrent que, contrairement au modèle classique qui prédit un film synovial continu d'environ 1 micromètre d'épaisseur, le modèle avec cartilage usé indique une filtration intensive du liquide synovial qui empêche la formation d'un film continu et conduit au développement d'une couche de gel synovial d'environ 10⁻⁸ mètre d'épaisseur. Ces findings suggèrent qu'en présence d'usure de la zone de surface cartilagineuse, la lubrification limite prédomine dans l'articulation de la cheville lors du glissement en régime
This study investigated how mechanical strain affects hyaluronan (HA) metabolism in embryonic fibrocartilage cells to understand joint cavity formation during development. The researchers applied 10 minutes of mechanical strain to cultured cells from chick embryo tibial condyles and measured HA release, enzyme activity, protein expression, and gene expression over 24 hours. The main findings showed that mechanical strain significantly increased HA production and release into culture media, enhanced the activity of enzymes needed for HA synthesis, and upregulated expression of HA-binding proteins like CD44. Additionally, strain induced differential expression of HA synthase genes, with HA synthase 3 only appearing in mechanically stimulated cells, suggesting that movement-induced mechanical forces play a crucial role in joint development by regulating HA metabolism.
Diese Studie untersuchte den Einfluss mechanischer Belastung auf den Hyaluronan-Stoffwechsel in embryonalen Faserknorpelzellen, um die Rolle bewegungsinduzierter Stimuli bei der Gelenkentwicklung zu verstehen. Die Forscher isolierten Zellen aus den Gelenkflächen der distalen Tibiakondylen von 18 Tage alten Hühnerembryonen und analysierten nach 10-minütiger mechanischer Dehnung über 24 Stunden verschiedene Parameter des Hyaluronan-Metabolismus. Die mechanische Belastung führte zu einer signifikant erhöhten Hyaluronan-Freisetzung ins Kulturmedium (nach 6 und 24 Stunden), gesteigerter UDP-Glucose-Dehydrogenase-Aktivität, erhöhter CD44-Expression und spezifischer Induktion der mRNA für HA-Synthase 3. Diese Ergebnisse belegen, dass mechanische Reize den Hyaluronan-Stoffwechsel differenziell regulieren und damit eine wichtige Rolle bei der bewegungsabhängigen Gelenkentwick
Cette étude examine l'influence de la contrainte mécanique sur le métabolisme de l'acide hyaluronique dans les cellules de fibrocartilage embryonnaire, dans le contexte du développement des cavités articulaires synoviales. Les chercheurs ont appliqué 10 minutes de contrainte mécanique à des cellules isolées de surfaces articulaires d'embryons de poulet de 18 jours, puis analysé la libération d'acide hyaluronique, l'activité enzymatique et l'expression génique jusqu'à 24 heures après stimulation. Les résultats montrent que la contrainte mécanique augmente significativement la libération d'acide hyaluronique dans le milieu de culture dès 6 heures, stimule l'activité de l'UDP-glucose déshydrogénase et l'expression de CD44, et induit spécifiquement l'expression de l'ARNm de la HA synthase 3 à 24 heures. Ces findings démontrent le rôle crucial des stimuli mécaniques induits par le mouvement dans la régulation différentielle du métabolisme matriciel extracellulaire lors du développement articulaire.
This study aimed to investigate how intervertebral discs distribute forces across different regions when the cervical spine is loaded under various conditions. Researchers created a detailed 3D finite element computer model of the cervical spine using CT scans and anatomical sections, including all major bone structures, discs, joints, and ligaments, then validated it against experimental force and strain measurements. The model revealed that axial forces were consistently higher than shear forces throughout the disc under all loading conditions, with the front (ventral) region of the disc experiencing the greatest variation in axial forces while the back (dorsal) region transmitted higher shear forces. These findings provide new insights into how cervical discs mechanically function and may help clinicians better understand disc-related pathologies and treatment approaches.
Diese Studie zielte darauf ab, die biomechanische Rolle der Bandscheiben in der Halswirbelsäule unter verschiedenen Belastungsbedingungen zu untersuchen. Die Forschenden entwickelten ein anatomisch genaues, dreidimensionales Finite-Elemente-Modell der Halswirbelsäule basierend auf CT-Bildern und Kryomikrotom-Schnitten, das alle relevanten Strukturen (Wirbel, Bandscheiben, Gelenke und Bänder) umfasste und experimentell validiert wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass unter allen Belastungsarten hauptsächlich axiale Kräfte (im Vergleich zu Scherkräften) durch die Bandscheiben übertragen wurden, wobei der ventrale Bereich der Bandscheibe höhere axiale Kraftvariationen widerstand, während der dorsale Bereich größere Scherkräfte übertrug. Diese Erkenntnisse verbessern das Verständnis der biomechanischen Funktion der Halswirbelsäulen-Bandscheiben und können für klinische Anwendungen relevant sein.
Cette étude visait à analyser le rôle biomécanique du disque intervertébral cervical sous différents types de charges en développant un modèle par éléments finis anatomiquement précis du rachis cervical humain. Le modèle tridimensionnel non-linéaire, créé à partir d'images de tomodensitométrie et de sections cryomicrotomiques, incluait toutes les structures vertébrales, discales et ligamentaires, et fut validé expérimentalement sous compression pure et charges excentriques antérieures et postérieures. Les résultats ont révélé que les forces axiales (par rapport aux forces de cisaillement) étaient prédominantes dans toutes les régions du disque, avec la région ventrale résistant aux plus grandes variations de force axiale tandis que la région dorsale transmettait les forces de cisaillement les plus élevées. Ces findings apportent un éclairage nouveau sur la compréhension des mécanismes biomécaniques du disque intervertébral cervical humain.
This study aimed to develop and evaluate polyvinyl alcohol hydrogel (PVA-H) as an artificial articular cartilage material by comparing its biomechanical properties to existing materials and testing its biocompatibility. The researchers improved PVA-H synthesis, measured its lubrication properties and stress transmission characteristics against polyethylene, conducted histological analysis of implanted material over 8-52 weeks, and tested femoral surface replacements in dogs using PVA-H attached to titanium fiber mesh. Key findings showed that PVA-H maintained thicker fluid films under pressure and provided better shock absorption than polyethylene, though with higher wear rates, and demonstrated excellent biocompatibility with no inflammatory response in tissue studies. In the dog model, PVA-H composite implants caused minimal damage to opposing cartilage surfaces compared to hard materials like alumina and titanium, while successfully integrating with host bone through the supporting mesh.
Diese Studie zielte darauf ab, einen künstlichen Gelenkknorpel auf Basis von Polyvinylalkohol-Hydrogel (PVA-H) zu entwickeln und dessen biomechanische Eigenschaften sowie Biokompatibilität zu untersuchen. Die Forscher analysierten die Schmierungseigenschaften, Dämpfungseffekte und Verschleißfestigkeit von PVA-H im Vergleich zu Polyethylen in vitro, führten histologische Biokompatibilitätsstudien durch und testeten das Material in Hundemodellen mit einem Titan-Mesh-Verbundsystem. Die Ergebnisse zeigten, dass PVA-H bessere Schmierungseigenschaften und Dämpfungseffekte als Polyethylen aufwies, obwohl der Verschleiß höher war, und dass das Hydrogel-Komposit im Tiermodell minimale Schäden am Gelenkknorpel verursachte, während harte Materialien wie Alumina deutliche pathologische Veränderungen hervorriefen. Die Studie demonstriert das Potenzial von PVA-H als vielv
Cette étude vise à développer un cartilage articulaire artificiel à base d'hydrogel de polyvinyl alcool (PVA-H) en comparant les mécanismes de lubrification et de support de charge des articulations naturelles et artificielles. Les chercheurs ont évalué les propriétés mécaniques du PVA-H par des tests de lubrification, d'amortissement et d'usure, ainsi que sa biocompatibilité par implantation chez l'animal sur 8-52 semaines. Les résultats montrent que le PVA-H présente une meilleure lubrification et un meilleur amortissement que le polyéthylène, avec une excellente biocompatibilité sans inflammation ni dégénérescence tissulaire. Lors des tests in vivo chez le chien, le composite PVA-H/maille de titane cause des dommages minimaux au cartilage tibial opposé, contrairement aux matériaux rigides (alumine, titane) qui provoquent des altérations pathologiques marquées.
This study aimed to develop hydrogel biomaterials that could serve as artificial articular cartilage by mimicking the natural mechanoelectrical properties of healthy cartilage. The researchers created hydrogels by combining 2-hydroxyethyl methacrylate with acrylic acid to incorporate negatively charged groups into the material structure, then tested these materials under dynamic compression to measure electrical responses. The key finding was that these synthetic hydrogels successfully demonstrated mechanoelectrical transduction when compressed, with stronger electrical signals corresponding to higher concentrations of fixed negative charges in the material. This mechanoelectrical response is important because it mimics how natural cartilage generates electrical signals under mechanical stress, which is believed to regulate cartilage cell activity and tissue repair processes.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie zielte auf die Entwicklung von Hydrogelen als künstlicher Gelenkknorpelersatz ab, die das mechanoelektrische Verhalten von natürlichem Knorpel nachahmen können. Die Forscher synthetisierten Hydrogele durch Copolymerisation von 2-Hydroxyethylmethacrylat mit Acrylsäure, um negativ geladene Gruppen in das Makromolekularnetzwerk einzubauen. Unter dynamischer Druckbelastung zeigten die entwickelten Hydrogele eine mechanoelektrische Transduktion, wobei die Potentialamplitude mit zunehmender Ladungsdichte anstieg. Diese Eigenschaft ist entscheidend, da sie die zelluläre Aktivität der Chondrozyten moduliert und somit für die Gewebereparatur von fundamentaler Bedeutung ist.
Cette étude visait à développer des hydrogels comme cartilage articulaire artificiel capables de reproduire la transduction mécano-électrique du cartilage naturel. Les chercheurs ont synthétisé des hydrogels par copolymérisation de 2-hydroxyéthyl méthacrylate avec de l'acide acrylique, créant des groupes chargés négativement fixés dans le réseau macromoléculaire. Sous compression dynamique, ces hydrogels ont démontré une capacité de transduction mécano-électrique, avec une amplitude de potentiel électrique qui augmente proportionnellement à la densité de charges fixes. Ces résultats suggèrent que ces biomatériaux pourraient potentiellement reproduire les signaux électrochimiques essentiels à l'activité des chondrocytes et à la réparation tissulaire.
This study investigated how the acetabular labrum affects cartilage mechanics in the hip joint during prolonged loading. The researchers used a poroelastic finite element model simulating a cross-section through the hip joint cartilage and labrum, analyzing the response to extended loading (10,000 seconds) to mimic daily joint compression. The model showed that the labrum plays a crucial protective role by slowing cartilage fluid loss (consolidation was 40% faster without the labrum) and significantly reducing harmful contact stresses between cartilage surfaces (up to 92% higher stresses when labrum was absent). These findings suggest the labrum is essential for maintaining healthy cartilage function by preserving joint lubrication, reducing wear-inducing friction, and providing structural stability to prevent joint damage.
Diese Studie untersuchte mittels eines poroelastischen Finite-Elemente-Modells, wie das Acetabulumslabrum die biomechanischen Eigenschaften des Hüftgelenkknorpels beeinflusst. Die Forscher entwickelten ein zweidimensionales Modell einer koronalen Schicht durch acetabuläre und femorale Knorpelschichten sowie das Labrum und simulierten eine Langzeitbelastung von 10.000 Sekunden. Die Ergebnisse zeigten, dass das Labrum eine wichtige Barriere für den Flüssigkeitsabfluss aus dem Knorpel darstellt - ohne Labrum konsolidierte der Knorpel 40% schneller und die Kontaktspannungen zwischen den Gelenkflächen stiegen um bis zu 92%. Das Labrum trägt somit wesentlich zur Gelenkstabilität bei, reduziert schädliche Spannungen im Knorpel und verhindert vorzeitigen Verschleiß durch erhöhte Reibung.
Cette étude avait pour objectif d'analyser l'influence du labrum acétabulaire sur la consolidation du cartilage de la hanche et les contraintes qui en résultent. Les chercheurs ont développé un modèle d'éléments finis poroélastique représentant une coupe coronale des couches cartilagineuses acétabulaire et fémorale avec le labrum, soumis à une charge compressive prolongée (10 000 secondes). Les résultats montrent que le labrum joue un rôle crucial en ralentissant l'écoulement du fluide hors du cartilage : sans labrum, la consolidation cartilagineuse s'accélère de 40% et les contraintes de contact solide-solide augmentent jusqu'à 92%. L'absence du labrum entraîne également un déplacement du centre de contact vers le rebord acétabulaire, une augmentation des contraintes sous-chondrales favorisant la fatigue du cartilage, et une diminution de la stabilité articulaire.
This large-scale study investigated how different exercise regimens affect musculoskeletal development and osteochondrosis (OC) in 43 genetically predisposed foals up to 5-11 months of age. The researchers compared three groups (box-rest, box-rest with training, and free pasture exercise) using comprehensive methods including clinical monitoring, radiography, gait analysis, tissue biopsies, and post-mortem examination of bones, cartilage, tendons, and muscles.
The study found that osteochondrosis is a dynamic process where lesions can both develop and spontaneously regress during critical "windows of susceptibility," with exercise affecting lesion distribution within joints but not overall lesion numbers. Box-rest delayed normal musculoskeletal development (evident in bone density, tissue composition, and gait), with most effects reversible except for some permanent changes in cartilage collagen, while high-intensity training had lasting negative effects on cartilage cell viability and other tissues.
The researchers concluded that the early post-natal period represents a critical window where the equine musculoskeletal system is vulnerable to developmental problems but retains high regenerative capacity, making appropriate exercise a potentially powerful tool for enhancing long-term injury resistance.
Diese multidisziplinäre Studie untersuchte den Einfluss verschiedener Bewegungsregimes auf die Entwicklung des Bewegungsapparats und die Entstehung von Osteochondrose (OC) bei 43 genetisch prädisponierten Fohlen bis zum Alter von 5 Monaten. Die Fohlen wurden in drei Gruppen eingeteilt (Boxenruhe, Boxenruhe mit Training, freie Weidehaltung) und mittels klinischer Untersuchungen, Röntgen, Biopsien, Ganganalyse sowie umfassenden postmortalen Analysen aller muskuloskelettalen Gewebe untersucht. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Bewegung zwar nicht die Anzahl der OC-Läsionen beeinflusste, jedoch deren Verteilung im Gelenk, wobei sich OC als dynamischer Prozess erwies, bei dem Läsionen sowohl entstehen als auch spontan zurückbilden können. Bewegungsmangel verzögerte generell die Gewebeentwicklung, während hochintensives Training langanhaltende negative Effekte auf die Chondrozytenviabil
Cette étude multidisciplinaire visait à évaluer l'influence de l'exercice sur le développement du système musculosquelettique équin et l'osteochondrose (OC) chez 43 poulains génétiquement prédisposés, répartis en trois groupes d'exercice (repos au box, repos avec entraînement, exercice libre au pâturage) jusqu'à 5 mois d'âge. Les méthodes comprenaient un suivi clinique et radiographique, des biopsies musculaires et tendineuses, une analyse cinématique de la locomotion, et des analyses post-mortem approfondies de tous les composants musculosquelettiques. Les résultats montrent que l'osteochondrose est un processus dynamique très fréquent avec des lésions pouvant régresser spontanément, que l'exercice n'influence pas le nombre de lésions mais leur distribution articulaire, et que le manque d'exercice retarde le développement tissulaire tandis qu'un entraînement de haute intensité a des effets négatifs durables sur la viabilité des chondrocytes. L'étude conclut que la période post-partum pré
This study investigated whether walking exercise worsens cartilage breakdown in knee osteoarthritis patients by measuring cartilage degradation markers in synovial fluid. Thirty elderly patients with moderate to severe knee osteoarthritis were randomly divided into exercise and control groups, with synovial fluid analyzed before and after 12 weeks using specialized assays to detect chondroitin sulfate fragments (3B3 and 7D4 epitopes) and total glycosaminoglycans. The results showed no significant changes in any cartilage breakdown markers between the exercise and control groups after 12 weeks, though age-related declines in some markers were observed. The findings suggest that a 12-week walking program does not accelerate cartilage degradation in patients with knee osteoarthritis, supporting the safety of this exercise intervention.
Diese Studie untersuchte, ob Gehtraining bei Kniearthrose den Knorpelstoffwechsel negativ beeinflusst, indem Biomarker in der Gelenkflüssigkeit analysiert wurden. 30 ältere Patienten mit Kniearthrose (Kellgren-Lawrence Grade II-IV) wurden randomisiert einer Kontrollgruppe oder einer 12-wöchigen Gehtrainings-Gruppe zugeteilt, wobei vor und nach der Intervention Chondroitinsulfat-Epitope (3B3, 7D4) und Glykosaminoglykane (GAG) in der Synovialflüssigkeit mittels ELISA und Farbstoffbindungsassay gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten keine signifikanten Veränderungen der Biomarker-Konzentrationen nach 12 Wochen Gehtraining im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die Studie schlussfolgert, dass 12-wöchiges Gehtraining keine nachweisbaren schädlichen Auswirkungen auf den Knorpelstoffwechsel bei Kniearthrose-Patienten hat
Cette étude visait à évaluer les effets de l'exercice de marche sur le métabolisme du cartilage articulaire chez les patients avec arthrose du genou, en analysant les biomarqueurs du liquide synovial. Trente patients âgés avec arthrose du genou (grades II à IV de Kellgren-Lawrence) ont été randomisés en groupes contrôle et exercice (marche pendant 12 semaines), avec analyse du liquide synovial par ELISA pour les épitopes de sulfate de chondroïtine 3B3 et 7D4, et dosage des glycosaminoglycanes totaux. Les résultats montrent qu'aucun changement significatif des concentrations de 3B3, 7D4, GAG ou de leurs ratios n'a été observé entre les deux groupes après 12 semaines, bien qu'un déclin lié à l'âge ait été noté. L'étude conclut que 12 semaines d'exercice de marche n'ont pas d'effets néfastes démontrables sur le métabolisme du cartilage articulaire chez les patients avec arthrose du genou.
This study investigated how different cell types respond to hydrostatic pressure through heat shock protein 70 (HSP70) expression to understand cellular adaptation to joint loading conditions. The researchers used Northern blotting, Western blotting, and gel mobility shift assays to analyze HSP70 mRNA and protein levels in primary bovine chondrocytes, synovial cells, and human fibroblasts exposed to hydrostatic pressure or heat stress. The key finding was that chondrocytes, which are naturally adapted to high-pressure environments in cartilage, showed minimal HSP70 response to pressure, while synovial cells and fibroblasts significantly increased HSP70 expression when subjected to the same conditions. The authors suggest that HSP70 response to hydrostatic pressure could serve as a marker of chondrocyte phenotype, potentially useful for evaluating cartilage repair treatments.
Diese Studie untersuchte die Rolle von Hitzeschockproteinen (HSP70) bei der Anpassung verschiedener Zelltypen an hydrostatischen Druck, wie er bei Gelenkbelastung auftritt. Die Forscher analysierten mittels Northern und Western Blotting sowie Gel-Shift-Assays die HSP70-Expression in primären bovinen Chondrozyten und Synovialzellen sowie humanen Fibroblasten unter Druckbelastung. Die Ergebnisse zeigten, dass Chondrozyten als druckadaptierte Zellen keine HSP70-Antwort auf hydrostatischen Druck zeigten, während Synovialzellen und Fibroblasten mit deutlicher HSP70-Akkumulation reagierten. Die Studie legt nahe, dass die HSP70-Expression als Indikator für den chondrozytären Phänotyp dienen könnte, was therapeutische Bedeutung für die Behandlung von Knorpelläsionen haben könnte.
Cette étude examine le rôle des protéines de choc thermique HSP70 dans la résistance à la pression hydrostatique (HP) chez différents types cellulaires primaires. Les chercheurs ont utilisé Northern blot, Western blot et test de mobilité électrophorétique pour analyser l'expression d'HSP70 dans des chondrocytes bovins, cellules synoviales bovines et fibroblastes humains exposés à une HP élevée. Les résultats montrent que les chondrocytes primaires, naturellement adaptés aux conditions de pression, ne présentent pas de réponse HSP70 significative sous HP, contrairement aux cellules synoviales et fibroblastes qui accumulent HSP70 en réponse au stress barotraumatique. L'expression d'HSP70 en réponse à la pression pourrait ainsi servir d'indicateur du phénotype chondrocytaire, avec des applications potentielles dans le traitement des lésions cartilagineuses.
This study investigated how joint motion and elevated pressure affect intra-articular pressure patterns in horse fetlock joints using cadaver specimens. The researchers tested 11 equine fetlock joints at two motion frequencies (5 and 10 cycles/min) under both normal pressure (-5 mmHg) and elevated pressure (30 mmHg) conditions, measuring pressure changes over 15-minute periods.
The key findings showed that higher initial pressures and faster motion led to greater pressure loss over time (up to 29%), with peak pressures exceeding 100 mmHg during flexion when starting pressure was elevated to 30 mmHg. The study demonstrated that elevated joint pressures, commonly seen in diseased joints, can reach levels during motion that may cause intermittent loss of blood supply to joint tissues, potentially contributing to cartilage damage in clinical cases.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von Gelenkbewegung und initial erhöhtem intraartikulären Druck auf die Druckprofile in Kadaver-Fesselgelenken von Pferden als Vorbereitung für In-vivo-Studien. An elf equinen Kadaver-Metatarsophalangealgelenken wurden Flexions-Extensions-Bewegungen mit zwei verschiedenen Frequenzen (5 und 10 Zyklen/min) unter normalem (-5 mmHg) und erhöhtem (30 mmHg) intraartikulären Ausgangsdruck durchgeführt. Die Hauptergebnisse zeigten, dass bei erhöhtem Ausgangsdruck und höherer Bewegungsfrequenz der Druckverlust signifikant zunahm (bis zu 28,9%), wobei Spitzendruckwerte in Flexion oft über 100 mmHg erreichten, was zu intermittierender synovialer Ischämie führen könnte. Zusätzlich veränderte sich der Gelenkwinkel mit dem niedrigsten Druck abhängig vom initialen intraartikulären Druck,
Cette étude visait à analyser l'influence du mouvement et de la pression intra-articulaire initiale sur les profils de pression dans les articulations métatarsophalangiennes équines cadavériques, en préparation d'études in vivo. Onze articulations ont été soumises à des mouvements de flexion-extension à 5 et 10 cycles/min, avec des pressions initiales de -5 mmHg (normale) et 30 mmHg (pathologique). Les résultats montrent que l'augmentation de la pression initiale et de la fréquence de mouvement entraîne une perte de pression plus importante (jusqu'à 28,9%), avec des pics de pression dépassant 100 mmHg en flexion à 30 mmHg initial, suggérant un risque d'ischémie synoviale intermittente. L'angle de pression minimale varie selon la pression initiale, passant de l'extension (pression normale) à la flexion (pression élevée), démontrant l'absence d'un angle unique de pression minimale pour une articulation donnée.
This study investigated whether intra-articular hyaluronic acid (HA) injections could improve cartilage recovery after prolonged joint immobilization in rabbits. Thirty-two rabbits had one knee immobilized for 6 weeks, then were remobilized with either weekly HA injections (n=16) or no treatment (n=16) for another 6 weeks, followed by analysis of cartilage degeneration area, water content, and proteoglycan levels. The results showed that HA-treated knees had significantly less degenerated joint surface area and higher cartilage glycosaminoglycan content compared to untreated remobilized knees. The authors concluded that 6 weeks of remobilization alone was insufficient for cartilage recovery, but HA injections produced more normal cartilage structure and biochemistry, though they recommended further research before clinical application.
Diese Studie untersuchte, ob intraartikuläre Hyaluronsäure-Injektionen die Knorpelregeneration nach Knieimmobilisation verbessern können. An 32 Kaninchen wurde ein Knie für 6 Wochen immobilisiert, gefolgt von 6 Wochen Remobilisation, wobei die Hälfte der Tiere wöchentliche Hyaluronsäure-Injektionen erhielt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Hyaluronsäure-Behandlung zu einer signifikant kleineren degenerierten Gelenkoberfläche und einem höheren Glykosaminoglykan-Gehalt im Knorpel führte im Vergleich zur alleinigen Remobilisation. Die Autoren schlussfolgern, dass Hyaluronsäure-Injektionen die Knorpelregeneration nach Immobilisation fördern können, empfehlen jedoch weitere Studien vor einer routinemäßigen klinischen Anwendung.
Cette étude a évalué l'effet protecteur de l'acide hyaluronique (AH) intra-articulaire sur le cartilage après immobilisation prolongée du genou chez 32 lapines. Les animaux ont subi 6 semaines d'immobilisation unilatérale suivies de 6 semaines de remobilisation, avec ou sans injections hebdomadaires d'AH (5 mg), puis analyse histologique et biochimique du cartilage. Les résultats montrent que la remobilisation seule est insuffisante pour restaurer complètement le cartilage dégénéré, tandis que l'ajout d'injections d'AH réduit significativement la surface articulaire dégénérée et améliore le contenu en glycosaminoglycanes. Cette étude suggère que l'administration intra-articulaire d'AH pourrait favoriser la récupération morphologique et biochimique du cartilage après immobilisation prolongée.
This study investigated how high molecular weight hyaluronic acid (HA) affects the distribution and movement of proteoglycans produced by cartilage cells. The researchers cultured rabbit cartilage cells in alginate beads with and without added HA, then used radioactive sulfate labeling, immunohistochemistry, and autoradiography to track proteoglycan synthesis and distribution in two zones: the cell-associated matrix (CM) close to cells and the further-removed matrix (FRM). The key finding was that HA caused proteoglycans to move away from cells - decreasing proteoglycan accumulation in the immediate cell vicinity while increasing it in the more distant matrix regions. This suggests that HA promotes the diffusion of newly-made proteoglycans away from cartilage cells, which could have important implications for cartilage repair and the therapeutic use of HA injections.
Diese Studie untersuchte, wie hochmolekulare Hyaluronsäure (HA) die Verteilung und Bewegung von Proteoglykanen um Chondrozyten beeinflusst, die in Alginat-Kügelchen kultiviert wurden. Die Forscher verwendeten Kaninchen-Chondrozyten, radioaktive Markierung mit [³⁵S]Sulfat und immunhistochemische Analysen, um den Proteoglykan-Stoffwechsel in zwei verschiedenen Regionen zu messen: der zellnahen Matrix und der weiter entfernten Matrix. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zugabe von HA (0,125-1,0 mg/ml) die Proteoglykan-Synthese in der zellnahen Matrix reduzierte, während sie gleichzeitig in der weiter entfernten Matrix zunahm. Dies deutet darauf hin, dass externe Hyaluronsäure den Transport neu synthetisierter Proteoglykane von der unmittelbaren Zellumgebung in entferntere Matrixbereiche fördert, was sowohl in Zellkulturen als auch in degeneriertem
Cette étude a évalué les effets de l'acide hyaluronique (HA) de haut poids moléculaire sur la distribution et le mouvement des protéoglycanes (PG) autour de chondrocytes de lapin cultivés dans des billes d'alginate. Les chercheurs ont utilisé du marquage au [³⁵S]sulfate pour suivre la synthèse des PG, une analyse immunohistochimique, et l'autoradiographie sur du tissu cartilagineux dégénéré d'un modèle d'arthrose. Les résultats montrent que l'ajout d'HA (0,125-1,0 mg/ml) diminue l'incorporation de [³⁵S]sulfate dans les PG de la matrice cellulaire proximale tout en l'augmentant dans la matrice distante, suggérant que l'HA extrinsèque facilite le mouvement des PG nouvellement synthétisés de la zone péricellulaire vers la matrice extracellulaire plus éloignée. Cette redistribution des PG a été confirmée tant dans les cultures cellulaires que dans le tissu cartilagineux dégénéré, indiquant un rô
This study investigated the distribution of hyaluronan (a key cartilage component) during cartilage repair in rats to better understand the healing process. Researchers created full-thickness cartilage defects in rat knee joints and compared two groups - one with free cage movement and another with programmed running exercise - examining the repair tissue at 4 and 8 weeks using histological staining techniques. The main finding was that hyaluronan showed remarkably strong expression throughout the repair tissue, particularly in areas where mesenchymal stem cells were invading from bone marrow and around enlarged cartilage cells undergoing bone formation. This strong hyaluronan staining pattern appears to be a sensitive marker for detecting abnormal cartilage structure during the repair process, though exercise training did not significantly improve healing outcomes.
Diese Studie untersuchte die Verteilung von Hyaluronan im Knorpelreparaturgewebe von Ratten im Vergleich zu anderen Glykosaminoglykanen. Die Forscher erzeugten tiefe Knorpeldefekte im medialen Femurkondylus von Ratten und verglichen zwei Gruppen - eine mit freier Bewegung und eine mit programmiertem Lauftraining - über 4 und 8 Wochen mittels histologischer Analyse. Die Hauptergebnisse zeigten eine deutlich verstärkte Hyaluronan-Expression im Reparaturgewebe, besonders in Bereichen mit mesenchymalen Vorläuferzellen und um hypertrophe Chondrozyten während der endochondralen Ossifikation. Die Studie schlussfolgert, dass Hyaluronan stark im frühen Knorpelreparaturgewebe exprimiert wird und als sensitiver Marker für abnormale Knorpelstruktur dienen kann.
Cette étude a analysé la distribution de l'acide hyaluronique (hyaluronane) dans le tissu de réparation du cartilage articulaire chez le rat, en comparaison avec d'autres glycosaminoglycanes. Des lésions transfixiantes ont été créées dans le condyle fémoral médial de rats répartis en deux groupes (mobilisation active intermittente vs entraînement en course), puis analysées histologiquement à 4 et 8 semaines post-chirurgie. Les résultats montrent une expression intense d'acide hyaluronique dans le tissu mésenchymateux lâche de réparation et autour des chondrocytes hypertrophiques en ossification endochondrale, particulièrement dans les zones d'invasion des cellules progénitrices mésenchymateuses où le sulfate de kératane était absent. L'étude conclut que l'acide hyaluronique constitue un marqueur sensible des anomalies structurelles du cartilage articulaire et joue un rôle clé dans les processus précoces de réparation cartilagineuse.
This study investigated how oscillating fluid flow affects calcium signaling in cartilage cells (chondrocytes), since mechanical loading of cartilage creates oscillatory rather than steady fluid flow patterns. The researchers exposed bovine articular chondrocytes to different patterns of fluid flow (steady vs. oscillating at 0.5, 1, or 5 Hz) at various flow rates in a specialized flow chamber, measuring intracellular calcium concentration changes using fluorescent imaging. The key findings showed that chondrocytes respond to oscillating fluid flow with increased calcium levels, with stronger responses occurring at higher flow rates and lower frequencies, and that the presence of serum enhanced these cellular responses. These results suggest that the oscillatory nature of fluid flow during joint loading plays an important role in how cartilage cells sense and respond to mechanical stimulation.
Diese Studie untersuchte, wie oszillierende Fluidströmung die intrazelluläre Calciumkonzentration in bovinen Gelenkknorpelzellen (Chondrozyten) beeinflusst. Die Forscher verwendeten eine Parallelplatten-Flusskammer, um Chondrozyten verschiedenen Strömungsmustern (konstant, 0,5, 1 oder 5 Hz oszillierend) bei unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten auszusetzen, wobei die Calciumkonzentration mittels Fluoreszenz-Mikroskopie gemessen wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass oszillierende Fluidströmung die Calciumkonzentration signifikant erhöhte, wobei die Antwort mit steigender Fließgeschwindigkeit zunahm, aber mit höherer Frequenz abnahm. Die Anwesenheit von Serum verstärkte diese mechanische Antwort der Chondrozyten zusätzlich, was die wichtige Rolle der belastungsinduzierten oszillierenden Fluidströmung für die Mechanotransduktion im Knorpel unter
Cette étude visait à examiner l'effet du flux de fluide oscillant sur la concentration calcique cytosolique des chondrocytes articulaires bovins, en comparaison avec un flux continu. Les chercheurs ont utilisé la fluorescence au Fura-2 pour mesurer les variations calciques intracellulaires lors d'expositions à différentes fréquences (0,5 à 5 Hz) et débits de flux dans une chambre à plaques parallèles. Les résultats montrent que le flux oscillant augmente significativement la concentration calcique intracellulaire, avec une réponse qui croît proportionnellement au débit maximal mais diminue avec l'augmentation de la fréquence, et que la présence de sérum potentialise cette réponse. Ces findings suggèrent un rôle crucial du flux oscillant induit par la charge mécanique dans la mécanotransduction chondrocytaire, reproduisant mieux les conditions physiologiques que le flux continu.
This study aimed to identify and characterize the specific phospholipid molecules that form the boundary lubricating layer on normal human articular cartilage surfaces under high-load conditions. The researchers extracted phospholipids from cartilage surfaces and analyzed them using multiple techniques including chromatography, mass spectrometry, phosphate assays, and gas chromatography to determine both the types and quantities of lipids present. The analysis revealed that the boundary lubricant consists primarily of three phospholipid types: phosphatidylcholine (41%), sphingomyelin (32%), and phosphatidylethanolamine (27%), with each containing predominantly unsaturated fatty acids, particularly oleic acid. These findings provide important baseline data for understanding normal joint lubrication mechanisms and could inform future treatments for joint diseases involving lubrication failure.
Diese Studie zielte darauf ab, die Phospholipidzusammensetzung der molekularen Grenzschmierschicht auf der Oberfläche von normalem Gelenkknorpel zu charakterisieren. Die Forscher isolierten und identifizierten verschiedene Phospholipidtypen mittels Extraktion, Chromatographie und Massenspektroskopie, wobei sie auch die Fettsäureketten durch Gaschromatographie und Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie analysierten. Die Hauptkomponenten der Lipidschicht waren Phosphatidylcholin (41%), Phosphatidylethanolamin (27%) und Sphingomyelin (32%), wobei alle drei Lipidtypen überwiegend ungesättigte Fettsäuren mit Ölsäure (C18:1) als häufigster Komponente aufwiesen. Diese Erkenntnisse liefern wichtige Grundlagen für das Verständnis der Grenzschmierung in Gelenken unter hoher Belastung.
Cette étude visait à caractériser la composition en phospholipides de la couche moléculaire adsorbée à la surface du cartilage articulaire normal, qui agit comme lubrifiant limite sous forte charge. Les chercheurs ont utilisé l'extraction, la chromatographie sur gel de silice, la spectrométrie de masse et la chromatographie gazeuse pour isoler et identifier les différents types de phospholipides présents. Les résultats révèlent que la couche lipidique est principalement composée de phosphatidylcholine (41%), phosphatidyléthanolamine (27%) et sphingomyéline (32%), avec une prédominance d'espèces insaturées et l'acide oléique (C18:1) comme acide gras le plus abondant. Cette caractérisation biochimique de la couche lubrifiante naturelle du cartilage apporte des connaissances fondamentales sur les mécanismes de lubrification articulaire.
This review examines the biomechanical changes in cartilage during osteoarthritis and aging to understand whether mechanical deterioration causes or results from disease onset. The authors analyze physical cartilage changes due to aging, disease, and mechanical loading, focusing on age-related collagen cross-linking through nonenzymatic glycation and chondrocyte responses to different loading conditions. Key findings highlight that while healthy cartilage maintains excellent force transmission and low-friction movement, osteoarthritis compromises these properties, though the causal relationship remains unclear. The review also reveals important differences in biomechanical properties and matrix synthesis between knee and ankle cartilage, which may explain why ankles are less susceptible to progressive osteoarthritis than knees.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die biomechanischen Grundlagen der Osteoarthrose, insbesondere ob veränderte Knorpeleigenschaften Ursache oder Folge der Erkrankung sind. Die Autoren analysieren physikalische Knorpelveränderungen durch Alterung, Krankheit und mechanische Belastung, wobei sie sich auf altersbedingte Kollagen-Quervernetzung und Chondrozytenreaktionen auf verschiedene Belastungen konzentrieren. Zusätzlich werden biomechanische Eigenschaften und Matrixsynthese von Knorpelgewebe aus Knie- und Sprunggelenk verglichen. Die Studie zielt darauf ab zu erklären, warum das Sprunggelenk weniger häufig von fortschreitender Osteoarthrose betroffen ist als das Kniegelenk.
Cette revue examine les bases biomécaniques de l'arthrose en se concentrant sur les altérations des propriétés physiques du cartilage articulaire et leur relation avec l'initiation ou la progression de la maladie. L'analyse porte sur les changements cartilagineux liés à l'âge (notamment la réticulation non-enzymatique du collagène par glycation), à la pathologie et aux contraintes mécaniques, ainsi que sur les réponses des chondrocytes aux charges physiologiques et pathologiques. Les auteurs comparent également les propriétés biomécaniques et la biosynthèse matricielle entre différentes surfaces articulaires du genou et de la cheville pour expliquer la moindre susceptibilité de la cheville à l'arthrose progressive. Cette approche vise à clarifier si les altérations biomécaniques constituent une cause ou une conséquence de l'arthrose.
This study compared a new "groove" model of osteoarthritis in dogs with the established anterior cruciate ligament transection (ACLT) model to evaluate cartilage damage without causing joint instability. Researchers created grooves in the cartilage of weight-bearing areas of femoral condyles in ten beagle dogs, followed by 10 weeks of intensified joint loading, then analyzed the resulting damage using histological and biochemical methods. The groove model produced osteoarthritis-like changes including chondrocyte clustering, proteoglycan loss, altered matrix turnover, collagen damage, and increased synovial fluid enzyme activity that were similar to those seen in the ACLT model. The groove model offers an alternative approach to studying osteoarthritis that may be more responsive to treatment interventions since it avoids the permanent joint instability created by ligament transection.
Diese Studie verglich ein neues Hunde-"Rille"-Modell für Osteoarthritis mit dem etablierten ACLT-Modell (Kreuzbandtranssektion). Bei zehn Beagle-Hunden wurden Rillen in den Gelenkknorpel der Femurkondylen geschnitten, ohne das subchondrale Knochen zu beschädigen, gefolgt von 10 Wochen intensivierter Gelenkbelastung. Die histologische und biochemische Analyse zeigte typische OA-Charakteristika wie Chondrozytencluster, Proteoglykanverlust, veränderten Matrixstoffwechsel und erhöhte MMP-Aktivität in der Synovialflüssigkeit - vergleichbar mit dem ACLT-Modell. Das neue "Rille"-Modell erzeugt somit ähnliche degenerative Veränderungen wie das ACLT-Modell, jedoch ohne permanente Gelenkinstabilität, was es möglicherweise sensitiver für Therapiestudien macht.
Cette étude compare un nouveau modèle canin d'arthrose par "rainurage" du cartilage au modèle classique de section du ligament croisé antérieur (ACLT). Le modèle "groove" consiste à créer des rainures dans le cartilage articulaire des condyles fémoraux de chiens Beagle, suivi de 10 semaines de charge intensifiée, sans induire d'instabilité articulaire permanente. Les analyses histologiques et biochimiques révèlent des caractéristiques typiques de l'arthrose dans les deux modèles : formation d'amas chondrocytaires, perte de protéoglycanes, augmentation de l'activité des métalloprotéases (MMP-1, -3, -13) et inflammation synoviale. Le modèle "groove" reproduit fidèlement les changements arthrosiques du modèle ACLT mais sans instabilité articulaire, ce qui pourrait le rendre plus sensible aux traitements thérapeutiques.
This study investigated whether adding autologous bone marrow to a hyaluronan-based scaffold would improve repair of cartilage and bone defects compared to the scaffold alone. The researchers created 3-mm diameter osteochondral defects in 33 rabbits and treated them with either a fibronectin-coated hyaluronan sponge alone or the same scaffold loaded with the animal's own bone marrow, then evaluated healing at multiple time points up to 24 weeks using histological analysis. Both treatment groups showed similar overall repair outcomes, with defects filling with bone and a top layer of cartilage that integrated well with surrounding tissue, though the repaired cartilage remained thinner than adjacent normal cartilage. The main difference was that bone marrow addition appeared to accelerate early healing stages at 3 weeks, suggesting the hyaluronan scaffold effectively organizes the natural repair response regardless of bone marrow supplementation.
Diese Studie untersuchte, ob die Zugabe von autologem Knochenmark zu einem Hyaluronan-basierten Scaffold die Reparatur von osteochondralen Defekten verbessert. An 33 Kaninchen wurden 3 mm große osteochondrale Defekte mit Fibronectin-beschichteten Hyaluronan-Schwämmen mit oder ohne Knochenmark behandelt und über 24 Wochen histologisch evaluiert. Die Ergebnisse zeigten, dass beide Behandlungsgruppen nach 4 Wochen eine gute Defektfüllung mit Knochen und gut integriertem Knorpel erreichten, wobei das Knochenmark lediglich die frühen Reparaturphasen (3 Wochen) zu beschleunigen schien. Das Hyaluronan-Scaffold erwies sich als effektives Trägermaterial, das die natürliche Reparaturantwort organisiert und die Integration des neugebildeten Knorpels mit dem angrenzenden Gewebe fördert.
Cette étude évalue l'efficacité d'un scaffold à base d'acide hyaluronique enrichi en moelle osseuse autologue pour la réparation de défects ostéochondraux chez le lapin. Les chercheurs ont comparé la cicatrisation de défects de 3 mm traités avec un scaffold seul versus un scaffold chargé en moelle osseuse, en analysant la réparation tissulaire par histologie à différents temps (2 à 24 semaines). Les résultats montrent une réparation satisfaisante dans les deux groupes avec formation d'os sous-chondral et de cartilage néoformé bien intégré, la moelle osseuse accélérant principalement les phases précoces de cicatrisation (3 semaines). Le scaffold à base d'acide hyaluronique recouvert de fibronectine facilite l'organisation de la réponse naturelle de réparation et l'intégration du néo-cartilage avec les tissus adjacents.
This study aimed to develop a mathematical model explaining how surface fissures form in articular cartilage under both healthy and disease conditions. The researchers modeled the cartilage surface as a three-phase system containing collagen fibers, matrix, and infiltrated synovial fluid components, then applied theoretical analysis to examine fissure formation mechanisms. The key finding was that pathological thinning of synovial fluid significantly increases cartilage vulnerability to damage - while healthy joints require fast impact loading to create surface fissures, joints with inflammatory (thinned) synovial fluid can develop fissures from normal activities like walking. This work provides important theoretical insight into how synovial fluid changes in inflammatory joint conditions may contribute to early cartilage breakdown.
Diese theoretische Studie untersuchte die Entstehungsmechanismen von Oberflächenrissen im Gelenkknorpel unter gesunden und pathologischen Bedingungen. Die Forscher entwickelten ein mathematisches Dreiphasen-Modell der oberflächlichen Tangentialzone des Gelenkknorpels, bestehend aus Kollagenfasern, Matrix und infiltrierter Synovialflüssigkeit, und analysierten dies mithilfe mesomechanischer Konzepte. Die Ergebnisse zeigen, dass Oberflächenrisse nicht nur durch schnelle Stoßbelastungen in gesunden Gelenken entstehen können, sondern auch durch pathologische Verdünnung der Synovialflüssigkeit verursacht werden. In Gelenken mit entzündlich veränderter Synovialflüssigkeit können bereits normale Gehbelastungen zur Rissbildung führen, was die klinische Bedeutung von Synovialflüssigkeitsveränderungen bei der Knorpeldegeneration unterstreicht.
Cette étude vise à développer un modèle mathématique unifié pour comprendre les deux modes différents d'initiation des fissures à la surface du cartilage articulaire dans les articulations saines et pathologiques. Les auteurs modélisent la zone tangentielle superficielle du cartilage comme un milieu triphasique composé de fibres de collagène, de matrice et de liquide synovial infiltré, en appliquant une approche mésomécanique théorique. L'analyse révèle que l'amincissement pathologique du liquide synovial peut également provoquer des fissures superficielles dans le cartilage articulaire. Alors que dans les articulations saines, les fissures résultent probablement de charges d'impact rapides, dans les articulations avec liquide synovial inflammatoire, de simples activités comme la marche peuvent suffire à les déclencher.
This study aimed to evaluate a two-phase composite material combining injectable calcium phosphate (ICP) and hyaluronan (HA) sponge for repairing osteochondral defects in rabbit knees. Researchers created 3mm diameter defects in the weight-bearing area of rabbit femoral condyles, filled the bone portion with ICP, and topped it with HA sponge (with or without bone marrow cells), then analyzed healing at 4 and 12 weeks using histological examination. The composite material successfully filled 90-100% of defects by 4 weeks, with repair tissue showing four distinct zones and good integration with surrounding cartilage, while by 12 weeks the tissue developed more cartilage-like features including columnar cell arrangement and calcified cartilage layers. The addition of bone marrow cells to the HA sponge improved cellular density and cartilage integration compared to HA sponge alone.
Diese Studie untersuchte die Reparatur von osteochondralen Defekten im Kaninchenknie mittels eines zweiphasigen Kompositmaterials aus injizierbarem Kalziumphosphat (ICP) und Hyaluronan-Schwämmen. Die Forscher erzeugten 3 mm große Defekte in der Femurkondyle, füllten diese zunächst mit ICP auf und setzten darauf Hyaluronan-Schwämme mit oder ohne Knochenmarkzellen ein. Nach 4 und 12 Wochen zeigte die histologische Analyse eine nahezu vollständige Defektfüllung mit vier distinkten Reparaturzonen, wobei sich zonale Knorpelstrukturen entwickelten und die Zugabe von Knochenmarkzellen zu besserer Zellularität und Integration führte. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass dieses zweiphasige Kompositmaterial vielversprechend für die osteochondrale Defektreparatur ist, da es sowohl mechanische Unterstützung als auch ein chondrogenes Gerüst bietet.
Cette étude visait à évaluer l'efficacité d'un matériau composite bi-phasique associant un phosphate de calcium injectable et une éponge d'acide hyaluronique pour la réparation de défauts ostéochondraux chez le lapin. Les chercheurs ont créé des défauts de 3 mm de diamètre dans le condyle fémoral médial, qu'ils ont traités avec ce biomatériau composite, avec ou sans cellules progénitrices de moelle osseuse autologue. Les résultats histologiques à 4 et 12 semaines ont montré un comblement du défaut à 90-100% avec formation de quatre zones distinctes de tissu de réparation, incluant une couche chondroïde et une intégration progressive avec le cartilage environnant. L'ajout de cellules progénitrices a amélioré la densité cellulaire et l'intégration tissulaire, suggérant le potentiel thérapeutique de cette approche bi-phasique pour reproduire à la fois le support mécanique de l'os sous-chondral et l'environnement chondrogénique nécessaire à la réparation cartilagine
This study investigated how the acetabular labrum functions as a seal in hip joint mechanics and its role in protecting cartilage from degeneration. The researchers tested six human hip joints under constant and cyclic loading (0.75 times body weight) before and after complete labrum removal, measuring cartilage consolidation (compression) and fluid pressure within the joint space.
After labrum removal, cartilage consolidated 22% faster initially and 21% more overall, while intra-articular fluid pressure dropped significantly (from ~545 kPa to ~205 kPa on average). The results support the hypothesis that an intact labrum creates a fluid seal that slows cartilage compression and maintains higher joint pressures, which may enhance lubrication and protect against degenerative changes.
Diese In-vitro-Studie untersuchte die Dichtungsfunktion des Hüftlabrums und dessen Einfluss auf die Gelenkbiomechanik. An sechs menschlichen Hüftgelenken wurde die Knorpelkonsolidierung unter konstanter (0,75-faches Körpergewicht) und zyklischer Belastung vor und nach vollständiger Labrumentfernung gemessen, wobei gleichzeitig der intraartikuläre Flüssigkeitsdruck erfasst wurde. Nach Labrumentfernung stieg die initiale Konsolidierungsrate um 22% und die finale Konsolidierungsverschiebung um 21%, während der hydrostatische Druck von durchschnittlich 541 kPa auf 216 kPa (konstante Belastung) bzw. von 550 kPa auf 195 kPa (zyklische Belastung) abfiel. Die Ergebnisse bestätigen, dass das intakte Labrum als Dichtung fungiert, den intraartikulären Flüssigkeitsdruck erhöht und dadurch die Knorpelkonsolidierung verlangsamt
Cette étude in vitro a investigué le rôle du labrum acétabulaire comme joint d'étanchéité dans la mécanique de la hanche, en mesurant la consolidation du cartilage et la pression intra-articulaire sur six hanches humaines soumises à des charges constantes ou cycliques. Les mesures ont été effectuées avant et après résection complète du labrum, avec application d'une charge de 0,75 fois le poids corporel. Les résultats montrent qu'après résection du labrum, la consolidation cartilagineuse initiale augmente de 22% et le déplacement final de consolidation de 21%, tandis que la pression hydrostatique intra-articulaire diminue significativement (de ~545 kPa à ~205 kPa). Ces données confirment que le labrum intact crée une pressurisation hydrostatique qui améliore la lubrification articulaire et limite la consolidation cartilagineuse, soutenant ainsi son rôle protecteur dans la biomécanique de la hanche.
This study investigated how chondrocytes (cartilage cells) from different joint locations respond to mechanical loading, specifically examining the effects on nitric oxide (NO) production. The researchers isolated chondrocytes from high-loaded areas (patella groove) and low-loaded areas (femoral condyle) of equine joints, seeded them in agarose constructs, and subjected them to dynamic compression at 1 Hz for 48 hours while measuring NO synthesis, proteoglycan production, and cell proliferation. The key finding was that dynamic compression consistently inhibited NO synthesis in chondrocytes from both joint locations, while chondrocytes from high-loaded versus low-loaded areas showed distinct differences in proteoglycan synthesis and proliferation rates. These differential responses between chondrocyte subpopulations may represent an adaptive mechanism that allows different joint regions to meet their specific biomechanical demands.
Diese Studie untersuchte, wie sich mechanische Belastung auf die Stickstoffmonoxid (NO)-Synthese von Chondrozyten aus verschiedenen Gelenkbereichen auswirkt. Die Forscher isolierten Chondrozyten aus stark belasteten (Patellarinne) und wenig belasteten (Femurkondylus) Bereichen von Pferdegelenken, kultivierten diese in Agarose-Konstrukten und setzten sie 48 Stunden lang dynamischer Kompression (1 Hz) aus. Die Ergebnisse zeigten, dass dynamische Kompression die NO-Synthese bei allen Chondrozyten hemmte, unabhängig von ihrer Herkunft, während sich Proteoglykansynthese und Zellproliferation zwischen den verschiedenen Chondrozyten-Subpopulationen unterschieden. Diese unterschiedlichen Reaktionen der Chondrozyten aus verschiedenen Gelenkbereichen könnten einen wichtigen Mechanismus darstellen, durch den sich das Knorpelgewebe an die spezifischen biomechanischen Anforderungen verschiedener Gelenkregionen anpasst.
Cette étude visait à examiner l'effet de la compression dynamique sur la synthèse d'oxyde nitrique (NO) par des chondrocytes équins provenant de zones articulaires soumises à différents niveaux de charge mécanique. Les chondrocytes ont été isolés de la gorge patellaire (zone fortement chargée) et du condyle fémoral (zone faiblement chargée), puis cultivés dans des construits d'agarose soumis ou non à une compression dynamique à 1 Hz pendant 48 heures. Les résultats montrent que la compression dynamique inhibe significativement la synthèse de NO chez tous les chondrocytes, indépendamment de leur origine topographique, tandis que des différences marquées dans la synthèse de protéoglycanes et la prolifération cellulaire ont été observées entre les sous-populations de chondrocytes. Cette réponse différentielle suggère un mécanisme d'adaptation permettant aux différentes régions articulaires de répondre spécifiquement aux demandes biomécaniques locales.
This study investigated what happens to transplanted chondrocytes (cartilage cells) after they are implanted into cartilage defects in rabbit knees. The researchers used fluorescent protein labeling to track the cells and calcium alginate as a delivery vehicle, comparing cells that were preconditioned in alginate culture versus those implanted immediately after defect creation. The main finding was that while alginate successfully promoted cartilage-specific gene expression and allowed cell delivery, the transplanted chondrocytes gradually disappeared over time - declining from 100% at one week to only 15% at four weeks post-implantation. Despite producing cartilage-like matrix material, the transplanted cells did not integrate with the host repair tissue or appear to contribute significantly to defect healing, raising important questions about the effectiveness of current cell-based cartilage repair strategies.
Diese Studie untersuchte das Schicksal transplantierter Chondrozyten bei der Reparatur von Knorpeldefekten, indem die Zellen mit grün fluoreszierendem Protein markiert und in Calcium-Alginat eingebettet in osteochondrale Defekte bei Kaninchen implantiert wurden. Die Forscher analysierten sowohl in vitro als auch in vivo die Genexpression knorpelspezifischer Marker und verfolgten die transplantierten Zellen über vier Wochen mittels Konfokalmikroskopie. Die Ergebnisse zeigten, dass Alginat die Expression knorpelspezifischer Gene fördert und die markierten Chondrozyten zwar über den gesamten Beobachtungszeitraum nachweisbar blieben, ihre Zelldichte jedoch von 100% nach einer Woche auf nur 15% nach vier Wochen abnahm. Wichtig ist, dass sich die transplantierten Zellen nicht in das Reparaturgewebe integrierten und offenbar nicht zur Bildung von funktionellem Reparaturgewebe beitrugen.
Cette étude visait à suivre le devenir des chondrocytes transplantés dans des défauts ostéochondraux en utilisant des cellules marquées par fluorescence verte et encapsulées dans de l'alginate de calcium. Les chercheurs ont implanté ces chondrocytes marqués dans des défauts articulaires chez le lapin et ont analysé leur survie et leur expression génique par microscopie confocale et RT-PCR sur une période de 4 semaines. Les résultats montrent que l'alginate favorise l'expression des gènes spécifiques du cartilage et permet la délivrance des chondrocytes, mais la densité cellulaire des cellules transplantées diminue progressivement de 100% à 1 semaine à seulement 15% à 4 semaines. Bien que les chondrocytes transplantés produisent une matrice cartilagineuse, ils ne s'intègrent pas au tissu de réparation de l'hôte et ne participent pas directement à la formation du tissu de réparation.
This review examines the developmental processes underlying synovial joint formation in long bones. The study describes how synovial joints develop through cartilaginous differentiation followed by secondary segmentation, with a key intermediate structure called the interzone serving as a critical signaling center. The interzone expresses important regulatory factors including GDF-5, bone morphogenetic proteins (BMPs) and their antagonists like noggin, and WNT-14, which maintain the region's non-cartilaginous nature and prevent joint fusion. The main findings indicate that joint cavitation occurs through selective hyaluronan synthesis by interzone cells, and both synovial tissue and articular cartilage appear to develop from the interzone cell population, with articular cartilage growth sustained by progenitor cells residing at the joint surface.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Entwicklungsmechanismen von Synovialgelenken während der Embryogenese. Die Autoren beschreiben zwei Hauptprozesse: zunächst die knorpelige Differenzierung über die zukünftigen Gelenkregionen mit anschließender sekundärer Segmentierung durch Bildung einer nicht-knorpeligen Region namens Interzone. Die Interzone fungiert als wichtiges Signalzentrum und exprimiert verschiedene Wachstumsfaktoren wie GDF-5, BMPs und deren Antagonisten (z.B. Noggin) sowie WNT-14, wobei eine Überexpression von BMPs oder der Verlust von Noggin zu Gelenkfusionen führt. Die Gelenkhöhlenbildung erfolgt durch selektive Hyaluronsäure-Synthese der Interzone-Zellen, und während der Höhlenerweiterung entwickeln sich sowohl Synovium als auch Gelenkknorpel aus der Interzone-Zellpopulation, wobei der Gelenkknorpel durch appositionelles Wachstum von Vorläufer-/Stammzellen
Cette revue examine le développement des articulations synoviales, les articulations mobiles du système musculosquelettique. L'étude décrit deux processus principaux : d'abord la formation d'une région non-cartilagineuse appelée interzone qui segmente les éléments osseux longs initialement cartilagineux, puis la cavitation articulaire. L'interzone constitue un centre de signalisation crucial exprimant des facteurs comme GDF-5, les BMPs, noggin et WNT-14, dont la régulation contrôle la croissance et prévient les fusions articulaires. La formation de la cavité synoviale résulte de la synthèse sélective d'acide hyaluronique par les cellules de l'interzone, cette population cellulaire donnant ensuite naissance au synovium et au cartilage articulaire.
This study investigated how body weight and physical activity affect the development of osteoarthritis (OA) in guinea pigs by comparing three groups: controls with unlimited food, mobilized animals with increased exercise and unlimited food, and a diet-restricted group weight-matched to the exercised animals. The researchers examined cartilage thickness, lesion severity, bone density, and glycosaminoglycan (GAG) content in the knee joints at 9 and 12 months of age. The most severe cartilage damage occurred in the highly active animals at 12 months, with 60% of cartilage surface showing lesions extending to bone, compared to 25% in controls and only 2% in the diet group, despite the active and diet groups having similar body weights. The findings suggest that while increased activity may initially protect cartilage, it becomes harmful once cartilage damage begins, and that reducing body weight helps slow OA progression primarily when joints experience static rather than dynamic loading.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von Körpergewicht und körperlicher Aktivität auf die spontane Entwicklung von Osteoarthrose bei Meerschweinchen. 6 Monate alte männliche Tiere wurden in drei Gruppen eingeteilt: Kontrolltiere unter Standardbedingungen, mobilisierte Tiere mit uneingeschränkter Bewegung in großen Räumen, und eine Diätgruppe mit reduziertem Körpergewicht. Die histologische und biochemische Analyse nach 9 und 12 Monaten zeigte, dass die mobilisierten Tiere die stärksten Osteoarthrose-Veränderungen entwickelten (60% der Knorpeloberfläche betroffen), während die Diätgruppe die geringsten Schäden aufwies (2% betroffen). Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Gewichtsreduktion die Osteoarthrose-Progression bei statischer Belastung verlangsamt, während erhöhte körperliche Aktivität nach initialer Knorpelschädigung eher schädlich wirkt.
Cette étude vise à évaluer quantitativement les effets de la masse corporelle et de l'activité physique sur le développement spontané de l'arthrose chez le cochon d'Inde. Les chercheurs ont comparé trois groupes d'animaux pendant 6 mois : des contrôles en conditions standard, des animaux avec activité physique libre, et un groupe avec restriction alimentaire pour maintenir un poids équivalent au groupe actif. Les résultats montrent que l'activité physique intense (groupe mobilisé) produit les lésions cartilagineuses les plus sévères à 12 mois (60% de surface affectée vs 25% chez les contrôles et 2% chez le groupe à poids réduit), avec une diminution significative des glycosaminoglycanes et une densité osseuse sous-chondrale accrue. L'étude conclut que la charge mécanique est un facteur clé dans l'arthrose du cochon d'Inde, et que la réduction de la masse corporelle semble plus protectrice que l'augmentation de l'activité physique une fois les lésions cartilagineuses initiées.
This study investigated how mechanical loading affects integrin receptors in cartilage cells, specifically examining whether cyclic compression influences the levels of integrin subunits alpha5 and beta1 that help cells communicate with their surrounding matrix. The researchers applied continuous cyclic compression (1 MPa) to cartilage samples from both young and adult cattle for 6 and 24 hours, then used flow cytometry to measure integrin levels in individual chondrocytes after releasing them from the tissue matrix. The key finding was that mechanical loading increased alpha5 integrin levels in chondrocytes from both age groups, with peak levels at 6 hours returning to baseline after 24 hours, while beta1 integrin levels remained unchanged. These results provide evidence that chondrocytes actively respond to mechanical stress by modulating specific integrin receptors, supporting the role of alpha5beta1 integrin as a mechanotransduction pathway between cartilage cells and their extracellular environment.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung die Integrin-Untereinheiten alpha5 und beta1 in Chondrozyten aus unreifem und reifem Rinderknorpel beeinflusst. Knorpelexplantate wurden für 6 und 24 Stunden einer zyklischen Druckbelastung von 1 MPa ausgesetzt, anschließend wurden die Chondrozyten enzymatisch isoliert und der Integringehalt mittels Durchflusszytometrie quantifiziert. Die mechanische Belastung führte zu einem Anstieg der Integrin-alpha5-Untereinheit sowohl in unreifem als auch reifem Knorpel nach 6 Stunden, während die beta1-Untereinheit unverändert blieb und die Werte nach 24 Stunden wieder auf Kontrollniveau zurückkehrten. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass Integrin alpha5beta1 als Mechanotransduktor zwischen Chondrozyten und extrazellulärer Matrix fungiert und zur Anpassung des Knorpels an mechanische Belastung b
Cette étude a examiné l'effet de la charge mécanique cyclique (1 MPa pendant 6 et 24h) sur l'expression des sous-unités d'intégrines α5 et β1 dans les chondrocytes de cartilage articulaire bovin jeune et mature. Les chercheurs ont utilisé la cytométrie de flux pour quantifier le contenu en intégrines après digestion matricielle et libération cellulaire. Les résultats montrent qu'une contrainte mécanique induit une augmentation de la sous-unité α5 (mais pas β1) dans les deux types de cartilage, avec un pic à 6h suivi d'un retour aux niveaux de contrôle après 24h de décharge. Ces données confirment que les chondrocytes répondent aux modifications de leur environnement mécanique et que l'intégrine α5β1 pourrait jouer un rôle clé dans la mécanotransduction entre la matrice extracellulaire et les chondrocytes.
This study investigated the distribution of hyaluronic acid and fibronectin in the surface layer of rat jaw joint (temporomandibular joint) cartilage to understand its lubrication mechanism. The researchers used immunohistochemical techniques including fluorescence microscopy and electron microscopy with specialized tissue preparation methods that preserved the delicate surface structures. The study revealed that the cartilage surface has a two-layer structure: fibronectin forms the deeper layer directly attached to the cartilage matrix, while hyaluronic acid is located in the superficial layer above the fibronectin. These findings suggest that hyaluronic acid binds with fibronectin to create an effective lubrication system for smooth jaw joint movement.
Diese Studie untersuchte die Verteilung von Hyaluronsäure und Fibronectin in der oberen Oberflächenschicht des Kiefergelenkknorpels bei Ratten mittels immunhistochemischer Methoden. Die Forscher verwendeten verschiedene Präparationstechniken einschließlich Kryoschnitte, Streptavidin-Peroxidase-Färbung, indirekte Immunfluoreszenz und Immunogold-Markierung für ultrastrukturelle Analysen. Die Ergebnisse zeigten, dass die obere Oberflächenschicht eine doppelschichtige Struktur aufweist: eine fibronectinpositive Schicht direkt an der Knorpeloberfläche und eine darüberliegende hyaluronsäurehaltige Schicht. Diese spezifische Anordnung deutet darauf hin, dass Hyaluronsäure in vivo mit Fibronectin in der Knorpelmatrix verbunden ist und gemeinsam zur Gelenkschmierung bei Kiefergelenkbewegungen beiträgt.
Cette étude visait à caractériser la localisation de l'acide hyaluronique et de la fibronectine dans la couche superficielle du cartilage condylien mandibulaire chez le rat. Les auteurs ont utilisé des techniques immunohistochimiques (streptavidine-peroxydase, immunofluorescence indirecte et immunomarquage à l'or) sur des coupes cryostatiques, avec des traitements enzymatiques préalables par hyaluronidase et chondroïtinase. Les résultats révèlent une structure laminaire double dans la couche superficielle : une couche profonde riche en fibronectine adjacente à la matrice cartilagineuse, surmontée d'une couche d'acide hyaluronique. Cette organisation suggère que l'acide hyaluronique, lié à la fibronectine matricielle, joue un rôle lubrifiant essentiel dans les mouvements de l'articulation temporo-mandibulaire.
This study investigated MMP-1 (collagenase-1) activity in equine synovial fluid as a potential biomarker for joint disease, examining how age, osteoarthritis, exercise, and repeated joint sampling affect enzyme levels. The researchers measured MMP-1 activity using fluorogenic peptide substrates in synovial fluid samples from fetal, juvenile, and mature horses, as well as from horses with osteoarthritis, those undergoing exercise, and those subjected to repeated joint fluid sampling.
The key findings showed that MMP-1 activity dramatically decreases with age (15-fold higher in fetal compared to juvenile horses), increases significantly in osteoarthritic joints, and is elevated by repeated arthrocentesis within 60 hours, while moderate exercise had no effect. These results suggest MMP-1 could serve as a useful diagnostic biomarker for early joint disease in horses, but age-related physiological changes and the timing of joint sampling procedures must be carefully considered when interpreting results.
Diese Studie untersuchte die Aktivität von Kollagenase-1 (MMP-1) in der Synovialflüssigkeit von Pferden verschiedener Altersgruppen und mit Osteoarthritis, um das Potenzial als Biomarker für Gelenkerkrankungen zu bewerten. Die MMP-1-Aktivität wurde mittels fluorogenem Peptidsubstrat in Synovialflüssigkeitsproben von fetalen, juvenilen und adulten Pferden sowie von Pferden mit Osteoarthritis gemessen, wobei auch der Einfluss von Training und wiederholten Gelenkpunktionen analysiert wurde. Die Ergebnisse zeigten eine altersbedingte Abnahme der MMP-1-Aktivität (15-fach höher bei Feten als bei Jungtieren), während Pferde mit Osteoarthritis erhöhte MMP-1-Werte aufwiesen und wiederholte Arthrozentesen die Aktivität signifikant steigerten. Die Studie bestätigt MMP-1 als vielversprechenden Biomarker für frühe Gelenkerkrankungen, wobei jedoch physiologische
Cette étude avait pour objectif d'évaluer l'activité de la collagénase-1 (MMP-1) dans le liquide synovial équin selon l'âge, la pathologie articulaire, l'exercice et les arthrocentèses répétées, afin de déterminer son potentiel comme biomarqueur de l'arthrose. L'activité MMP-1 a été mesurée par substrat peptidique fluorogène chez des chevaux fœtaux, juvéniles et matures, sains ou arthrosiques, soumis à l'exercice ou à des ponctions répétées. Les résultats montrent une diminution liée à l'âge de l'activité MMP-1 (15 fois plus élevée chez les fœtus que chez les juvéniles), une augmentation significative dans l'arthrose, aucun effet de l'exercice modéré, mais une élévation notable après arthrocentèses répétées dans les 60 heures. L'étude confirme le potentiel de la MMP-1 comme biomarqueur précoce de pathologie articulaire, tout en soulignant l'importance de considérer l'â
This review study aimed to compile experimental permeability data for musculoskeletal tissues and examine theoretical models linking tissue microstructure to fluid flow properties. The authors summarized experimentally measured permeability values across various musculoskeletal tissues and reviewed mathematical models that relate bulk tissue permeability to microscopic flow patterns based on Darcy's Law. The study found that permeability varies widely across different musculoskeletal tissues and is closely related to their microstructural organization. The authors concluded that understanding these structure-function relationships is critical for developing effective tissue engineering scaffolds and predicting important biological processes like nutrient transport and mechanical signaling in both natural and engineered tissues.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte die Permeabilität von muskuloskelettalen Geweben und Scaffold-Materialien, da Flüssigkeitsbewegungen entscheidende biologische Prozesse wie Nährstofftransport und mechanische Signalübertragung steuern. Die Autoren führten eine systematische Analyse experimentell bestimmter Permeabilitätswerte verschiedener muskuloskelettaler Gewebe durch und fassten verfügbare mikrostrukturelle Modelle zusammen, die die Gesamtpermeabilität mit mikrostrukturellen Fließprofilen verknüpfen. Die Ergebnisse zeigen, dass mathematische Modelle es ermöglichen, Permeabilität über verschiedene hierarchische Längenskalen hinweg zu verstehen und Struktur-Funktions-Beziehungen aufzudecken. Diese Erkenntnisse sind besonders relevant für das Tissue Engineering, da Flüssigkeitstransportphänomene oft vernachlässigt werden, aber entscheidend für die Entwicklung funktioneller Gewebeersatzmaterialien sind.
Cette étude vise à synthétiser les connaissances sur la perméabilité des tissus musculosquelettiques et des matériaux d'ingénierie tissulaire, un paramètre crucial gouvernant les phénomènes de transport fluidique selon la loi de Darcy. Les auteurs ont compilé les données expérimentales de perméabilité pour différents tissus musculosquelettiques et ont recensé les modèles mathématiques microstructuraux permettant de relier la perméabilité macroscopique aux profils d'écoulement à l'échelle microscopique. Les résultats mettent en évidence l'importance des relations structure-fonction liées à l'écoulement fluidique et démontrent le potentiel des modèles théoriques pour prédire les contraintes de cisaillement cellulaire, le transport de nutriments et médicaments, ainsi que les interactions fluide-solide. Cette synthèse souligne que les phénomènes de transport fluidique, bien que souvent négligés, constituent un aspect fondamental du développement de substituts tissulaires fonctionnels.
This study aimed to directly measure how interstitial fluid pressure within cartilage affects its lubrication properties during sliding contact. The researchers tested 10 bovine cartilage plugs in a custom friction device, sliding them against glass under constant load while simultaneously measuring both friction coefficients and interstitial fluid load support over time periods ranging from 15 minutes to over 5 hours. The results showed a strong inverse relationship between friction and fluid pressurization: as interstitial fluid load support decreased from 89% to 9% over time, the friction coefficient increased dramatically from 0.010 to 0.243, with a nearly perfect linear correlation (R² = 0.96). These findings provide direct experimental evidence that interstitial fluid pressurization is the primary mechanism controlling cartilage lubrication, confirming that cartilage maintains low friction through fluid-based rather than surface-based lubrication mechanisms.
Diese Studie untersuchte die Rolle des interstitiellen Flüssigkeitsdrucks bei der Knorpelschmierung durch gleichzeitige Messung von Reibungskoeffizient und Flüssigkeitslastunterstützung. Die Forscher testeten bovine Knorpelproben unter konstanter Belastung (4,5 N) gegen Glas in einem oszillierenden Reibungsversuch und verfolgten die Parameter über Zeiträume von 920 bis 19.870 Sekunden. Die Ergebnisse zeigten eine starke negative Korrelation (R²=0,96): Während die interstitielle Flüssigkeitslastunterstützung von 88,8% auf 8,7% abnahm, stieg der Reibungskoeffizient von 0,010 auf 0,243 an. Diese Befunde bestätigen, dass die interstitielle Flüssigkeitspressurisierung ein primärer Mechanismus zur Regulierung der Reibungseigenschaften von Gelenkknorpel ist und unterstützen das Konzept der gemischten Schmierung an der Kontaktoberflä
Cette étude avait pour objectif de mesurer simultanément le coefficient de friction et le support de charge par le fluide interstitiel dans le cartilage articulaire bovin lors du glissement contre une surface de verre sous charge constante. Les chercheurs ont testé dix échantillons de cartilage de 6 mm de diamètre dans un dispositif de friction personnalisé sous mouvement linéaire réciproque (4,5 N de charge constante, vitesse de glissement de 1 mm/s). Les résultats montrent une corrélation linéaire forte (R² = 0,96) entre l'augmentation du coefficient de friction (de 0,010 à 0,243) et la diminution du support de charge par le fluide interstitiel (de 88,8% à 8,7%) au fil du temps. Cette étude confirme que la pressurisation du fluide interstitiel constitue un mécanisme primaire de régulation de la friction dans le cartilage articulaire, avec un régime de lubrification mixte prévalant dans les conditions testées.
This study investigated how loading conditions affect friction in the temporomandibular joint (TMJ), hypothesizing that both the magnitude and duration of compressive forces would influence the joint's frictional coefficient. The researchers used a pendulum-type friction tester to measure friction in 20 intact porcine TMJs under different loading scenarios, applying forces of 50N and 80N for various time periods. The results showed that the mean frictional coefficient started at 0.0145 after 5 seconds of 50N loading but increased significantly to over 0.0220 after 1 hour, and higher loads (80N) produced significantly greater friction coefficients. These findings demonstrate that TMJ friction increases proportionally with both the magnitude and duration of joint loading, likely due to changes in synovial lubrication under sustained compression.
Diese Studie untersuchte, wie sich Belastungsstärke und -dauer auf den Reibungskoeffizienten des Kiefergelenks (TMJ) auswirken. Die Forscher verwendeten einen Pendel-Reibungstester an 20 intakten Schweine-Kiefergelenken, um den Reibungskoeffizienten unter verschiedenen Belastungsbedingungen (50 N und 80 N) und Zeiträumen (5 Sekunden bis 1 Stunde) zu messen. Die Ergebnisse zeigten, dass der mittlere Reibungskoefficient von 0,0145 nach 5 Sekunden auf über 0,0220 nach einer Stunde anstieg, wobei höhere Belastungen (80 N) zu signifikant größeren Reibungskoeffizienten führten. Die Studie bestätigt, dass sowohl die Stärke als auch die Dauer der Gelenkbelastung proportional mit dem Reibungskoeffizienten im Kiefergelenk zusammenhängen.
Cette étude visait à déterminer si le coefficient de frottement de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) est influencé par l'amplitude et la durée de la charge appliquée. Les chercheurs ont utilisé un testeur de friction de type pendule pour mesurer le coefficient de frottement sur 20 ATM porcines intactes sous différentes conditions de charge (50N et 80N) et durées variables (5 secondes à 1 heure). Les résultats montrent que le coefficient de frottement moyen était de 0,0145 après 5 secondes sous 50N, mais augmentait significativement avec la durée de charge (dépassant 0,0220 après 1 heure) et avec l'amplitude de la force appliquée. L'étude démontre ainsi que le coefficient de frottement de l'ATM est directement proportionnel à l'intensité et à la durée de la charge articulaire, ce qui a des implications importantes pour la compréhension de la dégradation du cartilage articulaire.
This pilot study investigated how different exercise intensities affect cartilage damage progression in rats with experimentally-induced osteoarthritis. Researchers used anterior cruciate ligament transection (ACLT) to create osteoarthritis in rats, then assigned them to control (no exercise) or three exercise groups (slight, moderate, or intense running), evaluating cartilage damage and cell death markers at 14 and 28 days post-surgery. The study found that slight and moderate exercise significantly reduced cartilage damage compared to controls, while intense exercise eliminated these protective benefits. The protective effects of mild-to-moderate exercise appeared linked to increased production of a protective protein (HSP70) and reduced cartilage cell death, suggesting there is an optimal exercise "dose" for cartilage health.
Diese Pilotstudie untersuchte den dosisabhängigen Einfluss von kalibriertem Lauftraining auf die Progression struktureller Läsionen in einem experimentellen Osteoarthritis-Modell bei Ratten. Die Forscher induzierten Osteoarthritis durch Durchtrennung des vorderen Kreuzbandes und teilten die Tiere in vier Gruppen ein: eine Kontrollgruppe ohne Training sowie drei Trainingsgruppen mit geringer, moderater und intensiver Belastung. Die histologischen Analysen nach 14 und 28 Tagen zeigten, dass geringes bis moderates Training die Knorpelschäden signifikant reduzierte und gleichzeitig das protektive Hitzeschockprotein HSP70 erhöhte sowie die Chondrozyten-Apoptose verringerte. Intensives Training hingegen hob diese chondroprotektiven Effekte auf, was auf einen "Burn-out"-Mechanismus mit Verlust der HSP70-Schutzwirkung hindeutet.
Cette étude pilote visait à évaluer l'effet dose-réponse de l'exercice calibré sur la progression des lésions structurales dans un modèle expérimental d'arthrose chez le rat par section du ligament croisé antérieur. Les rats ont été répartis en quatre groupes (contrôle opéré et trois groupes d'exercice : léger, modéré et intense) avec évaluation histologique, dosage de l'apoptose des chondrocytes (caspase-3) and expression de HSP70 à 14 et 28 jours post-opératoires. Les résultats montrent qu'un exercice léger à modéré exerce un effet chondroprotecteur significatif avec réduction des lésions histologiques, diminution de l'apoptose chondrocytaire et augmentation de l'expression de HSP70, tandis qu'un exercice intense abolit ces bénéfices par un phénomène de "burn-out". L'effet protecteur semble lié à une réduction de l'apoptose des chondrocytes via les capacités anti-apoptotiques de la surexpression de HSP70 induite par le stress mécanique modéré
This randomized controlled trial investigated whether intra-articular hyaluronic acid (Hylan G-F 20) injections improve symptoms and cartilage quality in knee osteoarthritis patients. Thirty patients received either three weekly injections of hyaluronic acid (20 patients, 30 knees) or saline placebo (10 patients, 10 knees), with clinical assessments using pain scales, WOMAC scores, and walking tests, plus MRI evaluation of cartilage quality at 8 weeks. Hyaluronic acid treatment showed significant improvements in all clinical measures compared to placebo, with pain relief beginning at 3 weeks and functional improvements evident by 8 weeks. While MRI showed some cartilage quality improvements within the treatment group, there was no significant difference in cartilage changes between the hyaluronic acid and placebo groups.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersuchte die Wirksamkeit intraartikulärer Hyaluronsäure-Injektionen (Hylan G-F 20) auf Symptome und Knorpelqualität bei Kniearthrose-Patienten. 30 Patienten erhielten entweder drei wöchentliche Hyaluronsäure-Injektionen (n=20) oder Kochsalzlösung als Kontrolle (n=10), wobei klinische Parameter über 8 Wochen mittels Schmerzskalen, WOMAC-Index und Gehzeit erfasst und die patellofemorale Knorpelqualität per MRT beurteilt wurden. Die Hyaluronsäure-Behandlung zeigte signifikante Verbesserungen aller klinischen Parameter gegenüber Placebo, mit schmerzlindernder Wirkung bereits ab der 3. Woche und funktionellen Verbesserungen nach 8 Wochen. Obwohl die MRT-Analyse innerhalb der Hyaluronsäure-Gruppe eine signifikante Knorpelverbesserung zeigte, war der
Cette étude randomisée contrôlée a évalué l'efficacité du Hylan G-F 20 (acide hyaluronique) sur les symptômes cliniques et la qualité du cartilage articulaire chez 30 patients avec gonarthrose, comparativement à des injections de sérum physiologique. Les participants ont reçu trois injections hebdomadaires intra-articulaires et ont été évalués par des scores cliniques (EVA, WOMAC) et par IRM du cartilage patello-fémoral jusqu'à la 8ème semaine. Les résultats montrent une amélioration statistiquement significative de tous les paramètres cliniques dans le groupe traité par acide hyaluronique comparé au placebo, avec un effet antalgique dès la 3ème semaine. Bien qu'une amélioration significative de la qualité cartilagineuse ait été observée en IRM dans le groupe traité, cette différence n'était pas significative entre les groupes après traitement.
This study aimed to investigate how joint-like surface motion affects the production of key lubricating molecules (superficial zone protein and hyaluronan) by chondrocytes grown on 3D scaffolds. The researchers used a specialized bioreactor to apply different mechanical conditions to chondrocyte-seeded scaffolds, including static compression, dynamic compression, and surface articulation against a ceramic ball, then measured gene expression and protein release. The key finding was that surface motion specifically upregulated both the gene expression and actual production of superficial zone protein and hyaluronan, while compression alone had minimal effects. These results suggest that reproducing natural joint kinematics, particularly sliding motion, is crucial for developing functional cartilage surfaces in tissue engineering applications.
Diese Studie untersuchte, wie gelenkspezifische Bewegungen die Produktion wichtiger Gelenkschmierproteine in künstlich gezüchtetem Knorpel beeinflussen. Die Forscher verwendeten einen speziellen Bioreaktor, um Chondrozyten-besiedelte Polyurethan-Scaffolds entweder statischer/dynamischer Kompression oder zusätzlicher Oberflächenbewegung gegen eine Keramikkugel auszusetzen. Die Ergebnisse zeigten, dass Oberflächenbewegung die Genexpression und Produktion von Superficial Zone Protein (SZP) und Hyaluronsäure signifikant steigerte, während reine axiale Kompression diese Effekte nicht hervorrief. Diese Befunde legen nahe, dass gelenkähnliche Bewegungsmuster entscheidend für die Entwicklung funktionsfähiger Gelenkoberflächen in der Knorpel-Tissue-Engineering sind.
Cette étude visait à évaluer l'effet du mouvement articulaire sur l'expression génique et la production de protéine de zone superficielle (SZP) et d'hyaluronane par des chondrocytes ensemencés sur des scaffolds biodégradables. Les chercheurs ont utilisé un bioréacteur reproduisant la cinématique articulaire spécifique, en soumettant des scaffolds de polyuréthane poreux à une compression statique ou dynamique, avec ou sans articulation contre une bille céramique de hanche. Les résultats montrent que le mouvement de surface augmente significativement l'expression des gènes SZP et HAS ainsi que la libération de SZP et d'hyaluronane, contrairement à la compression axiale seule qui n'a eu que peu d'effet. Ces findings suggèrent que les stimuli biomécaniques mimant la cinématique articulaire naturelle favorisent le développement d'une interface surface articulaire-synoviale fonctionnelle en ingénierie du cartilage.
This study investigated whether intra-articular hyaluronan (HA) injections could protect both cartilage and underlying bone structure in guinea pigs with naturally occurring osteoarthritis. The researchers used micro-CT scanning, mechanical testing, and biochemical analysis to examine bone changes in 56 male guinea pigs treated with weekly HA injections (0.4 mg/kg for 5 weeks) compared to control groups, with follow-up at 2.5 and 5.5 months. HA treatment successfully prevented cartilage degeneration and created beneficial changes in the subchondral bone, including reduced bone density and thickness, and a shift toward more rod-like trabecular structure that makes the bone more compliant and better able to absorb impact forces. The protective effects on both cartilage and bone were maintained even after stopping treatment, suggesting that early, short-term HA therapy may be sufficient for long-term osteoarthritis prevention.
Diese Studie untersuchte die Wirkung von intraartikulären Hyaluronsäure (HA)-Injektionen auf die subchondrale Knochenstruktur bei Meerschweinchen mit primärer Osteoarthrose. Die Forscher behandelten 56 männliche Meerschweinchen über verschiedene Zeiträume (2,5 oder 5,5 Monate) mit hochmolekularer HA und analysierten anschließend die dreidimensionale Knochenmikroarchitektur mittels Micro-CT sowie mechanische Eigenschaften. Die Ergebnisse zeigten, dass HA den Knorpel effektiv vor Degeneration schützte und gleichzeitig die subchondrale Knochendichte und -dicke reduzierte, wodurch eine stab-ähnliche Trabekelstruktur entstand, die den Knochen nachgiebiger machte und damit die Knorpelbelastung verringerte. Besonders bemerkenswert war, dass bereits eine kurzzeitige frühe HA-Behandlung ausreichte, um langanhaltende protektive Effekte zu erzielen, auch nach Behandlungsstopp
Cette étude avait pour objectif d'évaluer les effets de l'acide hyaluronique (HA) de haut poids moléculaire sur la microarchitecture tridimensionnelle de l'os sous-chondral dans un modèle d'arthrose primaire chez le cochon d'Inde. Les chercheurs ont traité 56 cochons d'Inde mâles par injections intra-articulaires d'HA (0,4 mg/kg/semaine pendant 5 semaines) et ont analysé l'architecture osseuse par micro-CT, ainsi que les propriétés mécaniques et biochimiques après 2,5 et 5,5 mois. Les résultats montrent que l'HA protège efficacement contre la dégénération cartilagineuse tout en diminuant la densité et l'épaisseur de l'os sous-chondral, modifiant la structure trabéculaire vers une morphologie en bâtonnets qui rend l'os sous-chondral plus souple et réduit ainsi les contraintes sur le cartilage. L'administration précoce d'HA s'avère efficace pour prévenir l'initiation et la
This review examines the role of transcriptional regulation in chondrocyte maturation and its potential contribution to osteoarthritis (OA) development. The authors synthesized existing literature on how articular chondrocytes normally remain in a maturationally-arrested state, avoiding the terminal differentiation seen in growth plate cartilage during bone formation. Key findings indicate that healthy articular chondrocytes are constrained from completing their maturation program (evidenced by lack of type X collagen and alkaline phosphatase expression) and remain unresponsive to maturation-promoting factors like BMP-2, but this protective arrest mechanism fails in OA. The study concludes that OA pathogenesis may involve the loss of transcriptional mechanisms that normally prevent articular cartilage differentiation, leading to inappropriate chondrocyte maturation and joint degeneration.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die transkriptionelle Regulation der Chondrozytenreifung und deren potenzielle Rolle in der Pathogenese der Osteoarthritis (OA). Die Autoren analysieren die molekularen Mechanismen, die normalerweise Gelenkchondrozyten in einem unreifen Zustand halten und sie daran hindern, die terminale hypertrophe Differenzierung zu durchlaufen. Die Haupterkenntnis ist, dass bei OA diese normalerweise bestehenden Hemmungsmechanismen versagen, wodurch Chondrozyten einen hypertrophen Phänotyp entwickeln und Marker wie Kollagen Typ X exprimieren. Die Studie betont die Bedeutung der Aufklärung der transkriptionellen Regulationsmechanismen, um die OA-Pathogenese besser zu verstehen und potenzielle therapeutische Ansätze zu entwickeln.
Cette étude vise à comprendre le rôle des facteurs de transcription dans la régulation de la maturation chondrocytaire et leur implication potentielle dans la pathogenèse de l'arthrose. Les auteurs analysent les mécanismes moléculaires qui maintiennent normalement les chondrocytes articulaires dans un état d'arrêt maturationnel, les empêchant d'exprimer les marqueurs hypertrophiques comme le collagène de type X. Les résultats montrent que dans l'arthrose, cette contrainte maturationnelle est levée, conduisant à une différenciation hypertrophique anormale des chondrocytes avec expression de marqueurs de maturation terminale. Cette recherche suggère que l'arthrose résulte d'une perte fonctionnelle des mécanismes transcriptionnels qui bloquent normalement la différenciation du cartilage articulaire.
This study investigated how water content and surface molecules, particularly proteoglycans, affect the lubrication properties of articular cartilage. The researchers conducted friction tests on pig femoral condyles, comparing intact cartilage surfaces to those that had been wiped clean, while measuring water loss during loading and sliding, and performing microscopic analysis of the surface layer. Key findings showed that intact cartilage surfaces had significantly lower friction than wiped surfaces, and that cartilage gradually lost water during mechanical testing but could rehydrate when unloaded in saline solution. The study confirmed the presence of a proteoglycan-rich superficial layer on the cartilage surface, supporting the hypothesis that this hydrophilic layer forms a water-rich boundary that is crucial for effective joint lubrication.
Diese Studie untersuchte die Hypothese, dass Wassergehalt und Oberflächensubstanzen eine wichtige Rolle bei der Gelenkschmierung durch Bildung einer wasserreichen Oberflächenschicht spielen. Die Forscher führten intermittierende Reibungstests an Schweineknorpel-Proben (Femurkondylen) mit intakter und abgewischter Oberfläche durch und analysierten Wasserverlust, Rehydratation sowie die histologische Zusammensetzung der Oberflächenschicht. Die Ergebnisse zeigten, dass intakte Oberflächen deutlich geringere Reibung aufwiesen als abgewischte, wobei ein gradueller Wasserverlust während Belastung und Rehydratation in Kochsalzlösung beobachtet wurde. Mikrografische und histologische Analysen bestätigten das Vorhandensein einer proteoglykanreichen Oberflächenschicht, deren Hydratation zusammen mit den Proteoglykanen entscheidend für die Gelenkschmierung ist.
Cette étude examine l'hypothèse que le contenu en eau et les protéoglycanes de surface jouent un rôle crucial dans la lubrication articulaire par la formation d'une couche hydratée superficielle. Les chercheurs ont réalisé des tests de friction intermittente sur des condyles fémoraux de porc avec des surfaces intactes versus nettoyées, complétés par des analyses micrographiques et histologiques. Les résultats montrent que les surfaces intactes présentent une friction significativement plus faible que les surfaces nettoyées, avec une perte d'eau graduelle lors du chargement et une réhydratation lors de l'immersion en solution saline. L'étude confirme que l'hydratation de la couche superficielle du cartilage et la présence de protéoglycanes dans cette couche influencent directement les propriétés lubrifiantes du cartilage articulaire.
This study aimed to identify biochemical markers of inflammation in temporomandibular joint (TMJ) disorders by comparing levels of specific inflammatory mediators between symptomatic patients and healthy controls. The researchers collected synovial fluid samples via arthroscopic lavage from 20 patients with severe TMJ pain and movement limitation (who had failed conservative treatment) and 13 asymptomatic controls, then measured beta-glucuronidase enzyme activity and immunoglobulins (IgA and IgG) using laboratory assays. The results showed significantly elevated levels of beta-glucuronidase and IgG in symptomatic patients compared to controls, with IgA also trending higher. The authors conclude that these elevated inflammatory markers in diseased TMJ synovial fluid likely result from immune system activation and chronic inflammation, which may contribute to cartilage destruction through complement activation and immune complex formation.
Diese Studie untersuchte entzündliche Mediatoren in der Synovialflüssigkeit des Kiefergelenks, um Zusammenhänge zwischen biochemischen Markern und Gelenkpathologie zu identifizieren. Mittels Arthroskopie wurden Synovialflüssigkeitsproben von 20 Patienten mit schweren Kiefergelenksbeschwerden und 13 asymptomatischen Kontrollpersonen gewonnen und auf Beta-Glucuronidase, IgA und IgG analysiert. Die Ergebnisse zeigten signifikant erhöhte Werte von Beta-Glucuronidase (4,13 vs. 0,9) und IgG (31.638 vs. 4.407) in der Patientengruppe im Vergleich zu den Kontrollen. Die Autoren schlussfolgern, dass diese erhöhten Entzündungsmediatoren auf chronische Entzündungsprozesse hinweisen und durch Komplementaktivierung sowie Ablagerung von Immunkomplexen zur Gelenkzerstörung beitragen können.
Cette étude visait à analyser les médiateurs inflammatoires (IgA, IgG et β-glucuronidase) dans le liquide synovial de l'articulation temporo-mandibulaire pour établir une corrélation entre marqueurs biochimiques et pathologie articulaire. Les chercheurs ont comparé par arthroscopie et analyses enzymatiques (dosages fluorométriques et ELISA) 20 patients souffrant de douleurs sévères et de limitation des mouvements mandibulaires résistants au traitement conservateur versus 13 sujets contrôles asymptomatiques. Les résultats montrent des niveaux significativement élevés de β-glucuronidase (p<0,05) et d'IgG (p<0,05) chez les patients symptomatiques comparés aux contrôles, avec une tendance similaire pour l'IgA. Ces médiateurs inflammatoires élevés dans les articulations pathologiques suggèrent un processus inflammatoire chronique pouvant contribuer à la destruction du cartilage articulaire via l'activation du complément et le recrutement de cellules inflammatoires.
This study investigated whether dynamic loading improves the lubricating properties of articular cartilage compared to static loading. The researchers tested bovine shoulder cartilage plugs (n=12) under static and cyclical compression at three frequencies (0.05, 0.5, and 1 Hz) while sliding against glass, measuring friction coefficients and predicting fluid load support. Under static loading, friction increased from very low initial values (0.005) to higher equilibrium values (0.153), while dynamic loading produced oscillating friction between lower bounds (0.083-0.092) and upper bounds (0.298-0.382) that were respectively below and above static equilibrium values. Contrary to the original hypotheses, dynamic loading did not consistently reduce friction or improve fluid load support compared to static conditions, with little sensitivity to loading frequency observed.
Diese Studie untersuchte den Einfluss dynamischer Belastung auf die Reibungseigenschaften von Gelenkknorpel, wobei zwei Hypothesen getestet wurden: dass zyklische Kompression zu niedrigeren Reibungskoeffizienten und höherer interstitieller Flüssigkeitsunterstützung führt als statische Belastung. Die Forscher führten Kompressions- und Gleittests mit bovinen Knorpelproben (n=12) gegen Glas durch, unter statischen Bedingungen und bei drei verschiedenen zyklischen Frequenzen (0,05, 0,5 und 1 Hz), während sie die zeitabhängigen Reibungskoeffizienten maßen. Die Ergebnisse zeigten, dass unter zyklischer Belastung die Reibungskoeffizienten zwischen oberen und unteren Grenzwerten oszillierten, wobei beide Werte signifikant von den statischen Gleichgewichtswerten abwichen, jedoch ohne konsistente Verringerung der Reibung. Beide ursprünglichen Hypothesen wurden verworfen, da zyklische Kompression weder durchgehend
Cette étude visait à déterminer si la charge cyclique améliore les propriétés frictionnelles du cartilage articulaire par rapport à la charge statique. Les chercheurs ont réalisé des tests de compression non confinée avec glissement sur 12 échantillons cylindriques de cartilage d'épaule bovine contre du verre, sous charge statique et cyclique (0,05, 0,5 et 1 Hz), mesurant le coefficient de friction effectif et prédisant théoriquement le support de charge du fluide interstitiel. Contrairement aux hypothèses, la charge cyclique n'a pas produit de coefficients de friction plus faibles que la charge statique (oscillant entre 0,083-0,092 et 0,298-0,382 vs 0,153 en statique), et le support de charge du fluide interstitiel n'était pas supérieur sous charge cyclique. Les résultats démontrent que la charge cyclique ne confère pas d'avantage tribologique au cartilage articulaire par rapport à la charge statique.
This study investigated how primary articular chondrocytes respond to different surface textures and chemical environments to inform cartilage repair strategies. The researchers tested chondrocyte behavior on grooved surfaces of varying sizes (80 nm to 9 μm deep, 2-20 μm wide) and on sulphated hyaluronic acid (HyalS) matrices. The key findings showed that while most surface grooves did not significantly change cell shape or internal structure, 750 nm deep grooves specifically enhanced cell movement compared to flat surfaces. Additionally, chondrocytes showed stronger attachment, increased spreading, and reorganization of their internal framework when grown on sulphated hyaluronic acid surfaces, suggesting these specific surface modifications could improve cartilage tissue engineering approaches.
Diese Studie untersuchte das Verhalten von primären Gelenkknorpelzellen (Chondrozyten) auf verschiedenen Oberflächenstrukturen und chemischen Mustern, um neue Ansätze für die Knorpelreparatur zu entwickeln. Die Forscher kultivierten Chondrozyten auf nano- und mikroskopischen Rillenoberflächen (80 nm bis 9 μm Tiefe) sowie auf sulfatierter Hyaluronsäure (HyalS) und analysierten Zellmorphologie, Bewegung und Aktin-Organisation. Die Ergebnisse zeigten, dass Chondrozyten auf 750 nm tiefen Rillen eine beschleunigte Zellbewegung aufwiesen, während sie auf HyalS-Oberflächen bevorzugt anhafteten und verstärkte Zellausbreitung sowie Aktin-Umorganisation zeigten. Diese Erkenntnisse könnten wichtige Impulse für die Entwicklung neuer Strategien in der Knorpelrekonstruktion und orthopädischen Therapie liefern.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer la réponse des chondrocytes primaires aux signaux topographiques et chimiques afin d'améliorer la réparation du cartilage articulaire. Les chercheurs ont cultivé des chondrocytes sur des surfaces rainurées de différentes dimensions (profondeur : 80 nm à 9 μm ; largeur : 2 à 20 μm) et sur des matrices d'acide hyaluronique sulfaté (HyalS). Les résultats montrent que les cellules ne modifient pas leur morphologie sur les surfaces rainurées, mais présentent une mobilité accélérée sur les rainures de 750 nm de profondeur, tandis qu'elles migrent préférentiellement vers l'HyalS avec un étalement cellulaire et une réorganisation de l'actine-F accrus. Ces découvertes suggèrent que les rainures de 750 nm et l'acide hyaluronique sulfaté pourraient être des éléments clés pour optimiser les stratégies de reconstruction cartilagineuse et les traitements orthopédiques.
This study investigated how a thin surface layer on articular cartilage contributes to the joint's exceptionally low friction during movement. The researchers used finite element modeling to simulate cartilage with a biphasic surface amorphous layer (BSAL) - a soft, thin layer containing both solid and fluid components on top of the main cartilage tissue. The modeling revealed that this soft surface layer dramatically shifts load-bearing from the solid tissue to the fluid phase, with fluid supporting over 85% of the load in near-surface regions. This load transfer mechanism enhances lubrication and reduces friction while protecting the underlying cartilage from high stresses, with the greatest benefits occurring during short-duration loads like shock impacts.
Diese Studie untersuchte die Schmierungseigenschaften von Gelenkknorpel durch ein neues biomechanisches Modell, das eine oberflächliche amorphe Schicht (BSAL) berücksichtigt. Die Forscher verwendeten ein Finite-Elemente-Modell, um das biphasische Verhalten des Knorpels mit einer dünnen, weichen Oberflächenschicht zu simulieren. Die Ergebnisse zeigten, dass diese BSAL die Lastverteilung zwischen fester und flüssiger Phase dramatisch verändert, wobei die Flüssigkeitsphase über 85% der Last in oberflächennahen Bereichen trägt. Durch diese Lastumverteilung von der festen zur flüssigen Phase verbessert die biphasische Oberflächenschicht die Schmierung erheblich und schützt gleichzeitig den darunterliegenden Knorpel vor hohen mechanischen Spannungen, insbesondere bei kurzzeitigen Belastungen wie Stoßlasten.
Cette étude visait à comprendre comment la couche amorphe superficielle du cartilage articulaire contribue à ses exceptionnelles propriétés lubrifiantes en développant un modèle par éléments finis biphasique incluant cette couche. Les chercheurs ont modélisé une fine couche amorphe superficielle biphasique (BSAL) avec un module élastique réduit sur le cartilage articulaire. Les résultats montrent que cette couche BSAL modifie drastiquement la répartition des charges entre les phases solide et liquide, avec un support de charge par le fluide dépassant 85% dans les régions superficielles. Ce transfert de charge vers la phase fluide améliore significativement la lubrification et réduit les frictions tout en protégeant le cartilage sous-jacent, particulièrement lors de charges de courte durée comme les chocs.
This study aimed to simultaneously evaluate the friction and surface characteristics of articular cartilage during intermittent loading and sliding to understand its lubrication properties. The researchers used an innovative evanescent wave technique with laser light reflection at a prism-cartilage interface to analyze surface composition while measuring friction forces during sliding tests with 10 and 30-second unloading intervals. The key findings showed that both friction coefficient and light reflectance attenuation decreased after unloading periods, with greater reductions observed during longer unloading times. The results suggest that cartilage's ability to rehydrate and increase water content at its surface during unloading periods is crucial for maintaining low friction levels in synovial joints.
Diese Studie untersuchte die Oberflächeneigenschaften von Gelenkknorpel während intermittierender Belastungs- und Gleitzyklen, um die Rolle der Knorpeloberflächenhydratation bei der Gelenkschmierung zu verstehen. Die Forscher verwendeten eine innovative Methode mit evaneszenten Wellen, bei der Laserlicht an der Grenzfläche zwischen einem Prisma und Knorpelproben reflektiert wurde, während gleichzeitig Reibungskräfte gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl der Reibungskoeffizient als auch die Reflektanzdämpfung nach Entlastungsphasen abnahmen, wobei längere Entlastungszeiten (30s vs. 10s) zu stärkeren Reduktionen führten. Die Studie belegt, dass die Rehydratationsfähigkeit des Gelenkknorpels nach Entlastung durch erhöhten Wassergehalt an der Oberfläche entscheidend für die Aufrechterhaltung niedriger Reibungswerte und damit für die effektive Gelenksc
Cette étude avait pour objectif d'évaluer simultanément les caractéristiques de friction et de surface du cartilage articulaire lors de tests de glissement et de chargement intermittents. Les chercheurs ont utilisé une méthode innovante basée sur les ondes évanescentes, où un laser était réfléchi à l'interface entre un prisme et un échantillon de cartilage, permettant de mesurer les forces de friction tout en analysant les caractéristiques superficielles du tissu. Les résultats ont montré qu'après déchargement, le coefficient de friction et l'atténuation de la réflectance diminuaient, cette réduction s'accentuant avec l'augmentation du temps de déchargement. Cette diminution de friction était associée à une augmentation du contenu en eau et à une diminution du contenu en collagène à la surface articulaire, suggérant que la capacité de réhydratation du cartilage après déchargement contribue au maintien de faibles niveaux de friction.
This study aimed to develop microscopic magnetic resonance elastography (microMRE) to measure mechanical properties of soft tissues at very high spatial resolution (34×34×500 micrometers). The researchers used an 11.74 Tesla MRI scanner with piezoelectric transducers generating low-frequency sound waves (550-585 Hz) to create shear waves in samples, then analyzed wave patterns to determine tissue stiffness and viscosity. The technique successfully distinguished mechanical properties in agarose gel phantoms, frog egg cells, and tissue-engineered constructs, demonstrating that stiffer materials showed increased elasticity and viscosity, and that different cell types (fat-forming vs. bone-forming) could be differentiated. The authors suggest this high-resolution approach could be extended to study harder materials like cartilage and monitor tissue development over time.
Diese Studie zielte darauf ab, die Magnetresonanz-Elastographie (MRE) auf mikroskopische Dimensionen zu erweitern, um mechanische Eigenschaften von weichen Geweben mit hoher räumlicher Auflösung zu charakterisieren. Die Forscher entwickelten ein mikroMRE-System mit 11,74 Tesla, das niederfrequente Scherwellen (550-585 Hz) mittels piezoelektrischem Wandler erzeugt und eine räumliche Auflösung von 34×34×500 μm erreicht. Die Methode wurde erfolgreich an Agarose-Phantomen, Frosch-Oozyten und tissue-engineerten Konstrukten getestet, wobei komplexe Schubsteifigkeiten quantifiziert und Unterschiede zwischen adipogenen und osteogenen Geweben dargestellt werden konnten. Die Autoren sehen großes Potenzial für zukünftige Anwendungen bei steiferen Materialien wie Gelenkknorpel und für die hochauflösende Charakterisierung sich entwickelnder Gewebe.
Cette étude présente le développement de l'élastographie par résonance magnétique microscopique (microMRE), une technique permettant d'imager les ondes de cisaillement acoustiques basse fréquence (<1 kHz) dans les tissus biologiques mous avec une résolution spatiale élevée (34 μm × 34 μm × 500 μm). La méthode utilise un système IRM à 11,74 T avec génération d'ondes acoustiques par transducteur piézoélectrique à 550-585 Hz, synchronisé avec les séquences d'impulsions IRM. Les expériences sur des fantômes d'agarose, des ovocytes de grenouille et des construits tissulaires ont démontré la capacité de la technique à mesurer les propriétés viscoélastiques complexes avec une haute résolution spatiale, révélant des contrastes entre différents types de tissus. Cette approche ouvre des perspectives prometteuses pour la caractérisation mécanique de matériaux plus rigides comme le cartilage articulaire et l'évaluation des propriétés mécaniques des tissus en développement.
This study investigated how repeated mechanical loading affects the expression of Indian hedgehog (IHH) and type II collagen in jaw joint cartilage growth. The researchers used 280 rats with bite-jumping appliances to create stepwise mechanical strain on the jaw joint, measuring gene expression at multiple time points over 44 days using real-time PCR. The key finding was that IHH expression peaked 7 days after each mechanical loading phase, followed by increased type II collagen expression at days 21 and 44. These results demonstrate that repeated mechanical loading triggers a cascade where IHH acts as a mechanotransduction mediator, promoting cell proliferation and cartilage formation that ultimately enhances condylar growth.
Diese Studie untersuchte den Einfluss wiederholter mechanischer Belastung auf die Expression von Indian Hedgehog (IHH) und Typ-II-Kollagen im Kiefergelenkknorpel von Ratten. Die Forscher verwendeten 280 Sprague-Dawley-Ratten und applizierte über eine schrittweise Bisshebungsapparatur wiederholte mechanische Belastungen, wobei die IHH- und Typ-II-Kollagen-mRNA-Expression mittels Real-Time-PCR zu verschiedenen Zeitpunkten analysiert wurde. Die Ergebnisse zeigten signifikante Anstiege der IHH-mRNA-Expression nach 7 Tagen mechanischer Belastung, während Typ-II-Kollagen erst später (Tag 21 und 44) signifikant erhöht war. Die Studie belegt, dass wiederholte mechanische Belastung die IHH-Expression stimuliert, was zu verstärkter Zellproliferation und Knorpelbildung im Kondylus führt und somit das kondyläre Wachstum fördert.
Cette étude avait pour objectif d'examiner l'effet d'un stress mécanique répété sur l'expression de l'Indian Hedgehog (IHH) et du collagène de type II dans le cartilage condylien mandibulaire. Les chercheurs ont utilisé 280 rats Sprague-Dawley âgés de 35 jours, répartis en groupes expérimentaux et témoins, en appliquant un dispositif d'avancement mandibulaire progressif et en analysant l'expression des ARNm par PCR en temps réel. Les résultats montrent que l'expression de l'IHH augmente significativement au 7ème jour après chaque avancement mécanique, tandis que le collagène de type II présente des pics d'expression aux jours 21 et 44. Cette étude démontre que le stress mécanique répété stimule l'expression de l'IHH, qui agit comme médiateur de mécanotransduction pour favoriser la prolifération cellulaire et la formation cartilagineuse, contribuant ainsi à la croissance condylienne.
This study investigated whether celecoxib (a COX-2 inhibitor) could protect cartilage in a live animal model of osteoarthritis, following promising laboratory results. The researchers induced osteoarthritis in 24 beagle dogs using the groove model and treated them with placebo or celecoxib (100 or 200 mg daily) for 15 weeks before analyzing joint tissues. Despite confirming that celecoxib reached the joints in effective concentrations (evidenced by reduced prostaglandin E2 levels), the treatment showed no significant protective effects on cartilage damage, proteoglycan loss, or other osteoarthritis characteristics observed in the live animals. The authors suggest this disconnect between laboratory and live animal results may be due to celecoxib's pain-relieving effects potentially leading to increased joint loading and continued cartilage deterioration, offsetting any direct protective benefits.
Diese Studie untersuchte, ob der COX-2-Hemmer Celecoxib die knorpelschützenden Eigenschaften, die in vitro beobachtet wurden, auch in vivo bei experimentell induzierter Arthrose zeigt. 24 Beagle-Hunde erhielten nach chirurgischer Arthrose-Induktion im Kniegelenk über 15 Wochen täglich Placebo oder 100/200 mg Celecoxib, woraufhin das Gelenkgewebe makroskopisch, histologisch und biochemisch analysiert wurde. Obwohl Celecoxib nachweislich das Gelenk erreichte (dosisabhängige Reduktion von Prostaglandin E2 in der Synovialflüssigkeit) und in vitro chondroprotektive Effekte zeigte, wurden in vivo keine signifikanten Verbesserungen der Arthrose-Parameter beobachtet. Die Autoren vermuten, dass die analgetische Wirkung von Celecoxib zu erhöhter Gelenkbelastung führte, wodurch mögliche knorpelschützende Effekte durch mechanisch bedingte Arthrose-Progression überlag
Cette étude visait à évaluer les effets in vivo du célécoxib (inhibiteur de COX-2) sur l'arthrose expérimentale, après que des études in vitro aient montré des bénéfices sur le métabolisme des protéoglycanes du cartilage. L'arthrose a été induite chirurgicalement chez 24 chiens beagle selon le modèle de rainure fémorale, puis traités pendant 15 semaines par placebo ou célécoxib (100 ou 200 mg/jour). Contrairement aux résultats in vitro prometteurs, aucun paramètre de dégradation cartilagineuse n'a été significativement amélioré par le célécoxib in vivo, malgré une inhibition dose-dépendante de la prostaglandine E2 confirmant la biodisponibilité articulaire du médicament. Les auteurs suggèrent que les effets analgésiques du célécoxib pourraient avoir conduit à une surcharge mécanique de l'articulation, contrecarrant ainsi ses bénéfices potentiels sur le cartilage.
This study investigated whether applying tension to sutures during meniscal transplant surgery improves the transplant's ability to protect joint cartilage from damage. Researchers used 36 sheep divided into six groups: sham surgery, meniscectomy alone, and meniscal transplantation with varying levels of suture pretensioning (0N, 20N, 40N, and 60N), then evaluated cartilage health after 6 months using standard scoring systems. Higher pretensioning forces (40N and 60N) significantly reduced cartilage degeneration compared to both meniscectomy alone and transplants without pretensioning, though cartilage damage still occurred in all surgical groups compared to the sham controls. The findings suggest that applying appropriate tension to sutures during meniscal transplant surgery can improve the procedure's protective effect on joint cartilage, likely by better restoring the meniscus's natural load-bearing function.
Diese Studie untersuchte, wie sich die intraoperative Vorspannung der Nähte auf die knorpelschützende Wirkung von Meniskustransplantaten auswirkt. In einem kontrollierten Laborexperiment wurden 36 Schafe in 6 Gruppen eingeteilt und verschiedenen Eingriffen unterzogen: Scheinoperation, Meniskektomie oder Meniskusautotransplantation mit unterschiedlichen Vorspannungsgraden (0, 20, 40, 60 N), wobei nach 6 Monaten makroskopische und histologische Knorpelbewertungen durchgeführt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass höhere Nahtvorspannung (40 N, 60 N) zu signifikant weniger Knorpeldegeneration führte als bei meniskektomierten oder nicht vorgespannten Knien, mit besseren ICRS-Scores von 1,63±0,57 bzw. 1,66±0,51 gegenüber 2,40±0,27 und 2,68±0,46. Die Studie belegt, dass eine angemess
Cette étude évalue l'influence de la prétension chirurgicale des sutures sur l'effet chondroprotecteur des transplants méniscaux. L'équipe a utilisé un modèle ovin (36 moutons) répartis en 6 groupes avec différents niveaux de prétension appliquée aux sutures (0, 20, 40, 60 N), et a évalué la dégénérescence cartilagineuse après 6 mois par scores macroscopiques (ICRS) et histologiques (Mankin). Les résultats démontrent qu'une prétension élevée (40-60 N) réduit significativement la dégénérescence cartilagineuse comparativement aux genoux méniscectomisés ou transplantés sans prétension, avec des scores ICRS respectifs de 1,63±0,57 et 1,66±0,51 versus 2,40±0,27 et 2,68±0,46. Bien que la prétension chirurgicale améliore l'effet chondroprotecteur des transplants méniscaux, elle ne prévient pas complètement la dégénérescence cartilagineuse art
This study investigated how hyaluronic acid injections affect cartilage friction under different loading conditions to better understand their potential as osteoarthritis treatments. The researchers tested both healthy and surface-damaged cartilage samples under static and dynamic loading conditions, with and without hyaluronic acid lubricant, measuring friction changes over time and under various sliding distances.
The key findings showed that hyaluronic acid effectively reduced friction under static loading conditions for both healthy and damaged cartilage surfaces. However, under dynamic conditions with longer sliding distances (4mm or greater), the cartilage's natural lubrication mechanisms were sufficient, making hyaluronic acid less beneficial. Hyaluronic acid only demonstrated clear therapeutic value under conditions where the cartilage's intrinsic lubrication was depleted - specifically during shorter sliding distances or prolonged loading that increased friction over time.
Diese Studie untersuchte die Wirksamkeit von Hyaluronsäure-Injektionen als therapeutisches Gleitmittel bei Osteoarthritis durch Analyse der Reibungseigenschaften von Gelenkknorpel. Die Forscher testeten sowohl gesunden als auch geschädigten Knorpel unter statischen und dynamischen Belastungsbedingungen mit und ohne Hyaluronsäure-Zugabe. Die Ergebnisse zeigten, dass Hyaluronsäure unter statischen Bedingungen bei beiden Knorpeltypen als effektives Grenzschichtgleitmittel wirkte, während die Wirksamkeit unter dynamischen Bedingungen geringer war. Hyaluronsäure erwies sich besonders dann als therapeutisch wirksam, wenn die körpereigene biphasische Schmierung des Knorpels bereits erschöpft war und die Reibung entsprechend anstieg.
Cette étude évalue l'efficacité de l'acide hyaluronique comme lubrifiant thérapeutique pour le traitement de l'arthrose en analysant ses effets sur les propriétés frictionnelles du cartilage articulaire. Les chercheurs ont testé des contacts cartilage-cartilage sous conditions de charge statique et dynamique, en comparant du cartilage sain et endommagé, avec et sans ajout d'acide hyaluronique. Les résultats montrent que l'acide hyaluronique est un lubrifiant limite efficace sous conditions statiques pour les surfaces cartilagineuses saines et endommagées, mais son efficacité est réduite sous conditions dynamiques lorsque la lubrification biphasique intrinsèque du cartilage est préservée. L'effet thérapeutique de l'acide hyaluronique se manifeste principalement dans les conditions tribologiques où la lubrification naturelle du cartilage est compromise, suggérant son intérêt clinique spécifique dans certains contextes biomécaniques.
This study investigated whether L-glutamine (GLN) can protect cartilage cells (chondrocytes) from damage caused by heat stress and nitric oxide exposure. The researchers cultured rabbit chondrocytes and treated them with various concentrations of GLN, then exposed them to heat stress (43°C) or nitric oxide, measuring cell survival, cell death (apoptosis), and expression of heat shock protein 70 (HSP70). The results showed that GLN provided dose-dependent protection against both heat stress and nitric oxide-induced cell death, with this protective effect linked to increased HSP70 expression. When HSP70 was blocked using an inhibitor (quercetin), the protective benefits of GLN were eliminated, suggesting that GLN protects chondrocytes primarily through enhancing HSP70 expression.
Diese Studie untersuchte die protektive Wirkung von L-Glutamin (GLN) auf Gelenkknorpelzellen (Chondrozyten) unter Stress-Bedingungen. Die Forscher behandelten Kaninchen-Chondrozytenkulturen mit verschiedenen GLN-Konzentrationen und setzten sie anschließend Hitzestress (43°C) oder Stickstoffmonoxid-induzierter Apoptose aus, wobei sie die Zellviabilität, Apoptose-Marker und HSP70-Expression analysierten. GLN zeigte eine dosisabhängige Schutzwirkung gegen beide Stressoren und verstärkte die Expression des Hitzeschockproteins HSP70, während die Verwendung eines HSP70-Inhibitors diesen Schutzeffekt blockierte. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass GLN Chondrozyten vor stress-induziertem Zelltod schützt, wobei dieser chondroprotektive Effekt über HSP70 vermittelt wird.
Cette étude a investigué l'effet protecteur de la L-glutamine (GLN) sur les chondrocytes articulaires de lapin exposés au stress thermique ou à l'oxyde nitrique (NO). Les chercheurs ont utilisé diverses concentrations de GLN (0-20 mM) et évalué la viabilité cellulaire, l'apoptose et l'expression de la protéine de choc thermique HSP70 par Western blot, dosage LDH et marquage TUNEL. Les résultats montrent que la GLN protège de manière dose-dépendante les chondrocytes contre la cytotoxicité induite par le stress thermique (43°C) et l'apoptose induite par le NO, cet effet chondroprotecteur étant médié par l'expression de HSP70. Cette protection est abolie par la quercétine, un inhibiteur de HSP70, confirmant le rôle central de cette protéine dans les mécanismes cytoprotecteurs de la glutamine.
This study investigated how the removal of glycosaminoglycans (GAGs) affects the friction properties of articular cartilage by treating bovine cartilage samples with chondroitinase ABC enzyme. The researchers tested 12 cartilage samples (6 treated, 6 controls) under constant compression and sliding motion for over 40 minutes, measuring friction coefficients throughout the test period. The results showed that GAG-depleted cartilage had significantly higher friction at equilibrium compared to intact cartilage (0.19 vs 0.12), though initial friction values were similar between groups. These findings suggest that preserving or restoring GAG content in cartilage could be an important therapeutic target for maintaining joint lubrication in osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte den Einfluss der enzymatischen Entfernung von Proteoglykanen mittels Chondroitinase ABC auf die Reibungseigenschaften von Rinderknorpel unter Kriechbelastung. Die Forscher testeten 12 Knorpelproben in zwei Gruppen (Kontroll- und Behandlungsgruppe) unter kontinuierlicher Gleitbewegung und konstantem Druck von 0.5 MPa über 2500 Sekunden. Die Ergebnisse zeigten, dass die enzymatische Behandlung den Gleichgewichts-Reibungskoeffizienten signifikant von 0.12 auf 0.19 erhöhte, während der initiale Reibungswert unverändert blieb. Diese Befunde unterstreichen die wichtige Rolle von Chondroitinsulfat für die Gelenkschmierung und unterstützen die Entwicklung knorpelschützender Therapieansätze bei Arthrose.
Cette étude vise à évaluer l'effet du traitement par chondroïtinase ABC sur la réponse frictionnelle du cartilage articulaire bovin sous charge de fluage. Les chercheurs ont testé 12 échantillons de cartilage (groupe contrôle vs groupe traité par digestion enzymatique) en compression non confinée avec glissement continu sous contrainte constante de 0,5 MPa pendant 2500 secondes. Les résultats montrent que la dégradation des glycosaminoglycanes par la chondroïtinase ABC augmente significativement le coefficient de friction à l'équilibre (0,19 ± 0,02 vs 0,12 ± 0,03 pour les contrôles, p = 0,002). Ces findings soulignent l'importance du contenu en sulfate de chondroïtine pour les propriétés tribologiques du cartilage et renforcent l'intérêt des stratégies chondroprotectrices dans l'arthrose.
This study investigated how mechanical forces and inflammatory signals interact in cartilage cells, specifically examining whether integrin proteins mediate the cellular response to mechanical loading in the presence of the inflammatory cytokine IL-1β. The researchers applied dynamic compression to chondrocytes (cartilage cells) with and without IL-1β treatment, measuring nitric oxide release, PGE2 production, cell proliferation, and proteoglycan synthesis, while using integrin-blocking peptides to test the role of these mechanoreceptors. The results showed that mechanical compression had beneficial effects—reducing inflammatory nitric oxide production while increasing cell proliferation and proteoglycan synthesis—and these protective effects occurred even when cells were exposed to IL-1β. Importantly, blocking integrin function with specific peptides completely abolished these compression-induced benefits, demonstrating that integrins are essential mediators of how cartilage cells respond to mechanical forces, even in inflammatory conditions.
Diese Studie untersuchte die Rolle von Integrinen bei der mechanischen Signalübertragung in Chondrozyten unter dem Einfluss von IL-1β. Die Forscher applizierten dynamische Kompression auf Knorpelzellen in An- und Abwesenheit von IL-1β und verwendeten das Integrin-bindende Peptid GRGDSP zur Blockierung der Integrin-Funktion. Die dynamische Kompression hemmte die Stickstoffmonoxid-Freisetzung und steigerte die Zellproliferation sowie Proteoglykansynthese, wobei diese Effekte durch das GRGDSP-Peptid vollständig aufgehoben wurden. Die Ergebnisse belegen eindeutig, dass die metabolische Antwort von Chondrozyten auf mechanische Belastung sowohl unter normalen als auch unter entzündlichen Bedingungen über Integrin-vermittelte Mechanotransduktion erfolgt.
Cette étude visait à élucider les mécanismes de mécanotransduction médiés par les intégrines dans les chondrocytes stimulés par l'IL-1β. Les chercheurs ont appliqué une compression dynamique sur des chondrocytes articulaires en présence ou absence d'IL-1β, et ont utilisé le peptide GRGDSP pour bloquer la liaison aux intégrines. Les résultats montrent que la compression dynamique inhibe la libération d'oxyde nitrique (NO) et de PGE2 tout en stimulant la prolifération cellulaire et la synthèse de protéoglycanes, effets complètement abolis par le peptide bloquant GRGDSP. Cette recherche démontre clairement que les réponses métaboliques des chondrocytes à la stimulation mécanique sont entièrement dépendantes de la signalisation via les intégrines, que ce soit en condition inflammatoire ou non.
This study investigated how mechanical forces are converted into cellular signals in articular cartilage, specifically examining the role of basic fibroblast growth factor (bFGF) as a potential mediator. The researchers used cutting and loading experiments on cartilage tissue, combined with immunohistochemistry to locate bFGF within the cartilage structure. They found that mechanical stimulation activated extracellular-signal-regulated kinase and caused release of bFGF, which was normally stored in the pericellular matrix attached to the proteoglycan perlecan. The authors propose a new model where mechanical loading of cartilage makes this stored bFGF available to cell surface receptors, potentially explaining how cartilage cells sense and respond to mechanical forces.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Reize in Gelenkknorpel auf zellulärer Ebene übertragen werden (Mechanotransduktion). Die Forschenden verwendeten immunhistochemische Methoden und analysierten die Aktivierung der extrazellulär-signal-regulierten Kinase nach mechanischer Belastung von Knorpelgewebe. Die Ergebnisse zeigten, dass der basische Fibroblasten-Wachstumsfaktor (bFGF) extrazellulär im perizellulären Matrix-Bereich der Chondrozyten lokalisiert ist und an das Proteoglykan Perlecan gebunden vorliegt. Basierend auf diesen Befunden schlagen die Autoren ein neues Mechanotransduktionsmodell vor, bei dem mechanische Belastung den perizellulären bFGF für Tyrosinkinase-Rezeptoren an der Zelloberfläche verfügbar macht.
Cette étude visait à identifier les médiateurs moléculaires de la mécanotransduction dans le cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé l'immunohistochimie et analysé l'activation de la kinase ERK lors de la section et de la mise en charge du cartilage articulaire. Les résultats montrent que le bFGF (facteur de croissance fibroblastique basique) est présent dans la matrice péricellulaire des chondrocytes, lié au protéoglycane perlécan, et qu'il active ERK en réponse aux stimuli mécaniques. Les auteurs proposent un nouveau modèle de mécanotransduction où le bFGF péricellulaire devient accessible aux récepteurs tyrosine kinase de surface cellulaire lors de la mise en charge du cartilage.
This study investigated how ion channels regulate chondrocyte responses to mechanical loading in 3D culture by examining matrix protein and sulfated glycosaminoglycan (sGAG) synthesis. The researchers used bovine cartilage explants and chondrocyte-seeded agarose gels treated with four different ion channel inhibitors (targeting potassium, calcium, stretch-activated channels, and intracellular calcium stores) under static and dynamic compression for 20 hours. The findings revealed that ion channel inhibition had greater effects on sGAG synthesis than protein synthesis, with thapsigargin (which disrupts intracellular calcium stores) causing the most dramatic reduction in sGAG production. The results suggest that calcium signaling plays a critical role in how chondrocytes sense and respond to mechanical stimuli, and that multiple, complex ion channel pathways are involved in regulating cartilage matrix synthesis under mechanical loading.
Diese Studie untersuchte, wie verschiedene Ionenkanäle die mechanische Signalübertragung von Chondrozyten in dreidimensionaler Kultur beeinflussen und deren Matrixsynthese unter statischer und dynamischer Kompression regulieren. Die Forscher verwendeten bovine Knorpelexplantate und Chondrozyten-beladene Agarosegele, die mit vier verschiedenen Ionenkanal-Inhibitoren (4-Aminopyridin, Nifedipin, Gadolinium und Thapsigargin) behandelt und mechanisch belastet wurden, um die Protein- und Sulfat-Glykosaminoglykan(sGAG)-Synthese zu messen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Ionenkanal-Inhibitoren unterschiedliche Auswirkungen auf die Matrixsynthese hatten, wobei die sGAG-Synthese stärker betroffen war als die Proteinsynthese, und dass jeder Inhibitor die mechanische Stimulation unterschiedlich beeinflusste. Die Studie deutet darauf hin, dass die Calcium-Signalübertragung entscheid
Cette étude examine comment l'inhibition de différents canaux ioniques affecte la mécanotransduction des chondrocytes et leur synthèse matricielle en culture 3D sous compression statique et dynamique. Les chercheurs ont utilisé des explants de cartilage bovin et des gels d'agarose ensemencés de chondrocytes, traités avec quatre inhibiteurs de canaux ioniques (4-aminopyridine, nifédipine, gadolinium, thapsigargine) pour analyser la synthèse de protéines et de glycosaminoglycanes sulfatés (sGAG). Les résultats montrent que les inhibiteurs affectent différentiellement la synthèse matricielle, avec un impact plus marqué sur les sGAG, et modulent de manière variable la réponse à la compression dynamique selon le type de canal bloqué. L'étude suggère que la signalisation calcique joue un rôle critique dans la mécanotransduction chondrocytaire et que la régulation de la synthèse matricielle implique des voies de signalisation multiples et complexes.
This study investigated how different training intensities affect knee cartilage adaptation in dogs and whether blood and joint fluid biomarkers can detect early cartilage changes better than MRI. Twenty adult dogs were divided into control, common training, and intensified training groups and monitored for 10 weeks using MRI imaging, biomarker measurements (COMP, MMP-1, MMP-3, TIMP-1), and final histological analysis. The study found that both training groups showed early cartilage damage by week 2 that peaked at weeks 4-6 before gradually improving, but surprisingly, intensified training resulted in better cartilage repair and remodeling than common training. Importantly, biomarkers in blood and synovial fluid were more sensitive than MRI for detecting cartilage changes, suggesting they could be valuable clinical tools for monitoring cartilage health and predicting injury in athletes.
Diese Studie untersuchte die Anpassung des Gelenkknorpels an verschiedene Trainingsintensitäten bei Hunden und evaluierte, ob Knorpel-Biomarker (COMP, MMP-1, MMP-3, TIMP-1) als frühe Indikatoren für Sportverletzungen dienen können. Zwanzig Hunde wurden in drei Gruppen eingeteilt (normales Training, intensiviertes Training, Kontrolle) und über 10 Wochen trainiert, wobei regelmäßig MRT-Untersuchungen durchgeführt und Biomarker in Serum und Synovialflüssigkeit gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass beide Trainingsgruppen nach 2 Wochen frühe Knorpelschäden entwickelten, die nach 4-6 Wochen am stärksten ausgeprägt waren und sich danach wieder verbesserten, wobei intensiviertes Training paradoxerweise zu besserer Knorpelregeneration führte als normales Training. Die Biomarker erwiesen sich als sensitiver als die MRT bei der Erkennung von Knorpelveränderungen
Cette étude visait à analyser l'adaptation du cartilage articulaire du genou canin à différentes intensités d'entraînement et à évaluer l'utilité de biomarqueurs sériques et synoviaux pour prédire les lésions cartilagineuses précoces. Vingt chiens adultes ont été répartis en trois groupes (entraînement standard, intensifié, et contrôle) et suivis pendant 10 semaines par IRM régulière, dosages ELISA des biomarqueurs (COMP, MMP-1, MMP-3, TIMP-1) et analyse histologique finale. Les résultats montrent que l'entraînement intensifié favorise davantage le remodelage cartilagineux que l'entraînement standard, avec des variations spécifiques des biomarqueurs reflétant les processus de dégradation et de réparation. Les biomarqueurs se révèlent plus sensibles que l'IRM pour détecter les changements pathologiques précoces du cartilage articulaire.
This study investigated how dynamic osmotic loading affects chondrocyte cellular responses, hypothesizing that dynamic conditions would produce different effects than static loading. The researchers used a novel microfluidic device to apply hypotonic loading (-200 mOsm) at frequencies up to 0.1 Hz to chondrocytes, then measured intracellular calcium signaling, actin cytoskeleton organization, and gene expression changes. The key findings showed that chondrocytes had reduced volume and calcium responses as loading frequency increased, displayed cytoskeletal reorganization, and exhibited enhanced gene expression under dynamic compared to static osmotic conditions. These results demonstrate that chondrocytes respond differently to dynamic versus static osmotic stimuli, providing insights into how joint loading may influence cartilage cell behavior.
Diese Studie untersuchte, wie dynamische osmotische Belastung die Signalübertragung und Genexpression von Chondrozyten beeinflusst, im Gegensatz zu statischer osmotischer Belastung. Die Forscher verwendeten ein neuartiges mikrofluidisches System, um hypotone dynamische Belastungen (-200 mOsm) mit Frequenzen bis zu 0,1 Hz auf Chondrozyten anzuwenden und analysierten dabei Kalziumsignale, Zytoskelettorganisation und Genexpression. Die Ergebnisse zeigten, dass Chondrozyten mit steigender Belastungsfrequenz abnehmende Volumen- und Kalziumantworten aufwiesen, während sich das Aktin-Zytoskelett reorganisierte. Dynamische osmotische Belastung führte zu einer verstärkten Genexpression verglichen mit statischer Belastung, was neue Einblicke in die Mechanotransduktion von Chondrozyten liefert.
Cette étude visait à examiner les effets du chargement osmotique dynamique sur la signalisation et l'expression génique des chondrocytes, en comparaison avec le chargement osmotique statique. Les chercheurs ont utilisé un dispositif microfluidique novateur pour appliquer un chargement hypotonique dynamique (-200 mOsm) jusqu'à 0,1 Hz, puis ont analysé la signalisation calcique intracellulaire, l'organisation du cytosquelette et l'expression génique par PCR en temps réel. Les résultats montrent que les chondrocytes présentent des réponses volumétriques et calciques décroissantes avec l'augmentation de la fréquence de chargement, des modifications du cytosquelette d'actine, et une stimulation de l'expression génique supérieure sous chargement dynamique comparé au chargement statique. Ces findings démontrent l'importance de la dynamique du chargement osmotique dans la mécanotransduction des chondrocytes et ouvrent de nouvelles perspectives pour comprendre les mécanismes adaptatifs du cartilage articulaire.
This study investigated how static loading affects tractional forces in temporomandibular joint (TMJ) discs, which may contribute to mechanical fatigue and degeneration. The researchers tested 64 porcine TMJ discs by applying a 10-N static load for either 1 or 30 seconds, followed by cyclic movement at various velocities while measuring tractional forces and compressive strain. The results showed that longer static loading (30 seconds) produced significantly higher compressive strain and tractional forces at movement initiation, with these two parameters being strongly correlated (R² = 0.84). Additionally, peak tractional forces increased linearly with movement velocity (R² = 0.85) and were highest during the first movement cycle after prolonged static loading, supporting both study hypotheses and suggesting that prolonged jaw clenching followed by rapid movement may increase TMJ disc deterioration risk.
Diese Studie untersuchte, wie statische und dynamische Belastungen die Zugkräfte im Kiefergelenkdiskus beeinflussen, um mechanische Ermüdungsprozesse besser zu verstehen. An 64 Schweinedisci wurden 10-N-Lasten für 1 oder 30 Sekunden appliziert, gefolgt von zyklischen Bewegungen zur Messung der entstehenden Zugkräfte. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl die kompressive Verformung als auch die Zugkräfte nach 30 Sekunden statischer Belastung am größten waren und stark korrelierten (R² = 0,84). Zusätzlich stiegen die maximalen Zugkräfte linear mit der Bewegungsgeschwindigkeit an (R² = 0,85), was darauf hinweist, dass sowohl die Vorbelastungsdauer als auch die Bewegungsgeschwindigkeit entscheidende Faktoren für die mechanische Beanspruchung des Kiefergelenkdiskus sind.
Cette étude avait pour objectif d'examiner les forces de traction dans le disque de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) suite à des charges statiques, en testant leur relation avec la déformation compressive et la vitesse de mouvement. Les chercheurs ont appliqué une charge statique de 10 N sur 64 disques porcins pendant 1 ou 30 secondes, puis ont effectué des mouvements cycliques en mesurant les forces de traction. Les résultats montrent que les forces de traction les plus importantes surviennent au début du mouvement après 30 secondes de charge statique et sont fortement corrélées à la déformation compressive (R² = 0,84). L'étude démontre également que ces forces de traction augmentent linéairement avec la vitesse de mouvement (R² = 0,85), suggérant que la dégénérescence du disque de l'ATM liée à la fatigue mécanique pourrait être favorisée par ces contraintes dépendantes de la déformation et de la vitesse.
This study investigated how intensive long-term training affects cartilage metabolism in racehorses by measuring cartilage breakdown products in joint fluid. Researchers followed 28 Standardbred trotters for 24 months, collecting synovial fluid samples every three months from the carpal (knee) joint and measuring levels of three key cartilage proteins using immunoassays. The main findings showed that cartilage oligomeric matrix protein (COMP) levels decreased with both age and training duration, while collagen type II breakdown products increased with more training days. These results suggest that extensive training programs cause metabolic changes in joint cartilage, likely due to excessive mechanical loading that reduces cartilage protein synthesis and increases degradation.
Diese Studie untersuchte, wie intensives Training, Alter und Lahmheit die Freisetzung von Knorpelproteinen in die Gelenkflüssigkeit bei 28 Trabrennpferden während eines 24-monatigen Trainingsprogramms beeinflusst. Die Forscher entnahmen alle drei Monate Gelenkflüssigkeit aus dem Karpalgelenk und bestimmten mittels ELISA die Konzentrationen von COMP, Aggrecan und Kollagen Typ II. Die Hauptergebnisse zeigten, dass die COMP-Konzentration mit zunehmendem Alter und Trainingsdauer abnahm, während die Abbauprodukte von Kollagen Typ II mit der Trainingsdauer anstiegen. Die Studie belegt, dass langfristiges intensives Training metabolische Veränderungen im Gelenkknorpel verursacht, was auf eine unangemessene mechanische Belastung des Knorpels hinweist.
Cette étude évalue l'impact d'un entraînement intensif sur 24 mois sur l'homéostasie du cartilage articulaire chez 28 trotteurs Standardbred, en analysant la libération de protéines matricielles dans le liquide synovial. Les concentrations de COMP (protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse), d'agrécane et de collagène de type II ont été mesurées par ELISA dans le liquide synovial de l'articulation carpienne moyenne, prélevé tous les trois mois. Les résultats montrent une diminution de la concentration de COMP avec l'âge et la durée d'entraînement, ainsi qu'une augmentation des produits de dégradation du collagène de type II avec l'entraînement prolongé. L'étude démontre qu'un programme d'entraînement intensif et prolongé induit des changements métaboliques dans le cartilage articulaire, suggérant une charge inappropriée sur les tissus cartilagineux.
This randomized controlled trial investigated whether adding hyaluronic acid (HA) injection after knee arthroscopy improves long-term outcomes in patients with persistent knee pain. The study compared 40 patients who received arthroscopic lavage alone (Group A) versus 40 patients who received the same procedure plus immediate injection of 10 mL sodium hyaluronate solution (A + HA group), following patients for two years. Both groups showed immediate improvement in walking pain and mobility, but the hyaluronic acid group maintained or improved their benefits at 3 months and 1 year, while the lavage-only group experienced declining effects. The findings suggest that post-arthroscopic hyaluronic acid injection helps stabilize and prolong the therapeutic benefits of knee arthroscopy, with no adverse effects observed in either treatment group.
Diese randomisierte kontrollierte Doppelblindstudie untersuchte die kurz- und langfristigen Effekte einer Hyaluronsäure-Instillation nach arthroskopischer Kniegelenksspülung bei 80 Patienten mit persistierenden Knieschmerzen aufgrund von Arthrose. Die Forscher verglichen zwei Gruppen: eine Kontrollgruppe mit alleiniger arthroskopischer Lavage (n=40) und eine Behandlungsgruppe mit zusätzlicher einmaliger Instillation von 10 ml Hyaluronsäure-basiertem Synovialflüssigkeitsersatz (n=40). Beide Gruppen zeigten initial vergleichbare Schmerzreduktion und verbesserte Gehfähigkeit, jedoch blieb die Verbesserung in der Hyaluronsäure-Gruppe nach 3 Monaten und einem Jahr deutlich stabiler als in der Kontrollgruppe. Die Studie belegt, dass die postarthroskopische Hyaluronsäure-Instillation eine geeignete Methode zur langfristigen Stabilisierung der Behandlungsergebnisse darstellt,
Cette étude prospective randomisée en double aveugle a évalué l'effet de l'instillation d'acide hyaluronique après lavage arthroscopique du genou chez 80 patients souffrant d'arthrose avec douleurs persistantes. Les patients ont été répartis en deux groupes : lavage arthroscopique seul (n=40) versus lavage suivi d'une injection unique de 10 ml d'hyaluronate de sodium à 0,5% (n=40). Bien que les deux traitements aient initialement amélioré la douleur et la capacité de marche de manière comparable, le groupe ayant reçu l'acide hyaluronique a montré une supériorité statistique à 3 mois et 1 an, avec une stabilisation ou amélioration continue des paramètres fonctionnels. L'étude démontre que l'ajout d'acide hyaluronique après arthroscopie permet une stabilisation à long terme des bénéfices thérapeutiques sans effets indésirables, confirmée par un suivi à 2 ans.
This study investigated where fibroblast growth factor-2 (FGF-2) is stored in articular cartilage and its role in how cartilage cells respond to mechanical loading. The researchers used microscopy techniques to locate FGF-2 in cartilage tissue, performed binding studies to identify which molecules it attaches to, and tested cartilage samples under mechanical loading while measuring cellular responses. They found that FGF-2 is bound to a protein called perlecan in the pericellular matrix (the immediate area surrounding cartilage cells) and that both molecules are located within the same region rich in type VI collagen. When cartilage is mechanically loaded, this stored FGF-2 is released and activates cellular signaling pathways (specifically ERK activation), suggesting that pericellular FGF-2 serves as an important mechanotransducer that helps cartilage cells sense and respond to mechanical forces.
Diese Studie untersuchte die Lokalisation und Funktion von Fibroblast Growth Factor-2 (FGF-2) als Mechanotransduktor in Gelenkknorpel. Die Forscher verwendeten Immunhistochemie, Konfokalmikroskopie und biomechanische Belastungstests an Knorpelexplantaten, um die Bindung von FGF-2 an Proteoglykane und dessen Rolle bei der mechanischen Signalübertragung zu charakterisieren. Die Ergebnisse zeigen, dass FGF-2 spezifisch an das Heparansulfat-Proteoglykan Perlecan in der perizelluären Matrix gebunden ist und dort mit Typ VI Kollagen kolokalisiert. Mechanische Belastung aktiviert FGF-2-abhängig den ERK-Signalweg, was darauf hinweist, dass matrixgebundenes FGF-2 eine zentrale Rolle bei der Umwandlung mechanischer Stimuli in zelluläre Antworten der Chondrozyten spielt.
Cette étude visait à identifier la localisation précise du facteur de croissance FGF-2 dans le cartilage articulaire et son rôle dans la mécanotransduction chondrocytaire. Les chercheurs ont utilisé l'immunohistochimie, la microscopie confocale et des essais de liaison par résonance plasmonique de surface, ainsi que des expériences de compression mécanique sur explants de cartilage et chondrocytes encapsulés dans l'alginate. Les résultats démontrent que le FGF-2 est séquestré par le perlécan dans la matrice péricellulaire riche en collagène de type VI, où il co-localise avec ce protéoglycane à héparane sulfate. La compression mécanique induit une activation ERK dépendante du FGF-2 péricellulaire, établissant son rôle fonctionnel comme mécanotransducteur dans les chondrocytes articulaires.
This study investigated whether specific biomarkers in knee joint fluid could detect early cartilage damage caused by high-intensity exercise in rabbits. Researchers compared 32 rabbits undergoing jumping training with 8 control rabbits, measuring matrix metalloproteinases (MMP-1, MMP-3) and their inhibitor (TIMP-1) in synovial fluid at 4 and 8 weeks, alongside histological analysis of cartilage damage. The jumping exercise caused progressive cartilage injury over time, with significantly elevated levels of MMP-3, TIMP-1, and the MMP-3/TIMP-1 ratio in the exercise group compared to controls. These synovial fluid biomarkers correlated well with the severity of cartilage damage, suggesting they could serve as reliable indicators for detecting early sports-related joint injury.
Diese Studie untersuchte, ob Biomarker in der Synovialflüssigkeit zur Früherkennung von Knorpelschäden durch hochintensive Sprungbelastung geeignet sind. An 40 Kaninchen wurden die Konzentrationen von Matrix-Metalloproteinasen (MMP-1, MMP-3) und deren Inhibitor (TIMP-1) in der Synovialflüssigkeit mittels ELISA gemessen und mit histologischen Knorpelveränderungen nach 4 und 8 Wochen Sprungtraining verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass repetitive hochintensive Sprungbewegungen zu progressiven Knorpelschäden führten, wobei MMP-3, TIMP-1 und das MMP-3/TIMP-1-Verhältnis in der Trainingsgruppe signifikant erhöht waren. Die Biomarker korrelierten dabei deutlich mit dem Schweregrad der histologisch nachgewiesenen Knorpelschädigung, was ihre Eignung als prädiktive Parameter für sportbedingte Gelenkknorpelverletzungen unterstreicht.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer les lésions cartilagineuses du genou chez des lapins soumis à un entraînement de saut de haute intensité et de déterminer si les niveaux de MMP-1, MMP-3 et TIMP-1 dans le liquide synovial peuvent prédire efficacement les lésions précoces du cartilage articulaire liées au sport. Quarante lapins ont été répartis en deux groupes (contrôle et entraînement), avec des mesures par ELISA des biomarqueurs dans le liquide synovial et des analyses histologiques du cartilage à 4 et 8 semaines. Les résultats montrent que l'exercice de saut répétitif induit des lésions cartilagineuses progressives, avec une augmentation significative des taux de MMP-3, TIMP-1 et du ratio MMP-3/TIMP-1 dans le groupe entraîné par rapport au groupe contrôle. Ces biomarqueurs synoviaux présentent une corrélation significative avec la sévérité des lésions cartilagineuses et pourraient constituer des outils de prédiction précis pour le
This double-blind study investigated whether oral supplementation with glucosamine hydrochloride, chondroitin sulfate, and N-acetyl-D-glucosamine could improve movement in older horses with joint problems. Twenty veteran horses were randomly divided into treatment (n=15) and placebo (n=5) groups, with gait analysis performed using digital video at baseline and every 4 weeks during 12 weeks of supplementation. By week 8, treated horses showed significantly increased joint range of motion in the elbow, stifle, and hind fetlock, along with longer stride length and increased swing duration compared to controls. The results suggest that oral chondroprotective supplements may provide symptomatic relief and improve movement quality in veteran horses with degenerative joint disease.
Diese doppelblinde Studie untersuchte die Wirksamkeit einer oralen Nahrungsergänzung mit Glukosamin-Hydrochlorid und Chondroitinsulfat auf die Gangcharakteristika älterer Pferde mit Gelenkbeschwerden. Zwanzig Veteranenpferde wurden randomisiert in eine Behandlungsgruppe (n=15) und Placebogruppe (n=5) eingeteilt und über 12 Wochen täglich supplementiert, wobei Gangparameter wie Gelenkbewegungsumfang, Schrittlänge und Schwung-/Standphasendauer mittels 2D-Bewegungsanalyse alle 4 Wochen erfasst wurden. Ab Woche 8 zeigten behandelte Pferde signifikante Verbesserungen mit erhöhtem Gelenkbewegungsumfang in Ellbogen, Knie und Hinterfesselgelenk sowie verlängerter Schrittlänge und Schwungdauer. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die orale chondroprotektive Supplementierung symptomatische Erleichterung
Cette étude en double aveugle visait à évaluer les effets d'une supplémentation orale combinant glucosamine et chondroïtine sulfate sur les caractéristiques de la foulée chez des chevaux vétérans. Vingt chevaux ont été répartis aléatoirement entre un groupe traitement (n=15) et placebo (n=5), avec une analyse biomécanique 2D de la démarche au trot réalisée toutes les 4 semaines pendant 12 semaines. Les résultats montrent une amélioration significative dès la 8ème semaine avec une augmentation de l'amplitude articulaire (coude, grasset, boulet postérieur), de la longueur de foulée et de la durée d'oscillation. Cette supplémentation orale semble donc procurer un soulagement symptomatique et améliorer le bien-être des chevaux âgés souffrant de pathologies articulaires dégénératives.
This study investigated whether preconditioning mesenchymal stem cells (MSCs) with low-intensity ultrasound could improve cartilage formation when implanted in living tissue. The researchers seeded rabbit bone marrow MSCs onto scaffolds and treated different groups with ultrasound (20 minutes daily for 1 week), growth factor (TGF-β), both treatments, or no treatment before implanting them under the skin of mice for up to 6 weeks. The ultrasound-treated groups showed superior cartilage formation with better structural integrity, reduced blood vessel invasion, and enhanced expression of cartilage-specific genes while suppressing bone formation markers. These findings suggest that brief ultrasound preconditioning of stem cells before implantation could be a simple and effective strategy to enhance cartilage tissue engineering outcomes.
Diese Studie untersuchte, ob eine Vorkonditionierung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) mit niederintensivem Ultraschall die Knorpelbildung in vivo verbessern kann. Die Forscher behandelten Kaninchen-MSCs auf Polyglykol-Gerüsten eine Woche lang täglich 20 Minuten mit Ultraschall (200 mW/cm²) und implantierten diese anschließend subkutan in Nacktmäuse, wo sie über 6 Wochen mittels histologischer, biochemischer und mechanischer Methoden analysiert wurden. Die Ultraschall-vorkonditionierten Gruppen zeigten eine deutlich verbesserte chondrogene Differenzierung mit verstärkter Knorpelmatrix-Bildung, höherer mechanischer Festigkeit und reduzierter unerwünschter Knochenbildung im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen. Die molekularen Analysen bestätigten, dass die Ultraschall-Behandlung knorpelspezifische Gene hochregulierte und gleichzeitig die Invasion von Blutgefäßen in die Konstru
Cette étude a évalué l'effet du préconditionnement par ultrasons de faible intensité sur la différenciation chondrogénique des cellules souches mésenchymateuses (CSM) in vivo. Les CSM de moelle osseuse de lapin ont été ensemencées sur des scaffolds PGA et traitées pendant une semaine avec des ultrasons (200 mW/cm², 20 min/jour) et/ou du TGF-β1 avant implantation sous-cutanée chez la souris nude, puis analysées jusqu'à 6 semaines post-implantation. Les résultats montrent que le préconditionnement par ultrasons améliore significativement la formation de tissu cartilagineux hyalin, augmente l'expression de marqueurs chondrogéniques (SOX-9, aggrécan) tout en supprimant les phénotypes ostéogéniques, et préserve mieux l'intégrité structurale des constructs. Cette approche représente donc une stratégie prometteuse pour optimiser la régénération cartilagineuse à partir de CSM en ingénierie tissulaire.
This study aimed to evaluate different biomaterials as potential chondroplasty replacements by investigating their friction and wear characteristics when tested against articular cartilage. The researchers conducted friction and wear tests using bovine cartilage pins sliding against various single-phase and biphasic materials under different lubricant conditions and loading scenarios. The key finding was that biphasic materials demonstrated significantly lower friction compared to single-phase materials, likely because their structure allowed for fluid rehydration and expulsion that maintained load support similar to natural cartilage. Additionally, biphasic materials caused less surface damage to the opposing cartilage pins during long-term testing, suggesting they better mimic the natural biotribological properties of articular cartilage and may be superior candidates for chondroplasty applications.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte verschiedene einphasige und biphasische Biomaterialien als potenzielle Chondroplastik-Materialien, um deren Reibungsverhalten und Verschleißeigenschaften gegen Gelenkknorpel zu evaluieren. Die Forscher führten Reibungs- und Verschleißtests mit bovinen Knorpelproben gegen die Testmaterialien unter verschiedenen Belastungsbedingungen und Schmiermitteln durch. Die Ergebnisse zeigten, dass alle biphasischen Materialien deutlich geringere Reibungswerte aufwiesen als einphasige Materialien, da sie durch Flüssigkeitsrehydratation und -expulsion eine kontinuierliche Flüssigkeitsunterstützung der Lastübertragung ermöglichen konnten. Biphasische Materialien verursachten zudem weniger Oberflächenschäden am Gelenkknorpel, was die Bedeutung biphasischer Eigenschaften für die Entwicklung knorpelschonender Chondroplastik-Materialien unterstreicht.
Cette étude visait à évaluer des matériaux biphasiques innovants comme alternatives potentielles pour la chondroplastie en analysant leur interface de frottement avec le cartilage articulaire. Les chercheurs ont conduit des tests de friction et d'usure utilisant des échantillons de cartilage articulaire bovin contre différents matériaux monophasiques et biphasiques, dans diverses conditions de lubrification et de charge. Les résultats montrent que tous les matériaux biphasiques présentent une réduction marquée du frottement comparés aux matériaux monophasiques, probablement grâce à leur capacité à maintenir un support de charge fluidique par réhydratation et expulsion des fluides interstitiels. Les matériaux biphasiques ont également causé moins de dommages au cartilage articulaire que les matériaux monophasiques, soulignant l'importance des propriétés biphasiques pour développer des biomatériaux qui miment la biotribologie naturelle du cartilage.
This study investigated how exercise and osteochondral injury affect the molecular composition of synovial fluid in horses, specifically examining chondroitin sulfate (CS) and hyaluronan (HA) chain lengths and concentrations. Researchers analyzed synovial fluid, serum, and cartilage samples from three groups: rested horses, the same horses after 9 months of treadmill training, and horses with racing-related osteochondral injuries, using gel chromatography and electrophoresis techniques.
The key findings showed that both exercise and injury increased CS chain length in synovial fluid, with injury causing a more dramatic increase (from 11.6 kDa in rested horses to 18.7 kDa in injured horses) compared to exercise alone (15.6 kDa). Conversely, both exercise and injury decreased HA chain length and total HA concentration in synovial fluid, with injury producing more severe changes than exercise.
The authors conclude that analyzing CS and HA chain lengths in synovial fluid could serve as a useful biomarker tool for assessing joint health and detecting joint damage.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von Training und osteochondralen Verletzungen auf die Kettenlänge und Konzentration von Chondroitinsulfat (CS) und Hyaluronan (HA) in der Synovialflüssigkeit von Pferden. Die Forscher analysierten Synovialflüssigkeit und Serum von Pferden in Ruhe, nach 9-monatigem Laufbandtraining und mit Rennverletzungen mittels Gelchromatographie und Elektrophorese. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl Training als auch Verletzungen die CS-Kettenlänge in der Synovialflüssigkeit signifikant erhöhten (von 11,6 kDa in Ruhe auf 15,6 kDa nach Training und 18,7 kDa bei Verletzungen), während die HA-Kettenlänge bei beiden Bedingungen abnahm. Die Analyse der CS- und HA-Kettenlängen könnte daher ein nützliches diagnostisches Instrument zur Beurteilung der Gelenkgesundheit darstellen.
Cette étude examine les effets de l'exercice et des lésions ostéochondrales sur la composition moléculaire du liquide synovial chez le cheval, en analysant les concentrations et longueurs de chaînes de chondroïtine sulfate (CS) et d'acide hyaluronique (HA). Les chercheurs ont comparé trois groupes : chevaux au repos, chevaux après entraînement sur tapis roulant, et chevaux avec lésions ostéochondrales liées à la course, utilisant la chromatographie sur gel et l'électrophorèse assistée par fluorophore. Les résultats montrent que les lésions ostéochondrales augmentent significativement la longueur des chaînes de CS (18,7 kDa vs 11,6 kDa au repos) tandis que l'exercice produit un effet intermédiaire (15,6 kDa), alors que les longueurs de chaînes d'HA diminuent dans les deux conditions pathologiques. Cette analyse des longueurs de chaînes de CS et d'HA dans le liquide synovial pourrait constituer un outil diagnostique prometteur pour évaluer la santé articulaire.
This study examined whether blood and joint fluid biomarkers correlate with MRI-detected cartilage damage in a canine model of exercise-induced knee degeneration. Twenty dogs were divided into light training, intensive training, and control groups, with MRI scans and biomarker measurements (COMP, MMP-1, MMP-3, TIMP-1) taken every 2 weeks over 10 weeks of training. Both training groups showed cartilage degeneration on MRI compared to controls, with elevated biomarker levels in blood and synovial fluid that correlated significantly with MRI severity scores. The researchers concluded that while MRI changes were similar between light and intensive training groups, biomarkers showed greater sensitivity to detect differences in cartilage breakdown, suggesting they could serve as valuable supplements to MRI for early detection of cartilage degeneration.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Knorpel-Biomarkern und MRT-Befunden bei belastungsinduzierter Knieknorpeldegeneration im Hundemodell. 20 adulte Hunde wurden über 10 Wochen drei Gruppen zugeteilt (leichtes Training, intensives Training, Kontrolle), wobei regelmäßig MRT-Untersuchungen durchgeführt und Biomarker-Konzentrationen (COMP, MMP-1, MMP-3, TIMP-1) in Serum und Synovialflüssigkeit mittels ELISA gemessen wurden. Beide Trainingsgruppen zeigten im Vergleich zur Kontrolle Knorpeldegeneration in der MRT und erhöhte Biomarker-Spiegel, wobei sich die Trainingsintensitäten bildgebend nicht unterschieden, jedoch deutliche Unterschiede in den Biomarker-Leveln aufwiesen. Die Autoren schlussfolgern, dass Biomarker als wertvolle Ergänzung zur MRT dienen können, um Knorpeldegeneration frühzeitig zu erkennen
Cette étude canine a évalué la corrélation entre les biomarqueurs de dégradation cartilagineuse (COMP, MMP-1, MMP-3, TIMP-1) dans le sérum et le liquide synovial et l'imagerie IRM lors d'entraînements physiques d'intensité variable. Vingt chiens adultes ont été répartis en trois groupes (entraînement léger, intensif, ou contrôle) pendant 10 semaines, avec mesures régulières par IRM et dosages ELISA des biomarqueurs. Les résultats montrent que l'entraînement prolongé induit une dégénérescence cartilagineuse détectable par IRM dans les deux groupes d'entraînement, avec une élévation significative des biomarqueurs corrélée aux grades IRM de lésion cartilagineuse. Les biomarqueurs présentent une sensibilité supérieure à l'IRM pour différencier les intensités d'entraînement et constituent un complément diagnostique précieux pour la détection précoce de la dégénérescence cartilagineuse.
This study investigated how mechanical loading affects the internal structure and gene expression of cartilage cells (chondrocytes), specifically focusing on actin proteins that help maintain cell shape and function. The researchers used fluorescently-labeled chondrocytes embedded in gel and applied cyclic compression while observing changes under a microscope, measuring both structural changes and gene expression. They found that mechanical loading caused breakdown of cortical actin (the cell's structural framework) and increased expression of genes for proteins that disassemble actin filaments, including cofilin and destrin. These findings suggest that chondrocytes can modify their internal structure in response to mechanical forces, which may be an important mechanism for cartilage cells to adapt to different loading conditions in joints.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung die Aktin-Dynamik in Chondrozyten beeinflusst und deren Genexpression verändert. Die Forscher transfizierten Chondrozyten mit EGFP-Aktin, kultivierten sie in Agarose und setzten sie zyklischer Kompression aus, während sie die Aktin-Dynamik mittels Konfokalmikroskopie und FRAP-Analyse (Fluorescence Recovery After Photobleaching) verfolgten. Die mechanische Belastung führte zu einer Reduktion der kortikalen Aktin-Intensität und einer verminderten Fluoreszenz-Erholung, was auf eine Netto-Depolymerisation des kortikalen Aktins hindeutet. Zusätzlich wurde die Genexpression der Aktin-depolymerisierenden Proteine Cofilin und Destrin hochreguliert, was einen potenziellen Mechanismus darstellt, durch den Chondrozyten ihre mechanischen Eigenschaften an die lokale mechanische Umgebung anpassen können.
Cette étude examine comment la charge mécanique influence la dynamique du cytosquelette d'actine dans les chondrocytes, processus essentiel à l'homéostasie du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé des chondrocytes transfectés avec de l'EGFP-actine et soumis à une compression cyclique (10 cycles, 1 Hz, 0-15% de déformation) tout en observant les modifications par microscopie confocale et techniques FRAP. La compression mécanique a provoqué une dépolymérisation nette de l'actine corticale, accompagnée d'une surexpression des gènes codant pour les protéines dépolymérisantes cofiline et destrine. Ces résultats révèlent un mécanisme par lequel les chondrocytes peuvent adapter leurs propriétés mécaniques et leur mécanosensibilité en réponse à leur environnement mécanique local.
This study investigated how in vitro cell expansion affects chondrocyte responses to mechanical loading, which is relevant for cartilage repair procedures that use expanded autologous chondrocytes. The researchers subjected both primary (unexpanded) and expanded human articular chondrocytes to cyclic stretching at different strain levels and analyzed gene expression of cartilage matrix components and degrading enzymes. Primary chondrocytes showed minimal response to mechanical stretch, with only mild changes in gene expression, while expanded chondrocytes demonstrated dramatically altered responses including large decreases in cartilage matrix genes (up to 21-fold for aggrecan) and significant increases in matrix-degrading enzymes (up to 20-fold for MMP1). These findings suggest that the cell expansion process commonly used in cartilage repair therapies fundamentally changes how chondrocytes respond to mechanical forces, potentially compromising their regenerative capacity after reimplantation.
Diese Studie untersuchte, wie sich die In-vitro-Expansion auf die Reaktion von Chondrozyten auf mechanische Belastung auswirkt, da expandierte autologe Chondrozyten häufig zur Knorpeldefektreparatur verwendet werden. Primäre und expandierte humane Gelenkchondrozyten wurden über drei Tage mechanisch gedehnt (0,5% oder 3,0% bei 0,5Hz) und anschließend die Genexpression von Matrixkomponenten, Matrixenzymen und SOX9 analysiert. Die Ergebnisse zeigten deutliche Unterschiede: Während primäre Chondrozyten nur milde Veränderungen aufwiesen (leichte Abnahme von Aggrecan, Kollagen I und X; Zunahme von Lubricin), reagierten expandierte Chondrozyten stark mit einer ausgeprägten Abnahme der Expression von Matrixbestandteilen (bis zu 21-fach bei Aggrecan) und einer erhöhten Expression von Matrixmetalloproteinasen. Diese Erkenntnisse sind wichtig für die Optimierung von
Cette étude examine comment l'expansion in vitro des chondrocytes autologues, étape courante dans la réparation du cartilage, modifie leur réponse à la stimulation mécanique. Les chercheurs ont soumis des chondrocytes articulaires humains primaires et expandus à un étirement cyclique (0,5% ou 3,0% à 0,5Hz) et analysé l'expression génique de composants matriciels et d'enzymes de dégradation. Les résultats montrent que les chondrocytes expandus présentent une réponse altérée avec une diminution marquée de l'expression des constituants matriciels (aggrécane jusqu'à 21 fois, collagène II) et une augmentation des métalloprotéases (MMP1 jusqu'à 20 fois), contrairement aux chondrocytes primaires qui répondent faiblement. Ces données suggèrent que l'expansion cellulaire compromet la capacité des chondrocytes à répondre adéquatement aux contraintes mécaniques, avec des implications importantes pour l'optimisation des protocoles de thérapie cellulaire.
This study investigated how mechanical forces regulate the production of superficial zone protein (SZP), an important joint lubricant in cartilage. The researchers used bovine knee cartilage to map SZP distribution, measure contact pressures and friction, and test how shear stress affects SZP production with and without blocking TGF-β signaling pathways. They discovered that SZP levels are highest in anterior knee regions that experience maximum contact pressures and have the lowest friction, and that mechanical shear stress increases SZP production through TGF-β signaling pathways. These findings reveal a novel mechanism by which cartilage cells sense mechanical forces and respond by producing more lubricating protein, which has important implications for understanding joint health and developing cartilage repair strategies.
Diese Studie untersuchte die molekularen Mechanismen der Mechanotransduktion bei der Expression des Superficial Zone Proteins (SZP), einem wichtigen Gelenkschmierstoff im Knorpel. Die Forscher verwendeten bovinen Gelenkknorpel und kombinierten immunhistochemische Analysen, Druckmessungen in ganzen Gelenken, Reibungstests sowie mechanische Stimulation von Knorpelexplantaten mit und ohne TGF-β-Signalweg-Hemmung. Die Ergebnisse zeigten, dass SZP-Expression regional unterschiedlich ist und mit mechanischen Signalen korreliert - hohe SZP-Spiegel fanden sich in Bereichen mit maximalen Kontaktdrücken und niedrigen Reibungskoeffizienten. Mechanische Scherstress-Stimulation erhöhte die SZP-Expression über den TGF-β-Signalweg, da eine spezifische Hemmung dieses Signalwegs die SZP-Produktion auf Kontrollniveau reduzierte.
Cette étude visait à élucider les mécanismes moléculaires de la mécanotransduction impliqués dans l'expression de la protéine de la zone superficielle (SZP), un lubrifiant articulaire essentiel. Les chercheurs ont combiné des analyses d'expression régionale de SZP dans le cartilage bovin par immunoblotting et immunohistochimie, des mesures de pression de contact et de friction, ainsi qu'une stimulation mécanique directe d'explants cartilagineux avec ou sans inhibition de la signalisation TGFβ. Les résultats révèlent que l'expression de SZP suit un patron régional inattendu dans le genou, avec des niveaux élevés dans les régions antérieures qui corrèlent avec les pressions de contact maximales et les faibles coefficients de friction. L'étude démontre que la contrainte de cisaillement augmente l'expression de SZP via la voie de signalisation TGFβ, établissant un nouveau rôle de cette voie dans la mécanotransduction cellulaire cruciale pour la lubrification articulaire.
This study aimed to compare the anti-inflammatory and cartilage-protective effects of indomethacin (a conventional NSAID) versus a commercial herbal product called Mobility in a laboratory model of cartilage inflammation. The researchers used horse cartilage samples exposed to interleukin-1 beta (a pro-inflammatory molecule) and treated them with simulated digestive products of both compounds, measuring inflammatory markers (PGE2 and nitric oxide) and cartilage breakdown (GAG release). Indomethacin effectively reduced inflammation by strongly inhibiting PGE2 and nitric oxide production, but provided no protection against cartilage breakdown. In contrast, the herbal product showed different effects—it reduced nitric oxide production and importantly prevented cartilage breakdown (GAG release), though it slightly increased PGE2 levels, suggesting it may offer complementary cartilage-protective benefits alongside conventional anti-inflammatory treatments.
Diese Studie untersuchte die entzündungshemmenden und knorpelschützenden Eigenschaften von Indometacin und einem pflanzlichen Präparat („Mobility") in einem Knorpelexplantat-Modell der Arthritis bei Pferden. Die Forscher verwendeten simulierte Verdauungsprodukte beider Substanzen und testeten deren Wirkung auf Interleukin-1β-stimulierte Knorpelexplantate, wobei sie die Produktion von Prostaglandin E2 (PGE2), Stickstoffmonoxid (NO) und die Freisetzung von Glykosaminoglykanen (GAG) als Biomarker analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass Indometacin stark entzündungshemmend wirkte durch Reduktion von PGE2 und NO, jedoch keinen Schutz vor GAG-Verlust bot. Das pflanzliche Präparat hingegen reduzierte signifikant die NO-Produktion und GAG-Freisetzung, was auf chondroprotektive Eigenschaften hindeutet, obwohl PGE2 leicht anstieg.
Cette étude visait à comparer les effets anti-inflammatoires et chondroprotecteurs de l'indométacine et d'un produit à base de plantes (Mobility) sur l'inflammation articulaire équine. Les chercheurs ont utilisé un modèle d'explants de cartilage stimulés par l'IL-1β, en testant des digestats simulés ultrafiltrés de ces deux traitements pour reproduire leur absorption gastro-intestinale. Les résultats montrent que l'indométacine inhibe efficacement la production de PGE2 et de NO mais ne protège pas contre la libération de glycosaminoglycanes (GAG), tandis que le produit à base de plantes réduit significativement la production de NO et la libération de GAG avec une légère augmentation de PGE2. Cette étude suggère que le complément à base de plantes pourrait être un adjuvant thérapeutique intéressant en raison de ses propriétés chondroprotectrices spécifiques.
This study investigated whether the protein kinase B (AKT) signaling pathway in cartilage cells responds to mechanical loading, as it does in other tissues. The researchers applied compression forces (500 N for 150 seconds) to porcine knee joints using either dynamic loading at different frequencies (1 Hz or 12 Hz) or static loading, then analyzed AKT phosphorylation in cartilage samples using immunohistochemistry at various time points. The main finding was that mechanical loading caused a downregulation of AKT phosphorylation 300 seconds after loading, while unloaded control samples showed no change. The study also revealed that AKT responses varied depending on loading frequency, cartilage depth, and timing after loading, suggesting that AKT signaling plays an important role in how cartilage cells sense and respond to mechanical forces.
Diese Studie untersuchte, ob mechanische Belastung die AKT-Phosphorylierung in Knorpelzellen beeinflusst, da AKT-abhängige Signalwege in anderen Geweben bereits als mechanosensitiv bekannt sind. Porcine Patellofemoralgelenke wurden mit 500 N über 150 Sekunden entweder dynamisch (12 Hz oder 1 Hz) oder statisch komprimiert, und die AKT-Phosphorylierung wurde zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Belastung immunhistochemisch analysiert. Die Ergebnisse zeigten eine Herunterregulation der AKT-Phosphorylierung 300 Sekunden nach mechanischer Belastung, wobei die Regulation frequenzabhängig war und unterschiedliche Muster zwischen statischer und dynamischer Belastung sowie zwischen verschiedenen Knorpelzonen aufwies. Die Studie belegt erstmals, dass AKT-Signalwege eine wichtige Rolle in der Knorpel-Mechanotransduktion spielen und sowohl von der Belastungsfrequenz als auch der Knorpelzone abhängen.
Cette étude vise à déterminer si la protéine kinase AKT est régulée par les contraintes mécaniques dans le cartilage articulaire, un mécanisme non encore démontré dans la mécanotransduction cartilagineuse. Les auteurs ont appliqué une compression de 500 N pendant 150 secondes sur des articulations patello-fémorales porcines, soit de manière statique, soit dynamique à 12 Hz ou 1 Hz, puis analysé la phosphorylation d'AKT par immunohistochimie à différents temps après la charge. Les résultats montrent une diminution de la phosphorylation d'AKT 300 secondes après la mise en charge mécanique, avec des variations selon la fréquence de chargement, la zone cartilagineuse et le délai post-chargement. Cette étude démontre ainsi le rôle d'AKT dans la mécanotransduction du cartilage articulaire patello-fémoral.
This review examines tissue engineering approaches for repairing damaged articular cartilage, which has limited natural healing capacity due to its avascular nature. The authors outline four essential components for successful cartilage tissue engineering: cells (including chondrocytes or stem cells from various sources like bone marrow, synovium, and umbilical cord), growth factors (such as TGF-β, BMPs, and IGF-1), scaffolds (protein-based, carbohydrate-based, or hydrogel materials), and appropriate mechanical environments that mimic joint loading conditions. The review emphasizes that combining these elements effectively can promote the formation of hyaline-like cartilage tissue. The authors conclude that successful cartilage tissue engineering could significantly improve patient outcomes and reduce the need for costly joint replacement procedures.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Grundlagen des Tissue Engineering für die Reparatur von Gelenkknorpel, der aufgrund seiner avaskulären Struktur schlecht heilt. Die Autoren identifizieren vier essenzielle Komponenten für erfolgreiches Knorpel-Tissue Engineering: geeignete Zellen (Chondrozyten oder mesenchymale Stammzellen aus verschiedenen Geweben), Wachstumsfaktoren (wie TGF-β, BMPs und IGF-1), biokompatible Trägermaterialien (protein-, kohlenhydrat- oder hydrogelbasiert) sowie mechanische Stimulation durch Kompression und Scherkräfte. Die Haupterkenntnis ist, dass nur durch die optimale Kombination aller vier Faktoren hyalinknorpelähnliches Gewebe regeneriert werden kann, was das Potenzial hat, die Lebensqualität von Millionen von Patienten zu verbessern und zukünftige Kosten für Gelenkersatz-Operationen zu reduzieren.
Cette étude de revue examine l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire, un tissu avasculaire dont la réparation représente un défi clinique majeur nécessitant une régénération de cartilage de type hyalin. L'approche d'ingénierie tissulaire repose sur quatre critères fondamentaux : les cellules (chondrocytes ou cellules souches mésenchymateuses provenant de diverses sources comme la moelle osseuse, le tissu synovial ou adipeux), les facteurs de croissance (TGFβ, BMP-2/4/7, IGF-1, GDF-5), les biomatériaux supports (à base de protéines, polysaccharides ou hydrogels), et l'environnement mécanique (compression, contraintes de cisaillement, pression hydrostatique). Les auteurs concluent que l'optimisation de ces quatre composantes pourrait considérablement améliorer la qualité de vie des patients et réduire les coûts liés aux arthroplasties futures.
This study investigated whether strenuous running causes osteoarthritis in rats and whether serum keratan sulfate could serve as a biomarker for early disease detection. Researchers forced Wistar rats to run 30 km over 6 weeks on treadmills, then assessed knee cartilage damage through microscopic examination and measured serum keratan sulfate levels weekly using HPLC; some rats received weekly hyaluronan injections to test protective effects. The results showed that intensive running caused significant cartilage damage and osteoarthritis development, with serum keratan sulfate levels peaking at 3-4 weeks as cartilage breakdown occurred. Weekly intraarticular hyaluronan injections successfully prevented both the cartilage damage and the rise in serum keratan sulfate, suggesting this biomarker could be useful for monitoring early osteoarthritis and treatment responses.
Diese Studie untersuchte, ob intensives Laufen bei Ratten Arthrose auslösen kann und ob Serum-Keratansulfat als Biomarker für frühe Arthrose-Entwicklung dient. Wistar-Ratten liefen 6 Wochen lang insgesamt 30 km auf einem Laufband, während der Gelenkknorpel makroskopisch und immunhistologisch beurteilt und wöchentlich Serum-Keratansulfat mittels HPLC gemessen wurde. Das intensive Laufen führte zu deutlichen arthrotischen Veränderungen im Knieknorpel, wobei das Serum-Keratansulfat vorübergehend anstieg (Peak bei 3-4 Wochen) und gleichzeitig im Knorpelgewebe abnahm. Wöchentliche intraartikuläre Hyaluronsäure-Injektionen konnten sowohl die morphologische Arthrose-Progression als auch den Anstieg des Serum-Keratansulfats erfolgreich unterdrücken.
Cette étude visait à évaluer si la course intensive induit l'arthrose chez le rat, si le sulfate de kératane sérique peut servir de biomarqueur de progression arthrosique, et si l'injection intra-articulaire d'acide hyaluronique exerce un effet protecteur. Les rats Wistar ont été soumis à un protocole de course de 30 km sur 6 semaines sur tapis roulant, avec évaluations hebdomadaires du sulfate de kératane sérique par HPLC et analyses histologiques du cartilage articulaire. Les résultats montrent que la course intensive induit des changements arthrosiques significatifs (scores de Mankin dégradés, perte de métachromatisme), accompagnés d'une élévation transitoire du sulfate de kératane sérique (pic à 3-4 semaines) corrélée à la déplétion tissulaire. L'injection hebdomadaire d'acide hyaluronique prévient efficacement la progression morphologique de l'arthrose et normalise les taux sériques de sulfate de kératane.
This study investigated how stretching speed affects the passive resistance of knee joint tissues to better understand the mechanical properties of the musculo-articular complex (MAC). Nine participants performed passive knee movements at five different speeds (5-120°/s) using a dynamometer, while researchers measured torque, energy storage, and energy dissipation. The results showed that passive torque, elastic energy storage, and energy dissipation all increased linearly with stretching speed (17-23% increases), but the increases were relatively modest. These findings suggest that the knee's passive tissues behave more like a combination of friction and limited viscosity rather than exhibiting strong viscoelastic properties, which could inform the development of better biomechanical models for clinical and research applications.
Diese Studie untersuchte den Einfluss der Dehnungsgeschwindigkeit auf den passiven Widerstand des Knie-Muskel-Gelenk-Komplexes, um dessen mechanisches Verhalten besser zu verstehen. Neun Probanden absolvierten passive Knieextensions-/-flexionszyklen bei verschiedenen Geschwindigkeiten (5° bis 120°/s) an einem Biodex-Dynamometer mit fixierter Hüftposition von 60°. Die Ergebnisse zeigten signifikante Anstiege des passiven Drehmoments (+17,6 bis +20,8%), der gespeicherten elastischen Energie (+22,7%) und des Dissipationskoeffizienten (+22,8%) mit zunehmender Dehnungsgeschwindigkeit. Die linearen Beziehungen zwischen diesen Parametern und der Geschwindigkeit deuten darauf hin, dass die Viskosität eine begrenzte Rolle spielt und die dissipativen Eigenschaften des Muskel-Gelenk-Komplexes durch eine Kombination aus linearer Viskosität und Reibung modelliert werden können.
Cette étude visait à mieux comprendre le comportement mécanique du complexe musculo-articulaire passif (MAC) du genou en analysant la relation entre la résistance passive et la vitesse d'étirement. Neuf sujets ont effectué des cycles passifs de flexion-extension du genou à différentes vitesses (5° à 120°/s) sur un dynamomètre Biodex, avec mesure du couple passif, de l'énergie élastique stockée et du coefficient de dissipation. Les résultats montrent des augmentations significatives du couple passif (+17,6 à +20,8%), de l'énergie élastique (+22,7%) et du coefficient de dissipation (+22,8%) avec la vitesse d'étirement, suivant des relations linéaires. Ces findings suggèrent que la viscosité joue un rôle limité dans le comportement du MAC passif, et que les propriétés dissipatives peuvent être modélisées en combinant viscosité linéaire et friction.
This study aimed to investigate the distribution of lubricin, a lubricating protein, within the infraspinatus tendon of the rotator cuff to understand its role in tendon mechanics and potential implications for degenerative disorders. Researchers used immunohistochemistry and histological staining to analyze lubricin distribution in infraspinatus tendons from eight goats, along with patellar tendons as controls, and measured fascicle characteristics using polarized light microscopy. The key finding was that lubricin was prominently located in the layers separating fascicles (bundles of collagen fibers) within the infraspinatus tendon, particularly near the bone insertion site, while patellar tendons showed minimal lubricin staining. The results suggest that lubricin facilitates sliding between fascicles during tendon loading, supported by evidence that fascicle crimp patterns vary by location, indicating differential movement between fascicles during mechanical stress.
Diese Studie untersuchte die Verteilung des Gleitproteins Lubricin in der Infraspinatus-Sehne der Rotatorenmanschette von Ziegen, um die Tribologie (Reibungslehre) dieses wichtigen Gewebes besser zu verstehen. Mittels Immunlokalisation und histologischer Analyse an acht Infraspinatus-Sehnen wurde die räumliche Verteilung von Lubricin dokumentiert und mit polarisierter Lichtmikroskopie die Faszikelstruktur charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten, dass Lubricin vorwiegend in den Schichten zwischen den Sehnen-Faszikeln lokalisiert ist, wobei die fibrokartilaginären Bereiche nahe der Knocheninsertion eine besonders intensive Färbung aufwiesen. Die unterschiedlichen Crimp-Muster der Faszikel in verschiedenen Sehnenregionen unterstützen die Hypothese, dass Lubricin als interfaszikuläres Gleitmittel fungiert und die relative Bewegung der Faszikel während der Sehnenbelastung erleichtert.
Cette étude visait à évaluer la distribution de la lubricine, une protéine lubrifiante, dans le tendon infra-épineux de la coiffe des rotateurs chez la chèvre adulte pour mieux comprendre les processus dégénératifs tendineux. Les chercheurs ont utilisé l'immunolocalisation par anticorps monoclonal et l'analyse histologique sur 8 tendons infra-épineux de chèvres espagnoles, complétés par 5 tendons rotuliens et échantillons de cartilage articulaire comme témoins. Les résultats montrent une présence importante de lubricine dans les couches séparant les fascicules du tendon infra-épineux, particulièrement près du site d'insertion huméral, avec des variations du motif de crimp selon la localisation, suggérant un mouvement relatif des fascicules. Ces observations supportent l'hypothèse que la lubricine facilite le mouvement interfasciculaire lors de la mise en tension du tendon, ce qui pourrait avoir des implications thérapeutiques pour les pathologies de la coiffe des rotateurs.
This study investigated two key mechanisms of cartilage lubrication: sustained interstitial fluid pressurization and boundary lubrication by synovial fluid. The researchers conducted five experiments on bovine knee joints, comparing friction under migrating versus stationary contact areas, testing synovial fluid versus saline, and examining the effects of sliding velocity and joint congruence. The main findings showed that migrating contact areas maintained low friction coefficients for at least one hour under sustained loading, while interstitial fluid pressurization was extremely effective (reducing friction 60-fold compared to equilibrium conditions), far outperforming synovial fluid's more modest 1.5-fold improvement. These results suggest that maintaining cartilage mechanical integrity is crucial for joint lubrication, and that lubricant injections may have limited effectiveness in treating degenerated joints where this integrity is compromised.
Diese Studie untersuchte zwei zentrale Fragen der Knorpelschmierung: Kann der Reibungskoeffizient unter anhaltender physiologischer Belastung niedrig bleiben und wie effektiv ist Synovialflüssigkeit bei der Knorpelschmierung? An unreifen Rindergelenken wurden fünf Experimente durchgeführt, die wandernde versus stationäre Kontaktflächen, Synovialflüssigkeit versus Kochsalzlösung sowie den Einfluss von Gleitgeschwindigkeit und Gelenkkongruenz verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass wandernde Kontaktflächen niedrige Reibungskoeffizienten für mindestens eine Stunde aufrechterhalten können, während die interstitielle Flüssigkeitsdruckbildung den Reibungskoeffizienten um das 60-fache stärker reduziert als Synovialflüssigkeit (Faktor 1,5). Diese Befunde unterstreichen, dass die mechanische Integrität des Knorpels für niedrige Gelenkreibung entscheidender ist als die Synovialflüssig
Cette étude expérimentale examine deux mécanismes de lubrification du cartilage articulaire : l'effet de la pressurisation du fluide interstitiel sous contact migrant et la lubrification limite par le liquide synovial. Les chercheurs ont réalisé cinq expériences sur des articulations fémoro-tibiales bovines juvéniles, comparant les réponses frictionnelles sous différentes conditions de contact, de fluides et de vitesses de glissement. Les résultats montrent que les zones de contact migrantes maintiennent un faible coefficient de friction pendant au moins 1 heure sous charge physiologique, et que la pressurisation du fluide interstitiel réduit la friction d'un facteur 60 comparativement aux conditions d'équilibre, tandis que le liquide synovial ne la réduit que d'un facteur 1,5. Ces findings soulignent l'importance cruciale de l'intégrité mécanique du cartilage pour maintenir une faible friction articulaire et suggèrent une efficacité limitée des injections intra-articulaires de lubrifiants dans les articulations dégénérées.
This study compared the behavior of chondrocytes from ear (auricular) and joint (articular) cartilage when grown in hyaluronic acid hydrogels for cartilage tissue engineering applications. The researchers encapsulated both cell types in hydrogels and evaluated them through in vivo implantation, in vitro culture, and mechanical loading experiments, measuring properties like tissue growth, mechanical strength, and gene expression. The key findings showed that auricular chondrocytes produced better tissue-engineered cartilage with visible growth, improved mechanical properties, and increased matrix production, while articular chondrocytes showed minimal improvements and remained largely unchanged. Interestingly, articular chondrocytes responded more dramatically to mechanical stimulation than auricular chondrocytes, suggesting that the cell source and environmental conditions significantly influence the success of cartilage tissue engineering approaches.
Diese Studie untersuchte die unterschiedlichen Verhaltensweisen von Chondrozyten aus Ohrknorpel (aurikulär, AU) und Gelenkknorpel (artikulär, AR), wenn sie in Hyaluronsäure-Hydrogelen eingekapselt werden. Die Forscher analysierten die Zellen sowohl in vitro als auch in vivo und untersuchten deren Reaktion auf mechanische Belastung durch Messung von Genexpression, mechanischen Eigenschaften und extrazellulärer Matrix-Produktion. Die Ergebnisse zeigten deutliche Unterschiede: AU-Konstrukte wiesen Wachstum und Knorpelneubildung mit verbessertem Aggregatmodul auf, während AR-Konstrukte ihre Größe beibehielten und nur minimale mechanische Verbesserungen zeigten. Interessanterweise reagierten AR-Chondrozyten stärker auf mechanische Stimulation mit erhöhter Kollagen-II- und Aggrecan-Expression, was die Bedeutung der Zellquelle und des biomechanischen Umfelds für das Tissue Engineering verdeutlicht.
Cette étude avait pour objectif d'analyser les différences de comportement entre les chondrocytes auriculaires (AU) et articulaires (AR) juvéniles encapsulés dans des hydrogels d'acide hyaluronique. Les chercheurs ont évalué les propriétés mécaniques, la production de matrice extracellulaire et l'expression génique des construits in vivo et in vitro, avec et sans stimulation mécanique dynamique. Les résultats montrent que les chondrocytes auriculaires favorisent davantage la croissance des construits et la formation de néocartilage avec une accumulation importante de matrice extracellulaire, tandis que les chondrocytes articulaires maintiennent leur taille initiale mais répondent mieux à la stimulation mécanique (augmentation de 2,3 fois du collagène de type II vs 1,4 fois pour les AU). Ces données soulignent l'importance du choix de la source cellulaire et de l'environnement mécanique dans l'ingénierie tissulaire du cartilage.
This study aimed to characterize the detailed collagen microstructure of the glenoid labrum and biceps anchor to better understand their mechanical properties and function. The researchers used three advanced microscopy techniques—transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, and confocal microscopy—to examine the collagen fiber organization at different scales. The analysis revealed a highly organized, three-zone structure: a superficial mesh layer that likely reduces friction, a dense circumferential braided core designed to handle hoop stresses, and a loosely packed peri-core zone, with two distinct types of collagen fibrils having different diameters and mechanical properties. These findings suggest the labrum's microstructure is specifically adapted to accommodate different types of mechanical loading, which could inform surgical decision-making and repair strategies for shoulder injuries.
Diese Studie zielte darauf ab, die kollagene Mikrostruktur des Glenoidlabrums und der Bizepsverankerung zu charakterisieren, um deren biomechanische Eigenschaften besser zu verstehen. Mittels Transmissionselektronenmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Konfokalmikroskopie wurden verschiedene Kollagenfasertypen und strukturelle Zonen analysiert. Die Untersuchungen zeigten eine heterogene Kollagenzusammensetzung mit drei distinkten Zonen: eine oberflächliche Netzstruktur zur Reibungsreduktion, einen dichten zirkulären geflochtenen Kern für die Aufnahme von Zugspannungen, und lockere periphere Fasern zur Knochenverankerung. Diese strukturelle Vielfalt deutet darauf hin, dass das Labrum an verschiedene Belastungsarten angepasst ist, was wichtige Implikationen für chirurgische Reparaturstrategien haben könnte.
Cette étude visait à caractériser la microstructure collagénique du labrum glénoïdien et de l'ancrage du biceps pour mieux comprendre leurs propriétés mécaniques. Les chercheurs ont utilisé trois techniques de microscopie complémentaires : microscopie électronique à transmission pour analyser les fibrilles de collagène, microscopie électronique à balayage et microscopie confocale pour examiner l'organisation structurelle. Les résultats révèlent une architecture complexe et hétérogène avec trois zones distinctes : un maillage superficiel fin, un cœur dense de fibres circonférentielles tressées capable de résister aux contraintes de cerclage, et une zone péri-centrale lâche. Cette organisation microstructurelle variable selon la profondeur suggère une adaptation aux différents types de charges mécaniques et pourrait guider les stratégies chirurgicales de réparation du labrum.
This study aimed to distinguish imaging changes caused by osteoarthritis from those due to normal exercise adaptation using a controlled horse model. Sixteen horses were divided into exercise-only and exercise plus induced osteoarthritis groups (via osteochondral fragment creation), with both groups undergoing 91 days of treadmill exercise while being monitored with multiple imaging techniques including radiography, nuclear scintigraphy, CT, and MRI. The osteoarthritis group showed significantly greater changes in clinical symptoms and imaging parameters, particularly increased bone breakdown on radiographs, higher nuclear uptake, and bone edema on MRI, with bone edema being strongly correlated with collagen breakdown markers in joint fluid. The findings demonstrate that osteoarthritis produces distinctive imaging changes beyond normal exercise adaptations, with MRI-detected bone edema serving as a particularly sensitive marker that correlates well with biochemical indicators of cartilage damage.
Diese Studie untersuchte die Unterschiede zwischen normalen Belastungsanpassungen und pathologischen Veränderungen bei Osteoarthritis (OA) mittels verschiedener Bildgebungsverfahren. Sechzehn zweijährige Pferde wurden randomisiert einer Kontrollgruppe mit reinem Training oder einer OA-Gruppe mit experimentell induziertem Knorpelschaden im Karpus zugeteilt, wobei alle Tiere 91 Tage lang auf dem Laufband trainiert wurden. Die OA-Gruppe zeigte signifikante Verschlechterungen in klinischen Parametern sowie den meisten bildgebenden Verfahren, insbesondere radiographische Knochenauflösung, erhöhte szintigraphische Aufnahme und subchondrales Knochenödem in der MRT. Wichtig war die starke Korrelation zwischen MRT-detektiertem Knochenödem und Kollagen-Biomarkern in der Synovialflüssigkeit, was die MRT als sensitives Verfahren zur Detektion früher OA-Veränderungen unterstreicht.
Cette étude visait à identifier les modifications d'imagerie dans un modèle contrôlé d'arthrose par rapport à l'exercice seul chez 16 chevaux de 2 ans répartis en deux groupes (contrôle exercice vs exercice + arthrose expérimentale par fragment ostéochondral). Les chevaux ont été soumis à un programme d'exercice sur tapis roulant pendant 91 jours avec évaluations cliniques et d'imagerie multimodale (radiographie, scintigraphie, TDM, IRM). Le groupe arthrose a montré des augmentations significatives des paramètres cliniques et d'imagerie, notamment une lyse radiographique accrue, une captation scintigraphique élevée et un œdème osseux sous-chondral corrélé aux biomarqueurs de collagène synovial. L'étude démontre que l'arthrose induit des changements d'imagerie significatifs au-delà des adaptations liées à l'exercice, l'œdème osseux détecté par IRM étant particulièrement corrélé aux biomarqueurs de dégradation du cartilage.
This study aimed to develop a multi-layered composite scaffold that mimics the natural structure of osteochondral tissue (cartilage and underlying bone) for repairing joint defects. The researchers created a three-layer scaffold using a biomimetic mineralization process: a lower layer of mineralized collagen (mimicking subchondral bone), an upper layer of hyaluronic acid-charged collagen (mimicking cartilage), and an intermediate layer with reduced mineralization (mimicking the natural boundary between bone and cartilage). Testing showed that the scaffold successfully guided tissue-specific formation, with chondrocytes producing cartilage tissue selectively in the upper layer during in vitro culture, and bone marrow stromal cells forming bone tissue confined to the lower layer when implanted in mice. The scaffold's ability to differentially support both cartilage and bone formation suggests it could be a promising material for treating osteochondral defects in clinical applications.
Diese Studie zielte darauf ab, biomimetische Komposit-Scaffolds für die Reparatur von osteochondralen Defekten zu entwickeln, die sowohl Knorpel- als auch Knochengewebe nachahmen. Die Forscher verwendeten einen biologisch inspirierten Mineralisierungsprozess, um Mg-dotierte Hydroxyapatit-Kristalle auf Kollagen-I-Fasern zu nukleieren und entwickelten ein dreischichtiges System: eine untere biomineralisierte Kollagenschicht (subchondraler Knochen), eine obere Hyaluronsäure-geladene Kollagenschicht (Knorpelbereich) und eine Zwischenschicht mit geringerem Mineralgehalt (Tidemark). Die In-vitro-Kultivierung mit Gelenkchondrozyten führte selektiv zur Knorpelbildung in der oberen Schicht, während die In-vivo-Implantation mit Knochenmarkstromalzellen zu einer auf die untere Schicht beschränkten Knochenformation führte. Das entwickelte Kompositmaterial zeigt damit die Fähigkeit, differenziell
Cette étude visait à développer des échafaudages composites ostéochondraux biomimétiques pour la réparation des défauts ostéochondraux. Les chercheurs ont créé un matériau multicouche intégré comprenant une couche inférieure de collagène biominéralisé (imitant l'os sous-chondral), une couche supérieure de collagène chargé en acide hyaluronique (mimant le cartilage), et une couche intermédiaire faiblement minéralisée (reproduisant la tidemark). Les tests in vitro avec des chondrocytes articulaires ont montré une formation sélective de tissu cartilagineux dans la couche supérieure, tandis que l'implantation chez la souris avec des cellules stromales de moelle osseuse a démontré une formation osseuse confinée à la couche inférieure. Ce matériau composite présente donc la capacité de supporter différentiellement la régénération du cartilage et de l'os, ouvrant la voie à des applications cliniques pour la réparation ostéochondrale.
This study investigated how engineered cartilage constructs respond to inflammatory conditions compared to native cartilage, specifically examining their susceptibility to interleukin-1 alpha (IL-1α) exposure. The researchers cultured bovine chondrocytes in agarose hydrogel for different time periods (0, 14, and 28 days) and compared their response to IL-1α treatment against native cartilage explants, using both regular and anti-inflammatory (dexamethasone-supplemented) culture conditions. The key finding was that early-stage engineered cartilage (days 0 and 14) failed to develop when exposed to IL-1α, while both native cartilage explants and more mature engineered tissue (day 28) could withstand the same inflammatory challenge without losing their properties. The results suggest that engineered cartilage constructs require sufficient in vitro preconditioning time to develop adequate mechanical and chemical resilience before implantation into the inflammatory joint environment.
Diese Studie untersuchte, wie unterschiedlich natives und künstlich hergestelltes Knorpelgewebe auf den Entzündungsbotenstoff Interleukin-1α (IL-1α) reagieren. Die Forscher testeten bovine Chondrozyten in Agarose-Hydrogel zu verschiedenen Entwicklungszeitpunkten (Tag 0, 14 und 28) sowie native Knorpelexplantate unter Exposition mit IL-1α, teilweise mit dem entzündungshemmenden Steroid Dexamethason. Die Ergebnisse zeigten, dass frühes künstliches Knorpelgewebe (Tag 0 und 14) bereits bei kurzzeitiger IL-1α-Exposition nicht wachsen konnte, während sowohl natives Gewebe als auch ausgereifteres künstliches Gewebe (Tag 28) der gleichen Belastung standhielten. Die Studie schlussfolgert, dass eine Vorkonditionierung von künstlichem Knorpel in vitro notwendig ist, um ausreichende mechanische und chemische Widerstandsfähigkeit für das Überleben in der entzünd
Cette étude examine la susceptibilité du cartilage artificiel aux cytokines inflammatoires, en particulier l'interleukine-1α (IL-1α), comparativement au cartilage natif. Les chercheurs ont testé des construits de cartilage artificiel (chondrocytes bovins dans un hydrogel d'agarose) à différents stades de développement (jours 0, 14 et 28) ainsi que des explants de cartilage natif, en les exposant à l'IL-1α dans un milieu défini chimiquement. Les résultats montrent que le cartilage artificiel jeune (jours 0 et 14) ne peut pas se développer lorsqu'exposé à la cytokine, tandis que le cartilage artificiel mature (jour 28) et le cartilage natif résistent à cette exposition sans dégradation de leurs propriétés. Cette étude suggère qu'un préconditionnement in vitro est nécessaire pour développer une intégrité mécanique et une résistance chimique suffisantes avant l'implantation du cartilage artificiel dans l'environnement articulaire inflammatoire.
This study aimed to identify the most efficient computational methods for solving complex mathematical equations that arise when modeling soft, water-containing tissues like cartilage in joints using biphasic finite element models. The researchers tested three different iterative solution methods (GMRES, TFQMR, and BICGSTAB) combined with various matrix reordering techniques and compared their performance based on speed, memory usage, and convergence. The key finding was that the choice of reordering scheme had a greater impact on computational performance than the choice of solution method, with BICGSTAB combined with one-way dissection reordering proving most efficient. The optimized computational approach was successfully applied to simulate contact between cartilage layers in the shoulder joint, revealing important pressure and stress distributions that demonstrate the value of biphasic modeling for understanding tissue mechanics.
Diese Studie zielte darauf ab, optimale numerische Lösungsmethoden für die Simulation von weichen, hydrierten Geweben im muskuloskelettalen System mittels biphasischer Finite-Elemente-Modelle zu identifizieren. Die Forscher testeten verschiedene Krylov-Unterraum-Methoden (GMRES, TFQMR, BICGSTAB) in Kombination mit unterschiedlichen Matrix-Neuordnungsverfahren und verglichen deren Konvergenzrate, Rechenzeit und Speicherbedarf. Die Ergebnisse zeigten, dass die Wahl des Neuordnungsverfahrens einen größeren Einfluss auf die Performance hat als die Wahl der Krylov-Methode, wobei BICGSTAB mit One-Way-Dissection-Neuordnung die beste Leistung erbrachte. Die optimierte Methode wurde erfolgreich zur Simulation des Glenohumeralgelenks der Schulter eingesetzt und demonstrierte die Bedeutung biphasischer Modelle für die realitätsnahe Darstellung von Druck- und Spannungsverteilungen in hydrierten Geweben
Cette étude vise à optimiser les méthodes numériques pour résoudre les systèmes linéaires issus d'une formulation éléments finis biphasique vitesse-pression utilisée pour simuler les tissus mous hydratés du système musculosquelettique. Les chercheurs ont testé trois méthodes de sous-espaces de Krylov (GMRES, TFQMR, BICGSTAB) combinées à différentes techniques de réorganisation matricielle et de préconditionnement LU incomplet. Les résultats montrent que le choix du schéma de réorganisation influence davantage les performances que le choix de la méthode de Krylov, avec BICGSTAB et la réorganisation OWD (one-way dissection) offrant les meilleures performances pour une simulation de l'articulation gléno-humérale de l'épaule. Cette approche révèle des effets significatifs dans l'épaisseur des tissus et démontre l'importance des modèles biphasiques pour simuler fidèlement les tissus mous hydratés.
This study investigated how engineered cartilage tissue develops over time using a self-assembly approach that mimics natural cartilage formation. The researchers analyzed cartilage constructs at multiple time points (1-56 days) using histological, biochemical, and mechanical testing methods to track changes in collagen types, glycosaminoglycans (GAGs), and tissue properties. Key findings showed that the engineered tissue followed natural developmental patterns, with collagen type II increasing over time, collagen type VI becoming localized around cells by 4 weeks, and mechanical properties peaking at 4 weeks before plateauing. The results suggest that while self-assembly successfully recreates early cartilage development, additional stimulation may be needed after 4 weeks to further enhance the functional properties of these engineered cartilage replacements.
Diese Studie untersuchte die Entwicklung von Knorpelgewebe in einem selbst-assemblierenden Tissue Engineering-Ansatz, um die natürlichen Entwicklungsprozesse des Gelenkknorpels nachzuahmen. Die Forscher analysierten Knorpelkonstrukte über 56 Tage mittels immunhistochemischer, histologischer und biochemischer Methoden sowie mechanischer Tests, wobei sie die Entwicklung von Kollagen, Glykosaminoglykanen (GAG) und mechanischen Eigenschaften verfolgten. Die Hauptergebnisse zeigten, dass sich das Verhältnis von Kollagen Typ II zu Gesamtkollagen über die Zeit signifikant erhöhte, während Kollagen Typ VI abnahm und sich perizellulär verteilte, und das Chondroitin-6- zu Chondroitin-4-Sulfat-Verhältnis stetig sank. Die mechanischen Eigenschaften erreichten nach 4 Wochen ein Plateau, was darauf hindeutet, dass externe Stimulation nach diesem Zeitpunkt notwendig sein könnte, um die Funktionalität der Konstrukte weiter zu verbessern.
Cette étude examine le développement matriciel du cartilage articulaire néoformé via un processus d'auto-assemblage pour reproduire les caractéristiques développementales du tissu natif. Les chercheurs ont analysé des construits de cartilage sur 56 jours en deux phases : d'abord par analyses histologique, immunohistochimique et biochimique (collagène total et glycosaminoglycanes), puis par caractérisation mécanique et analyse spécifique des types de collagène II/VI et des glycosaminoglycanes. Les résultats montrent que la maturation tissulaire reproduit fidèlement les processus développementaux natifs, avec une augmentation significative du rapport collagène II/collagène total, une redistribution péricellulaire du collagène VI à 4 semaines, et un pic des propriétés mécaniques à 4 semaines. L'étude suggère qu'une stimulation exogène pourrait être nécessaire après 4 semaines pour améliorer davantage la fonctionnalité des construits en développement.
This study investigated how two inflammatory cytokines, TGF-β1 and IL-1β, affect the friction properties of articular cartilage. The researchers treated cartilage samples with these cytokines and measured friction coefficients using a pin-on-disk tribometer, while also analyzing superficial zone protein (SZP) levels and surface roughness. Both cytokines unexpectedly decreased cartilage friction, but through different mechanisms: TGF-β1 worked by increasing SZP penetration depth in the superficial cartilage layer, while IL-1β reduced friction by altering surface roughness rather than affecting SZP distribution. These findings reveal that cartilage lubrication is controlled by multiple factors and can be modified by inflammatory mediators, providing new insights into how joint diseases might affect cartilage function.
Diese Studie untersuchte, wie die Zytokine TGF-β1 und IL-1β den Reibungskoeffizienten von Gelenkknorpel beeinflussen. Die Forscher behandelten Knorpelexplantate mit diesen Zytokinen und maßen anschließend die Reibung mittels Pin-on-Disk-Tribometer sowie die Verteilung des oberflächenzonalen Proteins (SZP) durch immunhistochemische Methoden. Beide Zytokine reduzierten überraschenderweise den Reibungskoeffizienten, jedoch über unterschiedliche Mechanismen: TGF-β1 erhöhte die Eindringtiefe von SZP in die Oberflächenzone, während IL-1β die Oberflächenrauheit veränderte, unabhängig von SZP-Veränderungen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Reibungseigenschaften von Gelenkknorpel durch Zytokine moduliert werden können und von mehreren Faktoren wie SZP-Lokalisation und Oberflächenbeschaffenheit abhängen.
Cette étude a examiné comment les cytokines TGF-β1 et IL-1β régulent le coefficient de friction du cartilage articulaire, en se basant sur l'hypothèse que ces facteurs modulent la lubrification via la protéine de zone superficielle (SZP). Les chercheurs ont utilisé un tribomètre pin-on-disk pour mesurer la friction entre des explants de cartilage traités ou non avec ces cytokines et une surface de verre lisse, complété par des dosages immunoenzymatiques de SZP et une analyse de rugosité par microscopie à force atomique. Les résultats montrent que les deux cytokines diminuent le coefficient de friction du cartilage de manière dépendante du temps et de la localisation, mais par des mécanismes distincts : TGF-β1 agit via une augmentation de la profondeur de marquage de SZP dans la zone superficielle, tandis qu'IL-1β modifie les propriétés de friction indépendamment de SZP, probablement par des changements de rugosité de surface. Ces findings démontrent que la friction du cartilage articulaire est régulée par des facteurs multiples incluant la
This study investigated how mechanical compression affects the movement of large molecules through different zones of articular cartilage. The researchers used advanced fluorescence techniques to measure diffusion coefficients and directional transport patterns of 70 kDa dextran molecules in cartilage samples under compression, while simultaneously tracking local tissue deformation. They found that compression consistently reduced molecular diffusion across all cartilage zones, with every 10% increase in compression strain decreasing diffusivity by 16%. Additionally, compression made molecular transport more directionally restricted (anisotropic) in the surface and middle zones of cartilage, but not in the deep zone, suggesting that the surface zone experiences the greatest impairment in nutrient transport during joint loading.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Kompression den Transport von Makromolekülen in verschiedenen Bereichen des Gelenkknorpels beeinflusst. Die Forscher verwendeten Fluoreszenz-Photobleaching-Methoden und Texturkorrelation, um die Diffusionskoeffizienten von 70 kDa Dextran und die lokale Gewebedehnung während der Kompression zu messen. Die Ergebnisse zeigten, dass eine 10%ige Zunahme der normalen Dehnung die Diffusivität um 0,16 reduzierte, wobei die Diffusionsanisotropie besonders in der Oberflächenschicht (1,1-fach) und Mittelschicht (1,04-fach) zunahm, während sie in der Tiefenschicht unverändert blieb. Diese zonenspezifischen Unterschiede deuten darauf hin, dass hohe mechanische Belastungen insbesondere in der Oberflächenschicht den Molekültransport zwischen Knorpel und Synovialflüssigkeit erheblich beeinträchtigen können.
Cette étude visait à évaluer l'effet site-spécifique de la compression sur la diffusion macromoléculaire dans le cartilage articulaire, en testant l'hypothèse que la compression diminue la diffusivité de manière dépendante de la déformation tissulaire locale. Les chercheurs ont utilisé des méthodes de photoblanchiment par fluorescence (microphotolysis par balayage et imagerie de photoblanchiment ponctuel continu) pour mesurer les coefficients de diffusion et l'anisotropie diffusionnelle du dextran 70 kDa durant la compression, couplées à une analyse de corrélation de texture pour quantifier les déformations locales. Les résultats montrent que chaque augmentation de 10% de la déformation normale réduit la diffusivité de 0,16 dans toutes les zones, tandis que l'anisotropie diffusionnelle augmente de 1,1 fois en zone superficielle, 1,04 fois en zone moyenne, et reste inchangée en zone profonde. Ces findings suggèrent que les fortes déformations dans la zone superficielle diminuent significativement la diffusivité et augmentent l'anisotropie,
This study proposes a novel theoretical model conceptualizing articular cartilage as a "giant reverse micelle" (GRM) to explain joint lubrication and cushioning mechanisms. The researchers tested this hypothesis by measuring the electrokinetic properties of phospholipid membranes using microelectrophoresis to determine surface charge density under various ionic conditions that mimic joint environments. They found that phospholipid membranes had a surface charge density of -0.08 cm⁻² in physiological saline, which decreased five-fold in higher salt concentrations and was further reduced by 30% when synovial fluid was added due to macromolecule binding. The findings support their proposed hydrophilic-hydrophilic lubrication model, suggesting that electrically charged phospholipid networks in cartilage can resist compression and provide lamellar cushioning through electrostatic interactions and ion stabilization.
Diese Studie stellt ein neuartiges theoretisches Modell vor, das Gelenkknorpel als "Giant Reverse Micelle" (GRM) konzeptualisiert, um die Mechanismen der Gelenkpolsterung und -schmierung zu erklären. Die Forscher untersuchten die elektrokinetischen Eigenschaften von Phospholipidmembranen mittels Mikroelektrophorese und maßen die Oberflächenladungsdichte von Liposomen unter verschiedenen Ionenstärken und in Anwesenheit von Synovialflüssigkeit. Die Ergebnisse zeigten eine Oberflächenladungsdichte von -0,08 ± 0,002 C/m² für Phospholipidmembranen in physiologischer Kochsalzlösung, wobei die Zugabe von Synovialflüssigkeit diese um 30% reduzierte. Das vorgeschlagene Modell erklärt die Gelenkschmierung durch elektrostatische Wechselwirkungen zwischen geladenen Phospholipidschichten und könnte neue Ansätze für das Verständnis der Knorpelfunktion eröffnen.
Cette étude propose de conceptualiser le cartilage articulaire comme une micelle inverse géante (GRM) pour expliquer les mécanismes de lubrification et d'amortissement articulaires. Les auteurs ont utilisé la microélectrophorèse pour mesurer l'adsorption d'ions sur des membranes phospholipidiques de liposomes et calculer la densité de charge de surface effective. Les résultats montrent une densité de charge de surface de -0,08±0,002 C/m² pour les membranes phospholipidiques dans une solution de NaCl 0,155M à pH physiologique, avec une réduction de 30% en présence de liquide synovial due à la liaison de macromolécules synoviales. Cette approche suggère que le réseau tridimensionnel de phospholipides chargés électriquement peut résister aux forces de compression et faciliter la lubrification articulaire par un mécanisme d'amortissement lamellaire.
This study investigated whether measuring type II collagen breakdown products (C2C) in joint fluid could help detect cartilage damage in racehorses. The researchers collected synovial fluid from horse joints in three groups: rested horses, the same horses after race training, and horses with confirmed osteochondral injuries, then measured C2C levels and compared them to X-ray and arthroscopic injury scores.
The key finding was that horses with osteochondral injuries had significantly higher C2C levels in their joint fluid compared to both rested and exercised horses, and these C2C levels correlated well with the severity of joint damage seen on imaging and arthroscopy. The study identified specific C2C threshold values (≥64 pmol/ml for fetlock joints, ≥75 pmol/ml for carpal joints) that could distinguish injured joints from healthy ones, suggesting that C2C analysis could serve as a useful biomarker for detecting joint injury in horses.
Diese Studie untersuchte, ob Typ-II-Kollagen-Abbauprodukte (C2C) in der Synovialflüssigkeit als Biomarker für osteochondrale Verletzungen bei Vollblut-Rennpferden dienen können. Die Forscher analysierten mittels ELISA die C2C-Konzentrationen in Gelenksflüssigkeit von Karpal- und Metacarpo-/Metatarsophalangealgelenken bei drei Gruppen: ruhenden Pferden (n=20), denselben Pferden nach 5-6 Monaten Renntraining und Pferden mit osteochondralen Verletzungen (n=27), wobei radiographische und arthroskopische Scores zur Bewertung des Verletzungsschweregrads verwendet wurden. Die Ergebnisse zeigten signifikant erhöhte C2C-Werte in verletzten Gelenken im Vergleich zu ruhenden und trainierten Gelenken (p<0,01), während sich Ruhe- und Trainingsgruppe nicht unterschieden. Mit Grenzwerten von ≥64 pmol/ml
Cette étude visait à évaluer l'impact de l'exercice et des lésions ostéochondrales sur les produits de dégradation du collagène de type II (C2C) dans le liquide synovial chez des chevaux de course pur-sang. Les chercheurs ont analysé par ELISA les concentrations de C2C dans le liquide synovial des articulations métacarpo/métatarsophalangiennes et carpiennes chez 20 chevaux au repos, après 5-6 mois d'entraînement, et chez 27 chevaux présentant des lésions ostéochondrales, en corrélant ces données avec les scores radiographiques et arthroscopiques. Les résultats montrent que les lésions ostéochondrales augmentent significativement les concentrations de C2C (p<0,01) par rapport aux articulations au repos ou après exercice, avec des seuils discriminants de ≥64 pmol/mL pour les articulations métacarpo/métatarsophalangiennes et ≥75 pmol/mL pour les articulations carpiennes. Les concentrations de C2C étaient positivement corrélées à la sévérité des
This study developed and validated a novel bioreactor system designed to improve cartilage tissue engineering by combining mechanical loading with nutrient perfusion under sterile conditions. The system features a contactless magnetic actuator for applying controlled mechanical forces to tissue constructs, real-time monitoring of mechanical properties, and continuous medium perfusion at 0.5 mL/min flow rate. Testing with chondrocyte-seeded agarose gels over 21 days demonstrated that the system maintained sterility and cell viability while successfully applying mechanical stimulation. The perfusion-induced shear stress significantly increased sulfated glycosaminoglycan (sGAG) production, a key cartilage component, as confirmed by biochemical assays and histological staining, indicating enhanced cartilage matrix formation.
Diese Studie zielte darauf ab, ein neuartiges Bioreaktor-System für die funktionelle Knorpel-Gewebezüchtung zu entwickeln und zu validieren, das zyklische mechanische Belastung mit Mediumsperfusion unter sterilen Bedingungen kombiniert. Das System besteht aus einer geschlossenen Doppelkammer mit einem kontaktlosen, magnetfeldbasierten Aktuator für uniaxiale Belastung und Echtzeit-Überwachung der mechanischen Gewebeeigenschaften über Kraftmessung und Näherungssensoren. In einem 21-tägigen Proof-of-Principle-Experiment mit Chondrozyten-beladenen Agarose-Gelen konnte gezeigt werden, dass das System die Sterilität und Zellviabilität aufrechterhält, während die durch Perfusion induzierte Scherspannung den Sulfat-Glykosaminoglykan-Gehalt signifikant steigerte. Die Ergebnisse belegen die erfolgreiche technische Umsetzung und Funktionalität des Bioreaktor-Systems als vielversprechende Plattform für die klin
Cette étude présente le développement et la validation d'un nouveau bioréacteur pour l'ingénierie tissulaire du cartilage, visant à améliorer le traitement des défauts cartilagineux focaux dans l'arthrose. Le système innovant combine une stimulation mécanique cyclique sans contact (par champs magnétiques) et une perfusion contrôlée du milieu de culture, tout en maintenant la stérilité et permettant un suivi en temps réel des propriétés mécaniques des tissus cultivés. Les tests de validation sur 21 jours avec des chondrocytes ensemencés dans des gels d'agarose ont démontré le maintien de la stérilité et de la viabilité cellulaire, ainsi qu'une stimulation significative de la production de glycosaminoglycanes sulfatés (sGAG) et d'agrécane sous l'effet du stress de cisaillement induit par le flux. Ce bioréacteur représente une avancée technique importante vers l'implémentation clinique de greffons cartilagineux fonctionnels, notamment grâce à sa capacité de monitoring en temps réel qui permet d'adapter le processus de culture à la variabilité inter-patients.
This study investigated whether risedronate (a bisphosphonate) could reduce pain and protect cartilage in knee osteoarthritis patients. The researchers randomized 33 patients to receive either risedronate plus calcium or calcium alone, measuring pain using both visual rating scales and electroalgometry (skin impedance changes), while monitoring urinary collagen type II fragments as a marker of cartilage breakdown. The study found that pain reduction measured by skin impedance (but not visual scales) was associated with decreased collagen fragment excretion, suggesting that risedronate's pain-relieving effects may be linked to its ability to slow cartilage degradation. The findings indicate that electroalgometry may be a more physiologically relevant pain assessment tool than subjective rating scales in osteoarthritis research.
Diese Studie untersuchte die schmerzlindernde und knorpelschützende Wirkung von Risedronate bei 33 Kniearthrose-Patienten in einer randomisierten Studie. Die Patienten erhielten entweder Risedronate plus Calcium oder nur Calcium, wobei Schmerzen mittels visueller Analogskala und Elektroalgometrie (Hautimpedanzmessung) erfasst und Kollagen-Typ-II-Fragmente im Urin als Marker für Knorpelabbau gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Schmerzreduktion (gemessen über Hautimpedanz, nicht über Analogskala) mit einer Verringerung der Kollagen-Fragment-Ausscheidung korrelierte. Die Autoren schlussfolgern, dass die knorpelschützenden und schmerzlindernden Effekte von Risedronate miteinander verbunden sein könnten und die Elektroalgometrie eine physiologisch fundiertere Schmerzmessung darstellt.
Cette étude randomisée a évalué les effets analgésiques et chondroprotecteurs du risédronate chez 33 patients souffrant de gonarthrose, en comparant un groupe traité par risédronate (2,5 mg/jour) plus calcium à un groupe témoin recevant uniquement du calcium. Les chercheurs ont mesuré la douleur par échelle visuelle analogique et électroalgométrie (impédance cutanée), ainsi que la dégradation cartilagineuse par dosage urinaire des fragments de collagène de type II. L'analyse de régression multiple a révélé que la diminution de la douleur mesurée par impédance cutanée, mais pas par échelle visuelle, était associée à une réduction de l'excrétion des fragments de collagène, suggérant un lien entre les effets chondroprotecteurs et analgésiques du risédronate. Cette étude indique que l'électroalgométrie pourrait être un marqueur plus physiologique de la douleur que l'évaluation subjective dans l'arthrose.
This study reviews experimental models used to investigate the relationship between obesity and osteoarthritis (OA). The authors examine three main research approaches: (1) in vitro testing of cartilage under various mechanical stresses (shear, loading, tensile, and hydrostatic pressure), (2) studying how mechanical forces affect subchondral bone through osteoblast experiments, and (3) investigating the role of adipokines (obesity-related molecules like leptin and resistin) in joint inflammation. The key finding is that obesity's contribution to OA appears more complex than previously thought, involving not only increased mechanical loading on joints but also inflammatory mediators released by fat tissue that may directly promote cartilage breakdown.
Diese Übersichtsarbeit untersucht experimentelle Modelle zur Erforschung des Zusammenhangs zwischen Adipositas und Arthrose (OA). Die Autoren beschreiben drei Hauptforschungsansätze: In-vitro-Knorpelstudien mit verschiedenen mechanischen Belastungen (Scherkräfte, Kompression, Zugspannung, hydrostatischer Druck), Untersuchungen zur mechanischen Beanspruchung des subchondralen Knochens sowie die Analyse von Adipokinen als Entzündungsmediatoren. Die wichtigsten Erkenntnisse zeigen, dass der Zusammenhang zwischen Adipositas und Arthrose komplexer ist als ursprünglich angenommen - neben der erhöhten mechanischen Belastung spielen auch lösliche Mediatoren wie Leptin, Resistin, Adiponectin und Visfatin eine wichtige pro-inflammatorische Rolle in der Arthroseentstehung. Die Mechano-Transduktion vom Knorpelgewebe zu den Chondrozyten stellt dabei ein zentrales Forschungsfeld dar.
Cette revue examine les modèles expérimentaux utilisés pour étudier la relation entre l'obésité et l'arthrose, une maladie multifactorielle où l'obésité représente un facteur de risque majeur. Les auteurs décrivent trois approches méthodologiques principales : l'étude in vitro du cartilage soumis à différentes contraintes mécaniques (cisaillement, compression, traction, pression hydrostatique), l'analyse de l'impact des stress mécaniques sur l'os sous-chondral via des modèles cellulaires d'ostéoblastes, et l'investigation du rôle des adipokines (leptine, résistine, adiponectine, visfatine). Les résultats suggèrent que le lien entre obésité et arthrose ne se limite pas aux contraintes mécaniques excessives, mais implique également des médiateurs solubles pro-inflammatoires sécrétés par le tissu adipeux, révélant une physiopathologie plus complexe qu'initialement supposée.
This study examined how racing exercise affects bone and cartilage adaptation in the metacarpophalangeal (fetlock) joint by comparing actively racing Thoroughbreds (n=10) with non-athletic horses (n=8). The researchers used histological analysis to measure multiple variables across five joint regions, including cartilage thickness, microcrack density, blood vessel density, and bone characteristics in the subchondral plate beneath the cartilage.
The main findings showed that racing horses had significantly more microcracks in the condylar grooves compared to other joint areas and compared to non-athletic horses, with some microcracks progressing to stress fractures. Racing horses also developed sclerotic (hardened) subchondral bone with abnormal bone matrix and altered osteocyte (bone cell) appearance, though overall osteocyte numbers were similar between groups.
The study concludes that exercise-induced joint adaptation involves greater site-specific microdamage accumulation and bone remodeling responses rather than simple changes in bone cell numbers, suggesting that multiple cellular pathways beyond osteocyte signaling regulate how joints adapt to repetitive loading.
Diese Studie untersuchte die belastungsinduzierte Anpassung der Metakarpophalangealgelenke bei Vollblut-Rennpferden als Modell für Stressfrakturen. Mittels histologischer Analyse wurden Gelenkstrukturen von zehn aktiven Rennpferden mit acht nicht-athletischen Pferden verglichen, wobei verschiedene morphometrische Parameter wie Knorpeldicke, Mikrorissbildung und Osteozyten-Dichte in fünf Gelenkregionen quantifiziert wurden. Die Hauptergebnisse zeigten eine deutlich erhöhte Mikrorissbildung in den Kondylengruben der Rennpferde, verbunden mit subchondraler Sklerose und atypischer Knochenmatrix, während die Knorpeladaptation in beiden Gruppen ähnlich war. Die Studie schlussfolgert, dass standortspezifische Mikroschadenakkumulation und gezieltes Remodeling wichtigere Faktoren für die Gelenkanpassung darstellen als Veränderungen der Osteozytenmorphologie.
Cette étude visait à déterminer si le développement de microfissures articulaires était associé à des altérations spécifiques des ostéocytes de la plaque sous-chondrale chez le cheval de course pur-sang. Les chercheurs ont réalisé une analyse histologique comparative de l'extrémité distale du troisième métacarpien entre 10 chevaux de course actifs et 8 chevaux non-athlétiques, en mesurant diverses variables morphométriques dans cinq régions articulaires. Les résultats montrent que les chevaux athlétiques présentent une accumulation accrue de microdommages site-spécifiques dans les sillons condyliens, avec une plaque sous-chondrale sclérotique contenant une matrice osseuse atypique et des ostéocytes morphologiquement altérés. L'étude conclut que les différences d'accumulation de microdommages et de remodelage ciblé entre chevaux athlétiques et non-athlétiques sont plus importantes que les différences de morphologie des ostéocytes sous-chondraux, suggérant une régulation adaptative par de multiples voies de mécanotransduction.
This study investigated whether intra-articular injections of hyaluronic acid (HA) products with different viscosities could reduce pain-related nerve activity in guinea pig knees with experimentally induced osteoarthritis. The researchers created an osteoarthritis model by surgically damaging the meniscus and cruciate ligament, then recorded nerve impulses from pain-sensing fibers while moving the knee joint before and after injecting two different HA products: HYADD 4-G (high viscosity) and Hyalgan (low viscosity). Both HA products significantly reduced the heightened nerve activity caused by joint movement in the osteoarthritic knees, with Hyalgan showing greater effectiveness despite its lower viscosity. The findings suggest that HA injections reduce joint pain through both mechanical effects related to their lubricating properties and direct chemical effects on sensitized nerve endings, with the latter potentially being more important than viscosity alone.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die Wirkung intraartikulärer Hyaluronsäure-Injektionen unterschiedlicher Viskosität (HyAdd 4-G und Hyalgan) auf bewegungsinduzierte Schmerzrezeptoraktivität in einem Meerschweinchen-Osteoarthritis-Modell. Die Forscher induzierten experimentelle Kniegelenksarthrose durch partielle Menisektomie und Kreuzbandtranssektion und zeichneten anschließend die Nervenaktivität von Schmerzrezeptoren während standardisierter Kniegelenksbewegungen auf. Beide Hyaluronsäure-Präparate reduzierten die erhöhte Nozizeptoraktivität im arthrotischen Gelenk signifikant, wobei das niedrigviskose Hyalgan eine stärkere schmerzlindernde Wirkung zeigte als das hochviskose HyAdd 4-G. Die Autoren schlussfolgern, dass die analgetische Wirkung sowohl auf den rheologischen Eigenschaften der Hyaluronsäure als elastoviskösem
Cette étude visait à évaluer les effets de deux produits d'acide hyaluronique avec des propriétés élastoviscositaires différentes (HYADD 4-G et HYALGAN) sur l'activité nociceptive dans un modèle d'arthrose du genou chez le cobaye. Les chercheurs ont enregistré l'activité des fibres nociceptives Aδ et C du nerf articulaire médial en réponse à des mouvements standardisés du genou, avant et après induction d'une arthrose expérimentale par méniscectomie partielle et section du ligament croisé antérieur. Les résultats montrent que l'activité nociceptive était significativement augmentée 1 jour et 1 semaine après la chirurgie, et que les injections intra-articulaires répétées des deux produits d'acide hyaluronique réduisaient cette hyperactivité nociceptive, avec un effet plus marqué pour HYALGAN. L'action analgésique de ces produits semble dépendre à la fois de leurs propriétés rhéologiques agissant comme un filtre élastoviscositaire et d'un effet
This study investigated how the pericellular matrix (PCM) - the gel-like coating around cartilage cells - affects how chondrocytes respond to mechanical loading. The researchers compared gene expression changes in isolated single chondrocytes versus chondrons (chondrocytes with their PCM intact) after applying dynamic compression. The results showed that chondrons with intact PCM had significantly increased expression of key cartilage matrix genes (aggrecan, type II collagen, and osteopontin) compared to isolated chondrocytes, while lubricin expression decreased in both cell types. These findings demonstrate that the PCM plays a crucial role in how cartilage cells sense and respond to mechanical forces, which has important implications for understanding cartilage health and disease.
Diese Studie untersuchte, wie sich die Genexpression von isolierten Chondrozyten (Knorpelzellen) und Chondronen (Chondrozyten mit ihrer perizellulären Matrix) unter dynamischer Kompression unterscheidet. Die Forscher verwendeten enzymatisch isolierte Einzelzellen und analysierten die Expression knorpelspezifischer Gene mittels molekularbiologischer Methoden nach mechanischer Belastung. Die Ergebnisse zeigten, dass Chondrone im Vergleich zu isolierten Chondrozyten eine signifikant erhöhte Expression von Aggrecan, Kollagen Typ II und Osteopontin aufwiesen, während Lubricin in beiden Zelltypen abnahm. Diese Befunde belegen, dass die perizelluläre Matrix eine entscheidende Rolle bei der mechanischen Signalübertragung in Knorpelzellen spielt und somit wichtig für das Verständnis der Knorpel-Mechanobiologie ist.
Cette étude visait à comparer les profils d'expression génique de chondrocytes isolés et de chondrons (chondrocytes avec leur matrice péricellulaire) soumis à une compression dynamique. Les chercheurs ont analysé par isolement enzymatique l'expression de gènes codant pour des composants matriciels spécifiques du cartilage et des facteurs de transcription. Les résultats montrent que la compression dynamique induit une augmentation significative de l'expression de l'aggrécan, du collagène de type II et de l'ostéopontine uniquement dans les chondrons, tandis que l'expression de la lubricine diminue dans les deux types cellulaires. Cette étude démontre le rôle crucial de la matrice péricellulaire dans la transduction des signaux mécaniques chez les chondrocytes soumis à des contraintes dynamiques.
This study investigated how three inflammatory cytokines (TGF-β1, IL-1β, and oncostatin M) affect the frictional properties of articular cartilage. The researchers cultured neonatal bovine cartilage explants with these cytokines for 48 hours and performed boundary lubrication tests to measure friction coefficients, while also testing the effects of adding lubricin (a key joint lubricant) to the tissue surface. IL-1β and oncostatin M both decreased cartilage stiffness and glycosaminoglycan content by approximately 20%, which corresponded to increased initial friction, while TGF-β1 had no significant effects. The study revealed that cartilage has two distinct lubrication mechanisms: boundary lubrication (controlled by surface lubricants like lubricin) and biphasic lubrication (controlled by factors like GAG content that affect fluid movement through the tissue).
Diese Studie untersuchte, wie die Zytokine TGF-β1, IL-1β und Oncostatin M die Reibungseigenschaften von Gelenkknorpel beeinflussen und welche Rolle das Schmiermittel Lubricin dabei spielt. Bovine Knorpelexplantate wurden 48 Stunden lang mit den Zytokinen kultiviert und anschließend Grenzreibungstests unterzogen, wobei Reibungskoeffizienten und mechanische Eigenschaften gemessen wurden. IL-1β und OSM reduzierten sowohl den Glykosaminoglykan-Gehalt als auch den Elastizitätsmodul um etwa 20% bzw. 11-17%, während endogenes Lubricin hauptsächlich die Gleichgewichtsreibung verringerte. Die Ergebnisse zeigen, dass verschiedene Zytokine unterschiedliche Schmiermechanismen beeinflussen: die biphasische Schmierung wird durch GAG-Gehalt und Wasserfluss reguliert, während die Grenzschmierung von der Lubricin-Akkumulation an der Oberfläche abhängt.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer les effets fonctionnels du TGF-β1, de l'IL-1β et de l'oncostatine M sur les propriétés frictionnelles du cartilage articulaire. Les chercheurs ont cultivé des explants de cartilage bovin néonatal avec ces cytokines pendant 48 heures et ont réalisé des tests de lubrification limite pour mesurer les coefficients de friction. Les résultats montrent que l'IL-1β et l'OSM diminuent le contenu en glycosaminoglycanes (~20%) et le module de Young (11-17%), avec des modifications correspondantes du coefficient de friction initial, tandis que la lubricine endogène influence principalement le coefficient de friction à l'équilibre. Cette recherche révèle des mécanismes distincts de lubrification du cartilage : la lubrification limite est régulée par l'accumulation de lubrifiants en surface, tandis que la lubrification biphasique est contrôlée par des facteurs comme le contenu en GAG qui affectent le mouvement de l'eau dans le tissu.
This study aimed to develop a preconditioning method for mesenchymal stem cells (MSCs) to improve their effectiveness for cartilage regeneration therapies, since direct implantation of untreated MSCs has shown unpredictable results. The researchers used a coculture system where human MSCs were grown together with fluorescently-labeled chondrocytes (cartilage cells) to guide the stem cells toward cartilage formation, then analyzed the molecular changes during this process and tested the cells' ability to form new cartilage in collagen scaffolds. The coculture successfully committed MSCs to become cartilage-producing cells, activating key cartilage genes and growth factors (including TGF-β family members) while avoiding bone formation, and these preconditioned cells demonstrated improved ability to form cartilage-like tissue in scaffolds. This preconditioning approach represents a promising advancement for developing more reliable MSC-based treatments for cartilage repair in conditions like osteoarthritis.
Diese Studie zielte darauf ab, ein Vorkonditionierungsmodell für mesenchymale Stammzellen (MSCs) zu entwickeln, um deren chondrogenes Potenzial für die Knorpelregeneration zu verbessern. Die Forscher verwendeten ein Kokultur-System aus humanen MSCs und Chondrozyten sowie Kollagen-Scaffolds, um die stadienspezifische Chondrogenese zu analysieren und die molekularen Marker der Knorpelbildung zu charakterisieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kokultur eine erfolgreiche chondrogene Differenzierung induzierte, gekennzeichnet durch erhöhte Expression chondrogener Gene, Matrixakkumulation und Aktivierung spezifischer Wachstumsfaktoren wie TGF-β und deren nachgelagerte Regulatoren. Die vorkonditionierten MSCs entwickelten erfolgreich neues Knorpelgewebe im Kollagen-Gerüst, was ein vielversprechendes Modell für zukünftige zellbasierte Transplantationstherapien darstellt.
Cette étude visait à développer un modèle de préconditionnement des cellules souches mésenchymateuses (CSM) humaines vers la chondrogenèse pour améliorer les thérapies de régénération cartilagineuse. Les chercheurs ont utilisé un système de coculture entre des CSM et des chondrocytes humains marqués à la GFP, puis analysé l'expression génique et la formation de matrice cartilagineuse dans des scaffolds de collagène. Les résultats montrent que la coculture induit efficacement la différenciation chondrogénique des CSM avec activation de facteurs de croissance clés (TGF-β, SMAD) et molécules d'adhésion, sans affecter les marqueurs ostéogéniques. Ce modèle de préconditionnement in vitro représente une approche prometteuse pour optimiser les thérapies cellulaires en régénération cartilagineuse avant implantation clinique.
This review examines the use of hydrostatic pressure (HP) as a mechanical stimulus to improve cartilage tissue engineering approaches, given cartilage's limited natural healing capacity and the inadequacy of current treatments. The authors systematically evaluated existing studies that applied HP to cartilage cells and tissues, analyzing various treatment protocols, bioreactor designs, and culture systems. Key findings indicate that HP can protect cartilage cells from damage, promote the transformation of stem cells into cartilage-producing cells, and enhance tissue properties, though no standardized optimal treatment protocol has been established across different experimental setups. The review identifies HP as one of the most promising mechanical stimuli for cartilage regeneration and highlights important considerations for future research, including equipment design and understanding how cells sense and respond to pressure changes.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Rolle des hydrostatischen Drucks (HP) im Tissue Engineering von Gelenkknorpel, da herkömmliche Behandlungsmethoden die Knorpelfunktion nicht wiederherstellen können. Die Autoren analysierten systematisch vorherige Studien zum Einsatz von hydrostatischem Druck in verschiedenen Kultursystemen, einschließlich Bioreaktor-Design, chondroprotektiven Effekten und chondrogener Differenzierung. Die Ergebnisse zeigen, dass hydrostatischer Druck als einer der wichtigsten mechanischen Stimuli für Knorpelgewebe gilt, obwohl noch keine optimale Behandlungsstrategie für alle Kultursysteme etabliert wurde. Die Übersicht identifiziert vielversprechende HP-Behandlungsansätze und beleuchtet die zugrundeliegenden Mechanotransduktionsprozesse für zukünftige Forschungsarbeiten.
Cette revue évalue l'utilisation de la pression hydrostatique (HP) comme stimulus mécanique pour l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire, dans le contexte où le cartilage présente une faible capacité de cicatrisation intrinsèque. Les auteurs analysent les études antérieures portant sur l'application de HP aux chondrocytes et tissus cartilagineux, en examinant les designs de bioréacteurs, les effets chondroprotecteurs, et la différenciation chondrogénique. Bien qu'aucun traitement optimal n'ait encore été établi pour tous les systèmes de culture, la HP émerge comme l'un des stimuli mécaniques les plus prometteurs pour améliorer les propriétés biochimiques et biomécaniques du cartilage ingénierié. Cette revue identifie les approches les plus prometteuses pour guider les futures recherches en régénération cartilagineuse.
This study investigated how cartilage cells (chondrocytes) sense and respond to mechanical loading by examining potential mechanosensitive pathways involving ATP release and detection. The researchers used bovine and human chondrocytes to test for functional connexin 43 hemichannels (ATP-release channels) using dye uptake assays, and employed immunofluorescence microscopy to locate these channels and purine receptors within cartilage tissue.
Key findings showed that chondrocytes express functional connexin 43 hemichannels, with approximately 50% of the cells' primary cilia decorated with these channels, and that hemichannel expression was concentrated in the upper 200 micrometers of human cartilage closest to the joint surface. The study also confirmed the presence of various P2X and P2Y receptors that can detect ATP, supporting a mechanotransduction pathway where mechanical loading triggers ATP release through hemichannels, which then activates downstream cellular responses to maintain cartilage health.
Diese Studie untersuchte die Expression von Connexin 43 Hemikanälen und Purinrezeptoren in Gelenkknorpelzellen als mögliche Bestandteile eines mechanosensitiven Signalwegs. Die Forscher isolierten bovine Chondrozyten, führten Lucifer Yellow-Aufnahme-Experimente durch und verwendeten Immunfluoreszenz-Mikroskopie zur Charakterisierung der Proteinexpression in bovinen und humanen Knorpelproben. Die Ergebnisse zeigten, dass etwa 50% der primären Zilien der Chondrozyten Connexin 43 exprimieren, funktionelle Hemikanäle nachweisbar sind und verschiedene P2X- und P2Y-Rezeptoren im Gelenkknorpel vorhanden sind. Diese Befunde deuten darauf hin, dass Connexin 43 Hemikanäle den Mechanismus für die mechanisch induzierte ATP-Freisetzung darstellen könnten und das primäre Zilium möglicherweise eine wichtige Rolle in der purinergischen Mechanotransduktion des Gelenkknorpels spielt.
Cette étude visait à identifier les mécanismes de libération d'ATP dans la mécanotransduction cartilagineuse, en examinant l'expression de la connexine 43 et des récepteurs purinergiques chez les chondrocytes articulaires. Les chercheurs ont utilisé des chondrocytes bovins en culture, des tests fonctionnels avec le lucifer yellow, et l'immunofluorescence pour caractériser l'expression des hémicanaux et récepteurs P2. Les résultats montrent que les chondrocytes expriment des hémicanaux connexine 43 fonctionnels (présents sur 50% des cils primaires) ainsi qu'une gamme de récepteurs P2X et P2Y, avec une expression préférentielle dans les 200 μm superficiels du cartilage humain. Ces findings suggèrent que les hémicanaux connexine 43, potentiellement associés au cil primaire, constituent un complexe mécanorecepteur impliqué dans la voie de signalisation purinergique des chondrocytes.
This paper aims to explain the scientific mechanisms underlying how prescribed exercise promotes tissue healing in musculoskeletal injuries. The authors provide a narrative review of mechanotransduction - the process by which cells sense and respond to mechanical loads - and introduce the term "mechanotherapy" to specifically describe therapeutic exercise prescription for tissue repair (as distinct from normal tissue maintenance). The review examines how mechanical loading stimulates repair and remodeling in tendons, muscles, cartilage, and bone at the cellular level. The authors demonstrate that mechanotransduction is the fundamental biological process that converts prescribed movement into therapeutic tissue healing, providing clinicians with a scientific foundation for exercise-based treatments of conditions like tendinopathies, muscle injuries, arthropathies, and fractures.
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, das Konzept der "Mechanotherapie" zu etablieren und zu erklären, wie gezielt verschriebene Bewegungstherapie auf zellulärer Ebene die Gewebeheilung in Sehnen, Muskeln, Knorpel und Knochen fördert. Die Autoren stellen den aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand zur Mechanotransduktion - dem physiologischen Prozess, bei dem Zellen mechanische Belastungen wahrnehmen und darauf reagieren - systematisch dar und grenzen therapeutische Anwendungen von der normalen Gewebehomöostase ab. Die Haupterkenntnisse zeigen, dass kontrollierte mechanische Belastung durch Bewegungstherapie spezifische zelluläre Reparatur- und Umbauprozesse in verschiedenen Geweben des Bewegungsapparates stimuliert. Die Arbeit liefert damit eine wissenschaftliche Grundlage für das Verständnis, warum Bewegungstherapie bei Tendinopathien, Muskelverletzungen, nicht-entzündlichen Arthropathien und sogar nach Frakturen therapeutisch
Cette étude vise à expliquer les mécanismes scientifiques par lesquels l'exercice thérapeutique favorise la réparation tissulaire musculosquelettique, en réintroduisant le terme "mécanothérapie". Les auteurs présentent une revue narrative du processus de mécanotransduction - la capacité des cellules à détecter et répondre aux charges mécaniques - dans les tendons, muscles, cartilage et os. L'article démontre que la mécanotransduction constitue le mécanisme fondamental expliquant l'efficacité clinique prouvée de l'exercice thérapeutique dans diverses pathologies musculosquelettiques. Les auteurs proposent de distinguer la "mécanothérapie" (prescription d'exercice pour traiter les blessures) du rôle homéostatique normal de la mécanotransduction dans le maintien des structures saines.
This study examined the effects of power training on articular cartilage structure and function. The authors analyzed cartilage biomechanics, focusing on water transfer mechanisms regulated by proteoglycans and the risk of collagen matrix damage under excessive compression. The key finding is that power training should maintain submaximal loading below the cartilage rupture limit, as cartilage has limited adaptive capacity compared to other tissues. The authors emphasize that osteoarthritic cartilage has significantly reduced loading capacity, requiring careful consideration when designing power training programs for individuals with joint degeneration.
Diese Studie untersucht die Auswirkungen von Krafttraining auf den Gelenkknorpel und dessen biomechanische Eigenschaften. Die Autoren analysieren die strukturellen Veränderungen des hyalinen Gelenkknorpels unter mechanischer Belastung, insbesondere den Wassertransfer und die Rolle der Proteoglykane bei der Regulation des Wassergehalts. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Krafttraining zu einer submaximalen Knorpelbelastung unterhalb der Rupturgrenze führen sollte, da die Anpassungsfähigkeit des Knorpelgewebes an höhere Belastungen begrenzt ist. Bei bereits bestehenden arthrotischen Veränderungen ist die Belastbarkeit der Knorpelmatrix erheblich reduziert, was bei der Trainingsplanung berücksichtigt werden muss.
Cette étude examine l'effet de l'entraînement en puissance sur le cartilage articulaire hyalin, dont la fonction dépend de la régulation hydrique assurée par les protéoglycanes produits par les chondrocytes. L'analyse se base sur les mécanismes biomécaniques du cartilage sous compression et les adaptations tissulaires à l'exercice. Les résultats indiquent que l'entraînement en puissance doit maintenir une charge sous-maximale pour éviter la rupture de la matrice collagénique et la perte irréversible d'eau, particulièrement chez les patients présentant des changements arthrosiques où la capacité de charge du cartilage est significativement réduite. Cette approche préventive est cruciale car la capacité d'adaptation du tissu cartilagineux aux charges élevées reste limitée.
This study investigated whether fibroblast growth factor 2 (FGF-2) protects cartilage from osteoarthritis (OA) damage in living mice. The researchers compared cartilage health in mice lacking FGF-2 (knockout mice) versus normal mice, using both natural aging and surgically-induced OA models, and measured cartilage structure, gene expression, and mechanical properties.
Mice without FGF-2 developed more severe cartilage damage in both spontaneous and surgically-induced OA, with increased levels of ADAMTS-5, a key enzyme that breaks down cartilage. Importantly, giving recombinant FGF-2 injections to FGF-2 knockout mice restored cartilage protection to normal levels, confirming that FGF-2 acts as a natural defense mechanism against cartilage degradation in osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die chondroprotektive Rolle von Fibroblast Growth Factor 2 (FGF-2) im Gelenkknorpel von Mäusen. Die Forscher verglichen FGF-2-defiziente Mäuse (FGF2(-/-)) mit Wildtyp-Mäusen mittels Histomorphometrie, Nanoindentation und qRT-PCR sowohl unter normalen Bedingungen als auch nach chirurgisch induzierter Osteoarthritis durch Destabilisierung des medialen Meniskus. FGF-2-defiziente Mäuse zeigten eine beschleunigte spontane und chirurgisch induzierte Osteoarthritis mit erhöhter ADAMTS-5-Expression, dem wichtigsten murinen Aggrecanase-Enzym. Die subkutane Gabe von rekombinantem FGF-2 konnte den Knorpelabbau bei FGF-2-defizienten Mäusen auf das Niveau von Wildtyp-Mäusen reduzieren, was FGF-2 als endogenen chondroprotektiven Faktor identifiziert.
Cette étude visait à déterminer le rôle in vivo du facteur de croissance des fibroblastes 2 (FGF-2) dans la protection du cartilage articulaire murin. Les chercheurs ont comparé des souris déficientes en FGF-2 (FGF2-/-) à des souris sauvages par histomorphométrie, nano-indentation et RT-PCR quantitative, en analysant l'arthrose spontanée liée à l'âge et l'arthrose induite chirurgicalement par déstabilisation méniscale. Les résultats montrent que les souris FGF2-/- développent une arthrose accélérée tant spontanée qu'induite, associée à une surexpression d'ADAMTS-5 (principale aggrécanase murine), tandis que l'administration sous-cutanée de FGF-2 recombinant restaure une protection comparable aux souris sauvages. Cette recherche identifie donc le FGF-2 comme un agent chondroprotecteur endogène clé qui retarde la dégradation cartilagineuse en supprimant ADAMTS-5.
This study investigated how excessive mechanical loading affects hyaluronan (HA) breakdown in cartilage cells, focusing on the enzymes that degrade this important cartilage component. The researchers applied excessive cyclic tensile loading (22.8% cell elongation) to cultured rabbit knee cartilage cells and measured the expression of HA-degrading enzymes (HYAL1 and HYAL2) and inflammatory markers (IL-1β and TNF-α) using molecular techniques. The results showed that excessive mechanical loading significantly increased both the expression of HA-degrading enzymes and their activity, while also upregulating inflammatory markers, particularly IL-1β. The findings suggest that excessive mechanical stress promotes cartilage breakdown by enhancing HA degradation, partly through inflammatory pathways involving IL-1β.
Diese Studie untersuchte, wie übermäßige mechanische Belastung den Abbau von Hyaluronan (HA) in Gelenkknorpel beeinflusst. Die Forscher setzten kultivierte Kaninchen-Chondrozyten einer zyklischen Zugbelastung von 22,8% Zelldehnung aus und analysierten die Expression von Hyaluronidasen (HYAL1, HYAL2) sowie entzündlichen Zytokinen mittels quantitativer PCR und HA-Zymographie. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Überlastung sowohl die mRNA-Expression von HYAL1 und HYAL2 als auch deren enzymatische Aktivität signifikant steigerte, wobei dieser Effekt teilweise durch die Induktion von IL-1β vermittelt wurde. Die Studie belegt somit, dass pathologische mechanische Belastung den HA-Abbau in Gelenkknorpel fördert und zur Knorpeldegeneration beitragen kann.
Cette étude visait à élucider l'effet d'une charge mécanique excessive sur l'expression et l'activité des hyaluronidases (HYAL) dans les chondrocytes articulaires. Les chercheurs ont appliqué une charge cyclique de traction (22,8% d'élongation cellulaire) sur des chondrocytes de genou de lapin en culture, puis analysé l'expression de HYAL1, HYAL2, IL-1β et TNF-α par PCR quantitative et l'activité hyaluronidase par zymographie. Les résultats montrent que la stimulation mécanique excessive augmente significativement l'expression de HYAL1 et HYAL2 ainsi que leur activité enzymatique, en partie via l'induction d'IL-1β. Cette étude démontre que les contraintes mécaniques excessives favorisent le catabolisme de l'acide hyaluronique dans le cartilage articulaire par activation des voies de dégradation enzymatique.
This review examines the potential of mesenchymal stem cells (MSCs) as an alternative to current cell-based therapies for repairing damaged articular cartilage and intervertebral disc tissue. The authors conducted a comprehensive literature review to evaluate the advantages and disadvantages of using MSCs in tissue engineering applications for these load-bearing connective tissues. The main findings highlight that while MSCs offer promise as a regenerative therapy, significant challenges remain including the harsh physiological environment these cells must survive in (hypoxic, acidic, nutrient-poor conditions with inflammatory mediators and mechanical stress) and difficulties in properly differentiating and conditioning the cells before implantation. The review also identifies MSC culture models as potentially valuable alternatives to animal testing in arthritis research, supporting the "3Rs" principle of reducing, replacing, and refining animal use in scientific studies.
Diese Übersichtsarbeit untersucht das Potenzial mesenchymaler Stammzellen (MSCs) als Alternative zu patienteneigenen Zellen für die regenerative Therapie von Gelenkknorpel und Bandscheibengewebe. Die Autoren analysieren systematisch die Vor- und Nachteile von MSCs im Tissue Engineering dieser lasttragenden Bindegewebe und diskutieren die besonderen Herausforderungen bei der Differenzierung und Vorkonditionierung der Zellen. Als Hauptproblem identifizieren sie die extremen physiologischen Bedingungen am Implantationsort, einschließlich Hypoxie, saurem pH-Wert, Nährstoffmangel sowie mechanischer Belastung und Entzündungsmediatoren. Zusätzlich beleuchten die Autoren das Potenzial von MSC-Kulturmodellen als ethisch vertretbare Alternative zu Tierversuchen in der Arthritisforschung.
Cette étude de revue examine le potentiel des cellules souches mésenchymateuses (CSM) comme alternative thérapeutique pour la régénération du cartilage articulaire et des disques intervertébraux, face aux limites des traitements actuels et de la transplantation autologue de chondrocytes. Les auteurs analysent les avantages et inconvénients des CSM en ingénierie tissulaire, en se concentrant sur les défis de différenciation et de pré-conditionnement de ces cellules pour leur survie dans l'environnement physiologique hostile (hypoxique, acide, pauvre en nutriments) des tissus cartilagineux. L'étude souligne les difficultés liées à l'exposition des CSM implantées aux contraintes mécaniques, aux médiateurs inflammatoires et aux cytokines cataboliques. Les auteurs explorent également le potentiel des modèles de culture de CSM comme alternatives éthiques aux modèles animaux pour la recherche sur l'arthrite et l'ingénierie tissulaire in vitro.
This study investigated how changes in jaw function and mechanical loading affect the bone beneath cartilage in the temporomandibular joint. The researchers used young rats with different chewing loads and examined specific molecular signaling pathways (JNK/ERK-AP-1/RUNX2) in the jaw joint tissues using immunohistochemistry. The key finding was that altered mechanical loading activated important cellular signaling pathways in the bone cells located beneath the cartilage, including JNK-c-JUN, c-FOS, ERK/MAPK, and RUNX2 pathways. These results demonstrate that mechanical forces applied to cartilage are transmitted to and sensed by the underlying bone, triggering cellular responses that regulate bone formation and remodeling.
Diese Studie untersuchte, wie veränderte mechanische Belastung des Gelenkknorpels im Kiefergelenk Veränderungen im darunterliegenden Knochengewebe auslöst. Die Forscher analysierten mittels Immunhistochemie die Aktivierung spezifischer Signalwege (JNK/ERK-AP-1/RUNX2) in Kiefergelenken junger Ratten, die unterschiedlichen Kaubelastungen ausgesetzt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung Differenzierungsprozesse durch die Aktivierung von Schlüsselsignalwegen (JNK-c-JUN, c-FOS und ERK/MAPK) sowie die Expression des Transkriptionsfaktors RUNX2 in subchondralen Osteoblasten auslöst. Diese Befunde belegen eine direkte mechanotransduktive Kommunikation zwischen Knorpel und darunterliegendem Knochen, die für das Verständnis der Kiefergelenkentwicklung und -adaptation wichtig ist.
Cette étude visait à explorer comment les modifications de la charge mécanique sur le cartilage condylien sont transmises et perçues dans la région osseuse sous-chondrale. Les chercheurs ont utilisé l'immunohistochimie pour analyser la voie de signalisation JNK/ERK-AP-1/RUNX2 dans les articulations temporo-mandibulaires de jeunes rats soumis à différentes charges masticatoires fonctionnelles. Les résultats démontrent que la charge mécanique déclenche des phénomènes de différenciation par l'induction de régulateurs tissulaires maîtres, notamment l'expression et/ou l'activation des composants de la voie JNK-c-JUN et c-FOS dans les ostéoblastes sous-chondraux. L'étude révèle également l'activation d'ERK/MAPK et l'expression du facteur de transcription RUNX2 dans ces mêmes cellules, confirmant la transmission des signaux mécaniques du cartilage vers l'os sous-jacent.
This study investigated whether cartilage cell death occurs after joint impacts that don't cause visible surface damage, and how injury patterns change with impact force and time. Researchers used bovine cartilage samples subjected to controlled impacts at different energy levels (0.35-1.43 J), then measured cell death at 1 and 4 days post-impact using fluorescent staining. The key findings showed that even impacts too weak to fracture the cartilage surface still caused significant cell death, which worsened over time and increased with higher impact energies, particularly near the bone-cartilage boundary and joint surface. These results suggest that early protective treatments may be needed after joint injuries to prevent cartilage cell death and reduce the risk of developing post-traumatic arthritis.
Diese Studie untersuchte, ob Knorpelzellen bereits bei Aufprallenergien geschädigt werden, die noch nicht ausreichen, um die Knorpeloberfläche zu zerbrechen, und wie sich Schädigungsmuster in Abhängigkeit von Aufprallenergie, Zeit und Knorpeldicke entwickeln. Frische bovine Knorpel-Knochen-Proben wurden kontrollierten Aufprallbelastungen mit verschiedenen Energien (0,35-1,43 J) ausgesetzt und nach 1 und 4 Tagen auf Chondrozytenvitalität untersucht. Die Ergebnisse zeigten eine progressive Zunahme des Chondrozytentods mit steigender Aufprallenergie und längerer Zeit nach dem Trauma, selbst bei intakten Knorpeloberflächen, wobei besonders Bereiche nahe der Knochen-Knorpel-Grenze und an der Gelenkoberfläche betroffen waren. Diese Befunde unterstreichen die Notwendigkeit einer frühzeitigen chondroprotektiven Therapie nach Gelenktraumata, um die Entwicklung einer
Cette étude visait à déterminer si des impacts d'énergie insuffisante pour fracturer la surface du cartilage articulaire peuvent néanmoins causer des lésions chondrocytaires et comment ces lésions évoluent selon l'énergie d'impact et le temps. Les chercheurs ont soumis des échantillons ostéochondraux bovins à des impacts contrôlés d'énergies croissantes (0,35 à 1,43 J) puis analysé la viabilité cellulaire 1 et 4 jours après impact par coloration fluorescente. Les résultats montrent qu'une mort chondrocytaire progressive survient même avec des énergies d'impact ne fracturant pas la surface cartilagineuse, cette mort cellulaire augmentant avec l'énergie d'impact et le temps post-traumatique, particulièrement près de l'interface os-cartilage et en surface articulaire. Ces données soulignent la nécessité de thérapies chondroprotectrices précoces pour prévenir l'arthrose post-traumatique après lésion articulaire.
This study investigated how chondrocytes (cartilage cells) sense and respond to mechanical forces, specifically testing whether cyclic compression opens cellular channels called hemichannels to release ATP. The researchers used a chondrocyte-agarose model system and applied cyclic compression (0-15% strain at 1 Hz for 40 minutes), measuring hemichannel opening with fluorescent dye uptake and ATP release using biochemical assays. The results showed that mechanical loading increased hemichannel opening from 50% to 70% of cells and produced a sevenfold increase in ATP release, both of which were blocked by a hemichannel inhibitor. This study provides the first evidence that hemichannels play a key role in how cartilage cells detect and respond to mechanical forces, which is important for understanding cartilage health and disease.
Diese Studie untersuchte den Mechanismus der Mechanotransduktion in Chondrozyten, insbesondere wie mechanische Belastung zur ATP-Freisetzung führt. Die Forscher verwendeten ein etabliertes Chondrozyten-Agarose-Modell und setzten die Zellen 40 Minuten lang zyklischer Kompression (0-15% Dehnung, 1 Hz) aus, wobei sie die Öffnung von Hemikanälen mittels Lucifer Yellow-Inkorporation und die ATP-Freisetzung durch Luciferin-Luciferase-Assay quantifizierten. Die Ergebnisse zeigten, dass zyklische Kompression Hemikanäle aktiviert (Anstieg der Lucifer Yellow-positiven Zellen von 50% auf 70%) und eine siebenfache Erhöhung der ATP-Freisetzung bewirkt, wobei beide Effekte durch den Hemikanal-Inhibitor Flufenaminsäure blockiert wurden. Diese Studie liefert erstmals den direkten Nachweis, dass Hemikanäle eine zentrale Rolle in der Mechanobiologie von Chond
Cette étude vise à identifier le mécanisme de libération d'ATP impliqué dans la mécanotransduction des chondrocytes, en testant l'hypothèse que la compression cyclique ouvre les hémicanaux pour déclencher cette libération. Les chercheurs ont utilisé un modèle chondrocyte-agarose soumis à une compression cyclique (0-15% de déformation, 1 Hz pendant 40 min), mesurant l'ouverture des hémicanaux par incorporation de jaune de Lucifer et quantifiant la libération d'ATP par dosage luciférine-luciférase. Les résultats montrent que la compression cyclique active les hémicanaux (augmentation de 50% à 70% des cellules incorporant le traceur) et provoque une libération d'ATP multipliée par sept, ces deux phénomènes étant bloqués par l'acide flufénamique, un inhibiteur d'hémicanaux. Cette étude établit pour la première fois le rôle des hémicanaux dans la mécanobiologie des chondrocytes, identifiant un mécanisme clé de la voie de signalisation purinergique calcique.
This study developed and validated a computer-controlled joint motion and loading system (JMLS) to investigate how mechanical forces affect cartilage biology in living rat knee joints. The researchers tested the system's accuracy and reliability in controlling joint movement, loading frequency, and compressive forces, then evaluated its effectiveness using two loading protocols: moderate passive motion loading (PML) and increased compressive motion loading (CML). The system demonstrated high accuracy and successfully showed that moderate passive motion prevented the harmful effects of joint immobilization on cartilage, while excessive compressive loading produced detrimental effects similar to immobilization. This non-invasive system provides researchers with a precise tool to study how different mechanical conditions affect joint health in living animals.
Diese Studie zielte darauf ab, ein computergesteuertes Gelenk-Bewegungs- und Belastungssystem (JMLS) für die In-vivo-Untersuchung der biologischen Antwort von Knorpel unter definierten mechanischen Belastungen zu entwickeln und zu validieren. Das System ermöglichte die präzise Kontrolle von Gelenkwinkel, Bewegungsfrequenz und axialer Kompressionskraft am Rattenkniegelenk und wurde hinsichtlich Genauigkeit, Wiederholbarkeit und kinematischer Ausrichtung getestet. Die Validierungsexperimente zeigten, dass moderate passive Bewegung (PML) die katabolen Effekte der Immobilisation unterdrücken konnte, während erhöhte kompressive Belastung (CML) paradoxerweise zu katabolen Reaktionen führte, die der Immobilisationsgruppe ähnelten. Das entwickelte nicht-invasive System stellt somit ein wertvolles Werkzeug für biomechanische Gelenkstudien dar, die verschiedene Belastungs- und Bewegungsbedingungen in vivo erfordern.
Cette étude visait à développer et valider un système contrôlé par ordinateur (JMLS) pour étudier les réponses biologiques du cartilage sous stimulations mécaniques bien caractérisées chez le rat in vivo. Le système permet de contrôler le déplacement angulaire, la fréquence de mouvement et la charge compressive axiale avec surveillance en temps réel, et sa précision ainsi que sa reproductibilité ont été évaluées. Les tests ont démontré une remarquable précision du JMLS et ont révélé que le mouvement passif modéré (PML) supprime les effets cataboliques de l'immobilisation, tandis que la charge compressive augmentée (CML) produit paradoxalement des effets cataboliques similaires à l'immobilisation. Ce système non-invasif offre un nouvel outil pour étudier la biomécaniqe articulaire sous différentes conditions de charge et de mouvement in vivo.
This study investigated whether measuring CTX-II (a marker of cartilage breakdown) in blood and joint fluid could help detect cartilage damage in racehorses. The researchers analyzed 78 Thoroughbred racehorses, comparing CTX-II levels in healthy horses before and after 5-6 months of race training with levels in horses that had joint injuries, and correlated these findings with X-ray and arthroscopic assessments of joint damage. Horses with joint injuries had significantly higher CTX-II concentrations in their joint fluid and higher joint fluid-to-blood CTX-II ratios compared to healthy horses, while blood CTX-II levels were lower after exercise and injury. The CTX-II measurements could correctly identify 64-93% of samples as coming from pre-exercise, post-exercise, or injured horses, suggesting these biomarkers may be useful for detecting cartilage damage, though they didn't correlate with the severity of injury seen on imaging.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von Training und Gelenkschäden auf die Konzentration von Kollagen-II-Abbauprodukten (CTX-II) in Gelenkflüssigkeit und Serum von Vollblut-Rennpferden. Die Forscher analysierten Proben von 78 Pferden (38 mit und 40 ohne Gelenkschäden) mittels ELISA-Verfahren und verglichen die Ergebnisse mit radiologischen und arthroskopischen Befunden. Die Hauptergebnisse zeigten, dass CTX-II-Konzentrationen in der Gelenkflüssigkeit sowie das Verhältnis von Gelenkflüssigkeit zu Serum bei verletzten Pferden signifikant höher waren als bei gesunden Tieren vor und nach dem Training. Die CTX-II-Biomarker ermöglichten eine korrekte Klassifizierung von 64-93% der Proben und könnten daher als diagnostische Werkzeuge zur Erkennung von Knorpelabbau bei Gelenkschäden eingesetzt werden.
Cette étude a évalué l'effet de l'exercice et des lésions ostéochondrales sur les concentrations de télopeptides C-terminaux du collagène de type II (CTX-II) dans le liquide synovial et le sérum de 78 chevaux de course Thoroughbred. Les concentrations de CTX-II ont été mesurées par ELISA chez des chevaux sains avant et après 5-6 mois d'entraînement, ainsi que chez des chevaux présentant des lésions articulaires évaluées par radiographie et arthroscopie. Les résultats montrent que les concentrations de CTX-II dans le liquide synovial et le ratio liquide synovial:sérum étaient significativement plus élevés chez les chevaux blessés, permettant une classification correcte de 64 à 93% des échantillons selon leur groupe d'appartenance. Cette approche pourrait donc constituer un outil de détection de la dégradation cartilagineuse chez les chevaux présentant des lésions articulaires.
This study aimed to understand how different surface and lubrication conditions affect cartilage shear mechanics during joint movement using an in vitro testing system. The researchers tested human talar cartilage samples against surfaces of varying roughness (polished, mildly rough, and rough) using two different lubricants (phosphate buffered saline and bovine synovial fluid) under different compression and sliding conditions. The results showed that rougher surfaces and higher compression increased peak shear stress and strain on the cartilage, while synovial fluid provided better lubrication than saline solution, particularly against smooth surfaces (reducing shear stress by 50% vs. only 14-17% against rough surfaces). This experimental system provides researchers with a controlled method to study how cartilage responds to different mechanical loading conditions, which could help understand cartilage damage and repair mechanisms in joint diseases.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen verschiedener Oberflächeneigenschaften und Gleitmittel auf die Scherkräfte in menschlichem Knorpel während der Gelenkbewegung. **Studienziel:** Mithilfe eines In-vitro-Schertests sollten die Effekte von Oberflächenrauheit (poliert, mäßig rau, rau), Gleitmitteln (PBS vs. Synovialflüssigkeit) und Kompressionsgrad auf das Scher- und Gleitverhalten von normalem Talusknorpel untersucht werden. **Methoden:** Humaner Talusknorpel wurde dynamischen seitlichen Verschiebungen unter kontrollierten Bedingungen mit verschiedenen Plattformen unterschiedlicher Rauheit und Gleitmitteln ausgesetzt, wobei Scherspannung und -dehnung gemessen wurden. **Hauptergebnisse:** Die maximale Scherspannung und -dehnung stiegen mit zunehmender Oberflächenrauheit und Kompression an, während bovine Synovialflüssigkeit im Vergleich zu PBS eine um 30% bessere Schm
Cette étude visait à évaluer les effets de la rugosité de surface, du type de lubrifiant et de la compression sur les propriétés de cisaillement du cartilage talaire humain lors de tests in vitro. Les chercheurs ont utilisé un système de cisaillement matériau-sur-cartilage avec différentes rugosités de surface (polie, modérément rugueuse, rugueuse), deux lubrifiants (PBS et liquide synovial bovin), et diverses conditions de compression et de déplacement latéral. Les résultats montrent que les contraintes et déformations de cisaillement maximales augmentent avec la rugosité de surface et la compression, et sont 30% plus élevées avec le PBS qu'avec le liquide synovial bovin. Le liquide synovial s'avère particulièrement efficace comme lubrifiant sur les surfaces polies (réduction de 60% du coefficient de friction) comparativement aux surfaces rugueuses (réduction de seulement 19-20%), démontrant l'importance de l'état de surface articulaire dans la lubrification cartilagineuse.
This study aimed to develop a multiphysical model to describe fluid transport through bone and joint tissues by adapting existing clayey materials models to musculoskeletal applications. The researchers used a multiscale modeling approach that coupled electrohydrodynamics equations with electrostatics and ionic transport at the microscopic pore level, then applied mathematical techniques (variable changes and asymptotic expansion) to derive macroscopic tissue behavior from this microscopic information. The model successfully demonstrated that coupled electrochemical and mechanical effects play an important role in mechanotransduction processes that drive bone remodeling in compact bone. This work provides a theoretical framework for understanding how fluid flow and electrical phenomena interact to influence bone adaptation at the tissue level.
Diese Studie zielte darauf ab, ein multiphysikalisches Modell für den Flüssigkeitstransport durch osteoartikuläre poröse Medien zu entwickeln, das von einem ursprünglich für Tonmaterialien konzipierten Modell adaptiert wurde. Die Methodik kombinierte auf Porenebene elektrohydrodynamische Gleichungen mit lokaler Elektrostatik und Ionentransportgleichungen, wobei mittels Variablentransformation und asymptotischer Expansionsmethoden eine makroskopische Beschreibung aus mikroskopischen Informationen abgeleitet wurde. Die Ergebnisse demonstrieren die bedeutende Rolle von Kopplungseffekten bei der Mechanotransduktion im kompakten Knochenumbau. Das entwickelte Multiskalenmodell ermöglicht somit ein besseres Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen mechanischen und elektrochemischen Prozessen im Knochengewebe.
Cette étude présente un modèle multiphysique pour décrire le transport de fluides à travers les milieux poreux ostéo-articulaires, adapté du modèle de Moyne et Murad initialement développé pour les matériaux argileux. La méthode multiscale couple les équations électrohydrodynamiques, l'électrostatique locale (équation de Gauss-Poisson) et les équations de transport ionique à l'échelle des pores, puis utilise un changement de variables et une méthode d'expansion asymptotique pour dériver la réponse macroscopique du tissu. Les résultats démontrent l'importance des effets de couplage sur la mécanotransduction lors du remodelage de l'os compact. Ce modèle permet ainsi de relier les informations microscopiques aux propriétés macroscopiques des tissus ostéo-articulaires.
This study aimed to develop hybrid scaffolds combining hydrogels with synthetic polymers to overcome the mechanical weakness of hydrogels alone for cartilage tissue engineering. The researchers created scaffolds by combining poly(L-lactide-co-epsilon-caprolactone) (PLCL) with either fibrin gel or hyaluronan hydrogels, seeded them with rabbit chondrocytes, and implanted them subcutaneously in nude mice for up to eight weeks. The hybrid scaffolds showed improved cell seeding efficiency compared to PLCL alone and enhanced accumulation of cartilaginous extracellular matrix in vivo. The findings suggest that combining hydrogels with PLCL scaffolds creates a more biomimetic environment that promotes better cartilage tissue formation and quality compared to using either material alone.
Diese Studie untersuchte die Entwicklung von Hybrid-Scaffolds aus Poly(L-Lactid-co-ε-Caprolacton) (PLCL) und Hydrogelen (Fibringel oder Hyaluronsäure) für das Knorpel-Tissue-Engineering, um die mechanischen Schwächen reiner Hydrogele zu überwinden. Die Forscher fertigten hochporöse PLCL-Scaffolds (85% Porosität) mittels Gel-Press-Verfahren an, besiedelten diese mit Kaninchen-Chondrozyten in Hydrogelmatrizen und implantierten die Konstrukte subkutan in Nacktmäuse für bis zu acht Wochen. Die Hybrid-Scaffolds zeigten eine verbesserte Zellbesiedlungseffizienz im Vergleich zu reinen PLCL-Scaffolds und führten zu einer verstärkten Akkumulation knorpeliger extrazellulärer Matrix. Die Ergebnisse belegen, dass die Hybridisierung von Hydrogelen mit PLCL-Scaffolds eine biomimetische Umgebung schafft, die das
Cette étude visait à développer des échafaudages hybrides combinant des hydrogels (gel de fibrine et acide hyaluronique) avec des structures en poly(L-lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL) pour améliorer l'ingénierie tissulaire du cartilage. Les chercheurs ont fabriqué des échafaudages PLCL hautement poreux (85% de porosité) qu'ils ont ensemencés avec des chondrocytes de lapin mélangés aux hydrogels, puis implantés sous la peau de souris nudes pendant huit semaines. Les résultats démontrent que l'hybridation améliore significativement l'efficacité d'ensemencement cellulaire et favorise l'accumulation de matrices extracellulaires cartilagineuses par rapport aux échafaudages PLCL seuls. Cette approche hybride permet la formation d'un tissu cartilagineux mature et bien développé en créant un environnement biomimétique qui facilite l'organisation tridimensionnelle des cellules et la croissance tissulaire.
This study investigated how different types of physical activity affect blood levels of cartilage oligomeric matrix protein (COMP), a biomarker of cartilage metabolism, in healthy young men. The researchers tested four conditions on separate days: high-impact running, slow deep knee bends, lymphatic drainage, and rest, measuring COMP levels at 20 time points over 7 hours using blood tests. High-impact running immediately increased COMP levels in the blood, while slow knee bends and lymphatic drainage had no effect, and complete rest actually decreased COMP levels. The findings suggest that only high-impact loading releases COMP fragments from cartilage into the bloodstream, likely reflecting the mechanical stress on joint cartilage during impact activities.
Diese Studie untersuchte, ob verschiedene mechanische Belastungsarten die Serumkonzentration des Knorpel-Oligomeren Matrix-Proteins (COMP) bei gesunden jungen Männern beeinflussen. Die Forscher testeten vier verschiedene Interventionen (hochintensives Lauftraining, langsame tiefe Kniebeugen, Lymphdrainage und Ruhe) und maßen COMP-Werte vor, während und bis zu 7 Stunden nach den Aktivitäten mittels ELISA. Die Ergebnisse zeigten, dass nur das hochintensive Lauftraining zu einem signifikanten sofortigen Anstieg der COMP-Serumwerte führte, während die anderen Interventionen keine Veränderungen bewirkten. Dies deutet darauf hin, dass die COMP-Freisetzung spezifisch von der Art der mechanischen Belastung abhängt und wahrscheinlich durch die Extrusion von COMP-Fragmenten aus dem stoßbelasteten Gelenkknorpel oder der Synovialflüssigkeit verursacht wird.
Cette étude a investigué la relation entre différents modes de sollicitation mécanique et les concentrations sériques de protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse (COMP) chez de jeunes hommes sains. Les chercheurs ont mesuré les niveaux sériques de COMP avant, après et pendant 7 heures suivant quatre interventions distinctes : course à impact élevé, flexions lentes et profondes du genou, drainage lymphatique, et repos complet. Les résultats montrent que seule la course à impact élevé provoque une augmentation significative immédiate de la COMP sérique, tandis que les flexions lentes du genou et le drainage lymphatique n'induisent aucun changement notable. Ces findings suggèrent que l'élévation de la COMP sérique dépend spécifiquement du mode de sollicitation mécanique et reflète probablement l'extrusion de fragments de COMP depuis le cartilage articulaire ou le liquide synovial lors d'activités à fort impact.
This study investigated how focal cartilage defects alter the mechanical strains experienced by surrounding cartilage during knee joint movement. The researchers used bovine knee joint samples (patella and trochlea) under controlled compression and sliding conditions, measuring cartilage deformation with video microscopy in both intact cartilage and cartilage with artificially created full-thickness defects.
The results showed that cartilage defects dramatically altered strain patterns in surrounding areas, with some regions experiencing 2-8 times lower shear strains while others had up to 25 times higher lateral strains compared to intact cartilage. These findings suggest that focal cartilage defects create abnormal mechanical stress concentrations in neighboring healthy cartilage, which may explain how small defects progressively enlarge and contribute to osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen fokaler Knorpeldefekte auf die Deformationsmuster während der patellofemoralen Artikulation. Die Forscher verwendeten bovine Osteochondralblöcke von Trochlea und Patella, die unter Videomikroskopie komprimiert und unter Gleitbewegung getestet wurden, wobei Scherspannungen, axiale und laterale Dehnungen sowohl bei intaktem Knorpel als auch nach Erzeugung eines vollschichtigen Defekts gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten dramatische, regionsspezifische Veränderungen der Dehnungsmuster: In der Nähe des Defekts waren die Scherspannungen 2-8-fach reduziert, während in tieferen Schichten (20% Tiefe) die lateralen Dehnungen um das 10-25-fache erhöht waren. Diese mechanischen Veränderungen könnten erklären, warum sich fokale Knorpeldefekte durch schädigende Dehnungsniveaus in angrenzenden Knorpelregionen während der Kniebewegung aus
Cette étude visait à déterminer les déformations du cartilage à proximité et en regard d'un défaut focal lors de l'articulation patello-fémorale. Les chercheurs ont utilisé des blocs ostéochondraux bovins de la trochlée et de la patella, soumis à une compression de 12% et un glissement sous microscopie vidéo, en comparant le cartilage intact versus avec un défaut trans-pariétal. Les résultats montrent des modifications dramatiques et région-spécifiques des déformations : près de la surface, le cartilage patellaire adjacent au défaut présente des déformations de cisaillement 2-8 fois plus faibles mais des déformations axiales 1,4 fois plus élevées, tandis qu'à 20% de profondeur, les déformations de cisaillement et latérales sont respectivement 2 fois et 10-25 fois plus importantes. Ces altérations mécaniques pourraient expliquer l'extension des défauts focaux par induction de niveaux de contraintes potentiellement dommageables dans les régions cartilagineuses adjacentes.
This study investigated how different loading durations (duty cycles) affect the mechanical properties of tissue-engineered cartilage constructs grown in bioreactors over one month. The researchers compared three loading protocols: intermittent loading (1 hour on/1 hour off for 3 total hours), 3 hours continuous loading, and 6 hours continuous loading, all performed 5 days per week. All loading groups showed improved stiffness (Young's modulus) compared to unloaded controls, but only the continuous 3- and 6-hour protocols significantly enhanced dynamic modulus. The study found that longer continuous loading periods promoted better cartilage matrix formation, including increased collagen types II and IX and cartilage oligomeric matrix protein (COMP), while preventing unwanted fibrous tissue formation around the constructs.
Diese Studie untersuchte, wie unterschiedliche Belastungszyklen (Duty Cycles) die mechanischen Eigenschaften von tissue-engineered Knorpelkonstrukten über einen Monat in Bioreaktorkulturen beeinflussen. Die Forscher testeten drei verschiedene dynamische Belastungsprotokolle: 1h an/1h aus (insgesamt 3h/Tag), 3h kontinuierlich oder 6h kontinuierlich pro Tag, jeweils an 5 Tagen pro Woche. Alle belasteten Gruppen zeigten nach einem Monat signifikante Erhöhungen des Elastizitätsmoduls, jedoch führten nur die kontinuierlichen 3- und 6-Stunden-Protokolle zu signifikanten Verbesserungen des dynamischen Moduls. Die histologische Analyse ergab, dass dynamische Belastung die Expression wichtiger Knorpelproteine (COMP, Kollagen Typ II und IX) steigerte und die Bildung einer fibrösen Kapsel verhinderte, wobei längere Belastungsdauer zu verstärkter Kollagenablagerung führte.
Cette étude examine comment différents cycles de charge mécanique (durée d'application de la contrainte) influencent le développement du cartilage articulaire en ingénierie tissulaire. Les chercheurs ont testé trois protocoles de charge dynamique sur un mois en bioréacteur : 1h ON/1h OFF (3h/jour), 3h continues, ou 6h continues par jour, 5 jours par semaine. Tous les groupes soumis à une charge mécanique ont montré une augmentation significative du module de Young, mais seules les charges continues de 3h et 6h ont amélioré le module dynamique. L'analyse histologique révèle que la charge dynamique augmente la production de COMP et de collagènes de types II et IX, avec des effets proportionnels à la durée de charge, démontrant l'efficacité du préconditionnement mécanique pour optimiser les propriétés fonctionnelles du cartilage artificiel.
This study aimed to evaluate how different radiofrequency energy delivery methods affect cartilage tissue during débridement chondroplasty procedures. The researchers tested three radiofrequency systems (monopolar ablation, bipolar ablation, and non-ablation energy) on damaged cartilage specimens from patients undergoing knee replacement surgery, then analyzed the tissue changes using histological examination. While all three systems successfully removed fibrillated cartilage, the ablation-based systems caused significant collateral damage including tissue death and corruption of healthy cartilage layers, whereas the non-ablation system preserved the cartilage structure and created a smooth surface without killing healthy cells. The findings suggest that non-ablation radiofrequency systems may be superior for cartilage débridement procedures as they achieve the clinical goal while avoiding additional tissue damage that could worsen the cartilage condition.
Diese Studie untersuchte die Gewebeschäden verschiedener Radiofrequenz-Systeme bei der Knorpelglättung (Débridement-Chondroplastik). An Knorpel-Knochen-Proben von Kniepatienten wurden drei verschiedene Radiofrequenz-Energieabgabemethoden getestet: monopolare Ablation, bipolare Ablation und nicht-ablative Energie. Während alle Systeme erfolgreich geschädigtes Knorpelgewebe entfernten, verursachten die ablationsbasierten Geräte erhebliche Kollateralschäden mit Gewebenekrose und Zerstörung der oberflächlichen Knorpelschichten. Das nicht-ablative System hingegen erzeugte eine glatte Gelenkoberfläche ohne Zelltod oder Gewebeschäden, was darauf hinweist, dass diese Technologie eine sicherere Alternative für knorpelerhaltende Eingriffe darstellt.
Cette étude visait à évaluer les effets histomorphologiques de trois systèmes de radiofréquence utilisés pour la chondroplastie de débridement : ablation monopolaire, ablation bipolaire et énergie sans ablation. Les chercheurs ont testé ces dispositifs ex vivo sur des échantillons ostéochondraux présentant une fibrillation de surface, provenant de patients subissant une arthroplastie totale du genou. Bien que tous les systèmes aient réussi à éliminer le cartilage fibrillé, les dispositifs d'ablation ont causé une nécrose tissulaire et des dommages collatéraux aux zones superficielles et transitionnelles du cartilage, tandis que le système sans ablation a préservé la zone superficielle et maintenu la viabilité des chondrocytes. Ces résultats suggèrent que l'utilisation d'un système de radiofréquence sans ablation permet une chondroplastie de débridement efficace tout en préservant l'intégrité du tissu cartilagineux sain.
This randomized, double-blind, placebo-controlled study investigated whether a chicken comb extract (CCE) supplement rich in hyaluronic acid could improve symptoms and cartilage metabolism in 43 patients with mild-to-moderate knee osteoarthritis over 16 weeks. Participants received either 1,800 mg/day of CCE supplement (containing ~60 mg hyaluronic acid) or placebo, with some patients also receiving concurrent exercise therapy. The CCE supplement significantly improved pain and walking function compared to placebo, with benefits most pronounced in patients who also received exercise therapy. Additionally, the supplement appeared to shift cartilage metabolism toward a more favorable balance, with increased collagen synthesis relative to degradation as measured by blood and urine biomarkers.
Diese randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Studie untersuchte die Wirkung einer Nahrungsergänzung mit Hahnenkamm-Extrakt (reich an Hyaluronsäure) auf Schmerzen und Knorpelstoffwechsel bei 40 Patienten mit Kniearthrose über 16 Wochen. Die Probanden erhielten entweder täglich 1.800 mg des aktiven Supplements oder Placebo, wobei die Hälfte zusätzlich Physiotherapie bekam und verschiedene Schmerz-Scores sowie Biomarker für Kollagen-Typ-II-Stoffwechsel gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten signifikante Verbesserungen der Schmerz- und Funktionsparameter in der Supplementgruppe, insbesondere bei Patienten mit begleitender Physiotherapie. Zusätzlich verbesserte sich das Verhältnis von Knorpelaufbau zu Knorpelabbau, was auf einen protektiven Effekt auf den Knorpelstoffwechsel hindeutet.
Cette étude randomisée en double aveugle a évalué l'efficacité d'un complément alimentaire contenant de l'extrait de crête de coq (riche en acide hyaluronique) sur les symptômes et le métabolisme du cartilage chez 43 patients atteints de gonarthrose légère à modérée, avec ou sans kinésithérapie concomitante. Les patients ont reçu pendant 16 semaines soit le complément actif (1800 mg/jour contenant ~60 mg d'acide hyaluronique) soit un placebo, avec évaluation des symptômes (critères JOA, échelles visuelles analogiques) et des biomarqueurs du collagène de type II. Les résultats montrent une amélioration significative de la douleur et de la fonction de marche dans le groupe actif, particulièrement chez les patients bénéficiant de kinésithérapie, ainsi qu'une amélioration du rapport synthèse/dégradation du collagène cartilagineux. Cette supplémentation semble donc efficace pour soulager les symptômes de la gonarthrose et améliorer l'équilibre métabolique du cartilage, sans
This review examines the structure of articular cartilage and approaches for repairing cartilage damage. The authors describe cartilage as a fiber-composite material consisting of type II collagen fibrils that reinforce a highly hydrated proteoglycan gel, with water comprising 70% of the tissue. They explain that cartilage has very limited self-repair capacity, and untreated lesions can progress to osteoarthritis, though autologous chondrocyte transplantation has shown promise for long-term repair of isolated defects. The key finding is that cartilage's unique biomechanical properties—including load distribution and low-friction joint movement—stem from how proteoglycans and collagen structure and retain water within the tissue matrix.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Struktur des Gelenkknorpels und therapeutische Ansätze für dessen Regeneration, da natürliche Selbstheilungskräfte fehlen und unbehandelte Läsionen zur Arthrose führen können. Die Autoren beschreiben den Gelenkknorpel als viskoelastisches Faserkompositmaterial, das aus Typ-II-Kollagenfibrillen und hochhydrierten Proteoglykanen besteht und zu 70% aus Wasser besteht. Als wichtigste Erkenntnis wird hervorgehoben, dass die strukturelle Organisation und Wasserbindung durch Proteoglykane und Kollagen für die außergewöhnliche Druckbelastbarkeit des Gewebes verantwortlich ist. Während autologe Chondrozytentransplantation als bewährte Langzeittherapie für isolierte Läsionen gilt, werden neue effektive Zellquellen benötigt, um die Limitationen der ersten Generation von Zellimplantationen zu überwinden.
Cette revue examine la structure du cartilage articulaire et les approches de régénération face à sa faible capacité d'auto-réparation qui peut conduire à l'arthrose. L'étude décrit les propriétés biomécaniques du cartilage comme un matériau composite visco-élastique, composé principalement de fibres de collagène de type II qui renforcent un gel de protéoglycanes hautement hydraté (70% d'eau). Les auteurs analysent les méthodes de réparation, notamment la transplantation de chondrocytes autologues qui a démontré une efficacité à long terme pour les lésions isolées, tout en soulignant les limitations de la première génération de ces techniques. L'étude met en évidence que la structuration et la rétention de l'eau par les protéoglycanes et le collagène sont essentielles pour la capacité remarquable du tissu à supporter les charges compressives tout en assurant une surface articulaire à faible friction.
This study investigated how repeated blood exposure in joints (haemarthrosis) affects cartilage structure and function using a rabbit model relevant to hemophilic arthropathy. Researchers injected 1 mL of autologous blood into rabbit knee joints twice weekly for four weeks, then measured joint swelling, friction properties (biotribology), and cartilage stiffness (biomechanics) using specialized testing equipment. The results consistently showed that blood exposure damaged cartilage function and increased joint friction compared to untreated control joints. Based on these findings, the authors recommend non-weight bearing and early blood removal from joints following bleeding episodes to minimize cartilage damage.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von experimentell induzierter Hämarthrose auf die biotribologischen und biomechanischen Eigenschaften des Gelenkknorpels im Kaninchenmodell. Die Forscher injizierten über vier Wochen zweimal wöchentlich 1 ml frisches autologes Blut in das linke Kniegelenk von Kaninchen und führten anschließend Reibungstests mittels Pendulum-Friction-Tester sowie biomechanische Indentationstests durch. Die Ergebnisse zeigten konsistent schädliche Auswirkungen des Blutes auf die Gesamtfunktion des Knorpels unter Belastung. Die Autoren empfehlen daher Entlastung und frühzeitige Blutaspiration als therapeutische Maßnahmen nach Hämarthrosen.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer les modifications biotribologiques et biomécaniques du cartilage articulaire après hémarthrose expérimentale chez le lapin. Les chercheurs ont injecté 1 mL de sang autologue dans le genou gauche de lapins deux fois par semaine pendant quatre semaines consécutives, puis ont analysé les propriétés du cartilage à l'aide de tests de friction pendulaire et d'indentation. Les résultats montrent de manière cohérente que l'hémarthrose induit des effets délétères sur l'ensemble des fonctions du cartilage sous contrainte mécanique. L'étude suggère que la mise en décharge et l'aspiration précoce du sang représentent des approches thérapeutiques judicieuses après une hémarthrose.
This study investigated how fluid pressure within cartilage supports loads during daily activities in hip joints with hemiarthroplasty (where only the femoral head is replaced with a metal implant). The researchers used computational modeling to analyze contact mechanics during nine daily activities, focusing on fluid load support mechanisms in the remaining natural acetabular cartilage.
The main findings showed that fluid within the cartilage carried approximately 90% of the load during most activities, which helps protect the solid cartilage matrix from high contact stresses. Peak stresses and fluid pressures typically occurred in the superior and lateral regions of the acetabulum, with fluid load support being highest in central contact areas and lower near cartilage edges where fluid could drain more easily.
Diese Studie untersuchte die Kontaktmechanik und Flüssigkeitsbelastung bei Hemiarthroplastik des Hüftgelenks während verschiedener Alltagsaktivitäten. Mittels biomechanischer Modellierung wurden neun alltägliche Bewegungsabläufe analysiert, wobei der Fokus auf der Rolle der Gelenkflüssigkeit in der zweiphasigen Schmierung lag. Die Ergebnisse zeigten, dass bei den meisten Aktivitäten die höchsten Kontaktspannungen und Flüssigkeitsdrücke im oberen Pfannendach auftraten, während die Flüssigkeitsbelastung insgesamt sehr hoch war (~90%). Diese hohe Flüssigkeitsunterstützung schützt das Knorpelgewebe vor übermäßigen mechanischen Belastungen, wobei die Schutzwirkung von der Belastungsrichtung und -lokalisation abhängt und an den Knorpelrändern aufgrund von Flüssigkeitsdrainage abnimmt.
Cette étude vise à analyser la mécanique de contact et le support de charge fluidique dans l'articulation de la hanche après hémiarthroplastie, où une prothèse fémorale métallique s'articule contre le cartilage acétabulaire naturel. Les chercheurs ont modélisé neuf activités de la vie quotidienne pour examiner les contraintes de contact et les pressions fluidiques dans le cartilage acétabulaire. Les résultats montrent que les contraintes maximales se concentrent dans le dôme supérieur ou le toit latéral de l'acétabulum, avec un support de charge fluidique très élevé (~90%) qui protège efficacement la phase solide du cartilage contre les contraintes excessives. Cependant, ce support fluidique diminue lorsque la zone de contact se rapproche des bords du cartilage où le drainage du fluide est facilité, ce qui pourrait influencer la dégradation cartilagineuse à long terme.
This review examines the relationship between mechanical loading and cartilage health, aiming to understand how mechanical forces influence cartilage maintenance and degradation in arthritis. The authors synthesize existing literature on the mechanisms by which different loading patterns affect cartilage, particularly focusing on the role of inflammatory cytokines (interleukin-1 beta and tumor necrosis factor-alpha) that stimulate cartilage-degrading enzymes (matrix metalloproteinases and aggrecanases). The key findings highlight that moderate mechanical loading preserves cartilage integrity, while both insufficient use (disuse) and excessive loading (overuse) lead to cartilage breakdown characteristic of osteoarthritis and rheumatoid arthritis. The authors conclude that understanding how physiologic joint loading maintains cartilage health could reveal new therapeutic targets for preventing joint disease, especially given that current enzyme inhibitor approaches have not yet succeeded clinically.
Diese Übersichtsarbeit untersucht den Zusammenhang zwischen mechanischer Belastung und Knorpeldegeneration bei Arthritis, mit dem Ziel, neue therapeutische Ansätze zu identifizieren. Die Autoren analysieren die bestehende Literatur zu mechanosensitiven Signalwegen im Gelenkknorpel und deren Rolle bei der Regulation von knorpelabbauenden Enzymen wie Metalloproteinasen (MMPs) und Agrekanasen (ADAMTS). Die Hauptergebnisse zeigen, dass moderate mechanische Belastung die Knorpelintegrität aufrechterhält, während sowohl Unter- als auch Überbelastung zu Knorpelabbau führen können, wobei entzündliche Zytokine wie Interleukin-1β und TNF-α eine zentrale Rolle spielen. Die Identifizierung mechanosensitiver, knorpelschützender Signalwege könnte neue therapeutische Ziele für die Prävention von Knorpelzerstörung bei Gelenkerkrankungen eröffnen.
Cette étude examine le rôle de la charge mécanique dans le maintien de l'intégrité du cartilage articulaire et sa dégradation pathologique. Les auteurs analysent les mécanismes par lesquels la charge mécanique modérée préserve le cartilage, tandis que la sous-utilisation ou la surcharge peuvent conduire à sa dégradation via l'activation de cytokines inflammatoires (IL-1β, TNF-α) et d'enzymes dégradatives (MMP, ADAMTS). Les résultats soulignent que malgré les efforts considérables pour développer des inhibiteurs enzymatiques, aucun traitement clinique efficace n'existe actuellement. L'identification des voies mécanosensibles chondroprotectrices pourrait révéler de nouvelles cibles thérapeutiques pour prévenir la destruction cartilagineuse dans l'arthrose et la polyarthrite rhumatoïde.
This study aimed to develop and evaluate hyaluronan-polyethylene copolymers (HA-co-HDPE) as a novel biomaterial for repairing osteochondral defects in damaged articular cartilage. The researchers fabricated copolymers with varying hyaluronan concentrations (10, 28, and 50 wt.%) and assessed their mechanical properties using dynamic mechanical analysis, while testing biocompatibility and bone-forming potential using bone marrow stromal cells. The materials demonstrated storage moduli ranging from 2.4 to 15.0 MPa at physiological loading frequencies, with mechanical properties significantly influenced by hyaluronan content and crosslinking. The copolymers proved non-toxic to cells and successfully supported mineralization, with calcium and phosphorus deposits forming on the material surface after two weeks of osteogenic cell culture.
Diese Studie entwickelte erstmals Hyaluronan-Polyethylen-Copolymere (HA-co-HDPE) als potentielles Biomaterial für die Reparatur osteochondraler Defekte im Gelenkknorpel. Die Forscher stellten amphiphile Copolymere mit verschiedenen HA-Anteilen (10, 28 und 50 Gew.-%) her und untersuchten deren viskoelastische Eigenschaften mittels dynamisch-mechanischer Analyse sowie die Biokompatibilität mit Knochenmarkstromazellen. Die Speichermoduli der Materialien lagen bei physiologischen Belastungsfrequenzen zwischen 2,4 und 15,0 MPa, wobei der HA-Anteil die viskoelastischen Eigenschaften signifikant beeinflusste. Die Copolymere zeigten keine Zytotoxizität und unterstützten die Mineralisierung durch Knochenmarkstromazellen, was ihre Eignung für orthopädische Anwendungen bestätigt.
Cette étude visait à développer et caractériser des copolymères hyaluronane-polyéthylène (HA-co-HDPE) comme matériaux de remplacement pour la réparation des défauts ostéochondraux du cartilage articulaire. Les chercheurs ont fabriqué des copolymères amphiphiles avec différentes proportions d'HA (10, 28 et 50% en poids) et ont évalué leurs propriétés viscoélastiques par analyse mécanique dynamique, ainsi que leur biocompatibilité et capacité de minéralisation avec des cellules stromales de moelle osseuse. Les résultats montrent que ces matériaux présentent des modules de conservation de 2,4 à 15,0 MPa aux fréquences physiologiques, des propriétés viscoélastiques modulables selon le pourcentage d'HA, une absence de cytotoxicité, et une capacité à supporter la minéralisation osseuse après différenciation ostéogénique. Cette première caractérisation démontre le potentiel prometteur des copolymères HA-co-HDPE pour les applications orthopédiques de réparation cartilagineuse.
This study aimed to determine whether cyclic compressive loading could improve the biological and mechanical properties of tissue-engineered cartilage using human chondrocytes in collagen hydrogels. The researchers seeded chondrocytes from 12 osteoarthritic knee joints into type I collagen hydrogels and applied continuous cyclic compression (0.3 Hz frequency, 10% strain) for 14 days, then analyzed the resulting tissues using histology, gene expression, and biomechanical testing. The main findings showed that mechanical loading increased the collagen II to collagen I gene expression ratio, suggesting better cartilage-like tissue development, though overall biomechanical properties declined in both loaded and control groups. Despite modest effects, the results indicate that mechanical preconditioning can beneficially influence the biological properties of engineered cartilage constructs.
Diese Studie untersuchte, wie zyklische Druckbelastung die Eigenschaften von Kollagen-Hydrogelen mit menschlichen Chondrozyten beeinflusst, um das mechanische Preconditioning für Knorpelersatzverfahren zu optimieren. Chondrozyten aus 12 arthrotischen Kniegelenken wurden in Typ-I-Kollagen-Hydrogele eingebracht und 14 Tage lang kontinuierlicher zyklischer Kompression (0,3 Hz, 10% Dehnung) ausgesetzt, gefolgt von histologischen, genexpressionsanalytischen und biomechanischen Untersuchungen. Die mechanische Stimulation führte zu einer signifikanten Erhöhung des Kollagen-II/Kollagen-I mRNA-Verhältnisses, was auf eine verstärkte chondrogene Differenzierung hindeutet. Obwohl die beobachteten Effekte gering waren, zeigt die Studie das Potenzial des mechanischen Preconditionings zur biologischen Modulation von Knorpel-Tissue-Engineering-Konstrukten auf.
Cette étude visait à évaluer l'effet du préconditionnement mécanique par compression cyclique continue sur les propriétés biologiques et mécaniques d'hydrogels de collagène ensemencés avec des chondrocytes humains. Les chercheurs ont cultivé des chondrocytes issus de 12 genoux arthrosiques dans des hydrogels de collagène de type I sous compression cyclique (0,3 Hz, 10% de déformation) pendant 14 jours, puis ont analysé la morphologie cellulaire, l'expression génique et les propriétés biomécaniques. Les résultats montrent que la stimulation mécanique augmente significativement le ratio d'expression ARNm collagène II/collagène I, bien que les propriétés biomécaniques se détériorent dans les deux conditions de culture. Malgré des effets modestes, cette étude démontre le potentiel du préconditionnement mécanique pour moduler les propriétés biologiques des construits cartilagineux in vitro.
This study investigated whether mechanical compression could improve the properties of tissue-engineered cartilage by testing different strain amplitudes on scaffold-free cartilage constructs made from porcine chondrocytes. The researchers applied three different compression levels (5%, 10%, and 20% strain) using dynamic loading (1 Hz frequency, 3000 cycles daily) for 14 days in a custom bioreactor, then compared mechanical and biochemical properties against unloaded controls. While compression did not affect the biochemical composition (glycosaminoglycan or collagen content), there was a strong positive correlation between compression amplitude and cartilage stiffness, with 20% strain producing the greatest improvement in Young's modulus (241% increase compared to controls). These findings suggest that high-amplitude mechanical preconditioning could be a promising approach to enhance the mechanical competence of tissue-engineered cartilage without requiring longer cultivation periods.
Diese Studie untersuchte, wie unterschiedliche mechanische Belastungsamplituden die Eigenschaften von gerüstfreiem tissue-engineertem Knorpel beeinflussen. Die Forscher kultivierten primäre Schweine-Chondrozyten auf Hydroxyapatit-Trägern und belasteten diese 14 Tage lang mit verschiedenen Kompressionsamplituden (5%, 10%, 20%) in einem speziellen Bioreaktor (3000 Zyklen/Tag, 1 Hz). Obwohl sich die biochemischen Eigenschaften (Glykosaminoglykan- und Kollagengehalt) nicht veränderten, zeigte sich eine deutliche positive Korrelation zwischen Belastungsamplitude und mechanischen Eigenschaften des Knorpels. Die höchste Belastung von 20% führte zu einer beeindruckenden Steigerung des Elastizitätsmoduls um 241% im Vergleich zur unbelasteten Kontrolle, was darauf hindeutet, dass hohe mechanische Vorstimulation ein vielversprechender Ansatz zur Erzeugung mechanisch kompetenten tissue-engineerten
Cette étude a évalué l'influence de différentes amplitudes de contrainte compressive (5%, 10%, et 20%) sur les propriétés mécaniques et biochimiques du cartilage tissulaire sans matrice d'échafaudage. Les chercheurs ont utilisé des chondrocytes porcins primaires cultivés sur des supports d'hydroxyapatite et soumis à une compression dynamique (3000 cycles/jour, 1 Hz) pendant 14 jours dans un bioréacteur personnalisé. Bien qu'aucune différence significative n'ait été observée dans le contenu en glycosaminoglycanes ou en collagène, une corrélation positive forte a été établie entre l'amplitude de compression et le module de Young normalisé (R²=0,59, p<0,001). L'amplitude de compression la plus élevée (20%) a produit l'amélioration la plus importante des propriétés mécaniques, avec une augmentation du module de Young de 241±28% par rapport aux contrôles non chargés.
This review aimed to classify different types of bioreactors used for mechanically stimulating cartilage cells and evaluate how these physical forces affect cell behavior in laboratory settings. The authors conducted a systematic literature search focusing on studies that examined cellular responses of stem cells and cartilage cells (chondrocytes) to various mechanical loading patterns in bioreactor systems. The key findings showed that controlled mechanical loading consistently increases the expression of genes associated with healthy cartilage formation, with uniaxial (single-direction) loading producing selective gene upregulation while multiaxial (multi-direction) loading creates broader patterns of beneficial gene expression. The authors concluded that while current bioreactor systems are valuable tools for understanding cartilage cell responses, more complex loading patterns that better mimic natural joint movement are needed to fully replicate the biological processes that occur in living joints.
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, verschiedene Bioreaktorsysteme zur mechanischen Stimulation von chondrogenen Zellen zu klassifizieren und deren Einfluss auf die zelluläre Antwort zu bewerten. Die Autoren führten eine systematische MEDLINE-Literaturrecherche durch und analysierten Studien zur physikalischen Stimulation von Mesenchymalen Stammzellen und Chondrozyten in verschiedenen Bioreaktorsystemen. Die Ergebnisse zeigen, dass uniaxiale Belastung selektiv chondrogene Gene hochreguliert, während multiaxiale Belastung ein breiteres Spektrum der chondrogenen Genexpression induziert. Die Studie schlussfolgert, dass komplexere Bewegungsmuster erforderlich sind, um die natürlichen in vivo Bedingungen besser nachzuahmen und physiologischere chondrogene Reaktionen zu erzielen.
Cette revue systématique vise à classifier les bioréacteurs de stimulation mécanique et analyser les réponses des cellules chondrogéniques aux différents stimuli physiques appliqués in vitro. Les auteurs ont effectué une recherche MEDLINE ciblée pour examiner les réponses cellulaires aux charges mécaniques spécifiques, en se concentrant sur les cellules souches mésenchymateuses et les chondrocytes. Les résultats montrent que la stimulation mécanique contrôlée augmente l'expression des gènes chondrogéniques, avec une régulation sélective sous charge uniaxiale et une activation plus large sous charge multiaxiale. Les bioréacteurs constituent des outils précieux pour comprendre le comportement des cellules chondrogéniques, mais nécessitent des modèles de mouvement plus complexes pour reproduire fidèlement les conditions physiologiques articulaires.
This study describes the specialized anatomy and function of the labro-acetabular complex at the hip joint rim. The researchers identified that synovial fluid flows in a single direction through this region, powered by bellows-like movements of the zona orbicularis during hip flexion and extension. The study found that hip instability and femoroacetabular impingement are major causes of damage to this complex structure. The authors conclude that effective surgical treatment requires both preserving or reconstructing the labrum and addressing the underlying mechanical problems that caused the initial damage.
Diese Studie untersuchte den labro-acetabulären Komplex als hochspezialisierte Struktur am Hüftpfannenrand, die während eines Lebens mehreren hundert Millionen Belastungszyklen ausgesetzt ist. Die Forschenden identifizierten einen unidirektionalen Synovialflüssigkeitsstrom in dieser Region, der durch blasebalgartige Bewegungen der Zona orbicularis angetrieben wird und von Hüftbeugung und -streckung abhängt. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Hüftinstabilität und femoroacetabuläres Impingement Schäden am Acetabulumrand verursachen können. Für die chirurgische Reparatur werden zwei Ziele empfohlen: die Erhaltung oder Rekonstruktion des Labrums sowie die Behandlung der zugrundeliegenden Ursache der labro-acetabulären Schädigung.
Cette étude examine le complexe labro-acétabulaire de la hanche, une structure hautement spécialisée du rebord acétabulaire qui subit plusieurs centaines de millions de cycles de charge au cours de la vie. Les auteurs ont identifié un flux unidirectionnel de liquide synovial dans cette région, généré par le mouvement de soufflet de la zona orbicularis lors de la flexion-extension de hanche. Les résultats montrent que l'instabilité de hanche et le conflit fémoro-acétabulaire causent des dommages à ce complexe. Les auteurs recommandent une approche chirurgicale à double objectif : préserver ou reconstruire le labrum quand c'est possible, et traiter la cause précipitante des lésions labro-acétabulaires.
This study investigated how mechanical forces and tissue origin control the formation of secondary cartilage, which develops at joints, sutures, and muscle attachment sites (entheses) to facilitate skeletal movement. The researchers used duck and quail embryos as models, employing neural crest cell transplantation to create chimeric "quck" embryos, muscle paralysis experiments, and ion channel blocking to modify mechanical environments. Key findings revealed that secondary cartilage at muscle attachment sites requires different formation mechanisms than cartilage at joints - enthesis cartilage depends on muscle-generated mechanical forces and is controlled by neural crest cell patterning, while joint cartilage relies more on stretch-activated ion channels for proper development. The study demonstrates that neural crest cells regulate both the anatomical patterns that determine mechanical loading and the molecular responses necessary for species-specific secondary cartilage formation.
Diese Studie untersuchte die mesenchymalen und mechanischen Mechanismen der sekundären Knorpelbildung am Beispiel der Kiefermuskel-Ansatzstellen (Enthesen) bei Enten und Wachteln. Die Forschenden verwendeten zwei experimentelle Ansätze: Transplantation von Neuralleisten-Mesenchym zwischen den Vogelarten zur Erzeugung von Chimären sowie mechanische Manipulation durch Muskellähmung und Blockierung mechanosensitiver Ionenkanäle in Embryonen. Die Ergebnisse zeigten, dass Muskellähmung die sekundäre Knorpelbildung an Enthesen verhindert, während die Blockierung von Ionenkanälen spezifisch die sekundäre Knorpelbildung an Gelenken beeinflusst, was auf unterschiedliche Regulationsmechanismen hinweist. Die Studie demonstriert, dass das Neuralleisten-Mesenchym sowohl die muskuloskelettale Musterbildung als auch die mechanischen Kräfte steuert, die für die entwicklungs- und evolutionsbedingte Kontrolle der sekundären
Cette étude vise à élucider les mécanismes mésenchymateux et mécaniques responsables de l'induction du cartilage secondaire, en utilisant comme modèle les différences entre canards et cailles dans la formation de cartilage au niveau des enthèses des muscles adducteurs mandibulaires. Les chercheurs ont employé deux approches expérimentales : des transplantations de mésenchyme de crête neurale entre espèces créant des chimères "quck", et des modifications de l'environnement mécanique par paralysie musculaire ou blocage des canaux ioniques mécanosensibles. Les résultats démontrent que la paralysie musculaire inhibe la formation du cartilage secondaire des enthèses, tandis que le blocage des canaux ioniques n'affecte pas ce cartilage mais provoque une ossification ectopique au niveau articulaire, révélant des mécanismes distincts selon la localisation. L'étude conclut que le mésenchyme de crête neurale module à la fois les forces mécaniques et les signaux moléculaires nécessaires au contrôle de la formation du cartilage secondaire durant le développement.
This study aimed to develop a scaffold-free method for creating cartilage replacement tissue by applying mechanical forces to cultured cartilage cells (chondrocytes) during their growth phase. The researchers used a specialized bioreactor system to apply hydrostatic pressure to high-density suspension cultures of unpassaged chondrocytes, allowing the cells to naturally aggregate without any foreign materials or scaffolds. The key finding was that physiologically relevant hydrostatic loading significantly increased the expression of important cartilage genes, including collagen and aggrecan, resulting in a biomaterial that closely resembled natural hyaline cartilage. This scaffold-free approach represents a promising advancement in cartilage tissue engineering with potential clinical applications for cartilage repair.
Diese Studie zielte darauf ab, ein gerüstfreies Knorpelersatzmaterial durch selbst-aggregierende Suspensionskultur von Chondrozyten mit mechanischer Vorkonditionierung zu entwickeln. Die Forscher verwendeten ein spezielles hydrostatisches Druckbioreaktorsystem, um während der Wachstumsphase physiologisch relevante mechanische Kräfte auf hochdichte Chondrozytenkulturen anzuwenden. Die mechanische Belastung führte zu einer signifikanten Erhöhung der Genexpression wichtiger Knorpelmoleküle wie Kollagen und Aggrecan sowie weiterer knorpelrelevanter Gene. Das entwickelte Biomaterial zeigte ohne Zusatz von Fremdmaterialien viele Eigenschaften des nativen hyalinen Knorpels und stellt somit einen vielversprechenden methodischen Fortschritt im Knorpel-Tissue-Engineering dar.
Cette étude visait à développer un modèle de culture cellulaire sans scaffold pour générer des analogues de tissu cartilagineux en appliquant un préconditionnement mécanique. Les chercheurs ont utilisé un système de bioréacteur à pression hydrostatique pour appliquer des forces mécaniques physiologiques sur des chondrocytes non-passagés cultivés en suspension auto-agrégative haute densité. Les résultats montrent que la charge hydrostatique augmente significativement l'expression génique de molécules clés du cartilage (collagène, aggrécan, CD44, perlécan, décorin, COMP et iNOS), produisant un biomatériau aux caractéristiques phénotypiques similaires au cartilage hyalin natif. Cette approche sans scaffold représente une avancée méthodologique prometteuse en ingénierie tissulaire du cartilage avec des applications translationnelles potentielles pour la réparation cartilagineuse.
This comprehensive review aims to synthesize current knowledge of spinal facet joint biomechanics and mechanotransduction across normal, injured, and degenerative conditions. The authors examined experimental, computational, and clinical studies focusing on the anatomy, biomechanics, and physiological responses of facet joint tissues (cartilage, ligaments, and bone) from tissue-level down to cellular scales. The review highlights that while facet joints are crucial for spinal load transfer and motion guidance, they have received less research attention compared to intervertebral discs, despite their importance in spinal dysfunction following injury, degeneration, or surgical intervention. The findings emphasize that understanding mechanotransduction pathways in facet joint tissues is essential for comprehending how mechanical loading affects spinal health and disease progression.
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, eine umfassende Analyse der Biomechanik und Mechanotransduktion der Wirbelsäulenfacettengelenke unter normalen, verletzten und degenerativen Bedingungen zu präsentieren. Die Autoren fassen experimentelle, computergestützte und klinische Studien zusammen, die die anatomischen, biomechanischen und physiologischen Eigenschaften der Facettengelenke sowie die Mechanotransduktionswege in Knorpel, Bändern und Knochen auf verschiedenen Größenskalen untersuchen. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Facettengelenke eine entscheidende Rolle bei der Lastübertragung und Bewegungsführung der Wirbelsäule spielen, wobei ihre mechanischen Eigenschaften sowohl die normale Funktion gewährleisten als auch bei Verletzungen oder Degenerationen zu Dysfunktionen führen können. Die Studie hebt hervor, dass moderne chirurgische Eingriffe wie Bandscheibenreparaturen die Facettengelenkfunktion beeinflussen können, was die Bedeutung eines umfassenden
Cette revue vise à présenter une synthèse complète des connaissances sur la biomécanique des articulations facettaires vertébrales et leurs réponses adaptatives dans des conditions normales, pathologiques et post-chirurgicales. Les auteurs analysent l'anatomie et la biomécanique des facettes articulaires cervicales et lombaires en combinant données expérimentales et modélisations computationnelles, tout en examinant les voies de mécanotransduction dans le cartilage, les ligaments et l'os à différentes échelles. L'étude démontre que les articulations facettaires, bien que longtemps négligées par rapport aux disques intervertébraux, jouent un rôle biomécanique crucial dans la transmission des charges et le guidage des mouvements spinaux. Cette compréhension est essentielle pour optimiser les interventions chirurgicales modernes comme la réparation discale, qui peuvent impacter significativement la fonction facettaire.
This study investigated how chondrocytes (cartilage cells) respond to mechanical loading through calcium signaling while remaining in their natural cartilage environment. The researchers used real-time calcium imaging to monitor intracellular calcium changes in chondrocytes within intact cartilage tissue during dynamic mechanical loading at different temperatures (21°C and 37°C). The key findings showed that calcium responses were stronger and shorter-lasting at body temperature (37°C), occurred more frequently during active loading phases, and were virtually instantaneous compared to the delayed responses seen in isolated cells grown in artificial gels. These results suggest that the natural extracellular matrix environment plays a crucial role in how cartilage cells sense and respond to mechanical forces, which may be lost when studying isolated cells in laboratory conditions.
Diese Studie untersuchte die mechanisch induzierte Kalziumsignalgebung in Chondrozyten direkt in ihrer natürlichen Knorpelumgebung, um die Mechanotransduktion besser zu verstehen. Die Forscher verwendeten eine Echtzeitaufzeichnung von Kalziumsignalen während dynamischer Belastung bei verschiedenen Temperaturen, wobei die Zell-Matrix-Interaktionen vollständig erhalten blieben. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Kalziumsignale bei 37°C stärker und kürzer waren als bei 21°C, und dass die Signalgebung in situ praktisch sofort auf mechanische Belastung reagierte – im Gegensatz zur verzögerten Antwort isolierter Chondrozyten in Agarosegel. Diese Unterschiede zwischen in situ und in vitro Bedingungen verdeutlichen die entscheidende Rolle der extrazellulären Matrix für die Mechanotransduktion im intakten Knorpel.
Cette étude visait à analyser la signalisation calcique mécaniquement induite chez les chondrocytes dans leur environnement natif du cartilage articulaire, contrairement aux approches traditionnelles utilisant des cellules isolées. Les chercheurs ont utilisé un enregistrement en temps réel continu de la concentration intracellulaire en calcium lors de sollicitations mécaniques dynamiques à différentes températures (21°C et 37°C). Les résultats montrent que les signaux calciques sont plus intenses et de durée plus courte à 37°C, avec une réponse quasi-instantanée lors du chargement dynamique in situ, contrairement au délai observé chez les cellules isolées en gel d'agarose. Ces différences soulignent le rôle crucial de la matrice extracellulaire dans les voies de mécanotransduction du cartilage intact.
This review examines the development of hydrogel-based scaffolds for cartilage tissue engineering, using hyaluronic acid as a primary example. The authors analyze current approaches that combine cells (chondrocytes or stem cells) with hydrogel scaffolds, growth factors, and bioreactors to regenerate damaged cartilage tissue. They review how hydrogel systems have been optimized for key properties including nutrient diffusion, matrix connectivity, controlled degradation, and mechanical loading to enhance cartilage formation. Despite significant advances in material design, the review concludes that achieving the complex mechanical properties and biochemical composition of native cartilage remains a major challenge in the field.
Diese Übersichtsarbeit untersucht das Design von Hydrogelen für die Knorpel-Tissue-Engineering, wobei Hyaluronsäure als Fallbeispiel dient. Die Autoren analysieren systematisch die Fortschritte bei der Materialentwicklung für die Knorpelregeneration, einschließlich der Optimierung von Nährstoffdiffusion, Matrixkonnektivität, Abbauverhalten und mechanischer Belastbarkeit von Hydrogel-Systemen. Trotz vielversprechender Fortschritte in der Kombination von Zellen, Gerüstmaterialien und Wachstumsfaktoren konnten die komplexen mechanischen Eigenschaften und die biochemische Zusammensetzung von nativem Knorpel noch nicht erreicht werden. Die Studie schlussfolgert, dass die Entwicklung funktionsfähiger Knorpelersatzgewebe weiterhin eine bedeutende wissenschaftliche Herausforderung darstellt und schlägt zukünftige Forschungsrichtungen vor.
Cette étude vise à examiner les approches d'ingénierie tissulaire pour la régénération du cartilage articulaire, en se concentrant particulièrement sur l'utilisation d'hydrogels d'acide hyaluronique. Les auteurs analysent les différentes stratégies développées combinant cellules (chondrocytes ou cellules souches), biomatériaux (hydrogels, éponges, matrices), facteurs de croissance et bioréacteurs pour optimiser la diffusion des nutriments, la dégradation contrôlée et les propriétés mécaniques. Malgré les avancées prometteuses dans l'optimisation de ces systèmes, les résultats montrent que les propriétés mécaniques complexes et la composition biochimique du cartilage natif n'ont pas encore été reproduites avec succès. Cette revue souligne que l'ingénierie du tissu cartilagineux reste un défi majeur nécessitant de nouvelles orientations de recherche.
This study aimed to develop a computationally efficient knee model that combines muscle force simulations with detailed cartilage contact mechanics prediction. The researchers created a subject-specific multibody knee model representing tibial cartilage as discrete rigid bodies with deformable contact properties, using three different methods to derive contact parameters: Hertzian contact theory, elastic foundation theory, and finite element optimization.
The model was tested during simulated walking and validated against experimental knee motion data. Key findings showed that contact stiffness parameters significantly affected predicted contact pressures and most knee motions (except flexion-extension), while friction primarily influenced rotational movements and side-to-side translation. Although the model produced relatively small differences in knee kinematics compared to experimental data, contact pressure predictions were highly sensitive to the chosen modeling approach, and the multibody model ran 283 times faster than equivalent finite element simulations.
Diese Studie zielte darauf ab, ein rechnerisch effizientes Multikörper-Kniemodell zu entwickeln, das diskrete Knorpelrepräsentation mit der Vorhersage von Kontaktmechanik kombiniert. Die Forscher modellierten den Tibiaplateauknorpel als diskrete starre Körper mit verformbaren Kontakten zum Femur und verwendeten drei verschiedene Ansätze zur Parameterbestimmung (Hertz'sche Kontakttheorie, elastische Fundamenttheorie und Finite-Element-Optimierung). Die Ergebnisse zeigten, dass die Kontaktsteifigkeitsparameter sowohl die Kontaktdrücke als auch die meisten tibiofemoralen Bewegungen (außer Flexion-Extension) statistisch signifikant beeinflussten, während die Kontaktreibung hauptsächlich auf Translation und Rotation wirkte. Das entwickelte Modell war 283-mal schneller als entsprechende Finite-Element-Simulationen und bietet somit eine praktikable Alternative für die Analyse von Knorpelbelastungen in muskuloskelettalen Simulationen.
Cette étude vise à développer un modèle multicorps spécifique au patient du genou intégrant une représentation discrète du cartilage pour prédire la mécanique de contact tibio-fémorale lors de simulations musculosquelettiques. Les chercheurs ont modélisé le cartilage du plateau tibial comme des corps rigides discrets interagissant avec le fémur via des contacts déformables, en comparant trois méthodes de calibration des paramètres de contact (théorie de Hertz, théorie de fondation élastique, et optimisation par éléments finis). Les résultats montrent que les paramètres de rigidité de contact influencent significativement les pressions de contact et la plupart des mouvements tibio-fémoraux, tandis que la friction affecte principalement les translations médio-latérales et les rotations. Le modèle développé s'avère computationnellement efficace avec un temps de calcul 283 fois plus rapide qu'une simulation par éléments finis équivalente, tout en conservant une sensibilité appropriée aux formulations du modèle pour les prédictions de pression de contact.
This study investigated how dynamic compressive loading affects human mesenchymal stem cells (MSCs) grown in hyaluronic acid hydrogels for cartilage tissue engineering applications. The researchers cultured MSC-laden hydrogels for 70 days with different cell densities (20 vs 60 million cells/mL) and compared constructs subjected to mechanical loading versus those left unloaded. Dynamic compression significantly enhanced the mechanical properties and cartilage matrix content (glycosaminoglycans and collagen) of the constructs, with effects being more pronounced at higher cell densities and promoted more uniform matrix distribution throughout the hydrogels. Additionally, mechanical loading suppressed hypertrophic differentiation - an undesirable process where cartilage cells mature into bone-forming cells - helping maintain the desired cartilage phenotype for potential clinical applications.
Diese Studie untersuchte die Wirkung dynamischer Kompressionsbelastung auf die Knorpelbildung humaner mesenchymaler Stammzellen (hMSCs) in Hyaluronsäure-Hydrogelen über 70 Tage Kultivierung. Die Forscher verwendeten verschiedene Zelldichten (20 und 60 Millionen Zellen/ml) und analysierten mechanische Eigenschaften, Matrixsynthese sowie Hypertrophie-Marker der entstehenden Konstrukte. Die dynamische Belastung verbesserte signifikant die mechanischen Eigenschaften und erhöhte den Gehalt an Glykosaminoglykanen und Kollagen, wobei der Effekt bei höherer Zelldichte ausgeprägter war und zu einer gleichmäßigeren räumlichen Verteilung der Knorpelmatrix führte. Zusätzlich unterdrückte die mechanische Belastung erfolgreich die Expression hypertrophischer Marker und reduzierte die Verkalkung, was für die stammzellbasierte Knorpeltherapie von großer Bedeutung ist.
Cette étude a évalué l'effet de la compression dynamique sur la chondrogenèse de cellules souches mésenchymateuses humaines (CSMh) encapsulées dans des hydrogels d'acide hyaluronique pendant 70 jours de culture. Les chercheurs ont testé différentes densités cellulaires (20 et 60 millions de CSMh/mL) et analysé les propriétés mécaniques, la production de matrice cartilagineuse et les marqueurs d'hypertrophie. La compression dynamique a significativement amélioré les propriétés mécaniques et augmenté le contenu en glycosaminoglycanes et collagène, avec une distribution spatiale plus uniforme de la matrice cartilagineuse, particulièrement pour les constructions à haute densité cellulaire. De plus, la stimulation mécanique a réduit l'expression des marqueurs hypertrophiques et supprimé la calcification, suggérant son potentiel thérapeutique pour maintenir le phénotype cartilagineux dans la réparation du cartilage basée sur les cellules souches.
This review aims to examine how mechanical forces influence cartilage health and disease progression in osteoarthritis, with the goal of identifying new therapeutic targets. The authors analyzed existing research from animal studies and 3D laboratory models to understand how different types of mechanical loading and inflammatory signals affect cartilage cell function and matrix production. The key finding is that moderate, physiological mechanical loading helps maintain healthy cartilage with low matrix turnover, while abnormal mechanical forces promote cartilage damage and degeneration. The review concludes that better understanding of these protective mechanical pathways could lead to novel osteoarthritis treatments, addressing the current lack of disease-modifying therapies.
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, den biomechanischen Einfluss auf die Knorpelhomöostase bei Gesundheit und Krankheit zu untersuchen, um neue Therapieansätze für Osteoarthritis zu identifizieren. Die Autoren analysierten verschiedene experimentelle Modelle (Tierversuche und 3D-in-vitro-Modelle), die den Einfluss mechanischer Stimuli und Entzündungsmediatoren auf Signalübertragungswege im Knorpel untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass moderate mechanische Belastung die Knorpelintegrität bei geringem Matrixumsatz erhält, während unphysiologische mechanische Signale zu verstärkten Knorpelschäden und degenerativen Veränderungen führen. Die Identifizierung chondroprotektiver Signalwege soll neue therapeutische Zielstrukturen für die Osteoarthritis-Behandlung aufzeigen.
Cette revue examine l'influence biomécanique sur l'homéostasie du cartilage dans le contexte de l'arthrose, visant à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour cette pathologie dégénérative. Les auteurs analysent les voies de signalisation régulées par différents régimes de charge compressive et les signaux inflammatoires à travers des modèles animaux et in vitro en 3D. Les résultats montrent que la charge mécanique modérée maintient l'intégrité cartilagineuse avec un faible renouvellement matriciel, tandis que les stimuli mécaniques non-physiologiques sont associés à des dommages cartilagineux et des changements dégénératifs. L'identification de ces voies chondroprotectrices pourrait révéler de nouvelles approches thérapeutiques pour traiter l'arthrose de manière plus efficace.
This study investigated how microRNA-145 (miR-145) regulates SOX9, a master transcription factor essential for cartilage function in human chondrocytes. The researchers used human articular chondrocytes to examine the direct interaction between miR-145 and SOX9, analyzing gene expression changes when miR-145 levels were modified. They found that miR-145 directly suppresses SOX9 expression by binding to a specific site in its messenger RNA, and this binding site is unique to humans (not found in mice). When miR-145 levels increased, it led to reduced production of key cartilage matrix components (collagen II and aggrecan) and increased markers associated with cartilage breakdown and osteoarthritis, suggesting miR-145 could be a potential therapeutic target for cartilage repair strategies.
Diese Studie untersuchte die Regulation des Knorpel-Masterregulators SOX9 durch microRNA-145 (miR-145) in menschlichen Gelenkknorpelzellen. Die Forschenden verwendeten humane artikuläre Chondrozyten und analysierten die direkte Bindung von miR-145 an SOX9 sowie die resultierenden Veränderungen der Genexpression und des Zellphänotyps. Die Ergebnisse zeigen, dass miR-145 SOX9 über eine spezifische Bindungsstelle direkt hemmt, was zu einer reduzierten Expression wichtiger Knorpelmatrix-Gene (COL2A1, Aggrecan) und zu einer Hochregulation von Markern führt, die charakteristisch für Osteoarthritis sind (RUNX2, MMP13). Die Autoren schlagen miR-145 als wichtigen Regulator der Chondrozytenfunktion und als potentielles therapeutisches Ziel für die Knorpelreparatur vor.
**Résumé :**
Cette étude visait à identifier les mécanismes de régulation de SOX9, le facteur de transcription maître contrôlant la synthèse de la matrice cartilagineuse. Les chercheurs ont utilisé des chondrocytes articulaires humains sains pour analyser l'interaction entre le microARN-145 (miR-145) et SOX9, notamment par modulation des niveaux de miR-145 et analyse de l'expression génique. Les résultats démontrent que miR-145 inhibe directement l'expression de SOX9 via un site de liaison spécifique dans sa région 3'-UTR, non conservé chez la souris. L'augmentation des niveaux de miR-145 entraîne une réduction drastique de l'expression des gènes de la matrice cartilagineuse (COL2A1, aggrécan) et une augmentation des marqueurs hypertrophiques (RUNX2, MMP13), suggérant un rôle potentiel de miR-145 dans la pathogenèse de l'arthrose et comme cible thérapeutique pour la réparation cartilagineuse.
This review examines how mechanical loading helps maintain cartilage health and prevent degradation in osteoarthritis (OA). The authors synthesized recent research on mechanotransduction pathways in articular joints, focusing on how physical forces are converted into cellular responses that affect cartilage breakdown enzymes. The key finding is that moderate mechanical loading (exercise) provides joint protection by reducing the activity of matrix metalloproteinases (MMPs) and aggrecanases (ADAMTS) - the enzymes responsible for cartilage destruction in OA. While clinical trials show exercise benefits for OA patients through improved pain and function, the authors highlight that the specific molecular mechanisms by which mechanical forces protect cartilage remain poorly understood and require further investigation.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die molekularen Mechanismen der Mechanotransduktion im Gelenkknorpel und deren Rolle bei der Erhaltung der Knorpelintegrität in der Osteoarthritis. Die Autoren analysieren experimentelle Studien und klinische Untersuchungen, die zeigen, wie physiologische Gelenkbelastung durch moderate Bewegung die Produktion knorpelabbauender Enzyme (MMPs und ADAMTS) hemmt. Die Hauptergebnisse belegen, dass kontrollierte mechanische Belastung einen protektiven Effekt auf arthritische Gelenke ausübt und sowohl Schmerzen als auch die Gelenkfunktion verbessert. Die Arbeit hebt hervor, dass trotz des bekannten therapeutischen Nutzens von Bewegung die zugrundeliegenden molekularen Signalwege der Mechanotransduktion noch nicht vollständig verstanden sind.
Cette revue examine les mécanismes de mécanotransduction responsables du maintien de l'intégrité du cartilage articulaire, particulièrement dans la prévention de la dégradation cartilagineuse lors d'arthrose. Les auteurs analysent la littérature récente sur les voies moléculaires et les médiateurs impliqués dans la réponse du cartilage aux contraintes mécaniques physiologiques. Les résultats montrent que la charge mécanique modérée exerce des effets bénéfiques en régulant à la baisse la production de métalloprotéases matricielles (MMPs) and d'aggrécanases (ADAMTS), enzymes responsables de la dégradation de la matrice extracellulaire du cartilage. Cette approche non-pharmacologique représente une stratégie prometteuse pour améliorer la fonction articulaire, bien que les mécanismes moléculaires précis restent encore mal compris.
This study investigated how the acetabular labrum contributes to maintaining low friction in hip joints by measuring changes in joint mechanics after labrum removal. The researchers tested five cadaveric hips without arthritis or impingement, measuring resistance to rotation (which reflects cartilage friction) under various loading conditions (0.5-3 times body weight) in intact joints, after partial labrum removal, and after complete removal. The results showed that resistance to rotation significantly increased after focal labrum removal at moderate to high loads (1-3 times body weight) and after complete removal at all load levels. These findings suggest the labrum plays a crucial role in joint lubrication by sealing the joint and preventing fluid loss, and that even partial labrum damage may increase friction and potentially contribute to cartilage degeneration and osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte die Rolle des Acetabulumlabrums bei der Aufrechterhaltung einer reibungsarmen Umgebung im Hüftgelenk. An fünf kadaverischen Hüftgelenken ohne Arthrose wurde der Rotationswiderstand als Maß für die Knorpelreibung unter verschiedenen Belastungen (0,5-3-faches Körpergewicht) vor und nach fokaler sowie kompletter Labrumentfernung gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass bereits eine fokale Labrektomie bei 1-3-fachem Körpergewicht und eine komplette Labrektomie bei allen Belastungsstufen zu signifikant erhöhter Gelenkreibung führte. Das Acetabulumlabrum scheint durch seine Dichtungsfunktion entscheidend zur Aufrechterhaltung der Gelenkschmierung beizutragen, wobei selbst partielle Verletzungen die Gelenkreibung erhöhen und möglicherweise zur Arthroseentwicklung beitragen können.
Cette étude visait à comprendre le rôle du labrum acétabulaire dans le maintien d'un environnement de faible friction dans l'articulation de la hanche. Les chercheurs ont mesuré la résistance à la rotation (RTR) de cinq hanches cadavériques saines sous charges cycliques de 0,5 à 3 fois le poids corporel, avant et après labrectomie focale puis complète. Les résultats montrent une augmentation significative de la friction du cartilage articulaire après labrectomie focale (charges de 1-3 fois le poids corporel) et après labrectomie complète (tous niveaux de charge). Cette étude démontre que le labrum acétabulaire maintient un environnement de faible friction, probablement par son effet d'étanchéité empêchant l'exsudation du liquide synovial, et suggère qu'une labrectomie même focale pourrait favoriser le développement d'arthrose par augmentation de la friction articulaire.
This study evaluated whether a chemically modified hyaluronic acid with amphiphilic properties (having both water-loving and water-repelling components) could improve cartilage lubrication compared to natural synovial fluid. The researchers conducted friction tests on bovine cartilage using two different conditions: migrating contact (simulating normal joint movement) and static contact (simulating sustained loading that may cause wear). Under normal movement conditions, the modified hyaluronic acid performed equally well as natural synovial fluid, with both significantly outperforming the control solution. However, under sustained loading conditions that potentially cause cartilage damage, the amphiphilic hyaluronic acid showed superior lubrication properties, reducing friction by nearly 3 times compared to synovial fluid and 5 times compared to the control.
Diese Studie untersuchte die Schmierwirkung eines chemisch modifizierten, amphiphilen Hyaluronsäure-Derivats auf Gelenkknorpel als potenzielle Therapie für Osteoarthritis. Die Forscher führten In-vitro-Reibungstests mit wandernden und statischen Kontaktflächen an Rinderknorpel durch und verglichen dabei das neue Hyaluronsäure-Derivat, natürliche Synovialflüssigkeit und eine Kontrolllösung. Bei gesundem Knorpel unter Bewegung zeigte das amphiphile Hyaluronsäure-Derivat eine gleichwertige Schmierwirkung wie natürliche Synovialflüssigkeit, während es unter statischen Belastungsbedingungen einen 2,8-fach niedrigeren Reibungskoeffizienten als Synovialflüssigkeit aufwies. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese modifizierte Hyaluronsäure eine vielversprechende therapeutische Option für die Viscosupplementation darstellt, insbesondere unter Bedingungen, die mit Knorpelverschl
Cette étude évalue l'efficacité lubrifiante d'un dérivé amphiphile d'acide hyaluronique conçu pour améliorer l'adhésion à la surface du cartilage et optimiser la lubrification articulaire. Les chercheurs ont réalisé des tests de friction in vitro sur cartilage articulaire bovin en comparant ce dérivé modifié, du liquide synovial sain et une solution saline témoin, dans des conditions de contact migrant et statique.
Les résultats montrent qu'aucune différence significative n'existe entre les trois lubrifants lors du test en contact migrant (articulation normale), mais l'acide hyaluronique amphiphile présente un coefficient de friction 2,8 fois inférieur au liquide synovial et 5 fois inférieur au témoin lors du test en contact statique. Cette modification chimique offre donc une lubrification équivalente au liquide synovial en conditions normales et supérieure dans les conditions de charge potentiellement associées à l'usure cartilagineuse.
This study describes methods to analyze aggrecan breakdown in cartilage and intervertebral discs using antibody-based techniques. The researchers used immunoblotting and immunohistochemistry with antibodies that recognize different regions of aggrecan and the specific fragments created when enzymes cut the protein. Their findings show that two main enzyme families - matrix metalloproteinases (MMPs) and aggrecanases (ADAMTS enzymes) - are responsible for aggrecan degradation in both normal aging and joint diseases. These techniques allow researchers to measure how much aggrecan has been broken down, identify the specific degradation products present, and pinpoint where in the tissue this breakdown is occurring.
Diese Studie zielte darauf ab, den Abbau von Aggrecan - einem essentiellen Proteoglykan für die Druckbelastbarkeit von Gelenkknorpel und Bandscheiben - mittels spezifischer Antikörper zu analysieren. Die Forschenden verwendeten Immunoblotting-Techniken zur quantitativen Bestimmung von Aggrecan-Abbauprodukten und Immunhistochemie zur räumlichen Lokalisation der Degradationsprozesse im Gewebe. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl Matrixmetalloproteinasen als auch Agrecanasen (ADAMTS-Familie) für den physiologischen und pathologischen Aggrecan-Abbau verantwortlich sind, wobei sich dieser Prozess bei degenerativen und entzündlichen Gelenkerkrankungen verstärkt. Diese methodischen Ansätze ermöglichen es, das Ausmaß der Aggrecan-Degradation zu quantifizieren und die Akkumulation spezifischer Abbauprodukte im Gewebe nachzuweisen.
Cette étude présente des méthodes d'analyse de la dégradation de l'agrécane, protéoglycane essentiel au cartilage articulaire et aux disques intervertébraux pour résister aux charges de compression. Les chercheurs utilisent des anticorps spécifiques reconnaissant différentes régions de l'agrécane et les néoépitopes générés par clivage protéolytique, analysés par immunoblot et immunohistochimie. Les résultats démontrent que les métalloprotéases matricielles et les aggrécanases (famille ADAMTS) sont responsables de la dégradation de l'agrécane, tant au cours du vieillissement normal que dans les pathologies articulaires dégénératives ou inflammatoires. Ces techniques permettent de quantifier l'étendue de la dégradation, d'identifier les produits de dégradation accumulés dans les tissus et de localiser précisément les sites de dégradation.
This study investigated how different mechanical loading conditions affect the surface properties of tissue-engineered cartilage constructs. Researchers cultured bovine chondrocytes in polyurethane scaffolds under three conditions: no loading, compression only, or compression combined with sliding motion, then analyzed surface properties using atomic force microscopy (AFM) and immunohistochemistry. The key finding was that constructs subjected to sliding motion exhibited the lowest friction coefficient, highest surface stiffness, and specific production of lubricin (a key lubricating protein) at the surface. These results suggest that incorporating sliding motion into bioreactor systems may be crucial for developing tissue-engineered cartilage with functional surface properties similar to native articular cartilage.
Diese Studie untersuchte, wie verschiedene mechanische Stimulationsarten die Oberflächeneigenschaften von tissue-engineered Knorpel beeinflussen. Rindochondrozyten wurden in Polyurethan-Scaffolds kultiviert und entweder nur dynamischer Kompression oder zusätzlich gleitenden Oberflächenbewegungen ausgesetzt, wobei die resultierenden Konstrukte mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Immunhistochemie analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass gleitende Stimulation zu niedrigeren Reibungskoeffizienten, höherer Mikro- und Nanosteifigkeit sowie spezifischer Lubricin-Expression an der Oberfläche führte. Die Studie demonstriert, dass biomechanische Gleitstimuli die Entwicklung funktionell kompetenter Knorpeloberflächen fördern und stellt AFM-basierte Analysemethoden zur quantitativen Bewertung von Knorpeloberflächenqualität vor.
Cette étude visait à évaluer l'impact de différents types de stimulation mécanique sur les propriétés de surface du cartilage d'ingénierie tissulaire. Les chercheurs ont cultivé des chondrocytes bovins dans des échafaudages de polyuréthane sous trois conditions : sans charge, avec compression dynamique seule, ou avec compression combinée à un mouvement de glissement, puis ont analysé les surfaces par microscopie à force atomique (AFM) et immunohistochimie. Les résultats montrent que la stimulation par mouvement de glissement produit des surfaces avec le coefficient de friction le plus faible et la rigidité la plus élevée, accompagnées d'une expression spécifique de lubricine en surface. Cette approche démontre que les stimuli biomécaniques de type glissement favorisent la génération de surfaces articulaires fonctionnelles et offrent une méthode quantitative AFM pour évaluer la qualité des greffons cartilagineux.
This study developed a novel 3D culture system to grow human articular chondrocytes in high concentrations of synovial fluid (up to 100%) for cartilage tissue engineering applications. The researchers overcame the technical challenge of synovial fluid's high viscosity to maintain chondrocytes in a 3D environment for 21 days, mimicking the natural joint conditions more accurately than traditional artificial culture media. The system successfully demonstrated the feasibility of culturing human chondrocytes in their native synovial fluid environment, which contains important growth factors, nutrients, and signaling molecules naturally present in joints. This platform offers potential for advancing cartilage regeneration research and developing new therapeutic approaches for osteoarthritis by providing a more physiologically relevant testing environment.
Diese Studie entwickelte ein 3D-Kultivierungssystem für humane Gelenkknorpelzellen (Chondrozyten) unter Verwendung von Synovialflüssigkeit, um die natürlichen Gelenkbedingungen besser nachzuahmen. Die Forschenden überwanden dabei das technische Problem der hohen Viskosität der Synovialflüssigkeit und konnten Chondrozyten über 21 Tage in einem 3D-System mit bis zu 100% Synovialflüssigkeit kultivieren - im Gegensatz zu bisherigen Studien, die meist nur geringe Konzentrationen (unter 20%) oder 2D-Systeme verwendeten. Das entwickelte System ermöglicht erstmals die Untersuchung humaner Chondrozyten unter physiologischen 3D-Bedingungen und kann mit weiteren wichtigen Faktoren wie Sauerstoffspannung und mechanischer Belastung kombiniert werden. Diese Methode bietet neue Möglichkeiten für die Knorpel-Tissue-Engineering-Forschung und die Entwicklung therapeutischer Ansätze für Arthrose.
Cette étude avait pour objectif de développer un système de culture 3D permettant de cultiver des chondrocytes articulaires humains dans un environnement riche en liquide synovial, reproduisant ainsi les conditions physiologiques naturelles du cartilage. Les chercheurs ont mis au point une méthode permettant de surmonter les difficultés techniques liées à la haute viscosité du liquide synovial, en cultivant les chondrocytes dans des concentrations élevées de liquide synovial (jusqu'à 100%) pendant 21 jours dans un système tridimensionnel. Ce système innovant offre une plateforme plus physiologique pour étudier le métabolisme des chondrocytes et pourrait être combiné avec d'autres facteurs environnementaux (tension en oxygène, contraintes mécaniques) pour développer de nouvelles approches thérapeutiques en ingénierie tissulaire du cartilage. Cette technologie présente un potentiel prometteur pour le développement de traitements régénératifs de l'arthrose et l'évaluation de l'activité biologique du liquide synovial.
This study investigated whether long-term mechanical loading could improve the properties of engineered cartilage tissue for potential clinical use. Researchers seeded human chondrocytes from knee replacement patients into collagen hydrogels and applied continuous cyclic compression (10% strain, 0.3 Hz) for 28 days, then analyzed tissue composition, gene expression, and mechanical properties. The mechanical stimulation significantly increased collagen type II and proteoglycan content throughout the samples and improved elastic stiffness compared to unstimulated controls. However, the treatment simultaneously increased both tissue-building (collagen II, collagen I) and tissue-degrading (MMP-13) gene expression while decreasing aggrecan expression, suggesting mixed anabolic and catabolic responses that could inform optimization of mechanical conditioning protocols for cartilage tissue engineering.
Diese Studie untersuchte, ob langfristige mechanische Stimulation die Eigenschaften von Knorpelgewebe-Konstrukten für die Gelenkrekonstruktion verbessern kann. Humane Chondrozyten aus 8 Kniegelenken wurden in Kollagen-I-Hydrogele eingebettet und 28 Tage lang kontinuierlich zyklischer Kompression (10%, 0,3 Hz) ausgesetzt. Die mechanische Stimulation führte zu einer signifikanten Zunahme der Kollagen-II- und Proteoglykan-Färbung sowie zu einer erhöhten Genexpression von Kollagen-II, Kollagen-I und MMP-13, während gleichzeitig die elastische Steifigkeit der Konstrukte anstieg. Die Ergebnisse zeigen, dass mechanische Vorkonditionierung sowohl die biologischen als auch biomechanischen Eigenschaften von Chondrozyten-Hydrogel-Konstrukten verbessert, was das klinische Potenzial für Matrix-assoziierte autologe Chondrozytentransplantation (MACT) unterstützt.
Cette étude visait à évaluer l'effet d'une compression dynamique continue prolongée sur les propriétés biologiques et mécaniques de chondrocytes humains cultivés dans des hydrogels de collagène de type I. Les chondrocytes prélevés chez 8 patients lors de prothèses totales de genou ont été ensemencés dans des hydrogels puis soumis à une compression cyclique de 10% à 0,3 Hz pendant 28 jours. La stimulation mécanique a significativement amélioré la synthèse de collagène de type II et de protéoglycanes ainsi que la rigidité élastique des constructs, tout en augmentant paradoxalement l'expression de MMP-13 (enzyme catabolique). Ces résultats démontrent le potentiel clinique de la stimulation mécanique pour optimiser les procédures de transplantation autologue de chondrocytes associée à une matrice (MACT).
This study investigated whether chondrocytes from different cartilage zones in osteoarthritis (OA) patients respond differently to mechanical compression and whether optimized loading could enhance their regenerative capacity. The researchers isolated superficial and middle/deep zone chondrocytes from OA joints, encapsulated them in alginate, and tested various compression protocols (5-50% strain, 1-12 hours duration) while measuring gene expression and matrix production over 2 weeks. Dynamic compression significantly increased expression of key cartilage genes (aggrecan, collagen II) in a zone-specific manner, with 50% strain for 3 hours daily producing the best results. Importantly, superficial zone chondrocytes showed superior responses to long-term compression, retaining more glycosaminoglycans and developing higher mechanical strength, suggesting that mechanical loading protocols could be optimized for cartilage tissue engineering applications in OA treatment.
Diese Studie untersuchte, ob Chondrozyten aus verschiedenen Knorpelzonen von Osteoarthritis-Patienten unterschiedlich auf mechanische Belastung reagieren und ob optimierte Kompression ihre Biosynthese verbessern kann. Die Forscher kultivierten oberflächliche und tiefe Chondrozyten in Alginat-Hydrogelen und testeten verschiedene dynamische Kompressionsparameter (5-50% Dehnung, 1-12 Stunden Belastungsdauer), wobei sie die Genexpression mittels qRT-PCR analysierten und nach zweiwöchiger Langzeitbelastung die Matrixproduktion bewerteten. Die Ergebnisse zeigten, dass 50% Kompression über 3 Stunden täglich die Expression knorpelspezifischer Gene (Aggrecan, Kollagen II) zonenabhängig signifikant steigerte, wobei besonders oberflächliche Chondrozyten mit erhöhter Glykosaminoglykan-Retention und verbesserten mechanischen Eigenschaften reagierten. Die Studie belegt, dass gezielte mechanische Stimulation die Biosynth
Cette étude visait à déterminer si les chondrocytes des zones superficielles et moyennes/profondes du cartilage articulaire de patients arthrosiques répondent différemment à la compression dynamique et peuvent bénéficier d'une stimulation mécanique optimisée. Les chercheurs ont encapsulé les chondrocytes zonaux dans de l'alginate et les ont soumis à différents protocoles de compression (déformations de 5-50% à 1Hz, durées de 1-12h), puis ont analysé l'expression génique par qRT-PCR et évalué la production matricielle après 2 semaines de stimulation. Les résultats montrent que la compression dynamique induit significativement l'expression des gènes du cartilage (ACAN, COL2A1, PRG4) de manière zone-dépendante, avec des effets optimaux à 50% de déformation pendant 3h. La compression à long terme améliore la biosynthèse matricielle, particulièrement dans les constructions de chondrocytes superficiels qui présentent une meilleure rétention des GAG et des modules de compression supérieurs, suggérant un potentiel thérapeutique pour l'
This study aimed to develop and characterize a second-generation macroporous polyvinyl alcohol (PVA) scaffold for repairing focal cartilage defects in joints. The researchers tested the scaffold's mechanical properties (compressive strength, permeability, and Poisson's ratio) at different polymer concentrations and strains, and evaluated cell growth by seeding chondrocytes (cartilage cells) and monitoring their proliferation over one week. The PVA scaffold demonstrated mechanical properties similar to human articular cartilage (compressive moduli >500-1000 kPa) and successfully supported chondrocyte seeding and growth throughout its interconnected porous structure. These promising results suggest the macroporous PVA scaffold could be a viable option for future cartilage repair treatments.
Diese Studie zielte darauf ab, ein makroporöses Polyvinylalkohol (PVA)-Scaffold für die Reparatur fokaler Gelenkknorpeldefekte zu charakterisieren und zu bewerten. Die Forscher untersuchten die mechanischen Eigenschaften (Kompressionsmodul, Permeabilität, Poisson-Verhältnis) des Scaffolds bei verschiedenen Polymerkonzentrationen und testeten die Chondrozyten-Besiedlung über eine Woche in Zellkultur. Die Ergebnisse zeigten, dass das PVA-Scaffold mechanische Eigenschaften im Bereich von humanem Gelenkknorpel aufwies (>1000 kPa bzw. >500 kPa) und eine erfolgreiche Chondrozyten-Anhaftung und -Proliferation durch das gesamte makroporöse Netzwerk ermöglichte. Diese vielversprechenden Eigenschaften demonstrieren das Potenzial des Scaffolds als zukünftige Behandlungsoption für fokale Knorpeldefekte.
Cette étude visait à caractériser un scaffold macroporeux en alcool polyvinylique (PVA) de seconde génération pour la réparation de défauts cartilagineux focaux. Les chercheurs ont évalué les propriétés morphologiques et mécaniques du scaffold, ainsi que sa capacité à supporter la croissance cellulaire de chondrocytes sur une semaine de culture. Les résultats montrent que le scaffold présente des modules de compression comparables au cartilage articulaire humain (HA > 1000 kPa, EY > 500 kPa), des propriétés mécaniques ajustables selon la concentration en polymère, et un réseau macroporeux interconnecté favorisant l'ensemencement et la prolifération des chondrocytes. Ces caractéristiques prometteuses positionnent ce scaffold PVA comme un candidat potentiel pour les futures applications cliniques de réparation du cartilage articulaire.
This study investigated how matrix components affect the expression of proteoglycan 4 (PRG4), a crucial joint lubricating protein, by different cell types in tissue engineering scaffolds. The researchers cultured superficial zone chondrocytes, middle/deep zone chondrocytes, and mesenchymal stem cells in alginate hydrogels with added hyaluronic acid (HA) and chondroitin sulfate (CS), then measured PRG4 expression and other cartilage markers. The key findings showed that superficial zone chondrocytes maintained high PRG4 expression that was enhanced up to 15-fold by HA and CS additives, while middle/deep zone cells produced no detectable PRG4 and mesenchymal stem cells actually showed reduced PRG4 expression with these additives. The matrix additives promoted overall cartilage formation by increasing SOX9 expression and decreasing unwanted type I collagen production, demonstrating that scaffold composition critically influences the production of joint lubricating proteins.
Diese Studie untersuchte, wie Matrixmoleküle die Expression des Schmierstoffs Proteoglykan 4 (PRG4) in verschiedenen Knorpelzelltypen beeinflussen. Die Forscher kultivierten bovine Chondrozyten aus der Oberflächenzone und der mittleren/tiefen Zone sowie mesenchymale Stammzellen in Alginat-Hydrogelen mit Hyaluronsäure (HA) und Chondroitinsulfat (CS) als Zusätze und analysierten die PRG4-Expression mittels mRNA-Analyse und histochemischer Färbung. Die Ergebnisse zeigten, dass oberflächliche Chondrozyten kontinuierlich PRG4 exprimierten, wobei die Kombination aus HA und CS diese Expression um das 15-fache steigerte, während mittlere/tiefe Chondrozyten kein PRG4 produzierten. Bei mesenchymalen Stammzellen führten HA und CS paradoxerweise zu einer 5-fachen Reduktion der PRG4-Expression, möglicherweise durch Proteinansammlung, obwohl sie die allgemeine
Cette étude examine l'influence des molécules matricielles sur l'expression de la protéoglycane 4 (PRG4), une protéine lubrifiante cruciale du cartilage articulaire. Les chercheurs ont encapsulé des chondrocytes de zones superficielle et profonde ainsi que des cellules souches mésenchymateuses bovines dans des hydrogels d'alginate supplémentés en acide hyaluronique (HA) et sulfate de chondroïtine (CS), puis analysé l'expression génique et protéique par techniques moléculaires et histochimiques. Les résultats montrent que l'ajout d'HA et de CS augmente significativement l'expression de PRG4 chez les chondrocytes de zone superficielle (jusqu'à 15 fois) tout en favorisant la chondrogenèse via l'upregulation de SOX9 et la downregulation du collagène de type I. Cette recherche met en évidence l'importance des composants matricielles dans la régulation des protéines lubrifiantes pour l'ingénierie tissulaire du cartilage.
This study investigated how intra-articular hyaluronan (HA) injections protect joints in osteoarthritis using a mouse model that combines TGFβ1 injection with treadmill running to induce OA-like changes. The researchers used fluorescent tracking to monitor HA clearance, performed detailed tissue analysis including histology and gene expression studies, and compared outcomes between normal mice and those lacking the CD44 receptor.
The study found that HA injections had a short half-life (less than 2 hours) in mouse joints but effectively prevented abnormal blood vessel formation and scarring in joint tissues while preserving cartilage structure. HA treatment promoted beneficial cartilage-related gene expression while suppressing harmful inflammatory and degradative processes, and reduced levels of cartilage-destroying enzymes like MMP13 and ADAMTS5.
Importantly, these protective effects were completely lost in mice lacking CD44 receptors, demonstrating that HA must bind to CD44 to provide joint protection, which helps explain the mechanism behind HA's therapeutic benefits in osteoarthritis treatment.
Diese Studie untersuchte die Wirkmechanismen intraartikulärer Hyaluronsäure (HA)-Injektionen bei Arthrose anhand des TTR-Mausmodells, das durch TGFβ1-Injektion und Laufbandtraining arthroseartige Gelenkveränderungen induziert. Die Forscher analysierten mittels Histopathologie, quantitativer PCR und Immunhistochemie die Effekte von HA auf verschiedene Gelenkgewebe und verwendeten CD44-Knockout-Mäuse zur Mechanismusaufklärung. Die Ergebnisse zeigten, dass HA-Injektionen trotz kurzer Halbwertszeit (<2h) effektiv vor synovialer Neovaskularisation und Fibrose schützten sowie die Knorpelintegrität erhielten, wobei chondrogene Gene gefördert und fibrogene/degradative Gene gehemmt wurden. Dieser protektive Effekt war vollständig CD44-abhängig, da er in CD44-Knockout-Mäusen ausblieb, was darauf hinweist, dass die HA-CD44-Interaktion
Cette étude examine le mécanisme d'action protecteur des injections intra-articulaires d'acide hyaluronique (AH) dans l'arthrose, en utilisant un modèle murin TTR (injection de TGFβ1 et course sur tapis roulant). Les chercheurs ont analysé les effets tissulaires spécifiques de l'AH par histopathologie quantitative, PCR et immunohistochimie, en comparant des souris normales et déficientes en récepteur CD44. Les résultats montrent que l'injection d'AH prévient la néovascularisation et la fibrose synoviales induites par le TGFβ1, préserve l'intégrité du cartilage articulaire, et module l'expression des gènes chondrogéniques et fibrogéniques de manière dépendante du récepteur CD44. Cette étude démontre que l'interaction AH-CD44 est centrale dans les effets protecteurs de la viscosupplémentation contre la dégénérescence articulaire arthrosique.
This study aimed to analyze the fractal structure of equine articular cartilage surfaces to better understand joint lubrication and friction mechanisms. The researchers used stylus profilometry to measure the fractal dimensions of three different cartilage surfaces in the equine carpus (radiocarpal, midcarpal, and carpometacarpal joints), which experience different ranges of motion, geometry, and loading conditions. The study confirmed that equine articular cartilage possesses a multiscale fractal structure, with the fractal dimension varying between the three joint surfaces. The findings suggest that understanding cartilage surface fractal properties may help explain how different joint types optimize their friction, wear, and lubrication performance based on their specific mechanical demands.
Diese Studie untersuchte die fraktale Struktur von equinem Gelenkknorpel, um die biomechanischen Eigenschaften verschiedener Gelenkoberflächen besser zu verstehen. Die Forscher analysierten drei verschiedene Knorpeloberflächen im Pferdekarpus (Radiokarpal-, Mittelkarpal- und Karpometakarpalgelenk) mittels Stylus-Profilometrie, um deren fraktale Dimensionen zu bestimmen. Die drei untersuchten Gelenkflächen wiesen unterschiedliche fraktale Dimensionen auf, was auf eine Anpassung der Oberflächenrauheit an die jeweiligen biomechanischen Anforderungen (Bewegungsumfang, Geometrie und Belastung) hindeutet. Diese Erkenntnisse über die fraktale Struktur könnten zu einem besseren Verständnis der Reibungs-, Verschleiß- und Schmierungsmechanismen in Gelenken beitragen.
Cette étude visait à caractériser la dimension fractale du cartilage articulaire équin pour mieux comprendre les mécanismes de friction, d'usure et de lubrification des surfaces biomécaniques. Les chercheurs ont analysé trois surfaces articulaires du carpe équin (radiocarpienne, médiocarpienne et carpométacarpienne) présentant différents types de mouvement, géométries et contraintes mécaniques, en utilisant un profilomètre à stylet pour mesurer la rugosité de surface sur des échantillons fraîchement prélevés. Les résultats confirment que le cartilage articulaire équin possède une structure fractale multi-échelle, avec des dimensions fractales spécifiques à chaque surface articulaire. Cette caractérisation fractale pourrait permettre une meilleure compréhension des propriétés tribologiques du cartilage et de son rôle dans la facilitation du mouvement articulaire et le support de charge.
This study aimed to evaluate and compare different techniques for measuring the surface roughness of articular cartilage, which is critical for understanding joint lubrication and designing replacement materials. The researchers used bovine cartilage samples and measured surface roughness using two methods: scanning electron microscopy (SEM) stereoscopic imaging at various magnifications (500× to 2000×) and atomic force microscopy (AFM). The key findings showed that SEM consistently produced higher roughness values than AFM, with SEM measurements at 500× magnification ranging from 165-174 nm (Ra) and 183-261 nm (Sa), while AFM measurements were lower at 83-114 nm (Ra) and 86-136 nm (Sa). The study concluded that while both techniques can measure cartilage surface roughness, the choice of measurement method significantly affects the results, emphasizing the importance of using consistent techniques when comparing surface roughness values across studies.
Diese Studie untersuchte verschiedene Messtechniken zur Bestimmung der Oberflächenrauheit von Gelenkknorpel, um das tribologische Verhalten natürlicher Gelenke besser zu verstehen und Parameter für zukünftige Gelenkersatzmaterialien zu definieren. Die Forscher verwendeten bovine Knorpelproben und verglichen zwei Messmethoden: stereoskopische Rasterelektronenmikroskopie (REM) bei Vergrößerungen von 500× bis 2000× sowie Rasterkraftmikroskopie (AFM). Die REM-Stereoskopie zeigte höhere Rauheitswerte (Ra: 165-174 nm, Sa: 183-261 nm bei 500×) als AFM (Ra: 83-114 nm, Sa: 86-136 nm), wobei die gemessene Rauheit bei REM mit zunehmender Vergrößerung linear anstieg. Die Studie zeigt, dass beide Techniken zur Knorpeloberflächenanalyse geeignet sind, jedoch aufgrund der methodenspezifischen Unterschiede bei Vergleichsstudien
Cette étude vise à évaluer et comparer différentes techniques de mesure de la rugosité de surface du cartilage articulaire, élément crucial pour comprendre la tribologie articulaire et développer de futurs matériaux de remplacement. Les chercheurs ont analysé des échantillons de cartilage articulaire bovin en utilisant l'imagerie stéréoscopique par microscopie électronique à balayage (MEB) à différents grossissements (500× à 2000×) et la microscopie à force atomique (AFM). Les résultats montrent que l'imagerie stéréoscopique MEB donne systématiquement des valeurs de rugosité supérieures à l'AFM (Ra : 165-174 nm vs 83-114 nm), avec une augmentation linéaire de la rugosité mesurée selon le grossissement utilisé. L'étude souligne l'importance d'utiliser la même technique de mesure pour permettre des comparaisons fiables de la rugosité du cartilage articulaire.
This review examines the application of nanomechanics to understand cartilage function and disease at the molecular level. The authors reviewed both experimental and theoretical nanomechanical approaches used to study cartilage across multiple scales, from intact tissue down to individual extracellular matrix molecules like collagen, aggrecan, and hyaluronan. The studies demonstrate that nanoscale changes in cartilage matrix components significantly affect the tissue's overall mechanical behavior and contribute to joint dysfunction in aging, injury, and osteoarthritis. This nanomechanical understanding provides fundamental insights into cartilage function and pathology that can inform both native tissue assessment and tissue engineering strategies.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Anwendung der Nanomechanik zur Erforschung der extrazellulären Matrix von Gelenkknorpel, um die strukturellen Veränderungen bei Alterung und Erkrankungen wie Arthrose auf molekularer Ebene zu verstehen. Die Autoren analysierten experimentelle und theoretische nanomechanische Ansätze, die auf verschiedenen Komplexitätsebenen angewendet wurden - von intaktem Gewebe über einzelzellige Matrix-Bereiche bis hin zu isolierten Biomolekülen wie Aggrecan, Kollagen und Hyaluronan. Die Studien zeigen, dass nanomechanische Untersuchungen wesentlich zum mechanismusbasierten Verständnis der Knorpelfunktion beitragen und Veränderungen auf Nanoebene direkt mit makroskopischen Gewebeeigenschaften verknüpfen können. Diese Erkenntnisse bilden eine wichtige Grundlage für die Entwicklung von Therapieansätzen und die Bewertung von Knorpelqualität in der regenerativen Medizin.
Cette étude de synthèse examine l'application de la nanomécanique à l'analyse du cartilage articulaire, un composite biomoléculaire hydraté essentiel à la fonction articulaire. Les auteurs passent en revue les approches expérimentales et théoriques de nanomécanique appliquées à différents niveaux de complexité du cartilage, du tissu intact aux biomolécules individuelles de la matrice extracellulaire (aggrécan, collagène, acide hyaluronique). Ces études nanométriques révèlent comment la dégradation et les modifications structurales des composants moléculaires influencent le comportement macroscopique du tissu lors du vieillissement, des blessures et de l'arthrose. Cette approche multi-échelle contribue à établir une compréhension mécanistique fondamentale de la fonction, de la qualité et de la pathologie du cartilage natif et artificiel.
This review examined rehabilitation protocols and return-to-sport timelines following arthroscopic debridement and bone marrow stimulation for osteochondral defects of the talus (ankle bone). The authors conducted a systematic literature search through MEDLINE database up to January 2012, focusing on studies related to osteochondral defects, bone marrow stimulation, rehabilitation, and sports activity. The review found no consensus in existing literature regarding optimal rehabilitation duration or return-to-sport timelines after bone marrow stimulation treatment, with limited research conducted on actual athletes. Based on their findings, the authors proposed a four-phase return-to-sport progression (walking, jogging, non-contact sports, then contact sports) and identified potential factors that may improve outcomes, including younger age, lower BMI, smaller defect size, and various adjunctive treatments, though most supporting evidence comes from laboratory or animal studies.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte Rehabilitationszeiten und die Rückkehr zum Sport nach arthroskopischem Debridement und Knochenmarkstimulation bei osteochondralen Defekten des Talus. Die Autoren führten eine systematische Literaturrecherche in der MEDLINE-Datenbank bis Januar 2012 durch, wobei sie englisch-, deutsch- und niederländischsprachige Studien einschlossen. Die Analyse ergab, dass in der bestehenden Literatur kein Konsens über Rehabilitationszeiten oder Zeitpunkte für die Rückkehr zum Sport existiert und nur wenig Forschung zu diesem Thema durchgeführt wurde. Basierend auf den verfügbaren Daten schlagen die Autoren ein vierstufiges Rehabilitationsschema vor (Gehen, Joggen, kontaktlose Sportarten, Kontaktsportarten) und betonen die Notwendigkeit weiterer klinischer Studien an tatsächlichen Sportlern.
Cette étude examine la rééducation et le retour au sport après traitement des défects ostéochondraux du talus par débridement arthroscopique et stimulation de la moelle osseuse. Les auteurs ont réalisé une revue de la littérature (MEDLINE jusqu'en 2012) pour analyser les temps de récupération et les facteurs influençant la réhabilitation. Les résultats révèlent l'absence de consensus dans la littérature concernant les délais de rééducation et de retour au sport, avec peu de recherches menées sur ces aspects spécifiques. Les auteurs proposent un protocole en quatre phases d'intensité croissante (marche, jogging, sports sans contact, sports avec contact) et identifient des facteurs potentiellement favorables comme l'âge jeune, un IMC faible, la taille réduite du défect et diverses thérapies adjuvantes.
This study investigated how REV5901, a compound that protects cartilage cells (chondrocytes) from injury, affects calcium signaling pathways within these cells. The researchers used freshly isolated bovine chondrocytes and measured intracellular calcium levels while applying various inhibitors to identify the specific signaling mechanisms involved. They found that REV5901 treatment increased intracellular calcium levels by approximately 38% above baseline through two main pathways: release of calcium from internal cellular stores via phospholipase Cβ3, and calcium influx from outside the cell through sodium-calcium exchangers. These findings suggest that calcium signaling may be a key mechanism by which REV5901 exerts its protective effects on cartilage cells.
Diese Studie untersuchte die Wirkungsweise von REV5901, einem Inhibitor des regulatorischen Volumenabfalls mit chondroprotektiven Eigenschaften, auf die intrazelluläre Kalziumsignalgebung in frisch isolierten Rinderchondrozyten. Die Forscher verwendeten verschiedene pharmakologische Inhibitoren und Ionenkanalmodulatoren, um die beteiligten Signalwege zu identifizieren. REV5901 führte zu einem signifikanten Anstieg der intrazellulären Kalziumkonzentration um etwa 38% über das Basalniveau, wobei dieser Effekt durch spezifische Inhibitoren reduziert oder vollständig blockiert werden konnte. Die Ergebnisse zeigen, dass REV5901 sowohl eine Phospholipase Cβ3-abhängige Kalziumfreisetzung aus intrazellulären Speichern als auch einen Natrium-Kalzium-Austauscher-vermittelten Kalziumeinstrom auslöst, was auf eine wichtige Rolle der Kalziumsignalgebung für die protektiven Effekte von RE
Cette étude a investigué les mécanismes d'action du REV5901, un inhibiteur de la diminution du volume régulateur (RVD) ayant des propriétés protectrices sur les chondrocytes, en examinant ses effets sur la signalisation calcique intracellulaire. Les chercheurs ont utilisé des chondrocytes articulaires bovins fraîchement isolés et ont mesuré les variations de calcium intracellulaire ([Ca2+]i) en présence de REV5901 et de différents inhibiteurs pharmacologiques. Les résultats montrent que le REV5901 induit une augmentation significative de 37,97% du [Ca2+]i par rapport aux niveaux basaux, impliquant à la fois une libération de calcium des stocks intracellulaires via la phospholipase Cβ3 et un influx calcique médié par l'échangeur sodium-calcium. Ces données suggèrent que la signalisation calcique joue un rôle clé dans les effets protecteurs du REV5901 sur les chondrocytes.
This study aimed to develop and validate a specialized system for measuring the friction coefficient of articular cartilage and cartilage substitutes as a quality assessment tool. The researchers created a tribological testing system that measures friction by calculating the ratio of friction force to perpendicular loading force, and validated that deep-freezing cartilage samples does not affect the measurement results. The system successfully distinguished between normal and altered cartilage, and could differentiate tissue-engineered cartilage constructs from native cartilage based on their friction properties. This tribological equipment provides a new biomechanical method for evaluating the quality of both naturally regenerated cartilage and laboratory-grown cartilage constructs for potential clinical applications.
Diese Studie zielte darauf ab, ein tribologisches System zur Analyse des Reibungskoeffizienten von Gelenkknorpel, Knorpelregeneraten und Tissue-Engineering-Konstrukten zu entwickeln und zu validieren. Die Forscher verwendeten ein spezialisiertes Messsystem, das den Reibungskoeffizienten als Quotient aus Reibungskraft und senkrechter Belastungskraft unter verschiedenen Bedingungen bestimmt, wobei auch tiefgefrorene Knorpelproben verwendet werden konnten. Das System konnte erfolgreich zwischen nativem und verändertem Knorpel unterscheiden und zeigte, dass Tissue-Engineering-Konstrukte deutlich andere Reibungskoeffizienten aufweisen als nativer Knorpel. Diese tribologische Analysemethode bietet damit ein wertvolles Werkzeug zur biomechanischen Qualitätsbewertung von Knorpelersatzmaterialien und regenerativen Therapieansätzen.
Cette étude vise à développer un système tribologique sophistiqué pour analyser le coefficient de friction du cartilage articulaire, des régénérats cartilagineux et des construits d'ingénierie tissulaire. Le système permet de mesurer le coefficient de friction (calculé comme le quotient de la force de friction et de la force de charge perpendiculaire) sur des échantillons de cartilage, y compris après congélation sans altération des résultats. Les résultats montrent que ce système tribologique peut distinguer efficacement le cartilage natif du cartilage altéré et différencier les construits d'ingénierie tissulaire du cartilage natif par leurs propriétés de friction. Cette approche offre ainsi un outil d'évaluation biomécanique pour le contrôle qualité des stratégies de réparation cartilagineuse.
This study investigated how different intensities of treadmill running affect lubricin (a joint lubricating protein) in rat knee cartilage over 8 weeks. Twenty-four rats were divided into control, low-, moderate-, and high-intensity running groups, with cartilage analyzed using histology, immunohistochemistry, and gene expression techniques. Low- and moderate-intensity running improved cartilage health (lower Mankin scores) and increased lubricin protein and gene expression, while high-intensity running caused osteoarthritic changes and dramatically reduced lubricin levels. The findings demonstrate that moderate exercise enhances cartilage lubrication and health, but excessive exercise intensity can be detrimental to joint cartilage.
Diese Studie untersuchte, wie sich unterschiedliche Laufintensitäten auf die Lubricin-Expression im Gelenkknorpel von Ratten auswirken. 24 männliche Wistar-Ratten wurden 8 Wochen lang unterschiedlichen Laufbandtrainings (niedrig-, moderat- und hochintensiv) unterzogen, anschließend wurden histologische Analysen und Genexpressionsanalysen (PRG4, TGF-β) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass niedrig- und moderat-intensives Laufen die Lubricin-Expression signifikant erhöhte und zu niedrigeren Mankin-Scores (bessere Knorpelqualität) führte, während hochintensives Laufen arthrotische Veränderungen verursachte und die Lubricin-Expression deutlich reduzierte. Die Studie belegt einen intensitätsabhängigen Effekt mechanischer Belastung auf den Lubricin-Stoffwechsel, wobei moderate Belastung protektiv wirkt, während Überbelastung schädlich für den Gelenkknorpel ist.
Cette étude examine l'effet de différentes intensités de course sur tapis roulant sur le métabolisme de la lubricine dans le cartilage articulaire chez 24 rats mâles Wistar répartis en groupes témoin, faible, modérée et haute intensité pendant 8 semaines. Les chercheurs ont utilisé l'histologie, l'immunohistochimie et la RT-PCR quantitative pour évaluer les caractéristiques du cartilage, la localisation de la lubricine et l'expression des gènes PRG4 et TGF-β. Les résultats montrent que la course à faible et modérée intensité améliore la qualité du cartilage (score de Mankin réduit) et augmente significativement le contenu en lubricine et l'expression génique, tandis que la course à haute intensité provoque des changements arthrosiques avec une diminution de la lubricine. L'étude démontre une corrélation inverse entre le contenu en lubricine et la dégradation du cartilage, confirmant que les facteurs mécaniques sont des déterminants clés du métabolisme de la lubricine in vivo.
This study investigated whether physical activity could protect articular cartilage in rats with glucocorticoid-induced osteoporosis by examining cell death and lubrication mechanisms. The researchers divided rats into 5 groups, treated some with prednisolone to induce osteoporosis, and subjected others to treadmill and vibration platform exercise, then analyzed cartilage using imaging, tissue analysis, and molecular techniques to measure lubricin (a joint lubricant) and caspase-3 (a cell death marker). The study found that glucocorticoid treatment decreased beneficial lubricin expression and increased harmful caspase-3 expression, but physical activity reversed these negative effects, restoring both markers to normal levels. The authors conclude that mechanical stimulation through exercise may protect cartilage by promoting lubricin production, which appears to prevent cartilage cell death, suggesting physical activity could be a therapeutic approach for cartilage diseases like osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen körperlicher Aktivität auf Gelenkknorpel bei Ratten mit Glukokortikoid-induzierter Osteoporose, wobei der Fokus auf Apoptose (Zelltod) und der Expression des Schmierproteins Lubricin lag. Die Forscher teilten die Tiere in fünf Gruppen ein und analysierten die Knorpelveränderungen mittels histomorphometrischer Analyse, Immunhistochemie und Western Blot nach Laufband- und Vibrationsplattform-Training. Die Ergebnisse zeigten, dass Glukokortikoid-Behandlung die Lubricin-Expression verringerte und gleichzeitig die Caspase-3-Expression (ein Apoptose-Marker) erhöhte, während körperliche Aktivität diese Werte wieder normalisierte. Die Autoren schlussfolgern, dass mechanische Stimulation durch körperliche Aktivität die Lubricin-Produktion fördern und damit den Knorpelzelltod verhindern könnte, was neue therapeutische Ansätze für Knorpelerkrankungen wie
Cette étude visait à évaluer les effets de l'activité physique sur le cartilage articulaire chez des rats présentant une ostéoporose induite par les glucocorticoïdes. Les chercheurs ont réparti les animaux en 5 groupes et ont analysé l'expression de la lubricine et de la caspase-3 par immunohistochimie, Western blot et analyses biochimiques, en complément d'évaluations histomorphométriques. Les résultats montrent que le traitement glucocorticoïde diminue l'expression de lubricine et augmente celle de la caspase-3, tandis que l'activité physique (tapis roulant et plateforme vibrante) restaure ces marqueurs à des niveaux normaux. Cette étude suggère que la stimulation mécanique pourrait constituer une approche thérapeutique prometteuse pour préserver l'intégrité du cartilage dans l'ostéoporose et potentiellement dans l'arthrose.
This study investigated whether scaffold materials used in human cartilage repair (MACT - Matrix-Induced Autologous Chondrocyte Transplantation) could effectively support equine chondrocyte growth for treating cartilage defects in horses. Researchers cultured chondrocytes from horse ankle joints on two different scaffold types - hyaluronan (HYAFF®) and collagen (BIOGIDE®) - then examined cell behavior using light and electron microscopy. Both scaffold materials successfully supported viable, active equine chondrocytes, with cells forming multilayers on scaffold surfaces and demonstrating adaptive strategies for growth within different scaffold structures. The findings suggest these human cartilage repair scaffolds could be adapted for equine veterinary applications, with chondrocytes showing remarkable ability to bridge gaps and navigate through scaffold materials of varying densities.
Diese Studie untersuchte die Eignung von Gerüstmaterialien für die Knorpelregeneration bei Pferden, indem equine Chondrozyten auf zwei verschiedenen Scaffold-Materialien (Hyaluronan und Kollagen) kultiviert wurden. Die Chondrozyten wurden aus Biopsien des Sprunggelenks von drei Pferden gewonnen und zunächst in 2D-Kultur vermehrt, bevor sie auf die Scaffolds aufgebracht und mittels Licht- und Elektronenmikroskopie untersucht wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die equinen Chondrozyten auf beiden Materialien gut entwickelten und vital blieben - im Hyaluronan-Scaffold bildeten sie eine eigene Matrixhülle zur Überbrückung großer Faserdistanzen, während sie im dichten Kollagen-Scaffold durch Formadaptation zwischen den Strängen migrierten. Die Studie belegt, dass beide Scaffold-Materialien für die equine Chondrozytenkultivierung geeignet sind und die Zellen spezifische Strategien zur Bewegung und Verteilung
Cette étude évalue l'applicabilité des biomatériaux utilisés en médecine humaine pour la régénération cartilagineuse équine. Les chercheurs ont cultivé des chondrocytes équins issus de biopsies articulaires sur deux types d'échafaudages : l'acide hyaluronique (HYAFF®) et le collagène (BIOGIDE®), puis analysé leur comportement par microscopie optique et électronique. Les résultats montrent que les chondrocytes équins se développent efficacement sur les deux biomatériaux, formant des multicouches cellulaires en surface et démontrant des capacités d'adaptation remarquables selon la structure de l'échafaudage. Cette recherche confirme le potentiel d'utilisation de ces biomatériaux pour le traitement des défauts cartilagineux chez le cheval.
This study investigated how stick-slip friction contributes to cartilage damage in articular joints under different loading and movement conditions. Using a surface forces apparatus, researchers tested cartilage samples under various loads and sliding speeds, and selectively removed key cartilage components (collagen, hyaluronic acid, and glycosaminoglycans) to understand their protective roles. The study found that stick-slip friction—rather than high friction coefficients—directly causes cartilage surface damage and increased roughness, even under mild conditions, and that removing any of the cartilage's molecular components significantly increased friction forces and altered damage patterns. These findings suggest that all cartilage components work together to prevent wear, and that detecting stick-slip motion could potentially serve as a non-invasive diagnostic tool for joint health.
Diese Studie untersuchte das Stick-Slip-Reibungsverhalten von Gelenkknorpel und dessen Zusammenhang mit Knorpelschäden. Mittels eines Oberflächenkraftapparats wurden verschiedene Belastungs- und Gleitbedingungen systematisch analysiert, zusätzlich wurden essenzielle Knorpelkomponenten (Kollagen II, Hyaluronsäure, Glykosaminoglykane) selektiv enzymatisch abgebaut. Die Ergebnisse zeigten, dass Stick-Slip-Reibung bereits unter milden Bedingungen zu permanenten morphologischen Veränderungen und erhöhter Oberflächenrauheit führt, wobei der Abbau von Hyaluronsäure und Glykosaminoglykanen das Stick-Slip-Verhalten verstärkte und die Reibungskräfte um das 2- bis 10-fache erhöhte. Die Studie demonstrierte, dass Knorpelverschleiß weniger direkt mit dem Reibungskoeffizienten als vielmehr mit Stick-Slip-Bewegungen korreliert und dass die verschied
Cette étude vise à caractériser le phénomène de friction stick-slip dans le cartilage articulaire et son impact sur l'usure tissulaire. Les chercheurs ont utilisé un appareil de forces de surface pour analyser les changements morphologiques du cartilage sous différentes conditions de charge et de glissement, puis ont étudié le rôle spécifique de composants clés (collagène de type II, acide hyaluronique, glycosaminoglycanes) par digestion sélective. Les résultats montrent que la friction stick-slip, même d'amplitude faible, induit des dommages permanents au cartilage en augmentant significativement la rugosité de surface, tandis que la digestion des différents composants moléculaires modifie distinctement les propriétés tribologiques et augmente les forces de friction jusqu'à 10 fois. L'étude démontre que l'usure du cartilage est directement liée au phénomène stick-slip plutôt qu'au coefficient de friction, et que les composants moléculaires articulaires agissent en synergie pour prévenir l'usure.
This study investigated whether moving point contact stimulation (MPS) could promote the formation of a superficial layer in tissue-engineered cartilage constructs, addressing a key limitation where current engineered cartilage lacks the organized surface layer found in natural cartilage. The researchers applied MPS to chondrocyte-agarose hydrogels at different frequencies (0.5, 1, or 2 Hz) under constant compression and analyzed gene expression of superficial zone markers using qRT-PCR and in situ hybridization, supported by finite element modeling. They found that 1 Hz stimulation optimally enhanced expression of key superficial zone genes (PRG4, biglycan, decorin, and collagen II), but these markers localized 500-1000 μm below the surface rather than at the surface itself. The results suggest that while mechanical stimulation can promote superficial zone gene expression in engineered cartilage, the subsurface strain patterns (10-25%) determine where these markers are expressed, indicating that stimulus modification may be needed to achieve true surface localization.
Diese Studie untersuchte, ob eine bewegliche Punktkontakt-Stimulation (MPS) die Bildung einer oberflächenähnlichen Schicht in tissue-engineered Knorpelkonstrukten fördern kann, um deren mechanische Eigenschaften zu verbessern. Die Forscher applizierten MPS mit verschiedenen Frequenzen (0,5-2 Hz) auf Chondrozyten-Agarose-Hydrogele und analysierten die Genexpression sowie Lokalisation von Oberflächenzone-Markern mittels qRT-PCR, In-situ-Hybridisierung und Finite-Elemente-Modellierung. Die Ergebnisse zeigten, dass eine physiologische Frequenz von 1 Hz die maximale Expression von Oberflächenzone-Markern (PRG4, Biglycan, Decorin, Kollagen II) bewirkte, wobei diese hauptsächlich 500-1000 μm unter der Konstruktoberfläche lokalisiert waren. Die Studie demonstriert, dass mechanische Stimulation die Expression von Oberflächenzone-Bestandteilen verstärken kann, jedoch die resultierende subk
Cette étude a examiné l'effet d'une stimulation mécanique par point de contact mobile (MPS) pour induire la formation d'une couche superficielle organisée dans des construits de cartilage artificiel composés de chondrocytes en hydrogel d'agarose. Les chercheurs ont appliqué la stimulation MPS à différentes fréquences (0,5, 1 ou 2 Hz) sous charge compressive constante, puis analysé l'expression génique par qRT-PCR et localisation par hybridation in situ des marqueurs de la zone superficielle. Les résultats montrent qu'une fréquence physiologique de 1 Hz optimise l'expression des marqueurs PRG4, biglycan, decorin et collagène II, avec une localisation préférentielle à 500-1000 μm sous la surface du construit, correspondant à des déformations de 10-25% selon la modélisation par éléments finis. Cette recherche démontre que la stimulation mécanique peut améliorer l'expression des constituants de la zone superficielle, mais que la localisation dépend critiquement des contraintes sous-jacentes appliquées.
This pilot study examined relationships between cartilage biomarkers and knee joint loading mechanics in 17 people with knee osteoarthritis, and tested whether 10 weeks of strengthening exercises could improve these biomarkers. Researchers measured walking biomechanics using 3D motion analysis to calculate knee joint loads, collected blood and urine samples for cartilage breakdown and formation markers, then randomized participants to either supervised strengthening exercises or no treatment. The study found a potential relationship between higher knee joint loading and increased cartilage breakdown (measured by uCTX-II biomarker), though this became non-significant when accounting for disease severity and walking speed. Following the exercise intervention, participants showed significantly greater improvements in a cartilage biomarker (sCOMP) compared to controls, suggesting that strengthening exercises may have beneficial effects on cartilage structure in knee osteoarthritis.
Diese Pilotstudie untersuchte bei 17 Patienten mit Kniearthrose die Zusammenhänge zwischen Biomarkern des Knorpelstoffwechsels und biomechanischen Kniebelastungen beim Gehen sowie die Auswirkungen eines 10-wöchigen Krafttrainings. Die Forscher analysierten mittels 3D-Bewegungsanalyse das externe Knie-Adduktionsmoment und bestimmten verschiedene Biomarker in Serum und Urin vor und nach einer randomisierten Intervention mit Muskelkräftigungsübungen versus Kontrolle. Die Ergebnisse zeigten einen initialen Zusammenhang zwischen Kniebelastung und dem Knorpelabbaumarker uCTX-II, der jedoch nach Kontrolle für Krankheitsschwere und Gehgeschwindigkeit nicht mehr signifikant war. Das Krafttraining führte zu einer signifikanten Reduktion des Knorpelabbaumarkers sCOMP im Vergleich zur Kontrollgruppe, was auf einen möglichen protektiven Effekt von gezieltem Training auf die Knorpelstruktur hindeutet.
Cette étude pilote randomisée contrôlée visait à explorer les relations entre les biomarqueurs de dégradation du cartilage et les charges biomécaniques du genou, ainsi qu'à évaluer l'impact d'exercices de renforcement sur ces biomarqueurs chez 17 patients avec arthrose fémorotibiale médiale. Les participants ont été randomisés entre un groupe d'exercices de renforcement supervisés (10 semaines) et un groupe contrôle, avec analyse tridimensionnelle de la marche et dosage de biomarqueurs sériques et urinaires (uCTX-II, uC2C, sCOMP, sHA, sCPII). Les résultats montrent une association initiale entre l'impulsion du moment d'adduction du genou et les niveaux d'uCTX-II, mais cette relation devient non-significative après ajustement pour la sévérité de la maladie et la vitesse de marche. L'intervention d'exercices a significativement réduit les niveaux de sCOMP comparativement au groupe contrôle, suggérant un effet bénéfique potentiel du renforcement musculaire sur la structure cartilagineuse.
This study investigated whether strenuous running predisposes to osteoarthritis development in rat knee joints. Researchers subjected Wistar rats to a 12-week progressive treadmill running program (covering at least 55 km) followed by exhaustive ultra-endurance exercise, then analyzed knee cartilage using histological, immunohistochemical, and biochemical methods to assess cell death, inflammation, and glycosaminoglycan content. The strenuous running group showed clear signs of early osteoarthritis, including increased chondrocyte death (elevated caspase-3), higher inflammatory cytokine levels (IL-1α and TNF-α), increased chondrocyte clustering, and significantly reduced protective molecules (chondroitin sulfate and hyaluronic acid). These findings suggest that intensive running training can trigger molecular and structural changes in cartilage that characterize osteoarthritis development, even in the absence of visible cartilage thinning.
Diese Studie untersuchte, ob intensives Lauftraining ein Risikofaktor für die Entwicklung von Arthrose darstellt. Wistar-Ratten absolvierten über 12 Wochen ein kontrolliertes, intensives Laufbandtraining (mindestens 55 km), während eine Kontrollgruppe nicht trainierte; anschließend wurden die Kniegelenke histomorphometrisch, immunhistochemisch und bezüglich der Glykosaminoglykan-Zusammensetzung analysiert. Die trainierten Ratten zeigten signifikant erhöhte Knorpelzellzahlen, vermehrte Chondrozyten-Cluster, gesteigerte Apoptose-Marker (Caspase-3) und Entzündungszytokine (IL-1α, TNF-α) sowie reduzierte Chondroitinsulfat- und Hyaluronsäure-Spiegel. Die Ergebnisse belegen, dass kontrolliertes intensives Lauftraining zu molekularen und histologischen Veränderungen im Gelenkknorpel führt, die charakteristisch für eine Arthrose-Entwicklung sind
Cette étude visait à examiner si un entraînement de course intense constitue un facteur prédisposant à l'arthrose. Des rats Wistar ont été soumis à un protocole d'entraînement progressif sur tapis roulant pendant 12 semaines (55 km minimum), suivi d'analyses histomorphométriques, immunohistochimiques et biochimiques du cartilage articulaire du genou. Les résultats montrent que le groupe entraîné présente une augmentation significative de l'apoptose des chondrocytes (caspase-3), des cytokines inflammatoires (IL-1α, TNF-α), des scores OARSI d'arthrose, ainsi qu'une diminution des taux de sulfate de chondroïtine et d'acide hyaluronique. L'étude démontre donc que la course intensive induit des modifications moléculaires et histologiques caractéristiques de l'arthrose dans le cartilage articulaire.
This study investigated how endoplasmic reticulum (ER) stress contributes to cartilage thinning in the jaw joint under mechanical loading. The researchers used a rat model to apply compressive stress to mandibular cartilage, then analyzed the affected cartilage cells using proteomics to identify 28 proteins associated with ER stress, and validated these findings with molecular and cellular techniques. They found that mechanical stress activated ER stress pathways in cartilage cells, leading to early cell death and later abnormal cell proliferation that contributed to cartilage thinning. Importantly, blocking ER stress with an inhibitor prevented cartilage loss, suggesting that targeting ER stress could be a new therapeutic approach for treating temporomandibular joint disorders caused by mechanical overloading.
Diese Studie untersuchte die molekularen Mechanismen der Knorpelverdünnung im Kiefergelenk unter mechanischer Belastung, einem wichtigen Faktor bei der Entstehung von Temporomandibulargelenkerkrankungen wie Arthrose. Die Forschenden verwendeten ein etabliertes Rattenmodell mit kompressiver mechanischer Belastung und analysierten die betroffenen Knorpelzellen mittels Proteomik-Ansätzen. Dabei identifizierten sie 28 Proteine, die mit endoplasmatischem Retikulumstress (ER-Stress) assoziiert sind, und konnten zeigen, dass mechanische Belastung ER-Stress in den Chondrozyten auslöst. Die pharmakologische Hemmung des ER-Stress reduzierte sowohl die frühe Apoptose als auch die spätere Proliferation der Knorpelzellen und verhinderte signifikant die Knorpelverdünnung, was einen vielversprechenden therapeutischen Ansatz für mechanisch bedingte Kiefergelenkerkrankungen darstellt.
Cette étude vise à élucider les mécanismes régulant l'amincissement du cartilage mandibulaire induit par le stress mécanique compressif, un processus clé dans la progression des pathologies de l'articulation temporo-mandibulaire. Les chercheurs ont utilisé un modèle animal de stress mécanique compressif in vivo, suivi d'une analyse protéomique des chondrocytes mandibulaires isolés pour identifier les protéines impliquées. L'analyse a révélé que 28 protéines associées au stress du réticulum endoplasmique sont dérégulées, et l'activation de cette voie de stress a été confirmée par des marqueurs spécifiques, l'élévation du calcium cytoplasmique et l'expansion membranaire du réticulum endoplasmique. L'inhibition pharmacologique du stress du réticulum endoplasmique a significativement restauré l'épaisseur cartilagineuse en réduisant l'apoptose précoce et la prolifération tardive, suggérant une nouvelle stratégie thérapeutique pour les pathologies temporo-mandibulaires d'origine mécanique.
This study investigated how implant characteristics affect the adhesive bond failure between cartilage implants and surrounding native tissue. The researchers used finite element modeling of the human knee medial compartment with a cohesive zone model to simulate fibrin adhesive failure under compression and sliding loads, testing various implant parameters including size, thickness, stiffness, surface friction, and Poisson's ratio. The key findings showed that larger implants, lack of bone anchoring, higher surface friction, and more compliant (softer) implant materials significantly increased the risk of adhesive bond failure and implant loosening. These results provide important guidance for optimizing cartilage implant design and surgical fixation techniques to improve long-term success rates.
Diese Finite-Elemente-Studie untersuchte, wie verschiedene Eigenschaften von Knorpelimplantaten das Versagen der Fibrin-Klebstoffverbindung zwischen Implantat und nativem Gewebe beeinflussen. Die Forschenden modellierten das mediale Kniekompartment und analysierten den Einfluss von Implantatgröße, -dicke, Elastizitätsmodul, Oberflächenreibungskoeffizient und Poisson-Zahl auf die Adhäsionsqualität unter axialer Kompression und Gleitbelastung. Die Ergebnisse zeigten, dass größere Implantate, höhere Oberflächenreibung, geringere Steifigkeit und fehlende Knochenverankerung das Risiko für Implantatlockerung und Delaminierung signifikant erhöhen. Diese Erkenntnisse können zukünftig zur Optimierung des Implantatdesigns und der Knorpelreparaturtechniken beitragen.
Cette étude visait à évaluer l'influence des caractéristiques des implants de cartilage (taille, épaisseur, module d'élasticité, coefficient de friction et ratio de Poisson) sur l'échec de l'interface adhésive à base de fibrine avec le tissu natif. Les chercheurs ont utilisé un modèle par éléments finis du compartiment médial du genou humain, intégrant un modèle de zone cohésive pour représenter l'endommagement de la fibrine sous compression axiale et glissement. Les résultats démontrent que les implants de plus grande taille, avec un coefficient de friction élevé et une compliance accrue, augmentent significativement le risque de décollement et de délamintion, particulièrement en l'absence d'ancrage osseux sous-jacent. Ces données bioméchaniques pourraient orienter la conception future des implants et l'optimisation des techniques de réparation cartilagineuse.
This study investigated whether preconditioning adipose stromal cells (ASCs) under low oxygen conditions (5% vs 21%) could improve their ability to form cartilage tissue for repair applications. The researchers cultured rabbit and human ASCs under different oxygen levels with or without cartilage-promoting factors, then tested their cartilage-forming potential both in rabbit joint defects (18 weeks) and subcutaneous mouse implants (5 weeks) using a specialized hydrogel carrier. While low oxygen preconditioning enhanced cartilage marker expression in laboratory culture, it did not improve actual cartilage formation when the cells were implanted in living animals. The study found that ASCs preconditioned with cartilage-promoting medium successfully formed cartilage tissue regardless of oxygen preconditioning, and that growing cells within the 3D hydrogel environment enhanced their cartilage-forming potential.
Diese Studie untersuchte, ob eine Vorkonditionierung von adipösen Stromalzellen (ASC) unter niedrigen Sauerstoffbedingungen (5% O₂) deren Potenzial zur Knorpelreparatur in vivo verbessern kann. Die Forscher kultivierten Kaninchen- und Human-ASC in vitro unter normalen (21%) und hypoxischen (5%) Sauerstoffbedingungen in chondrogenen Medien und implantierten diese anschließend in Si-HPMC-Hydrogelen in Knorpeldefekte von Kaninchen sowie subkutan in Nacktmäuse. Die Ergebnisse zeigten, dass 5% Sauerstoff zwar die Expression chondrogener Marker in vitro verstärkte, jedoch keinen zusätzlichen Vorteil für die Knorpelbildung in vivo brachte. Die Studie bestätigt dennoch das grundsätzliche chondrogene Potenzial von ASC für die Knorpelreparatur, insbesondere wenn diese in 3D-Hydrogelkulturen mit chondrogenen Induktionsmedien kombiniert werden.
Cette étude visait à déterminer si un préconditionnement en hypoxie (5% O₂) pouvait améliorer le potentiel régénératif des cellules stromales adipeuses (ASC) pour la réparation du cartilage. Les chercheurs ont préconditionné des ASC de lapin et humaines in vitro en conditions normoxiques ou hypoxiques, puis les ont implantées dans un hydrogel SI-HPMC soit dans des défauts cartilagineux de lapin soit en sous-cutané chez la souris nude. Bien que l'hypoxie ait augmenté l'expression des marqueurs chondrogéniques in vitro, elle n'a pas amélioré la chondrogenèse in vivo par rapport aux conditions normoxiques. L'étude démontre néanmoins le potentiel chondrogénique des ASC pour la réparation cartilagineuse, particulièrement lorsqu'elles sont cultivées en 3D dans l'hydrogel SI-HPMC avec milieu d'induction.
This review examines how combining experimental measurements with fibril-reinforced computational models can advance our understanding of articular cartilage mechanics and chondrocyte responses to loading. The authors focus on fibril-reinforced modeling approaches that incorporate the inhomogeneous and anisotropic structure of cartilage to characterize local tissue and cellular stresses and strains that cannot be measured experimentally. The review demonstrates that these advanced computational models, when combined with experimental validation, provide crucial insights into cartilage mechanotransduction and cellular responses in both healthy and osteoarthritic tissue. The authors conclude that patient-specific finite element models show promise for evaluating cartilage function, predicting osteoarthritis progression, and guiding rehabilitation strategies.
Diese Übersichtsarbeit untersucht, wie die Kombination aus experimentellen Messungen und faserverstärkten Computermodellen zur Erforschung der Gelenkknorpel- und Chondrozytenantwort auf mechanische Belastung eingesetzt werden kann. Die Autoren konzentrieren sich methodisch auf faserverstärkte Finite-Elemente-Modelle, die die inhomogene und anisotrope Struktur des Gelenkknorpels realitätsnah abbilden und mit experimentellen Testverfahren kombiniert werden können. Die Hauptergebnisse zeigen, dass moderne Computermodelle erfolgreich lokale Gewebe- und Zellspannungen charakterisieren können, was mit rein experimentellen Techniken extrem schwierig ist. Die Studie diskutiert zudem vielversprechende Perspektiven für patientenspezifische Modelle zur Bewertung der Knorpelfunktion, Zellreaktionen und Osteoarthritis-Progression.
Cette revue examine l'application des modèles renforcés par fibres combinés aux mesures expérimentales pour étudier la réponse du cartilage articulaire et des chondrocytes au chargement mécanique. Les auteurs présentent une synthèse des approches computationnelles développées pour modéliser la mécanique du cartilage aux niveaux tissulaire et cellulaire, en se concentrant sur les modèles fibril-renforcés qui intègrent les aspects structuraux et compositionnels du tissu réel. L'objectif principal est de caractériser les contraintes et déformations locales dans le cartilage pour mieux comprendre les réponses cellulaires et les facteurs influençant l'arthrose. Les perspectives incluent le développement de modèles personnalisés par éléments finis pour évaluer la fonction cartilagineuse, les réponses cellulaires et la progression de l'arthrose en clinique.
This study aimed to characterize the dynamic compressive properties of cartilage in the temporomandibular joint (TMJ) and determine whether these properties vary by anatomical region and loading frequency. The researchers performed dynamic indentation tests on cartilage from nine porcine TMJs, dividing each joint surface into five regions (anterior, central, posterior, medial, and lateral) and applying sinusoidal compression at frequencies ranging from 0.01 to 10 Hz. The results showed that both mandibular and temporal cartilages exhibited frequency-dependent stiffness that varied significantly between regions, with the lateral region showing the highest stiffness values. Additionally, the temporal cartilage demonstrated higher viscosity (energy dissipation) compared to the mandibular cartilage, suggesting different mechanical roles in load transmission during jaw function.
Diese Studie untersuchte die viskoelastischen Eigenschaften der Gelenkknorpel im Kiefergelenk (TMJ) von Schweinen, um deren regionale Unterschiede und Frequenzabhängigkeit zu charakterisieren. Die Forscher führten dynamische Indentationstests an neun porcinen TMJ durch, wobei die Gelenkoberfläche in fünf Regionen unterteilt und mit sinusförmiger Kompression (1,0% Amplitude, 0,01-10 Hz) belastet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass der dynamische Speichermodul beider Knorpel mit steigender Frequenz zunahm und in der lateralen Region am höchsten war, während der temporale Knorpel generell niedrigere Steifigkeitswerte aber höhere Viskosität (Loss-Tangent 0,35-0,65) als der Kondylusknorpel (0,2-0,45) aufwies. Diese regionsspezifischen und frequenzabhängigen biomechanischen Eigenschaften haben wichtige Implikationen für das Verständnis der Lastübertragung im Kiefergelenk.
Cette étude visait à caractériser les propriétés viscoélastiques région-spécifiques des cartilages condylien mandibulaire et temporal de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) porcine en fonction de la fréquence de chargement. Des tests d'indentation dynamique ont été réalisés sur cinq régions articulaires (antérieure, centrale, postérieure, médiale et latérale) de neuf ATM porcines, avec application d'une déformation sinusoïdale de 1,0% d'amplitude sur une gamme de fréquences de 0,01 à 10 Hz. Les résultats montrent que le module de conservation dynamique augmente avec la fréquence dans les deux cartilages, avec des valeurs maximales dans la région latérale, tandis que le cartilage temporal présente une viscosité plus élevée (tangente de perte : 0,35-0,65) que le cartilage condylien mandibulaire (0,2-0,45). Ces propriétés biomécaniques région-spécifiques et dépendantes de la fréquence suggèrent des implications importantes pour la transmission des charges dans l'ATM.
This study aimed to develop and test a novel "hydromechanical" stimulation device that combines three types of mechanical loading (cyclic compression, frictional shear, and pressurized fluid perfusion) to enhance tissue-engineered cartilage constructs for joint repair. The researchers tested their device on chondrocyte-seeded constructs using different stimulation conditions over 3 weeks, comparing hydromechanical stimulation (at high and low fluid flow rates), compression plus friction only, and unstimulated controls. The main outcome measured was glycosaminoglycan (GAG) retention in the constructs, which ranked highest in the compression plus friction group, followed by high-flow hydromechanical stimulation, low-flow hydromechanical stimulation, and controls. Although no statistically significant differences were found between groups, the study successfully demonstrated the feasibility of the hydromechanical stimulation approach and provided a foundation for future parameter optimization studies.
Diese Studie zielte darauf ab, ein neues "hydromechanisches" Stimulationsverfahren für das Tissue Engineering von Gelenkknorpel zu entwickeln und zu testen. Die Forscher entwickelten ein Gerät, das gleichzeitig zyklische Kompression, Reibungsscherkräfte durch einen gleitenden Kontakt und direkten Flüssigkeitsdruck auf chondrozyten-besiedelte Konstrukte ausübt. In den Experimenten wurden verschiedene Stimulationsbedingungen (hydromechanisch mit hoher/niedriger Durchflussrate, nur mechanisch, Kontrolle) über 3 Wochen getestet und der Glykosaminoglykan-Gehalt als Marker für Knorpelbildung gemessen. Obwohl die rein mechanische Stimulation (Kompression plus Reibung) den höchsten Glykosaminoglykan-Gehalt zeigte, gefolgt von hydromechanischer Stimulation, waren die Unterschiede statistisch nicht signifikant.
Cette étude présente le développement d'un nouveau dispositif de stimulation "hydromécanique" pour l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire, combinant compression cyclique, cisaillement frictionnel et perfusion fluidique sous pression. Les chercheurs ont testé ce dispositif sur des construits ensemencés de chondrocytes pendant 3 semaines, comparant différents débits de perfusion avec des conditions de stimulation mécanique seule et des témoins non stimulés. Les résultats montrent une tendance d'augmentation de la rétention des glycosaminoglycanes (du plus faible au plus élevé) : témoins < stimulation hydromécanique à faible débit < stimulation hydromécanique à haut débit < stimulation mécanique seule, bien qu'aucune différence statistiquement significative n'ait été détectée. Cette approche prometteuse nécessite des optimisations supplémentaires des paramètres de stimulation pour améliorer significativement la production de matrice extracellulaire.
This study aimed to investigate how microscale surface friction changes in articular cartilage during early osteoarthritis (OA), specifically focusing on the boundary lubrication properties of the cartilage surface. The researchers used atomic force microscopy (AFM) to measure friction coefficients at very small scales (0.5-5 μN loads) on cartilage surfaces from an experimental OA model, and examined surface changes using scanning electron microscopy and immunohistochemical staining for lubricin. The key finding was a nearly 50% increase in friction coefficient in early OA cartilage, but only at the lowest applied load (0.5 μN), accompanied by visible surface cracking, roughening, and disruption of the thin surface layer, while lubricin distribution remained unchanged. These results suggest that early OA involves degradation of the cartilage's outermost surface layer, leading to reduced lubrication efficiency and increased potential for wear, highlighting the importance of preserving this surface lamina to maintain joint health and prevent OA progression.
Diese Studie untersuchte die mikroskopischen Reibungseigenschaften der Gelenkknorpeloberfläche bei früher Osteoarthritis, um die Veränderungen der Oberflächenreibung und Schmierung besser zu verstehen. Mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) wurde die Reibung an der Knorpeloberfläche unter verschiedenen Belastungen (0,5-5 μN) gemessen, ergänzt durch elektronenmikroskopische und immunhistochemische Analysen. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Erhöhung des Reibungskoeffizienten um etwa 50% bei osteoarthritischem Knorpel unter geringer Belastung (0,5 μN), begleitet von morphologischen Veränderungen wie Rissbildung und Aufrauhung der Oberfläche sowie einer Desintegration der dünnen Oberflächenschicht. Die Autoren schlussfolgern, dass diese erhöhte Reibung auf eine reduzierte Schmierungseffizienz hinweist und die Erhaltung der Oberflächenschicht ein wichtiges Z
Cette étude vise à caractériser les modifications de friction microscopique à la surface du cartilage articulaire dans un modèle expérimental d'arthrose précoce. Les auteurs ont utilisé la microscopie à force atomique (AFM) pour mesurer les coefficients de friction sous différentes charges (0,5 à 5 μN), complétée par une analyse morphologique en microscopie électronique et un marquage immunohistochimique de la lubricine. Les résultats montrent une augmentation significative de près de 50% du coefficient de friction sous faible charge (0,5 μN) dans le cartilage arthrosique, associée à des altérations morphologiques de surface (fissuration, rugosité) et à une désintégration de la lamina superficielle. Ces modifications suggèrent une détérioration précoce des propriétés lubrifiantes de surface dans l'arthrose, soulignant l'importance de préserver l'intégrité de la lamina superficielle pour maintenir la santé articulaire.
This study investigated how the natural variation in cartilage properties from surface to bone affects fluid pressure distribution in the knee joint during loading. The researchers used advanced 3D finite element modeling of a complete knee joint, incorporating the distinct material properties of cartilage's superficial, middle, and deep zones, as well as the individual contributions of collagen fibers, proteoglycans, and fluid. The results showed that depth-dependent material variation enhances fluid support in the superficial zone by increasing fluid pressure while reducing compressive stress, and decreases harmful tensile stresses at the cartilage-bone interface. These findings suggest that cartilage's layered structure serves important protective functions by preventing deep tissue fractures, protecting surface tissue from excessive compression, and improving joint lubrication.
Diese Studie untersuchte, wie die tiefenabhängige Materialinhomogenität des Gelenkknorpels die Flüssigkeitsdruckbildung im menschlichen Knie beeinflusst. Die Forscher entwickelten ein anatomisch genaues 3D-Finite-Elemente-Modell des Kniegelenks, das die unterschiedlichen Materialeigenschaften in den oberflächlichen, mittleren und tiefen Knorpelzonen sowie die verschiedenen Gewebekomponenten (Kollagenfasern, Proteoglykane, Flüssigkeit) berücksichtigte. Die Ergebnisse zeigten, dass die tiefenabhängige Inhomogenität die Flüssigkeitsunterstützung in der oberflächlichen Zone durch erhöhten Flüssigkeitsdruck und reduzierten kompressiven Stress verstärkt, während gleichzeitig die Zug- und Druckbelastungen an der Knorpel-Knochen-Grenzfläche verringert werden. Diese Gewebeeigenschaften tragen somit zum Schutz vor tiefen Gewebefrakturen, zur
Cette étude examine l'influence de l'hétérogénéité matérielle dépendante de la profondeur du cartilage articulaire sur la pressurisation du fluide dans le genou humain, en utilisant un modèle anatomiquement précis incluant le fémur distal, le cartilage fémoral, les ménisques, le cartilage tibial et le tibia proximal. Les propriétés matérielles spécifiques à chaque zone (superficielle, moyenne et profonde) ont été intégrées dans une analyse par éléments finis considérant les fibres de collagène, la matrice de protéoglycanes et le fluide comme des constituants distincts. Les résultats démontrent que l'hétérogénéité dépendante de la profondeur améliore le support fluidique dans la zone superficielle en augmentant la pression du fluide tout en réduisant le stress compressif effectif, et diminue simultanément les contraintes de tension à l'interface cartilage-os. Cette modélisation 3D révèle que l'hétérogénéité tissulaire joue un rôle protecteur en réduisant les fractures des tissus profonds, en
This study aimed to improve cartilage formation from human bone marrow mesenchymal stromal cells (hBM-MSCs) by mimicking early limb development processes, specifically testing whether WNT3A and FGF2 signaling could prime cells for better cartilage production. The researchers cultured hBM-MSCs in 3D pellets and treated them with these developmental factors before inducing cartilage formation with TGF-β1, measuring cell proliferation, gene expression, and cartilage matrix production. WNT3A successfully increased cell proliferation five-fold and enhanced subsequent cartilage formation by 30% compared to controls, with CD146+ cells showing particular responsiveness to this treatment. However, unlike in natural development, FGF2 actually worked against WNT3A's beneficial effects, highlighting both the promise and challenges of applying developmental biology principles to tissue engineering approaches.
Diese Studie untersuchte, ob entwicklungsbiologische Signalwege genutzt werden können, um 3D-Kulturen humaner mesenchymaler Stromalzellen aus dem Knochenmark (HBM-MSC) für die Knorpelbildung zu optimieren. Die Forscher testeten WNT3A und FGF2 als Signalmoleküle in 3D-Pellet-Kulturen und analysierten deren Einfluss auf Zellproliferation, Stammzelleigenschaften und anschließende chondrogene Differenzierung. WNT3A führte zu einer fünffachen Steigerung proliferierender Zellen und verbesserte die nachfolgende TGF-β1-vermittelte Knorpelbildung um 30%, während FGF2 überraschenderweise antagonistische Effekte zeigte. Die Ergebnisse zeigen, dass ein "developmental engineering"-Ansatz mit WNT3A-Vorkonditionierung das chondrogene Potenzial von HBM-MSC in 3D-Kultur steigern kann, wobei besonders CD146⁺-Subpopulationen responsiv waren
Cette étude visait à améliorer la formation de cartilage par les cellules souches mésenchymateuses humaines (HBM-MSC) en reproduisant les étapes précoces du développement des membres embryonnaires dans des cultures 3D. Les chercheurs ont testé l'effet de WNT3A et FGF2 sur la prolifération et le potentiel chondrogénique des HBM-MSC cultivées en sphéroïdes 3D, puis ont évalué leur capacité de différenciation cartilagineuse. Les résultats montrent que WNT3A multiplie par cinq la prolifération cellulaire et améliore de 30% la chondrogenèse induite par TGF-β1, particulièrement dans la sous-population CD146⁺, tandis que FGF2 exerce un effet antagoniste contrairement aux modèles développementaux. Cette approche d'"ingénierie développementale" ouvre des perspectives prometteuses pour optimiser la régénération cartilagineuse en médecine régénérative.
This study investigated how preculturing osteoarthritic (OA) chondrocytes to allow matrix accumulation affects their response to mechanical compression. The researchers cultured expanded chondrocytes from different cartilage zones in alginate gels, with some cells precultured for 2 weeks before applying dynamic compression, while measuring expression of matrix proteins, inflammatory molecules, and tissue-degrading enzymes. The key finding was that expanded OA chondrocytes with predeposited matrix (mimicking the natural pericellular matrix) showed enhanced sensitivity to mechanical loading, producing more beneficial matrix proteins and fewer harmful enzymes compared to cells without preculture. These results suggest that allowing cells to rebuild their surrounding matrix before mechanical stimulation may be important for cartilage tissue engineering approaches using expanded OA chondrocytes.
Diese Studie untersuchte, wie sich die Vorkultur und mechanische Belastung auf die Genexpression von osteoarthritischen Chondrozyten aus verschiedenen Knorpelzonen auswirken. Die Forscher kultivierten expandierte Chondrozyten aus oberflächlichen und tiefen Knorpelschichten in Alginat-Gelen, führten eine zweiwöchige Vorkultur durch und untersuchten anschließend die Effekte dynamischer Kompression auf die Expression von Matrixmolekülen, Zytokinen und Matrix-Metalloproteinasen. Die Hauptergebnisse zeigen, dass vorkultivierte expandierte Chondrozyten deutlich sensitiver auf mechanische Belastung reagierten, mit verstärkter Matrixakkumulation, erhöhten IL-1β- und IL-4-Spiegeln sowie reduzierten MMP-2-Levels in den tiefen Zonen. Diese Befunde demonstrieren, dass eine PCM-ähnliche Matrixablagerung durch Vorkultur die mechanische Responsivität osteoarthritischer Chondrozyten wiederherstellen kann, was wichtige
Cette étude examine l'effet de la préculture et de la charge mécanique sur la réponse des chondrocytes arthrosiques expansés, en se concentrant sur le rôle de la matrice péricellulaire (PCM) dans la mécanotransduction. Les chondrocytes des zones superficielle et moyenne/profonde de cartilages arthrosiques ont été encapsulés dans des gels d'alginate, précultivés pendant 2 semaines, puis soumis à une compression dynamique pour analyser l'expression de molécules matricielles, cytokines et métalloprotéases (MMPs). Les résultats montrent que les chondrocytes précultivés répondent plus sensiblement à la charge mécanique avec une accumulation matricielle accrue, des niveaux élevés d'IL-1β et IL-4, et une diminution des MMPs-2, -3 et -13, tandis que les chondrocytes non-expansés ne répondent pas à la compression. Ces findings démontrent que la présence d'une matrice péricellulaire préalablement déposée améliore la capacité des chondrocytes arthrosiques à répondre positivement aux stimulations mécaniques compressives
This study investigated how environmental factors affect chondrocyte (cartilage cell) volume changes when cartilage is exposed to hypo-osmotic (low salt) conditions. The researchers used confocal microscopy to observe cells in cartilage samples before and after osmotic challenge, comparing different immersion media (PBS vs. DMEM) and temperatures (21°C vs. 37°C). All groups showed the same pattern: cells initially swelled when exposed to the hypo-osmotic solution, then returned to their original volumes within 120 minutes. The findings demonstrate that chondrocyte volume regulation in response to osmotic stress is robust and unaffected by the choice of common laboratory media or temperature conditions.
Diese Studie untersuchte, wie verschiedene Umgebungsfaktoren (Immersionsmedium und Temperatur) die Volumenregulation von Chondrozyten in Gelenkknorpel unter hypo-osmotischen Bedingungen beeinflussen. Die Forscher verwendeten konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie, um Chondrozyten in situ vor sowie 3 und 120 Minuten nach hypo-osmotischer Belastung zu beobachten, wobei sie verschiedene Medien (PBS vs. DMEM) und Temperaturen (21°C vs. 37°C) testeten. In allen Versuchsgruppen zeigten die Zellen ein charakteristisches Verhalten: zunächst schwollen sie an und kehrten dann zu ihrem ursprünglichen Volumen zurück. Die Ergebnisse demonstrieren, dass weder die Zusammensetzung des Immersionsmediums noch die Temperatur einen signifikanten Einfluss auf die initiale Zellschwellung und nachfolgende Volumenregulation der Chondrozyten haben.
Cette étude a examiné comment la composition du milieu d'immersion et la température influencent les réponses cellulaires des chondrocytes lors d'un stress hypo-osmotique du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé la microscopie confocale pour observer in situ les changements de volume des chondrocytes de la zone superficielle avant, 3 minutes et 120 minutes après un défi hypo-osmotique, en comparant deux milieux (PBS vs DMEM) et deux températures (21°C vs 37°C). Les résultats montrent que dans tous les groupes, les chondrocytes gonflent initialement puis récupèrent leur volume original, avec des réponses similaires indépendamment du milieu utilisé ou de la température. Cette étude démontre que les mécanismes de régulation du volume des chondrocytes en réponse au stress osmotique sont robustes et ne dépendent pas des conditions expérimentales couramment utilisées.
This study investigated how preconditioning cycles affect the measurement of mechanical properties in articular cartilage, addressing the common practice of discarding initial loading data in favor of subsequent "steady-state" measurements. The researchers used computational modeling to analyze the time-dependent effects of both collagen viscoelasticity and fluid flow (poroelasticity) during different loading conditions, including indentation and unconfined compression. The key finding was that preconditioning significantly influences cartilage mechanical response, with collagen viscoelasticity dominating under indentation and fluid-dependent effects being more important under unconfined compression. Importantly, the study revealed that viscoelastic and poroelastic effects can either oppose each other (creating apparent equilibrium when the tissue is not actually at equilibrium) or reinforce each other (producing prolonged effects), demonstrating that accurate determination of cartilage mechanical properties requires analyzing both preconditioning and post-preconditioning data rather than ignoring the initial loading cycles.
Diese Studie untersuchte, wie die Vorkonditionierung (erste Belastungszyklen) die Messung der mechanischen Eigenschaften von Gelenkknorpel beeinflusst. Die Forschenden verwendeten Computermodellierung, um zeitabhängige viskoelastische und poroelastische Effekte während verschiedener mechanischer Tests zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass bei Indentationstests hauptsächlich die Kollagen-Viskoelastizität dominiert, während bei uniaxialer Kompression fluidabhängige Effekte wichtiger sind, wobei diese Effekte sich gegenseitig verstärken oder aufheben können. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Vorkonditionierungsprotokolle die mechanischen Eigenschaften von Gelenkknorpel signifikant beeinflussen und daher bei der Bestimmung der vollständigen viskoelastischen und poroelastischen Eigenschaften nicht vernachlässigt werden dürfen.
Cette étude examine comment les cycles de préconditionnement (chargements initiaux habituellement ignorés) influencent la mesure des propriétés poro-viscoélastiques du cartilage articulaire. Les auteurs utilisent la modélisation computationnelle pour évaluer les effets temporels de la viscoélasticité du collagène et de l'écoulement fluidique pendant et après le préconditionnement. Les résultats montrent que la viscoélasticité du collagène domine lors de tests d'indentation tandis que les effets fluidiques prédominent en compression uniaxiale, et que ces phénomènes peuvent se renforcer ou se compenser mutuellement, créant parfois un équilibre apparent alors que le tissu n'est pas réellement à l'équilibre. L'étude conclut que le préconditionnement influence significativement la réponse mécanique du cartilage et doit être inclus dans l'analyse pour déterminer avec précision les propriétés mécaniques du tissu.
This case report describes the first use of autologous chondrocyte implantation (ACI) to treat severe cartilage damage in the wrist joint of a 22-year-old man who suffered a traumatic wrist fracture. The researchers used a novel approach involving chondrocytes (cartilage cells) delivered in an albumin-hyaluronic acid gel that hardens in place to repair grade 4 cartilage defects in two areas of the radiocarpal joint. At 6 months follow-up, the patient showed improved wrist function and reduced disability scores (DASH score improved from 10.8 to 7.5), better range of motion without pain, and good tissue integration on MRI imaging. While these initial results are promising for treating severe wrist cartilage injuries, the authors emphasize that larger clinical studies are needed to validate this new treatment approach.
Diese Fallstudie beschreibt erstmals die Anwendung einer autologen Chondrozytenimplantation (ACI) zur Behandlung schwerer traumatischer Knorpelschäden im Handgelenk eines 22-jährigen Patienten nach distaler Radiusfraktur. Die Methode verwendete ein in situ polymerisierbares Albumin-Hyaluronsäure-Gel zur Wiederherstellung des Gelenkknorpels in der Fovea scaphoidea und lunata. Nach 6 Monaten zeigten sich vielversprechende Ergebnisse mit Verbesserung des DASH-Scores (von 10,8 auf 7,5), schmerzfreier Beweglichkeit des Handgelenks und guter Implantatintegration in der MRT-Kontrolle. Die Autoren betonen, dass weitere klinische Studien mit größeren Patientenzahlen erforderlich sind, um diese innovative Behandlungsmethode für schwere Handgelenkknorpeldefekte zu validieren.
Cette étude présente le premier cas d'implantation de chondrocytes autologues (ICA) pour traiter des lésions cartilagineuses graves du poignet post-traumatiques. Les auteurs rapportent le cas d'un homme de 22 ans ayant développé des lésions cartilagineuses de grade 4 au niveau radiocarpien suite à une fracture articulaire du radius distal, traitées par ICA utilisant un gel d'albumine-acide hyaluronique polymérisable in situ. À 6 mois post-opératoires, les résultats montrent une amélioration du score DASH (de 10,8 à 7,5), une augmentation de l'amplitude articulaire sans douleur, et une bonne intégration de l'implant à l'IRM. Cette approche innovante démontre des résultats préliminaires prometteurs pour la reconstruction cartilagineuse post-traumatique du poignet, bien que des études cliniques plus larges soient nécessaires.
This review examines how mechanical forces affect the biomechanical properties and cellular responses of articular chondrocytes, the specialized cells responsible for maintaining cartilage health. The authors synthesized existing literature on the viscoelastic properties of chondrocytes and their surrounding structures (nucleus, pericellular matrix, and chondron), comparing normal versus osteoarthritic conditions. Key findings indicate that while chondrocytes normally maintain cartilage matrix balance through mechano-responsive synthesis and degradation processes, excessive loading or injury disrupts this balance, leading to matrix breakdown and osteoarthritis development. The review highlights that chondrocyte mechanobiology plays a crucial role in osteoarthritis pathogenesis and suggests this understanding could inform the development of biophysical treatments for joint degeneration.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die biomechanischen Eigenschaften und Mechanobiologie von Gelenkknorpelzellen (Chondrozyten), um deren Rolle bei der Entstehung von Arthrose besser zu verstehen. Die Autoren analysierten systematisch Studien zu den viskoelastischen Eigenschaften verschiedener zellulärer Komponenten (Zellkern, Chondrozyt, perizelluläre Matrix und Chondron) sowie deren Veränderungen bei Arthrose. Die Ergebnisse zeigen, dass Chondrozyten unter physiologischer Belastung die Balance zwischen Matrixabbau und -synthese aufrechterhalten, während übermäßige mechanische Beanspruchung oder Verletzungen zu verstärktem Abbau und damit zur Arthroseentwicklung führen. Diese Erkenntnisse könnten neue Einblicke in die Pathogenese der Arthrose liefern und zur Entwicklung effektiver biophysikalischer Therapieansätze beitragen.
Cette revue vise à synthétiser les connaissances actuelles sur les propriétés biomécaniques et la mécanobiologie des chondrocytes articulaires, cellules clés dans le maintien de l'intégrité du cartilage et le développement de l'arthrose. Les auteurs analysent les propriétés viscoélastiques du noyau cellulaire, du chondrocyte, de la matrice péricellulaire et du chondron, ainsi que leurs modifications dans l'arthrose. L'étude examine également les réponses des chondrocytes normaux et arthrosiques à diverses stimulations mécaniques. Ces données offrent des perspectives nouvelles sur la pathogenèse de l'arthrose et pourraient contribuer au développement de traitements biophysiques efficaces.
This study evaluated a method for enhancing adipose-derived stem cells (ADSCs) to improve cartilage repair treatments. The researchers used platelet-rich plasma (PRP) to precondition autologous ADSCs and tested their effectiveness in treating cartilage defects in a mouse model. The PRP-treated ADSCs showed improved cell growth and better ability to form cartilage tissue compared to untreated cells, and were more effective at repairing cartilage defects in the animal model. While the method shows promise for developing clinical cell therapies for cartilage regeneration, the authors note that further research is needed to refine the technique and better understand the composition of the repaired tissue.
Diese Studie untersuchte die Vorkonditionierung von autologen Adipose-derived Stem Cells (ADSCs) mit plättchenreichem Plasma (PRP) zur Verbesserung der Knorpelregeneration. Die Forscher behandelten ADSCs mit PRP und testeten deren therapeutische Wirksamkeit bei Knorpeldefekten in Mäusen. Die Ergebnisse zeigten, dass PRP-behandelte ADSCs eine erhöhte Proliferations- und Chondrogenesefähigkeit aufwiesen und eine verbesserte Heilung von Gelenkknorpeldefekten bewirkten. Obwohl weitere Untersuchungen zur Gewebezusammensetzung erforderlich sind, bietet dieser Ansatz vielversprechende Perspektiven für klinisch anwendbare Zelltherapien in der Knorpelregeneration.
Cette étude évalue l'utilisation de cellules souches dérivées du tissu adipeux autologue préconditionnées par du plasma riche en plaquettes (PRP) pour la régénération du cartilage articulaire. Les chercheurs ont démontré que le traitement par PRP améliore significativement les capacités prolifératives et chondrogéniques de ces cellules souches. Les tests sur modèle murin ont montré une efficacité accrue dans le traitement des défauts du cartilage articulaire par rapport aux cellules non traitées. Bien que des investigations supplémentaires soient nécessaires concernant la composition du tissu de réparation, ces résultats prometteurs ouvrent la voie vers des thérapies cellulaires cliniquement applicables pour la régénération cartilagineuse.
This study aimed to evaluate a hybrid scaffold combining hyaluronic acid (HA) hydrogel with porous poly(ε-caprolactone) (PCL) for cartilage tissue engineering applications. The researchers tested the mechanical properties of the hybrid scaffolds using tensile and compressive testing at various frequencies, and assessed dedifferentiated chondrocyte behavior including cell morphology and extracellular matrix protein expression. The hybrid scaffolds demonstrated tensile properties similar to human articular cartilage and showed significantly increased viscous behavior at physiologically relevant frequencies (1-2 Hz) compared to PCL-only controls, though this did not translate to enhanced chondrocyte differentiation or matrix protein production. The authors conclude that this hybrid platform provides a mechanically suitable model system for studying cartilage tissue engineering, though additional optimization is needed to promote proper chondrocyte differentiation and matrix formation.
Diese Studie untersuchte ein Hybrid-Scaffold aus Hyaluronsäure-Hydrogel und porösem Poly(ε-Caprolacton) (PCL) als biomechanisch günstige Plattform für das Knorpel-Tissue-Engineering. Die mechanischen Eigenschaften wurden mittels Zug- und Druckversuchen charakterisiert, während dedifferenzierte Chondrozyten zur Bewertung der biologischen Antwort kultiviert wurden. Das Hybrid-Scaffold zeigte ähnliche Steifigkeitswerte wie menschlicher Gelenkknorpel und bei physiologischen Belastungsfrequenzen (1-2 Hz) signifikant erhöhte Verlustmoduli, was auf verbesserte viskoelastische Eigenschaften hinweist. Obwohl die Chondrozyten auf dem Hybrid-Scaffold eine rundlichere Morphologie aufwiesen, unterschied sich die Expression von Knorpel-spezifischen Matrixproteinen nicht vom PCL-Kontrollmaterial, wodurch eine mechanisch optimierte Plattform für weitere Knorpel-Engineering-Studien bereitgestellt wird.
Cette étude visait à évaluer les propriétés mécaniques et biologiques d'un échafaudage hybride combinant un hydrogel d'acide hyaluronique (HA) et de la poly(ε-caprolactone) poreuse (PCL) pour l'ingénierie tissulaire du cartilage. Les chercheurs ont caractérisé les propriétés mécaniques en tension et compression, puis évalué la réponse de chondrocytes dédifférenciés cultivés sur ces échafaudages. Les résultats montrent que l'échafaudage hybride présente un module de Young similaire au cartilage articulaire humain (2,02 MPa) et un module de perte significativement augmenté aux fréquences physiologiques (1-2 Hz), reproduisant mieux les propriétés viscoélastiques du cartilage natif. Bien que les chondrocytes aient adopté une morphologie arrondie favorable sur l'échafaudage hybride, l'expression des protéines de matrice extracellulaire (collagène I/II, agrécane) restait similaire au contrôle PCL, suggérant que des optimisations supplémentaires sont nécess
This study aimed to develop a more reliable and reproducible mouse model of osteoarthritis by controlling animal movement to reduce the high variability seen in current models. The researchers induced osteoarthritis in C57BL/6 mice through meniscal destabilization, then housed them in either standard cages (free movement) or confined cages with controlled exercise regimens of 0, 400, 800, or 1200 meters per day. Mice in confined cages with controlled exercise showed more severe osteoarthritis lesions with significantly less variation between animals, though the progression patterns differed based on exercise intensity - linear progression until 8 weeks with moderate exercise (400m/day) versus plateauing after 4 weeks with higher exercise levels. The improved model reliability was validated by successfully detecting therapeutic effects of hyaluronic acid treatment, which could not be statistically demonstrated using the standard caging approach.
Diese Studie zielte darauf ab, ein zuverlässiges und reproduzierbares Mausmodell für Arthrose zu entwickeln, da bisherige Modelle durch hohe individuelle Variation der Gelenkläsionen limitiert waren. Die Forscher induzierten Arthrose in C57BL/6-Mäusen durch Destabilisierung des medialen Meniskus und kontrollierten anschließend die Bewegung der Tiere in speziell entwickelten Käfigen mit definierten Trainingsprogrammen (0, 400, 800 oder 1200 m/Tag). Die Ergebnisse zeigten, dass kontrollierte Bewegung zu schwerwiegenderen Arthroseläsionen mit deutlich geringerer Variation führte, wobei verschiedene Trainingsintensitäten unterschiedliche zeitliche Progressionsmuster der Arthrose hervorriefen. Die Validität des neuen Modells wurde erfolgreich durch den signifikanten Nachweis der therapeutischen Wirkung von Hyaluronsäure bestätigt, während das Standardkäfig-Modell keine statistisch signifikanten Unterschiede zeigte.
Cette étude visait à développer un modèle murin d'arthrose plus fiable et reproductible en contrôlant le mouvement des animaux. Les chercheurs ont induit l'arthrose chez des souris C57BL/6 par déstabilisation du ménisque médial, puis les ont placées dans des cages confinées avec différents niveaux d'exercice contrôlé (0, 400, 800 ou 1200 m/jour), comparativement à des cages standard permettant le mouvement libre. Les résultats montrent que le confinement avec exercice contrôlé produit des lésions articulaires plus sévères et beaucoup moins variables, avec des profils de progression temporelle distincts selon l'intensité d'exercice. La validité de ce modèle optimisé a été confirmée par sa capacité à détecter statistiquement l'effet thérapeutique de l'acide hyaluronique, contrairement au modèle standard qui n'a pas montré de différence significative.
This randomized controlled trial investigated whether adding hyaluronic acid injections to high tibial osteotomy (HTO) surgery could increase cartilage volume in patients with knee osteoarthritis. The study compared 40 patients with medial compartment knee osteoarthritis: 20 received two cycles of weekly hyaluronic acid injections at 6-month intervals after HTO, while 20 controls received HTO alone, with cartilage volume measured by MRI before surgery and at one year follow-up. Patients who received hyaluronic acid injections showed significant increases in total cartilage volume and lateral compartment cartilage volume, while the control group experienced cartilage loss in the lateral tibial area. Both groups had similar improvements in pain and function scores, but the hyaluronic acid group required significantly less anti-inflammatory medication, suggesting that combining these treatments may help preserve and restore cartilage after corrective knee surgery.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersuchte, ob intraartikuläre Hyaluronsäure-Injektionen nach einer hohen Tibiaosteotomie (HTO) das Knorpelvolumen bei Kniearthrose-Patienten verbessern können. 40 Patienten mit medialer Kniearthrose wurden in zwei Gruppen randomisiert: Die Studiengruppe (n=20) erhielt nach der HTO zwei Zyklen mit je fünf wöchentlichen Hyaluronsäure-Injektionen, während die Kontrollgruppe (n=20) nur die HTO-Operation erhielt. Die MRT-Analyse nach einem Jahr zeigte in der Studiengruppe eine signifikante Zunahme des Gesamtknorpelvolumens sowie des lateralen femoralen und tibialen Knorpelvolumens, während die Kontrollgruppe Knorpelverluste am lateralen Tibiaplateau aufwies. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Hyaluronsäure-Injektionen nach HTO sowohl das Knorpelvolumen erhöhen als auch Knorpelverl
Cette étude randomisée contrôlée a évalué l'effet des injections intra-articulaires d'acide hyaluronique combinées à l'ostéotomie tibiale haute (OTH) sur le volume cartilagineux chez 40 patients avec arthrose du compartiment médial du genou. Les patients du groupe d'étude (n=20) ont reçu deux cycles d'injections hebdomadaires d'acide hyaluronique post-OTH, tandis que le groupe contrôle (n=20) n'a eu que l'OTH, avec évaluation du volume cartilagineux par IRM à 1 an. Les résultats montrent une augmentation significative du volume cartilagineux total et des compartiments fémoral et tibial latéraux dans le groupe traité par acide hyaluronique, contrairement au groupe contrôle qui a présenté une perte de cartilage au plateau tibial latéral. Cette approche combinée semble donc bénéfique pour la préservation et l'augmentation du volume cartilagineux après correction de l'axe mécanique du genou.
This study investigated whether the natural mechanical properties of knee cartilage can generate sufficient heat during normal activity to optimize cartilage metabolism. The researchers developed a mathematical model using three experimentally-determined parameters: energy dissipation during cyclic loading (measured through mechanical testing), cartilage heat capacity (measured with differential scanning calorimetry), and heat transfer rates (measured using MRI thermometry in four volunteers). The model predicted that healthy cartilage can warm from a resting temperature of 33°C to 36.7°C after one hour of walking, reaching the optimal temperature range (36-38°C) for producing key cartilage components like proteoglycans and hyaluronic acid. Importantly, the study found that degenerated cartilage lacks sufficient viscoelastic properties to generate this beneficial temperature increase, suggesting a potential link between cartilage mechanical function and its ability to maintain itself.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte, ob die viskoelastischen Eigenschaften von gesundem Knorpel durch mechanische Belastung eine Temperaturerhöhung bewirken können, die den optimalen Bereich für den Knorpelstoffwechsel erreicht. Die Forscher entwickelten ein mathematisches Modell mit drei experimentell bestimmten Parametern: Energiedissipation unter zyklischer Belastung (mechanische Tests), Wärmekapazität des Knorpels (Kalorimetrie) und Wärmeübertragungskonstante (MR-Thermometrie bei vier Probanden). Das Modell prognostizierte, dass gesunder Knorpel nach einstündigem Gehen seine Temperatur von 33°C auf 36,7°C erhöhen kann – einen Bereich, der optimal für die Proteoglykan- und Hyaluronsäure-Synthese ist. Die Ergebnisse zeigen einen möglichen Zusammenhang zwischen den mechanischen Eigenschaften des Knorpels und seiner metabolischen Homöostase auf, da degenerierter Knorpel diese temperaturstimulierende
Cette étude visait à démontrer que les propriétés viscoélastiques du cartilage sain permettent d'atteindre des températures optimales pour le métabolisme cartilagineux lors de sollicitations mécaniques physiologiques. Les chercheurs ont développé un modèle intégrant trois paramètres déterminés expérimentalement : la dissipation d'énergie mesurée par tests mécaniques cycliques, la capacité thermique du cartilage évaluée par calorimétrie différentielle, et la constante de temps de transfert thermique obtenue par thermométrie IRM in vivo. Le modèle prédit qu'après 1 heure de marche, la dissipation visqueuse élève la température du cartilage sain de 33°C à 36,7°C, atteignant ainsi la plage optimale (36-38°C) pour la synthèse des protéoglycanes et de l'acide hyaluronique, contrairement au cartilage dégénéré qui ne présente pas cette capacité de réchauffement. Ces résultats suggèrent une association entre les propriétés dissipatives du cartilage et son homéostasie métabolique.
This study investigated how different mechanical loading conditions affect the regenerative potential of minced cartilage fragments for cartilage repair applications. The researchers cultured bovine cartilage fragments in scaffolds under three conditions: free-swelling (control), dynamic compression and shear using a bioreactor, or a combination of initial free-swelling followed by mechanical stimulation, then analyzed tissue formation using molecular, biochemical, and histological methods. The key findings showed that mechanical loading helped maintain the expression of cartilage-specific genes (collagen II, aggrecan, COMP) over four weeks, while these markers declined in free-swelling controls, and bioreactor stimulation also promoted greater cellular growth compared to static conditions. However, despite the improved gene expression, the actual tissue formed under mechanical loading showed signs of being less mature cartilage with increased fibrous tissue markers, suggesting a disconnect between molecular signals and tissue quality.
Diese Studie untersuchte den Einfluss verschiedener In-vitro-Kulturbedingungen auf die Chondrogenese von zerkleinertem Knorpelgewebe (Minced Cartilage). Bovine Knorpelfragmente wurden in Polyurethan-Scaffolds kultiviert und entweder unter freien Schwellbedingungen gehalten oder mechanischer Kompression und Scherung in einem kniegelenkspezifischen Bioreaktor ausgesetzt, wobei Genexpression, GAG/DNA-Gehalt sowie histologische Parameter analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Stimulation die langfristige chondrogene Genexpression (Kollagen Typ II, Aggrecan, COMP) im Vergleich zu freischwellenden Kontrollen signifikant aufrechterhielt und das Zellwachstum verstärkte. Jedoch ergab die histologische Analyse, dass das durch Bioreaktorkultivierung entstandene Neogewebe unreife Eigenschaften aufwies, obwohl die molekularen Marker eine chondrogene Reifung anzeigten.
Cette étude visait à évaluer l'effet de différentes conditions de culture in vitro sur la chondrogenèse de fragments de cartilage articulaire bovin broyés et associés à la fibrine. Les échantillons ont été cultivés soit en gonflement libre (contrôle), soit sous stimulation mécanique dynamique par bioréacteur reproduisant les contraintes de compression et de cisaillement spécifiques du genou, pendant 2 ou 4 semaines. Les résultats montrent que la stimulation mécanique maintient significativement l'expression des gènes chondrogéniques (collagène de type II, agrécane, COMP) aux temps longs comparativement aux contrôles, tout en favorisant la croissance cellulaire. Cependant, l'analyse histologique révèle paradoxalement la formation d'un néotissu immature avec une expression réduite des marqueurs cartilagineux typiques dans les zones de croissance cellulaire stimulée mécaniquement.
This study aimed to optimize cartilage tissue production from equine cord blood mesenchymal stromal cells by comparing different culture methods and oxygen conditions. Researchers cultured cells from 5 foals for 3 weeks using either membrane or pellet culture systems under normal (21%) or reduced (5%) oxygen conditions, then evaluated the resulting tissue using histological, biochemical, and gene expression analyses. The combination of membrane culture with 5% oxygen produced the highest quality neocartilage that most closely resembled natural hyaline cartilage, with membrane culture increasing tissue yield and uniformity while low oxygen enhanced cartilage-specific components like glycosaminoglycans and type II collagen. These findings suggest that membrane culture under reduced oxygen tension could improve cartilage regeneration therapies for treating joint damage in horses.
Diese Studie untersuchte, ob Membrankultur und reduzierte Sauerstoffkonzentration die Knorpelbildung aus equinen Nabelschnurblut-Stammzellen verbessern können. Die Forscher kultivierten mesenchymale Stromalzellen von 5 Fohlen über 3 Wochen in Membran- oder Pelletkultur bei 5% bzw. 21% Sauerstoff und analysierten die entstandenen Gewebe histologisch, biochemisch und molekular. Die Kombination aus Membrankultur und 5% Sauerstoff produzierte die größte Menge an qualitativ hochwertigstem Neorknorpel, der dem hyalinen Knorpel am ähnlichsten war - mit erhöhtem Kollagengehalt durch die Membrankultur und vermehrten Glykosaminoglykanen sowie Typ-II-Kollagen durch die Hypoxie. Diese Methode zeigt vielversprechende Ansätze für die therapeutische Anwendung und könnte die Behandlung von Knorpelschäden bei Pferden verbessern.
Cette étude visait à évaluer l'effet de la culture en membrane et de la réduction de la tension en oxygène sur la chondrogenèse de cellules stromales mésenchymateuses dérivées du sang de cordon ombilical équin. Les chercheurs ont comparé la différenciation chondrogénique pendant 3 semaines en culture membrane versus pellet, sous conditions d'oxygène à 5% versus 21%, en utilisant des analyses histologiques, biochimiques et d'expression génique. La culture en membrane à 5% d'oxygène a produit un néocartilage de qualité supérieure ressemblant le plus au cartilage hyalin, avec une masse tissulaire accrue, une morphologie matricielle homogène et un contenu en collagène total plus élevé, tandis que l'hypoxie à 5% a augmenté spécifiquement le contenu en glycosaminoglycanes et collagène de type II. Cette approche combinée présente un potentiel prometteur pour la production à grande échelle de cartilage thérapeutique destiné au traitement des lésions cartilagineuses chez le cheval.
This study investigated how mechanical motion regulates PRG4 (lubricin) expression in articular cartilage, a protective protein that helps prevent osteoarthritis. The researchers used both in vivo running experiments and in vitro fluid flow shear stress (FFSS) models to examine the molecular pathways involved. They found that running maximally increases PRG4 expression in the superficial zone of knee cartilage through COX-2-dependent mechanisms involving CREB signaling. The study also revealed that FFSS triggers the release of signaling molecules (PGE2, PTHrP, and ATP) that activate both PKA and calcium-regulated pathways, ultimately promoting CREB-dependent PRG4 expression specifically in superficial zone chondrocytes.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Bewegung die Expression von PRG4 (Lubricin) im Gelenkknorpel reguliert, einem wichtigen Schutzprotein gegen Arthrose-Entwicklung. Die Forscher verwendeten Laufexperimente an Mäusen sowie in-vitro-Versuche mit Flüssigkeitsscherkräften (FFSS) an Knorpelzellen, um die zugrundeliegenden Signalwege zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl Laufen als auch FFSS die PRG4-Expression in oberflächlichen Knorpelzellen über COX-2-abhängige Mechanismen maximal steigern, wobei multiple Signalmoleküle (PGE2, PTHrP, ATP) PKA- und Calcium-regulierte Wege aktivieren, die letztendlich zu einer CREB-abhängigen PRG4-Induktion führen. Diese Erkenntnisse belegen, dass mechanische Belastung durch gemeinsame molekulare Signalwege die schützende Lubricin-Produktion im Gelenkknorpel fördert.
Cette étude examine comment le mouvement mécanique régule l'expression de PRG4 (lubricine), une protéine protectrice du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé des modèles de course chez l'animal et des expériences de contrainte de cisaillement par flux fluidique (FFSS) in vitro pour analyser les voies de signalisation impliquées. Les résultats montrent que le mouvement mécanique et le FFSS induisent l'expression de PRG4 dans la zone superficielle du cartilage via des voies dépendantes de COX-2 et CREB, impliquant la sécrétion de PGE2, PTHrP et ATP qui activent les voies PKA et calcium. Ces findings suggèrent que l'activité physique pourrait protéger le cartilage articulaire en stimulant la production de lubricine par des mécanismes de mécano-transduction spécifiques.
This study aimed to investigate how strain is distributed throughout articular cartilage at the microscopic level when the tissue is under tensile loading. The researchers used nonlinear microscopy (which can image living tissue without added dyes) combined with mechanical testing, tracking individual cartilage cells (chondrocytes) as they moved and changed shape during loading using advanced computational methods including point pattern matching and Bayesian modeling. The key finding was that strain distribution in loaded cartilage is inhomogeneous (uneven) at the microscopic scale, with individual cells experiencing different amounts of deformation. These results provide important insights that can help improve our understanding of how mechanical forces influence cartilage cell behavior and disease development.
Diese Studie untersuchte die mikromechanische Antwort von Gelenkknorpel auf Zugbelastung mittels nichtlinearer Mikroskopie. Die Forscher kombinierten mechanische Testverfahren mit fortschrittlicher optischer Bildgebung, um einzelne Chondrozyten in lebendem Gewebe ohne Kontrastmittel zu verfolgen und verwendeten Point-Pattern-Matching sowie Bayesian-Modellierung zur Analyse von Zellbewegungen und morphologischen Veränderungen. Die Ergebnisse zeigten eine inhomogene Verteilung der Dehnung im belasteten Knorpel auf zellulärer Ebene. Diese Erkenntnisse können zur Weiterentwicklung von Modellen der Mechanotransduktion und Pathogenese beitragen und lassen sich auf andere Bindegewebe übertragen.
Cette étude vise à analyser la réponse mécanique microscopique du cartilage articulaire sous contrainte de traction en exploitant les avancées récentes en microscopie non linéaire. Les chercheurs ont combiné des tests mécaniques avec l'imagerie sans marqueurs exogènes pour suivre les mouvements et changements morphologiques des chondrocytes individuels, utilisant des techniques de correspondance de motifs et de modélisation bayésienne. Les résultats révèlent une distribution hétérogène des contraintes dans le cartilage chargé, fournissant des informations détaillées sur les réponses microscopiques à la charge. Ces données permettront d'améliorer les modèles de mécanotransduction et de pathogenèse, avec des applications potentielles pour d'autres tissus conjonctifs.
This study aimed to develop a synthetic biomaterial that replicates the complex mechanical and tribological properties of natural articular cartilage. The researchers created a composite scaffold by infusing a "tough-gel" interpenetrating network (made from alginate and polyacrylamide hydrogels) into a three-dimensionally woven poly(ε-caprolactone) fiber framework. The resulting fiber-reinforced composite successfully mimicked cartilage's load-bearing capacity and low-friction properties, demonstrating potential as both an acellular implant and a scaffold for cell-based cartilage repair strategies. This approach addresses the significant challenge of creating synthetic materials that can withstand the demanding mechanical environment of joints over long periods.
Diese Studie zielte darauf ab, ein synthetisches Biomaterial zu entwickeln, das die mechanischen Eigenschaften von natürlichem Gelenkknorpel nachahmt. Die Forscher kombinierten ein dreidimensional gewebtes Poly(ε-Caprolacton)-Fasergerüst mit einem durchdringenden Doppelnetzwerk-Hydrogel aus Alginat und Polyacrylamid. Das resultierende faserverstärkte Kompositmaterial zeigte sowohl die lasttragenden als auch die tribologischen Eigenschaften (niedrige Reibung) von nativem Knorpel. Diese innovative Struktur könnte als zellfreier oder zellbasierter Ersatz für die Knorpelreparatur eingesetzt werden.
Cette étude visait à développer un biomatériau synthétique reproduisant les propriétés mécaniques et tribologiques complexes du cartilage articulaire natif. Les chercheurs ont créé un composite en infiltrant un échafaudage fibreux tridimensionnel en poly(ε-caprolactone) avec un hydrogel à réseau interpénétrant composé d'alginate et de polyacrylamide. Ce matériau composite a démontré des propriétés de support de charge et de friction similaires à celles du cartilage natif, offrant une structure renforcée par fibres polyvalente. Cette approche présente un potentiel prometteur pour la réparation cartilagineuse, que ce soit comme substitut acellulaire ou comme support pour l'ingénierie tissulaire basée sur les cellules.
This study investigated whether connexin43 (CX43) hemichannels facilitate molecular transport between cartilage cells and their surrounding matrix in the temporomandibular joint (TMJ) when subjected to mechanical forces. The researchers used both live rats with dental-mechanical stimulation and cultured chondrocyte cells exposed to fluid flow stress, measuring CX43 protein levels and tracking the movement of prostaglandin E2 (PGE2) and fluorescent dyes to assess hemichannel activity. The results showed that mechanical stimulation significantly increased CX43 expression and opened hemichannels, allowing enhanced exchange of small molecules like PGE2 between cells and the cartilage matrix - effects that could be blocked with specific inhibitors. These findings demonstrate that CX43 hemichannels serve as important conduits for molecular communication in TMJ cartilage during mechanical loading, with effects persisting up to 48 hours after stimulation.
Diese Studie untersuchte die Rolle von Connexin43 (CX43) Hemikanälen bei der Mechanotransduktion in Kiefergelenkknorpel unter mechanischer Belastung. Die Forscher verwendeten sowohl ein In-vivo-Rattenmodell mit dental-mechanischer Stimulation als auch In-vitro-Experimente mit primären Chondrozyten und ATDC5-Zellen, die Fluid-Flow-Scherstress ausgesetzt wurden, wobei die CX43-Expression mittels PCR und Western Blot sowie die Hemikanalöffnung durch PGE2-Freisetzung und Farbstoffaufnahme gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Stimulation sowohl in vivo als auch in vitro zu einer erhöhten CX43-Expression und Hemikanalöffnung führte, was durch gesteigerte PGE2-Spiegel und verstärkte Farbstoffaufnahme nachgewiesen wurde. Die Studie belegt, dass CX43-Hemikanäle als wichtige Mediatoren für den Austausch kleiner Moleküle zwischen Chondrozyten und extra
Cette étude vise à déterminer si les hémicanaux de connexine 43 (CX43) sont activés dans les chondrocytes de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) de rat sous stimulation mécanique. Les chercheurs ont utilisé une stimulation mécanique dentaire in vivo et des contraintes de cisaillement par flux fluidique in vitro, évaluant l'expression de CX43 par immunohistochimie et PCR, ainsi que l'ouverture des hémicanaux par les niveaux de prostaglandine E2 (PGE2) et la captation de colorants cellulaires. Les résultats montrent que la stimulation mécanique augmente significativement l'expression de CX43 et induit l'ouverture des hémicanaux, comme en témoignent l'augmentation des niveaux intra- et extracellulaires de PGE2 et la captation accrue de colorants, ces effets étant réversibles par des inhibiteurs spécifiques ou l'arrêt de la stimulation. Cette recherche démontre que les hémicanaux CX43 jouent un rôle clé dans la mécanotransduction en méd
This study investigated how subchondral bone structure changes relate to cartilage degeneration in knee osteoarthritis by comparing bone samples from patients with early-grade (ICRS 1B) and higher-grade (ICRS 3A/3B) cartilage damage during total knee replacement surgery. The researchers used 2D histomorphometry and high-resolution micro-CT to analyze bone structure in 60 osteochondral samples, while assessing cartilage quality through gene expression analysis of key cartilage components (collagen I/II and aggrecan).
The study found that progressive cartilage degeneration was significantly correlated with deteriorating subchondral bone structure, including decreased bone volume fraction, altered trabecular architecture (fewer, more separated trabeculae), and impaired trabecular orientation. These structural changes in subchondral bone help explain the compromised mechanical properties and inadequate load transfer that contributes to excessive cartilage loading in osteoarthritis, suggesting that bone density alone is insufficient for evaluating disease progression.
Diese Studie untersuchte die Korrelation zwischen subchondraler Knochenstruktur und Knorpeldegeneration im Kniegelenk, um die biomechanischen Veränderungen während der Arthrose-Entwicklung besser zu verstehen. Die Forscher analysierten 60 osteochondrale Proben von Patienten mit unterschiedlichen Degenerationsgraden (ICRS 1B und 3A/3B) mittels 2D-Histomorphometrie, hochauflösender Mikro-CT und RT-PCR-Genexpressionsanalyse für Knorpelmarker. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Korrelation zwischen dem Schweregrad der Knorpeldegeneration und strukturellen Knochenparametern: Während die Knochenvolumenfraktion und Trabekeldicke zunahmen, verringerten sich Trabekelanzahl, Konnektivitätsdichte und Anisotropiegrad progressiv mit fortschreitender Knorpelschädigung. Die Studie belegt, dass die Knochendichte allein unzureichend für die Beurteilung arthrot
Cette étude visait à analyser les corrélations entre les propriétés microstructurales 3D et histomorphométriques 2D de l'os sous-chondral et l'état du cartilage articulaire du genou, depuis le cartilage sain jusqu'aux stades dégénératifs avancés. Les chercheurs ont examiné 60 échantillons ostéochondraux provenant de patients avec des lésions ICRS grade 1B et 3A/3B, utilisant la micro-CT haute résolution, l'histomorphométrie 2D et l'analyse d'expression génique par RT-PCR pour évaluer respectivement la microarchitecture osseuse et la dégénération cartilagineuse. Les résultats montrent une corrélation significative entre la sévérité de la dégénération cartilagineuse et les paramètres microstructuraux de l'os sous-chondral, avec une diminution de la fraction volumique osseuse, du nombre trabéculaire et de la connectivité, tandis que l'épaisseur trabéculaire augmente légèrement. Cette étude démontre que la densité osseuse seule est insuffisante pour caractériser les chang
This study investigated the role of lubricin (a product of the PRG4 gene) in temporomandibular joint (TMJ) health by comparing wild-type mice to those lacking the PRG4 gene across different ages. The researchers used histological analysis and molecular markers to examine TMJ structure, cellular composition, and cartilage integrity in both mouse groups from 2 weeks to 6 months of age. The findings revealed that mice without lubricin developed severe TMJ abnormalities starting as early as 2 weeks, including tissue overgrowth, altered cartilage cell zones, increased bone resorption, disc deformation, and ultimately osteoarthritic changes by 6 months. These results demonstrate that lubricin is essential not only for joint lubrication but also for maintaining the structural integrity and cellular health of the TMJ throughout postnatal development and aging.
Diese Studie untersuchte die Rolle von Lubricin (PRG4-Produkt) für die strukturelle Integrität des Kiefergelenks (TMJ) durch Vergleich von Wildtyp- und PRG4-defizienten Mäusen über verschiedene Altersgruppen. Die Forscher analysierten histologische Veränderungen, Zellmarker-Expression und biomechanische Eigenschaften der TMJ-Komponenten von 2 Wochen bis 6 Monaten. PRG4-defiziente Mäuse zeigten bereits ab 2 Wochen Hyperplasie des Gelenkknorpels und der Synovialmembran, gefolgt von gestörter Chondrozyten-Differenzierung, subchondraler Knochendegeneration und Diskusverformung. Nach 6 Monaten entwickelten die Mutanten eine deutliche osteoarthritische Degeneration, was belegt, dass Lubricin essentiell für die postnatale Erhaltung der TMJ-Struktur und -Funktion ist.
Cette étude visait à caractériser le rôle de la lubricine (produit du gène PRG4) dans l'intégrité structurelle et le maintien post-natal de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM). Les chercheurs ont comparé le phénotype de l'ATM chez des souris sauvages et des souris déficientes en PRG4 (PRG4(-/-)) à différents âges, en analysant les changements histologiques et moléculaires. Dès 2 semaines, les souris mutantes présentaient une hyperplasie du cartilage articulaire, du disque et de la membrane synoviale, suivie à 1 mois par une apoptose accrue, une expansion des zones chondrocytaires et une dégradation de l'os sous-chondral avec invasion de cavités médullaires. À 6 mois, les condyles mutants montraient une dégradation ostéoarthritique sévère, démontrant que la lubricine joue des rôles essentiels multiples pour préserver l'intégrité structurelle et cellulaire de l'ATM tout au long de la vie post-natale.
This study investigated whether increasing the proportion of surface zone (SZ) chondrocytes in tissue-engineered cartilage would improve lubrication properties by enhancing production of superficial zone protein (SZP), a natural joint lubricant. Researchers created cartilage constructs using a scaffold-free self-assembly process with varying ratios of SZ to middle zone chondrocytes (from 0:100 to 100:0) and tested their mechanical and frictional properties. While constructs with higher proportions of SZ chondrocytes showed improved tensile properties, collagen content, and SZP production, they did not demonstrate significantly reduced friction coefficients as expected. The findings suggest that achieving proper lubrication in engineered cartilage requires additional factors beyond SZP production alone, such as SZP-binding molecules, surface texture, and adhesion properties.
Diese Studie untersuchte, ob eine erhöhte Anzahl von Oberflächenzone-Chondrozyten in tissue-engineered Knorpelkonstrukten die Reibungseigenschaften durch vermehrte Superficial Zone Protein (SZP)-Produktion verbessern kann. Die Forscher entwickelten Knorpelkonstrukte mit unterschiedlichen Verhältnissen von Oberflächenzone- zu Mittelzone-Chondrozyten (0:100 bis 100:0) mittels eines selbstassemblierenden, gerüstfreien Verfahrens und analysierten mechanische Eigenschaften sowie SZP-Synthese. Während Konstrukte mit höheren Anteilen an Oberflächenzone-Chondrozyten verbesserte Zugfestigkeit, Kollagengehalt und SZP-Produktion zeigten, führte dies überraschenderweise nicht zu einer signifikanten Reduktion des Reibungskoeffizienten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass zusätzliche Faktoren wie SZP-bindende Makromoleküle, Oberflächenrauheit und Adh
Cette étude visait à déterminer si l'augmentation de la proportion de chondrocytes de la zone superficielle (SZ) dans des construits de cartilage artificiel améliorerait leurs propriétés de lubrification par une sécrétion accrue de protéine de zone superficielle (SZP). Les chercheurs ont créé des construits cartilagineux par auto-assemblage avec différents ratios de chondrocytes SZ et de zone moyenne (0:100 à 100:0), puis analysé leurs propriétés mécaniques et tribologiques. Bien que l'augmentation de la proportion de chondrocytes SZ ait effectivement amélioré la synthèse de SZP ainsi que les propriétés tensiles et le contenu en collagène, cela n'a pas significativement réduit le coefficient de friction des construits. Ces résultats suggèrent que d'autres facteurs comme les macromolécules liant la SZP, la rugosité de surface et l'adhésion doivent être considérés pour optimiser les propriétés lubrifiantes du cartilage artificiel.
This study investigated whether magnetic infrared laser (MIL) therapy could effectively treat osteoarthritis in rats. Researchers tested three different MIL doses (6.65, 2.66, and 1.33 J/cm²) applied for 4 weeks in an osteoarthritis rat model, comparing results to untreated controls and diclofenac treatment. The findings showed that MIL treatment produced dose-dependent improvements in knee joint function and reduced swelling, while also preserving cartilage components (GAGs) and promoting cartilage formation. Histological analysis revealed that MIL therapy inhibited cartilage breakdown and stimulated new cartilage cell growth, suggesting it may be a promising non-pharmaceutical treatment option for osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die therapeutische Wirksamkeit einer magnetischen Infrarot-Laser-Therapie (MIL) bei Osteoarthritis in einem Rattenmodell. Die Forscher behandelten OA-Ratten vier Wochen lang mit verschiedenen MIL-Dosierungen (6,65, 2,66 und 1,33 J/cm²) und verglichen die Ergebnisse mit unbehandelten Kontrollen sowie einer Diclofenac-Behandlungsgruppe. Die MIL-Behandlung zeigte dosisabhängige entzündungshemmende und knorpelschützende Effekte, verbesserte die Gelenkfunktion und reduzierte Ödeme. Histopathologische Analysen belegten, dass MIL den Knorpelabbau hemmt, die Chondrozytenproliferation fördert und die Glykosaminoglykan-Konzentration im Knorpel erhöht, was auf eine vielversprechende nebenwirkungsfreie Behandlungsoption für Osteoarthritis hindeutet.
Cette étude examine l'efficacité thérapeutique du laser infrarouge magnétique (MIL) dans le traitement de l'arthrose sur un modèle de rat. Les chercheurs ont comparé six groupes de rats, incluant des témoins sains et arthrosiques, trois groupes traités par MIL à différentes doses (6,65, 2,66 et 1,33 J/cm²), et un groupe traité au diclofénac, sur une période de 4 semaines. Les résultats montrent que le traitement MIL améliore de manière dose-dépendante la fonction articulaire du genou, réduit l'œdème, préserve les glycosaminoglycanes du cartilage et stimule la prolifération des chondrocytes. Cette thérapie présente des effets anti-inflammatoires et chondroprotecteurs sans effets indésirables, suggérant son potentiel comme traitement alternatif de l'arthrose.
This study investigated how fetal jaw movement influences the development of mandibular condylar cartilage, specifically examining the role of Indian hedgehog (IHH) signaling as a potential mechanotransduction mediator. The researchers restricted jaw movement in mouse embryos at day 15.5 by suturing the jaws closed, then analyzed the condylar cartilage at day 18.5 using immunohistochemistry and in situ hybridization techniques. Results showed that jaw movement restriction led to reduced and deformed condylar cartilage, with decreased cell proliferation and significantly reduced expression of IHH and parathyroid hormone-related protein (PTHrP) in key cartilage zones. These findings suggest that mechanical stress from normal jaw movement is essential for proper condylar development, with IHH serving as a key molecular mediator that translates mechanical forces into cellular responses during cartilage formation.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung durch fötale Kieferbewegungen die Entwicklung des Kiefergelenkknorpels beeinflusst, insbesondere die Rolle der Indian Hedgehog (IHH) Signalübertragung als möglicher Mechanotransduktions-Mediator. Die Forscher schränkten die Kieferbewegung von Mausembryonen (E15.5) durch chirurgisches Verschließen ein und analysierten die Entwicklung bis E18.5 mittels Immunhistochemie und In-situ-Hybridisierung. Die Ergebnisse zeigten, dass die Bewegungseinschränkung zu einer reduzierten und deformierten Kondylusknorpelentwicklung führte, mit signifikant verringerten Zellproliferation, Knorpelvolumen und reduzierter Expression von IHH, PTHrP und deren Rezeptoren. Die Studie belegt, dass mechanische Belastung durch Kieferbewegungen essentiell für die normale Kondylusentwicklung ist und IHH als wichtiger Mechanotransduktions-Mediator fung
Cette étude examine le rôle des mouvements mandibulaires fœtaux dans le développement du cartilage condylien mandibulaire, en testant l'hypothèse que les molécules IHH (Indian Hedgehog) et PTHrP agissent comme médiateurs de mécanotransduction. Les chercheurs ont suturé les mâchoires d'embryons de souris à E15.5 pour restreindre les mouvements mandibulaires jusqu'à E18.5, puis ont analysé le développement cartilagineux par immunohistochimie et hybridation in situ. La restriction des mouvements mandibulaires a entraîné une réduction significative du volume du cartilage condylien, du nombre de cellules proliférantes et de l'expression d'IHH et PTHrP dans les zones mésenchymateuses et pré-hypertrophiques. Ces résultats suggèrent qu'IHH fonctionne comme médiateur de mécanotransduction, traduisant les contraintes mécaniques des mouvements mandibulaires en signaux moléculaires essentiels au développement normal du cartilage condylien.
This study investigated whether moderate physical activity could prevent age-related cartilage degeneration in rats by examining lubricin expression as a biomarker of cartilage health. The researchers used young, adult, and aged rats in exercise and sedentary groups, measuring lubricin levels in cartilage tissue (via immunohistochemistry and Western blotting) and synovial fluid (via ELISA), along with histological assessment of tissue structure. The key finding was that moderate physical activity in elderly rats increased lubricin production and elevated its levels in synovial fluid, improving cartilage lubrication properties and preventing cartilage degradation compared to sedentary adult rats. These results suggest that regular exercise may help maintain cartilage health and prevent osteoarthritis development in aging joints.
Diese Studie untersuchte, ob moderate körperliche Aktivität altersbedingte Knorpeldegeneration verhindern kann, indem die Expression von Lubricin als Biomarker für Knorpelzellalterung analysiert wurde. Die Forscher verwendeten junge, erwachsene und alte Ratten, die einem Trainingsprogramm unterzogen wurden, und analysierten die Lubricin-Expression mittels Immunhistochemie, Western Blot und ELISA in Gelenkflüssigkeit sowie histologische Gewebeveränderungen. Die Ergebnisse zeigten, dass moderate körperliche Aktivität bei älteren Ratten die tribologischen und schmierende Eigenschaften des Gelenkknorpels verbesserte, indem sie die Lubricin-Synthese förderte und dessen Konzentration in der Synovialflüssigkeit erhöhte. Dadurch konnte die Knorpeldegeneration im Vergleich zu nicht-trainierten erwachsenen Ratten verhindert werden, was darauf hindeutet, dass regelmäßige Bewegung einen protektiven Effekt auf die Gelenkgesundheit im Alter haben könnte
Cette étude visait à évaluer si l'activité physique modérée peut prévenir la dégénérescence cartilagineuse liée à l'âge en analysant l'expression de la lubricine comme biomarqueur de sénescence chondrocytaire. Les chercheurs ont utilisé un modèle de rats jeunes, adultes et âgés soumis à de l'exercice physique, en quantifiant la lubricine par immunohistochimie, Western blot et ELISA dans le liquide synovial, complétés par une évaluation histologique morphologique. Les résultats démontrent que l'activité physique modérée chez les rats âgés améliore les propriétés tribologiques et lubrifiantes du cartilage articulaire en favorisant la synthèse de lubricine et son élévation dans le liquide synovial. Cette approche préventive permet ainsi de limiter la dégradation cartilagineuse comparativement aux rats adultes sédentaires.
This study investigated whether stromal cell-derived factor-1 (SDF-1) concentrations in blood and joint fluid could serve as biomarkers for detecting osteochondral injury in racehorses. The researchers compared SDF-1 levels in serum, plasma, and synovial fluid among 22 uninjured horses (before and after race training) and 37 horses with osteochondral injuries requiring arthroscopic surgery. Horses with joint injuries showed significantly higher SDF-1 concentrations in synovial fluid, lower concentrations in serum, and higher synovial fluid-to-serum ratios compared to uninjured horses, while plasma levels remained unchanged across groups. Serum SDF-1 measurements demonstrated the best sensitivity for distinguishing between injured and uninjured horses, suggesting this biomarker could potentially help detect osteochondral injury and monitor joint inflammation in racehorses.
Diese Studie untersuchte, ob sich die Konzentrationen des Stromal Cell-Derived Factor-1 (SDF-1) in Serum, Plasma und Synovialflüssigkeit zwischen untrainierten, trainierten und osteochondral verletzten Vollblut-Rennpferden unterscheiden. Die Forscher analysierten mittels ELISA Proben von 22 unverletzten Pferden (vor und nach 5-6 Monaten Renntraining) sowie 37 Pferden mit osteochondralen Verletzungen, die sich einer arthroskopischen Operation unterzogen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass verletzte Pferde signifikant höhere SDF-1-Konzentrationen in der Synovialflüssigkeit, aber niedrigere Serum-SDF-1-Werte aufwiesen, wobei Serum-Messungen die beste Sensitivität zur Unterscheidung zwischen verletzten und unverletzten Pferden zeigten. Die Studie legt nahe, dass Serum-SDF-1-Konzentrationen als sensitiver Biomarker für osteochondrale Gelenksv
Cette étude visait à déterminer si les concentrations de facteur dérivé des cellules stromales-1 (SDF-1) dans le sérum, plasma et liquide synovial différaient entre chevaux de course sains, entraînés et présentant des lésions ostéochondrales. Les chercheurs ont analysé par ELISA les échantillons de 22 chevaux sans lésion (avant et après 5-6 mois d'entraînement) et 37 chevaux avec lésions ostéochondrales nécessitant une arthroscopie. Les résultats montrent que chez les chevaux blessés, les concentrations de SDF-1 étaient significativement plus élevées dans le liquide synovial et plus faibles dans le sérum comparativement aux chevaux sains, avec une meilleure sensibilité diagnostique du sérum pour différencier les chevaux blessés. Ces findings suggèrent que le dosage sérique du SDF-1 pourrait constituer un biomarqueur prometteur pour détecter les lésions ostéochondrales chez le cheval de course.
This study investigated how different osteochondral graft placement heights affect joint mechanics by measuring contact pressure and energy dissipation (friction) in sheep joints. The researchers tested six ovine carpometacarpal joints under various conditions: intact cartilage, cartilage defect, and osteochondral grafts placed at three different heights (deep, flush, or high), plus a simulated cartilage failure scenario.
Flush-positioned grafts best restored the contact area between joint surfaces, but surprisingly did not improve energy dissipation compared to defects or deep-placed grafts. High-positioned grafts created concerning increases in contact pressure and reduced contact area, though their energy dissipation remained similar to intact cartilage—unlike other treatments that showed significantly higher energy loss than normal.
Diese Studie untersuchte die biomechanischen Auswirkungen verschiedener Implantationstiefen bei der osteochondralen autologen Transplantation zur Reparatur von Knorpeldefekten. An sechs ovinen Karpometakarpalgelenken wurden Kontaktdruck und dissipierte Energie (als Reibungsmaß) bei unterschiedlichen Knorpelzuständen gemessen, einschließlich intaktem Knorpel, Defekt und drei verschiedenen Transplantat-Implantationstiefen (tief, bündig, hoch). Die Ergebnisse zeigten, dass eine bündige Implantation die beste Wiederherstellung der Kontaktfläche erreichte, während hochstehende Transplantate zwar den Kontaktdruck erhöhten, aber überraschenderweise eine normale dissipierte Energie wie bei intaktem Knorpel aufwiesen. Bei simuliertem Knorpelversagen am hochstehenden Transplantat wurde jedoch die höchste Energiedissipation gemessen, was auf erhöhte Reibung und potenzielle Gelenkschäden hindeutet.
Cette étude analyse l'impact de différentes techniques de transplantation ostéochondrale autologue sur les propriétés biomécaniques du cartilage articulaire. Les chercheurs ont mesuré l'énergie dissipée et la pression de contact sur six articulations carpo-métacarpiennes ovines, en comparant le cartilage intact avec différents états : défect, greffon implanté en profondeur, à niveau ou en saillie. Les résultats montrent que l'implantation à niveau offre la meilleure restauration de la surface de contact, tandis que l'implantation en saillie présente une énergie dissipée similaire au cartilage intact malgré une pression de contact accrue. Ces findings suggèrent que les paramètres biomécaniques varient selon la technique d'implantation, avec des implications importantes pour l'optimisation des procédures chirurgicales.
This study investigated the role of RUNX1, a transcription factor, in cartilage health and osteoarthritis (OA) by examining its expression patterns in mouse and human cartilage samples and testing its response to mechanical loading in bovine cartilage. The researchers used molecular techniques (qPCR, immunoblotting, immunohistochemistry) to measure RUNX1 levels and assessed cell proliferation markers in both healthy and OA-affected cartilage.
Key findings showed that RUNX1 is naturally enriched in superficial zone chondrocytes of healthy cartilage and increases with mechanical loading, suggesting it helps maintain the unique properties of surface cartilage cells. In OA cartilage, RUNX1 becomes highly expressed in proliferative cell clusters ("clones") alongside stem cell markers and protective proteins, indicating it may contribute to the body's attempt to repair damaged cartilage.
Diese Studie untersuchte die Rolle des Transkriptionsfaktors RUNX1 in Knorpelzellen während der Osteoarthritis-Progression und unter mechanischer Belastung. Die Forschenden analysierten RUNX1-Expression mittels q-PCR, Immunoblot und Immunhistochemie in gesundem und osteoarthritischem Knorpel von Mäusen und Menschen sowie in bovinem Knorpelgewebe unter statischer Kompression. Die Ergebnisse zeigen, dass RUNX1 hauptsächlich in oberflächlichen Knorpelzellen angereichert ist, unter mechanischer Belastung signifikant ansteigt und in osteoarthritischen Chondrozyten-"Klonen" zusammen mit mesenchymalen Stammzellmarkern (VCAM1) und dem knorpelprotektiven Protein Lubricin hochreguliert wird. Die Autoren schlussfolgern, dass RUNX1 eine kompensatorische anabole Funktion in der Osteoarthritis unterstützt und zur Zellproliferation beiträgt.
Cette étude examine les fonctions du facteur de transcription RUNX1 dans le cartilage articulaire normal et arthrosique chez l'homme et la souris. Les chercheurs ont analysé l'expression de RUNX1 par qPCR, immunoblot et immunohistochimie dans des modèles d'arthrose, ainsi que sa réponse à la compression mécanique statique sur cartilage bovin. Les résultats montrent que RUNX1 est enrichi dans les chondrocytes de la zone superficielle du cartilage normal et s'élève significativement avec l'augmentation de la charge mécanique. Dans l'arthrose, RUNX1 est fortement exprimé dans les "clones" de chondrocytes prolifératifs où il co-localise avec VCAM1 (marqueur de cellules souches mésenchymateuses) et la lubricine, suggérant un rôle compensatoire anabolique dans la réparation cartilagineuse.
This study compared the effectiveness of glucosamine sulphate versus exercise therapy for treating knee osteoarthritis symptoms and protecting cartilage. Seventy patients were randomly assigned to receive either 1500 mg daily oral glucosamine sulphate (n=40) or a home exercise program (n=30) for 6 months, with outcomes measured using pain scores, functional assessments, and MRI cartilage thickness measurements. Both treatments significantly improved pain, function, and walking time equally, but only the exercise group showed actual cartilage improvement (increased thickness in the medial femoral condyle area on MRI). The findings suggest that while both treatments provide similar symptom relief, exercise therapy offers superior cartilage protection compared to glucosamine sulphate in knee osteoarthritis patients.
Diese Studie verglich die symptomatischen und knorpelschützenden Effekte von Glucosaminsulfat mit einer Bewegungstherapie bei Patienten mit Kniearthrose. 70 Patienten wurden randomisiert in zwei Gruppen aufgeteilt: eine Gruppe erhielt 6 Monate lang täglich 1500 mg orales Glucosaminsulfat (n=40), die andere führte ein häusliches Trainingsprogramm durch (n=30). Beide Behandlungen zeigten signifikante Verbesserungen bei Schmerzen, Funktionsfähigkeit und Gehzeit ohne statistisch bedeutsame Unterschiede zwischen den Gruppen. Die MRT-Analyse der Knorpeldicke ergab jedoch nur bei der Trainingsgruppe eine Verbesserung im Bereich des medialen Femurkondylus, was auf eine überlegene knorpelschützende Wirkung der Bewegungstherapie gegenüber Glucosaminsulfat hinweist.
Cette étude avait pour objectif de comparer les effets symptomatiques et chondroprotecteurs du sulfate de glucosamine versus la thérapie par l'exercice chez des patients atteints d'arthrose du genou. Soixante-dix patients ont été randomisés en deux groupes : l'un recevant 1500 mg/jour de sulfate de glucosamine oral (n=40) et l'autre suivant un programme d'exercices à domicile (n=30) pendant 6 mois, avec évaluation de la douleur, de la fonction et de l'épaisseur cartilagineuse par IRM. Les deux traitements ont montré une amélioration significative et équivalente des symptômes (douleur, fonction, temps de marche), mais seule la thérapie par l'exercice a démontré un effet chondroprotecteur avec une amélioration de l'épaisseur cartilagineuse au niveau du condyle fémoral médial. L'exercice thérapeutique présente donc un avantage structurel par rapport au sulfate de glucosamine, bien que les deux approches soient efficaces sur le plan symptomatique.
This study aimed to map the precise distribution of extracellular matrix (ECM) proteins across the different depth zones of human articular cartilage, from surface to bone. The researchers used two mass spectrometry approaches: first, a discovery method (iTRAQ) to identify all extractable ECM proteins in different layers of one lateral tibial plateau sample, then a targeted method (MRM) to verify findings across four medial tibial plateau samples. The analysis revealed unique distribution patterns for 70 ECM proteins, with distinct groups preferentially located in the superficial, intermediate, or deep cartilage regions - patterns that were consistent across multiple samples when 29 selected proteins were analyzed in detail. This work provides the first comprehensive overview of how cartilage ECM proteins are zonally organized, offering new insights that could advance understanding of cartilage function in both healthy and diseased states.
Diese Studie zielte darauf ab, die präzise Verteilung von extrazellulären Matrixproteinen in verschiedenen Tiefen des menschlichen Gelenkknorpels zu charakterisieren. Die Forscher verwendeten zunächst iTRAQ-Massenspektrometrie zur Identifizierung aller extrahierbaren ECM-Proteine in verschiedenen Schichten einer lateralen Tibiaplateauprobe und validierten anschließend ihre Befunde mittels gezielter MRM-Massenspektrometrie an vier medialen Tibiaplateauproben. Die Analyse identifizierte einzigartige Verteilungsmuster von 70 ECM-Proteinen, wobei verschiedene Proteingruppen eine bevorzugte Lokalisation in oberflächlichen, mittleren oder tiefen Knorpelregionen zeigten. Diese Ergebnisse liefern erstmals einen umfassenden Überblick über die zonale Proteinverteilung im Gelenkknorpel und bilden die Grundlage für weitere Untersuchungen der funktionellen Rollen verschiedener Matrixproteine in Gesundheit und Krankheit.
Cette étude visait à caractériser la distribution zonale des protéines de la matrice extracellulaire (MEC) dans le cartilage articulaire humain selon l'axe surface-os. Les chercheurs ont utilisé une approche protéomique quantitative combinant la spectrométrie de masse iTRAQ non ciblée pour identifier les protéines extractibles dans différentes couches d'un échantillon de plateau tibial latéral, puis la spectrométrie de masse MRM ciblée pour valider ces résultats sur quatre échantillons de plateau tibial médial. L'analyse a révélé des profils de distribution uniques pour 70 protéines de la MEC, identifiant des groupes de protéines préférentiellement localisées dans les régions superficielle, intermédiaire ou profonde du cartilage articulaire. Cette cartographie protéomique zonale constitue la première vue d'ensemble complète de la distribution des protéines matricielles cartilagineuses et ouvre la voie à l'étude de leurs rôles fonctionnels spécifiques dans la santé et la pathologie articulaire.
This study investigated the role of microRNAs (miRNAs) in equine osteochondrosis (OC), a common joint disorder in young horses with unclear molecular mechanisms. Researchers used next-generation sequencing to analyze miRNA expression in cartilage and subchondral bone samples from healthy and OC-affected 10-month-old foals, with some samples subjected to mechanical loading to assess mechanotransduction pathways. The team identified approximately 300 new miRNAs and found distinct expression patterns between healthy and diseased tissues, with cartilage miRNAs targeting genes involved in cell cycle control, metabolism, and cartilage matrix maintenance, while bone miRNAs were linked to bone cell differentiation and growth factor signaling. These findings suggest that miRNAs play important roles in OC development and the tissue response to mechanical stress, providing new insights into the molecular basis of this equine joint disease.
Diese Studie untersuchte die Rolle von microRNAs (miRNAs) in der Pathophysiologie der equinen Osteochondrose (OC), einer häufigen Gelenkerkrankung bei jungen Pferden. Mittels Next-Generation-Sequencing analysierten die Forscher Knorpel- und subchondrale Knochenproben von gesunden und OC-prädisponierten 10 Monate alten Fohlen, wobei einige Proben zusätzlich mechanischer Belastung ausgesetzt wurden. Die Untersuchung identifizierte etwa 300 neue miRNAs und zeigte unterschiedliche miRNA-Expressionsmuster zwischen gesundem und OC-betroffenem Gewebe sowie nach mechanischer Belastung. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass miRNAs eine wichtige Rolle in der OC-Pathophysiologie spielen, indem sie in Knorpel die Zellzyklusregulation und Matrixdynamik kontrollieren und in Knochen die Osteoblasten- und Osteoklasten-Differenzierung beeinflussen.
Cette étude visait à investiguer le rôle potentiel des microARNs (miARNs) dans la physiopathologie de l'ostéochondrose équine, une pathologie ostéoarticulaire juvénile prévalente chez les chevaux. Les chercheurs ont utilisé le séquençage nouvelle génération pour analyser l'expression des miARNs dans le cartilage et l'os sous-chondral de poulains sains et prédisposés à l'ostéochondrose, avec ou sans application de contraintes mécaniques expérimentales. L'analyse a permis d'identifier environ 300 nouveaux miARNs et de révéler des expressions différentielles entre les tissus sains et pathologiques. Les résultats suggèrent que les miARNs jouent un rôle dans la physiopathologie de l'ostéochondrose équine en régulant l'intégrité du cartilage (cycle cellulaire, métabolisme, matrice extracellulaire) et la différenciation des cellules osseuses (ostéoblastes/ostéoclastes), tout en participant à la réponse cellulaire au stress biomécanique.
This cadaveric pilot study aimed to evaluate the adhesion capacity of modified cartilage implants with a bioinspired polymer surface for treating hip cartilage defects. Researchers used two cadaver specimens to arthroscopically implant polyglycolic acid scaffolds with (PGA-PM) and without (control) a planar polymer surface modification into 10×15 mm full-thickness femoral cartilage lesions, testing fixation both with and without fibrin glue, followed by 50 movement cycles and rearthroscopy assessment. The PGA-PM scaffolds demonstrated significantly better performance than standard PGA scaffolds across all measures including outline attachment, area coverage, scaffold integrity, and endpoint fixation (p<0.05). The bioinspired polymer surface modification, particularly when combined with fibrin glue fixation, showed superior initial fixation strength compared to conventional scaffolds in this hip cartilage defect model.
Diese Kadaverstudie untersuchte die Fixationseigenschaften von zellfreien Polyglycolic Acid (PGA)-Hyaluronan-Scaffolds mit einer bioinspirierten Polymeroberfläche (PM) für die arthroskopische Knorpelreparatur am Hüftgelenk. An zwei Kadaverpräparaten wurden 10×15 mm große Vollschichtknorpeldefekte am Femurkopf arthroskopisch mit PGA-PM-Scaffolds behandelt und die Fixation mit und ohne Fibrinkleber getestet, wobei unbehandelte PGA-Scaffolds als Kontrolle dienten. Nach 50 Bewegungszyklen zeigten die PGA-PM-Scaffolds signifikant bessere Ergebnisse bezüglich Randbefestigung, Flächenabdeckung, Scaffold-Integrität und Endfixation im Vergleich zu den Kontroll-Scaffolds (alle p<0,05). Die Kombination aus bioinspirierter Polymeroberfläche und Fibrinkleberfixation erwies sich als besonders effektiv für die initiale Fixationsstär
Cette étude pilote cadavérique évalue la capacité d'adhésion d'implants cartilagineux en acide polyglycolique (PGA) avec une surface polymère bio-inspirée (PGA-PM) pour le traitement arthroscopique de défauts cartilagineux de la hanche. Les chercheurs ont implanté ces matrices acellulaires sur des lésions cartilagineuses fémorales de 10×15 mm chez deux spécimens cadavériques, avec et sans colle de fibrine, puis ont évalué la fixation après 50 cycles de mobilisation par réarthroscopie. Les résultats montrent que les implants PGA-PM présentent une fixation initiale significativement supérieure aux implants PGA standards (p<0,05) en termes d'adhérence, d'intégrité structurelle et de stabilité, particulièrement lorsqu'ils sont associés à la colle de fibrine. Cette approche arthroscopique avec des implants à surface polymère modifiée pourrait améliorer la réparation du cartilage articulaire de la hanche.
This study investigated whether cartilage properties vary throughout the knee joint in ways that could explain why ligament and meniscus injuries lead to osteoarthritis. The researchers measured mechanical and friction properties of cartilage samples from 20 different locations across 10 bovine knee joints under physiologically relevant loading conditions. They found significant regional differences in cartilage quality, with tibial cartilage showing poorer properties than femoral cartilage, and the central femoral condyle having the most favorable properties while uncovered tibial plateau regions had the least favorable. These findings support the hypothesis that altered joint mechanics after injury can cause osteoarthritis by forcing underprepared cartilage regions with inferior properties to bear abnormal loads, explaining why tibial damage often occurs first and why ligament/meniscus tears increase osteoarthritis risk.
Diese Studie untersuchte die Hypothese, dass veränderte Gelenkkinematik nach Bänder- oder Meniskusverletzungen zu Osteoarthritis führt, indem bisher wenig belastete Knorpelregionen plötzlich verstärkt beansprucht werden. Die Forschenden analysierten an 10 bovinen Kniegelenken (200 Proben) die lokalen tribologischen und mechanischen Eigenschaften des Knorpels unter physiologischen Bedingungen mittels Reibungs- und Materialprüfungen. Die Ergebnisse zeigten signifikante regionale Unterschiede: Tibialknorpel wies schlechtere Eigenschaften als Femurknorpel auf, wobei der zentrale Femurkondylus die besten und das unbedeckte Tibiaplateau die ungünstigsten Eigenschaften aufwiesen. Diese Befunde stützen die Hypothese, dass veränderte Belastungsmuster zu Osteoarthritis führen können, indem "unvorbereitete" Knorpelregionen überlastet werden, und erklären, warum Tibiaplateauschäden
Cette étude visait à tester l'hypothèse selon laquelle les propriétés mécaniques et tribologiques du cartilage varient selon l'environnement mécanique local, pour expliquer pourquoi les lésions ligamentaires et méniscales provoquent l'arthrose. Les chercheurs ont caractérisé les propriétés locales du cartilage de grasset bovin (10 articulations, 20 échantillons par articulation) sous conditions physiologiques de contrainte de contact et de pression fluidique. Les résultats montrent que le cartilage tibial présente des propriétés mécaniques et tribologiques significativement inférieures au cartilage fémoral, avec des variations importantes au sein de chaque surface articulaire - le condyle fémoral central ayant les meilleures propriétés et le plateau tibial non couvert les plus défavorables. Ces findings soutiennent l'hypothèse que les modifications cinématiques articulaires peuvent causer l'arthrose en surchargeant des régions cartilagineuses "non préparées", expliquant ainsi le risque arthrosique associé aux lésions ligamentaires et méniscales.
This study investigated the lubrication mechanisms of temporomandibular joint (TMJ) tissues by measuring their friction properties across different regions and sliding directions. The researchers performed micro-tribometry testing on TMJ discs and condylar cartilage from 8 adult porcine joints, testing 5 anatomical regions in two perpendicular directions under various sliding speeds and loads. The key findings showed that condylar cartilage had significantly lower friction coefficients (0.027) compared to TMJ discs (0.074), with condylar cartilage friction decreasing at higher sliding speeds while disc friction decreased with greater normal forces. The results suggest that condylar cartilage relies more heavily on interstitial fluid pressurization for lubrication compared to TMJ discs, indicating distinct lubrication mechanisms between these two joint tissues.
Diese Studie untersuchte die Reibungseigenschaften und Schmierungsmechanismen des Discus articularis und des Kondylusknorpels im Kiefergelenk (TMJ). Mittels Mikro-Tribometrie wurden Reibungstests an 8 adulten Schweine-TMJs in verschiedenen Regionen und Richtungen durchgeführt, wobei die Abhängigkeit von Gleitgeschwindigkeit und Normalkraft analysiert wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass der Kondylusknorpel einen deutlich niedrigeren Reibungskoeffizienten aufwies als der Discus (0,027 vs. 0,074) und unterschiedliche biomechanische Eigenschaften besaß - während die Reibung des Knorpels mit steigender Geschwindigkeit abnahm, war die des Discus geschwindigkeitsunabhängig. Die Analyse deutet darauf hin, dass der Kondylusknorpel stärker auf interstitielle Flüssigkeitsdruckaufbau als Schmierungsmechanismus angewiesen ist als der entsprechende Discusbereich.
Cette étude avait pour objectif d'analyser les propriétés de friction du disque et du cartilage condylien de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) pour comprendre leurs mécanismes de lubrification. Les chercheurs ont utilisé des tests de micro-tribométrie sur 8 ATM porcines, évaluant la friction dans 5 régions différentes et selon 2 directions orthogonales, avec une zone de contact migratoire. Les résultats montrent que le cartilage condylien présente un coefficient de friction significativement plus faible que le disque (0,027 vs 0,074), avec des dépendances distinctes à la vitesse de glissement et à la force normale. L'analyse suggère que le cartilage condylien dépend davantage de la pressurisation du fluide interstitiel pour sa lubrification comparativement au disque de l'ATM.
This study investigated how different cartilage injury depths and repair treatments affect both cartilage healing and underlying bone changes in a mini-pig model commonly used for testing cartilage repair technologies. The researchers created partial-thickness and full-thickness cartilage defects in the knee joints of 11 young Yucatan mini-pigs, treating some defects with microfracture, cartilage transplantation, or hydrogel injection, then analyzed the results after 6 weeks using micro-CT imaging, histological scoring, and computer modeling. The key finding was that all full-thickness defects caused substantial bone remodeling regardless of treatment type, while partial-thickness defects did not, and autologous cartilage transplantation produced the best cartilage repair quality and load distribution. The researchers concluded that the bone remodeling appears to be a biological response triggered by defect depth rather than altered mechanical loading, highlighting the importance of carefully controlling injury type when using mini-pig models to evaluate cartilage repair approaches.
Diese Studie untersuchte die Knorpelreparatur und subchondrale Knochenumbauvorgänge bei verschiedenen Knorpeldefekttiefen und -behandlungen in einem Minischwein-Modell, um die Mechanismen für Tissue Engineering-Ansätze besser zu verstehen. An 11 Yucatan-Minischweinen wurden trochleäre Knorpeldefekte unterschiedlicher Tiefe (partial vs. vollschichtig) angelegt und mit verschiedenen Methoden behandelt (Mikrofrakturierung, autologer Knorpeltransfer, Hyaluronsäure-Hydrogel), gefolgt von μCT-Analysen, histologischer Bewertung und biomechanischer Finite-Elemente-Modellierung nach 6 Wochen. Die Ergebnisse zeigten, dass nur vollschichtige Defekte zu ausgeprägten subchondralen Knochenumbauvorgängen führten, während der autologe Knorpeltransfer die beste histologische Reparaturqualität und biomechanische Lastübertragung erzielte. Die Studie belegt, dass die
Cette étude visait à comparer la réparation cartilagineuse et le remodelage de l'os sous-chondral selon différentes profondeurs de lésions et traitements chez le mini-porc Yucatan. Les chercheurs ont créé des défauts chondraux trochlées et évalué après 6 semaines par micro-CT, histologie et modélisation par éléments finis les réponses biologiques et mécaniques de cinq groupes : défaut partiel non traité, défaut complet non traité, et défauts complets traités par microfracture, transfert de cartilage autologue ou hydrogel d'acide hyaluronique. Les résultats montrent un remodelage osseux substantiel uniquement pour les défauts de pleine épaisseur, avec les meilleures réparations histologiques observées dans les groupes défaut partiel et transfert de cartilage autologue, ce dernier étant le seul à restaurer initialement la transmission des charges mécaniques. Cette étude révèle que le remodelage osseux constitue un phénomène biologique intrinsèque dépendant de la profondeur de la lésion plutô
This study aimed to identify the mechanosensitive ion channels responsible for detecting injurious mechanical stress in articular cartilage cells (chondrocytes). The researchers used cellular expression studies, atomic force microscopy on primary chondrocytes, and cartilage explant injury models to examine the role of PIEZO1 and PIEZO2 channels. They found that both PIEZO1 and PIEZO2 channels work together synergistically to detect high-strain mechanical forces, producing stronger calcium signals and electrical currents when expressed together compared to individually. Blocking these channels with a peptide inhibitor (GsMTx4) reduced chondrocyte death following mechanical injury, suggesting these channels could be therapeutic targets for preventing cartilage damage and post-traumatic osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die Rolle mechanosensitiver Ionenkanäle (PIEZO1 und PIEZO2) bei der Wahrnehmung schädigender mechanischer Belastungen in Gelenkknorpel. Die Forscher verwendeten sowohl Zellkulturmodelle mit gezielter Genexpression als auch primäre Knorpelzellen und Knorpelexplantate, um mechanisch induzierte Kalziumsignale mittels Rasterkraftmikroskopie zu analysieren. Die Hauptergebnisse zeigen, dass die kombinierte Expression beider PIEZO-Kanäle verstärkte mechanische Signale erzeugt und dass diese Kanäle entscheidend für die Mechanotransduktion in Chondrozyten sind. Besonders bedeutsam ist der Befund, dass die Blockierung der PIEZO-Kanäle mit GsMTx4 den Zelltod nach mechanischer Verletzung reduzierte, was einen neuen therapeutischen Ansatz zur Prävention posttraumatischer Arthrose darstellen könnte.
Cette étude visait à identifier les canaux ioniques mécanosensibles responsables de la mécanotransduction des chondrocytes lors de contraintes mécaniques pathologiques. Les chercheurs ont utilisé une approche combinant expression dirigée, microscopie à force atomique sur chondrocytes primaires, et un modèle d'explants de cartilage avec inhibition pharmacologique (GsMTx4) et génique (siRNA) des canaux PIEZO1 et PIEZO2. Les résultats démontrent que la co-expression de PIEZO1 et PIEZO2 amplifie les signaux calciques et les courants électriques induits mécaniquement, et que le blocage de ces canaux réduit significativement la mort cellulaire après trauma mécanique. Cette découverte suggère que l'inhibition des canaux PIEZO pourrait constituer une approche thérapeutique prometteuse pour prévenir la dégénérescence cartilagineuse et l'arthrose post-traumatique.
This study investigated how phospholipid (PL) bilayers on cartilage surfaces contribute to the exceptionally low friction in natural joints. The researchers used experimental models to examine how pH levels affect surface properties and friction in both intact and damaged joint surfaces, testing buffer solutions that mimicked synovial fluid at various pH values. The key finding was that surface interfacial energy remained at its lowest (most favorable) levels when pH was maintained between 6.5 and 9.5, which encompasses the normal synovial fluid pH of 7.4. When PL bilayers deteriorated, the hydration-based lubrication mechanism became less effective, leading to increased friction and reduced joint lubrication performance.
Diese Studie untersuchte die Rolle von Phospholipid-Doppelschichten auf der Gelenkknorpeloberfläche für die niedrige Reibung in natürlichen Gelenken. Die Forscher modellierten intakte und geschädigte Gelenkoberflächen und analysierten den Einfluss des pH-Werts auf Oberflächenenergie, Benetzbarkeit und Reibung unter verschiedenen Pufferlösungen, die die Synovialflüssigkeit simulierten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Oberflächenenergie bei pH-Werten zwischen 6,5 und 9,5 am stabilsten und niedrigsten war. Bei Verschlechterung der Phospholipid-Doppelschichten nahm die Effektivität des Hydratations-Abstoßungsmechanismus ab, was zu erhöhter Reibung und verminderten Schmiereigenschaften führte.
Cette étude vise à élucider le mécanisme responsable de la faible friction des articulations naturelles en examinant le rôle des bicouches phospholipidiques (PL) à la surface du cartilage articulaire. Les chercheurs ont modélisé des surfaces articulaires intactes et dégradées, puis ont analysé l'influence du pH sur l'énergie interfaciale, la mouillabilité et la friction en utilisant des solutions tampons mimant le liquide synovial à différents pH. Les résultats montrent que l'énergie interfaciale de surface est stabilisée à ses valeurs les plus faibles pour un pH compris entre 6,5 et 9,5, et que la détérioration des bicouches PL diminue l'efficacité du mécanisme de répulsion par hydratation, entraînant une augmentation de la friction et une altération des propriétés lubrifiantes.
This study aimed to develop an agarose-based system that mimics the stiffness of healthy and osteoarthritic pericellular matrix (PCM) to better understand how cartilage cells respond to mechanical forces. The researchers determined stiffness-concentration relationships for agarose gels, encapsulated human chondrocytes in different stiffness environments (2.0% and 4.5% agarose), and analyzed cellular responses using metabolomics. They successfully achieved physiologically relevant stiffness values (up to 51.3 kPa equilibrium modulus) while maintaining excellent cell viability (>96%), and found that gel stiffness significantly affected cellular metabolism, with over 500 functional molecules showing different responses between low and high stiffness conditions. These findings demonstrate that PCM stiffness plays a crucial role in how chondrocytes sense and respond to mechanical loading, providing a valuable tool for studying cartilage degeneration in osteoarthritis.
Diese Studie zielte darauf ab, ein In-vitro-Modell zu entwickeln, das die Steifigkeit der perizelluläre Matrix (PCM) von Chondrozyten sowohl im gesunden als auch im osteoarthritischen Zustand nachahmt. Die Forscher bestimmten zunächst die Konzentrations-Steifigkeits-Beziehungen von Agarose und kapselten anschließend primäre humane Chondrozyten in Agarose-Gele unterschiedlicher Steifigkeit (2,0% und 4,5%) ein, um deren mechanobiologische Reaktionen zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass hohe Agarose-Konzentrationen (4,0-4,5%) Steifigkeitswerte von etwa 34-36 kPa erreichten, wobei die Zellviabilität bei über 96% lag, und metabolomische Analysen deutliche Unterschiede in über 500 funktionellen Molekülen zwischen den verschiedenen Steifigkeitsumgebungen aufwiesen. Diese Befunde demonstrieren sowohl die Machbarkeit der PCM-Modellierung als auch die kritische
Cette étude visait à développer un modèle in vitro pour étudier la mécanotransduction des chondrocytes en reproduisant la rigidité de la matrice péricellulaire (PCM) saine et arthrosique. Les chercheurs ont établi les relations concentration-rigidité de l'agarose et encapsulé des chondrocytes humains primaires dans des gels d'agarose de différentes rigidités (2,0% et 4,5%), atteignant des modules d'équilibre jusqu'à 51,3 kPa avec une viabilité cellulaire >96%. L'analyse métabolomique a révélé des réponses biologiques distinctes dans plus de 500 petites molécules fonctionnelles entre les chondrocytes encapsulés dans les gels de faible et haute rigidité. Ces résultats démontrent que la rigidité de la matrice péricellulaire influence significativement la mécanotransduction chondrocytaire, validant ce modèle pour l'étude de l'arthrose.
This review aimed to summarize recent advances in osteoarthritis (OA) mechanics research by examining both basic science and clinical studies published between January 2013 and March 2014. The authors systematically reviewed 67 studies across four key areas: mechanobiology (how cells respond to mechanical forces), walking mechanics, biomechanical treatments, and mechanical risk factors for OA development. Key findings included the discovery of new cellular pathways that control how cartilage cells respond to loading, evidence that muscle forces play a crucial role in joint loading during daily activities, and mixed results for biomechanical interventions like shoe insoles and knee braces in reducing joint loads or pain. The research highlighted that joint alignment problems increase OA risk through meniscus damage, and suggested that combining diet with exercise (rather than exercise alone) may be more effective at reducing knee joint loading during walking.
Diese Übersichtsarbeit zielte darauf ab, aktuelle Forschungsergebnisse zur Biomechanik bei Arthrose durch eine systematische Analyse von 67 Studien aus den Jahren 2013-2014 zusammenzufassen. Die Autoren kategorisierten die Studien in vier Themenbereiche: Mechanobiologie, Gangmechanik, biomechanische Interventionen und mechanische Risikofaktoren. Wichtige Erkenntnisse umfassten die Identifikation zellulärer Signalwege in der Knorpelmechanobiologie, variable Effekte biomechanischer Interventionen wie Schuheinlagen auf die Kniegelenkbelastung, sowie Belege dafür, dass mechanische Fehlstellungen Risikofaktoren für Arthrose-Entstehung und -Progression darstellen. Die Studie unterstreicht die Bedeutung multipler Faktoren bei der Gelenkbelastung und empfiehlt eine stärkere Integration von Grundlagen- und klinischer Forschung für verbesserte Therapiestrategien.
Cette revue de littérature vise à synthétiser les avancées récentes en biomécanique appliquée à l'arthrose en analysant 67 études sélectionnées entre janvier 2013 et mars 2014, couvrant quatre thématiques : mécanobiologie, mécanique ambulatoire, interventions biomécaniques et facteurs de risque mécaniques. Les résultats révèlent des progrès significatifs dans l'identification des voies de signalisation cellulaire répondant aux contraintes mécaniques du cartilage, ainsi que le développement de modèles computationnels et d'implants instrumentés soulignant l'importance des contributions musculaires. Les interventions biomécaniques (semelles, orthèses) montrent des effets variables sur les moments articulaires du genou, tandis que les essais cliniques randomisés ne supportent pas l'utilisation des semelles compensatrices latérales pour réduire la douleur, contrairement aux régimes alimentaires avec ou sans exercice qui diminuent les indicateurs de charge articulaire. L'étude confirme que le désalignement mécanique constitue un facteur de risque majeur pour l'incidence et la progression de l'arthrose,
This study investigated whether breakdown of joint lubrication in the temporomandibular joint (TMJ) leads to cartilage damage and osteoarthritis-like changes. The researchers used porcine TMJ samples treated with enzymes (hyaluronidase or trypsin) to degrade lubrication components, then measured friction coefficients and subjected the joints to cyclic loading while analyzing gene expression, inflammatory markers, and tissue structure.
Enzyme treatment significantly increased friction (35% with hyaluronidase, 74% with trypsin), and subsequent mechanical loading led to increased expression of inflammatory markers (IL-1β, COX-2) and cartilage-degrading enzymes (MMPs), along with reduced collagen production and visible cartilage surface damage. These findings suggest that compromised joint lubrication can initiate a cascade of inflammation and cartilage breakdown in the TMJ when combined with mechanical stress, providing insight into early osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte, ob der Abbau der Gelenkschmierung im Kiefergelenk zu degenerativen Veränderungen führt und somit zur Entstehung von Arthrose beitragen könnte. An porcinen Kiefergelenken wurde nach enzymatischer Behandlung (Hyaluronidase oder Trypsin) der Reibungskoeffizient gemessen und anschließend zyklische Belastung durch ein Pendelsystem appliziert, gefolgt von Genexpressionsanalysen und histologischen Untersuchungen. Die Ergebnisse zeigten, dass beide Enzyme den Reibungskoeffizient signifikant erhöhten (35% bzw. 74%) und die nachfolgende mechanische Belastung zu einer verstärkten Expression von Entzündungsmediatoren (IL-1β, COX-2) und knorpelabbauenden Enzymen (MMPs) sowie zu Oberflächenschäden am Knorpel führte. Die Studie demonstriert somit, dass eine beeinträchtigte Gelenkschmierung die biomechanischen Eigenschaften des Kiefergelenkknorpels verschlechtert
Cette étude visait à déterminer si la dégradation de la lubrification articulaire de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) peut induire des changements dégénératifs cartilagineux sous contrainte mécanique. Les chercheurs ont utilisé un modèle porcin d'ATM où ils ont dégradé enzymatiquement le liquide synovial avec de la hyaluronidase ou de la trypsine, puis mesuré le coefficient de friction et analysé l'expression génique de marqueurs inflammatoires et dégénératifs après chargement cyclique. Les résultats montrent que la dégradation enzymatique augmente significativement le coefficient de friction (35% avec hyaluronidase, 74% avec trypsine) et induit l'expression de médiateurs pro-inflammatoires (IL-1β, COX-2) et de métalloprotéases matricielles (MMP-1, -3, -9), avec une réduction du collagène de type II. Cette étude démontre qu'une lubrification compromise dans l'ATM entraîne une altération des propriétés frictionnelles et une usure du cartilage condylien, accompagnées de
This study investigated whether deficiency in the enzyme DIO2 (type II iodothyronine deiodinase) protects against cartilage damage in an osteoarthritis model. Researchers subjected wild-type and DIO2-deficient mice to forced running for 1 hour daily over 3 weeks, then assessed cartilage damage through histological scoring and analyzed gene expression changes in knee cartilage using microarray analysis. The forced exercise successfully induced osteoarthritis-like changes in wild-type mice, with 147 genes showing altered expression including several known OA-associated genes. Importantly, DIO2-deficient mice showed significantly less cartilage damage and joint inflammation compared to wild-type mice, with distinct gene expression patterns that suggest DIO2 deficiency provides protective effects against exercise-induced cartilage damage.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die Rolle der Typ-II-Iodothyronin-Deiodinase (DIO2) als potenzielles Therapieziel bei Osteoarthritis durch mechanische Belastung von Kniegelenken. Wildtyp- und DIO2-defiziente Mäuse absolvierten ein dreiwöchiges forciertes Lauftraining (1 Stunde täglich), wobei Knorpelschäden histologisch bewertet und genomweite Genexpressionsanalysen durchgeführt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass DIO2-defiziente Mäuse signifikant weniger Knorpelschäden und Synovitis entwickelten als Wildtyp-Mäuse, wobei 29 Gene unterschiedlich auf die mechanische Belastung reagierten. Diese Befunde unterstützen DIO2 als vielversprechendes therapeutisches Ziel bei Osteoarthritis, da dessen Fehlen vor belastungsinduzierter Knorpeldegeneration schützt.
Cette étude visait à évaluer le potentiel thérapeutique de la déiodinase de type 2 (DIO2) dans l'arthrose en analysant l'effet de sa déficience sur l'homéostasie cartilagineuse soumise à un stress mécanique excessif. Les chercheurs ont soumis des souris sauvages et des souris DIO2(-/-) à un protocole de course forcée (1h/jour pendant 3 semaines), puis ont évalué les dommages cartilagineux par histologie et analysé l'expression génique par microarray. Les résultats montrent que les souris déficientes en DIO2 présentent significativement moins de dommages cartilagineux et de signes de synovite que les souris sauvages, avec un profil d'expression génique distinct impliquant 29 gènes différentiellement exprimés. Ces données renforcent l'intérêt de cibler l'activité DIO2 comme approche thérapeutique dans l'arthrose.
This study aimed to develop a new mathematical model to better understand how cartilage responds to mechanical loading in osteoarthritis, addressing the challenge of modeling processes that occur across vastly different time scales (second-by-second loading versus months-long cartilage degradation). The researchers created a two-component poroelastic model with a novel flow-restricting boundary condition that more accurately represents the joint environment, and tested it under both constant and repetitive loading conditions. Under constant loading, they determined how long cartilage takes to consolidate (lose its fluid), which affects lubrication duration, while under repetitive loading, they identified a zone where tissue continues to oscillate even after consolidation. The model provides new insights into how mechanical overloading leads to progressive cartilage breakdown in osteoarthritis, potentially offering a clinically useful tool for understanding this degenerative process.
Diese Studie zielte darauf ab, ein verbessertes biomechanisches Modell für Gelenkknorpel zu entwickeln, das die kurzfristige Knorpelkonsolidierung im langfristigen Kontext der Arthrose-Entstehung beschreibt. Die Forschenden konstruierten ein zweikomponentiges poroelastisches Modell mit neuen Flussbegrenzungs-Randbedingungen und analysierten sowohl statische als auch zyklische Belastungsszenarien. Die Ergebnisse zeigten, dass unter statischer Belastung die Konsolidierungsdauer analytisch charakterisiert werden kann, was die Dauer der flüssigkeitsunterstützten Gelenkschmierung bestimmt, während bei oszillatorischer Belastung persistierende Dehnungsoszillationen in bereits konsolidiertem Gewebe identifiziert wurden. Das Modell trägt zum besseren Verständnis der fortschreitenden Knorpeldegeneration bei Arthrose bei und könnte zukünftig bei der Entwicklung klinischer Interventionsstrategien hilfreich sein.
Cette étude vise à développer un modèle biomécanique capable de relier les sollicitations mécaniques à court terme du cartilage articulaire à la dégénérescence à long terme observée dans l'arthrose. Les auteurs ont construit un modèle poroélastique à deux composants avec une nouvelle condition limite restrictive du flux, plus représentative de l'environnement articulaire que les conditions classiques de flux libre. Sous charge statique, ils ont caractérisé analytiquement la durée de consolidation qui gouverne l'efficacité de la lubrification assistée par fluide, tandis que sous charge cyclique, ils ont identifié une région d'oscillations de déformation persistantes dans le tissu consolidé. Ces résultats contribuent à expliquer le processus de dégénérescence inexorable du cartilage dans l'arthrose en établissant un lien entre les contraintes mécaniques et la consolidation tissulaire.
This study aimed to develop an automated method for detecting cartilage damage during frictional-shear testing, replacing the current subjective visual inspection approach. The researchers developed a simplified biphasic lubrication model to extract characteristic features from friction signals, then tested this approach on 74 cartilage samples using support vector machine classifiers to identify damage patterns. The friction signal analysis successfully detected cartilage damage with approximately 90% accuracy, maintaining high performance even when damage was minimal. This automated approach could make frictional-shear testing more accessible and objective for evaluating both native and engineered cartilage quality.
Diese Studie zielte darauf ab, Schäden in nativem und künstlichem Knorpel während biomechanischer Tests automatisch zu erkennen, um die subjektive visuelle Bewertung zu ersetzen. Die Forscher entwickelten ein vereinfachtes biphasisches Schmierungsmodell und führten Reibungs-Scher-Tests an 74 Knorpelproben durch, wobei sie charakteristische Merkmale aus den Reibungssignalen extrahierten und Support Vector Machine-Klassifikatoren zur Schadenserkennung einsetzten. Die Methode konnte Knorpelschäden mit einer medianen Genauigkeit von etwa 90% identifizieren, selbst bei minimalen Schäden blieb die Trefferquote hoch. Diese Ergebnisse zeigen, dass Reibungssignale eine objektive und automatisierte Alternative zur herkömmlichen visuellen Schadensbewertung in der Knorpelforschung darstellen können.
Cette étude visait à développer une méthode automatisée pour détecter les dommages du cartilage articulaire lors de tests de friction-cisaillement, en remplacement de l'inspection visuelle subjective actuellement utilisée. Les chercheurs ont développé un modèle simplifié de lubrification biphasique et l'ont appliqué à 74 échantillons de cartilage pour extraire des caractéristiques spécifiques des signaux de friction, puis ont utilisé des classificateurs par machine à vecteurs de support pour détecter les dommages. Les résultats montrent que cette approche permet de détecter les dommages du cartilage avec une précision médiane d'environ 90%, même pour des dommages minimes. Cette méthode basée sur l'analyse du signal de friction pourrait ainsi automatiser et objectiver l'évaluation des dommages cartilagineux lors des tests biomécaniques.
This review examines how mechanical forces influence meniscal cell behavior and tissue health in the knee joint. The authors synthesized experimental and theoretical studies that measured biomechanical effects on the meniscus, combined microscale measurements of cellular mechanical properties with computational models, and analyzed cell culture studies across different systems from isolated cells to whole tissues. The key findings show that meniscal cells experience complex, non-uniform mechanical environments including high contact stresses, varying fluid pressures and flows, with cellular responses directly influenced by physical factors like tension, compression, and hydrostatic pressure through specific mechanotransduction pathways. Understanding these mechanobiological responses could lead to new therapeutic approaches for preventing meniscal degeneration and enhancing repair.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Mechanobiologie des Meniskus, um zu verstehen, wie mechanische Belastungen die zelluläre Antwort und das Gewebeverhalten beeinflussen. Die Autoren analysierten experimentelle und theoretische Studien, die biomechanische Messungen auf Gewebeebene mit mikroskopischen Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften von Meniskuszellen und ihrer Matrix kombinierten, sowie Zellkulturstudien unter verschiedenen mechanischen Bedingungen. Die Ergebnisse zeigen, dass Meniskuszellen einem komplexen, inhomogenen mechanischen Umfeld aus Spannung, Dehnung, Flüssigkeitsdruck und -strömung ausgesetzt sind, wodurch mechanische Signale in metabolische und inflammatorische Antworten umgewandelt werden. Das verbesserte Verständnis dieser mechanobiologischen Prozesse könnte zur Entwicklung therapeutischer Ansätze führen, die Meniskusdegeneration verhindern und die Geweberegeneration fördern.
Cette revue examine comment les facteurs mécaniques influencent la biologie cellulaire du ménisque du genou, structure essentielle pour le support de charge et la stabilité articulaire. Les auteurs analysent des études expérimentales et théoriques qui mesurent directement les effets biomécaniques de la charge articulaire, combinées à des mesures microscopiques des propriétés mécaniques des cellules méniscales et de leur matrice environnante. Les résultats démontrent que les cellules méniscales sont exposées à un environnement complexe de contraintes, déformations et pressions, et que leur réponse biologique est directement influencée par des facteurs physiques comme la tension, la compression et la pression hydrostatique. Cette compréhension de la mécanobiologie méniscale ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques pour prévenir la dégénérescence et améliorer la réparation du ménisque.
This study investigated how aggrecan, a key cartilage protein, contributes to cartilage's mechanical properties through interactions between solid matrix components and fluid at the molecular level. The researchers used nanomechanical testing, finite element modeling, and length-scale analysis to examine aggrecan monolayers, measuring their dynamic mechanical behavior and hydraulic permeability while manipulating electrostatic interactions between molecular chains. They found that solid-fluid interactions (poroelasticity) at the nanoscale are the primary mechanism governing aggrecan's mechanical behavior, with the measured hydraulic permeability of aggrecan similar to normal cartilage but much lower than diseased tissue. The study also revealed that electrostatic forces between molecular chains dominate over physical crowding effects, and that adult human aggrecan is stiffer than newborn tissue, though permeability remains constant across species and age.
Diese Studie untersuchte die molekularen Grundlagen der Poroelastizität von Knorpel durch Analyse der nanomechanischen Eigenschaften von Aggrecan-Monoschichten. Die Forscher verwendeten dynamische Nanomechanik-Tests in Kombination mit Finite-Elemente-Modellierung, um das Verhalten von Aggrecan bei verschiedenen Längenskalen zu charakterisieren und die hydraulische Permeabilität zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass Fest-Flüssig-Interaktionen auf molekularer Ebene die dynamischen mechanischen Eigenschaften von Knorpel primär bestimmen, wobei elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Glykosaminoglykan-Ketten eine dominante Rolle spielen. Die gemessene hydraulische Permeabilität von Aggrecan war ähnlich der von gesundem Knorpelgewebe, aber deutlich geringer als bei frühen Krankheitsstadien, was die Bedeutung von Aggrecan für die Knorpelfunktion unterstreicht.
Cette étude visait à élucider les mécanismes moléculaires à l'origine des propriétés poroélastiques du cartilage en analysant les interactions solide-fluide de l'agrécane à l'échelle nanométrique. Les chercheurs ont utilisé des techniques de nanomécanique dynamique sur des monocouches d'agrécane, complétées par une modélisation par éléments finis pour quantifier la perméabilité hydraulique moléculaire. Les résultats démontrent que les interactions électrostatiques entre les chaînes de glycosaminoglycanes dominent le comportement poroélastique de l'agrécane, avec une perméabilité hydraulique (4,8 × 10⁻¹⁵ m⁴/N·s) similaire à celle du cartilage sain mais inférieure à celle du tissu pathologique. L'étude révèle également que l'agrécane du cartilage humain adulte présente une rigidité supérieure à celle du tissu néonatal, suggérant un rôle clé de l'agrécane dans les propriétés mécaniques dynamiques du cartilage.
This study investigated whether resveratrol treatment could improve bone and cartilage health in obese diabetic mice. Researchers treated 8-week-old ob/ob mice (a model of obesity and diabetes) and lean control mice with oral resveratrol (25 mg/kg) for 3 weeks, then analyzed bone structure and growth plate cartilage using histomorphometry and cross-sectional geometry. The obese diabetic mice showed reduced bone length, mechanical strength, and growth plate area compared to lean controls. Resveratrol treatment produced mixed results, increasing cortical bone area in both groups but unexpectedly reducing bone length and calcified cartilage area, without improving mechanical resistance to bending.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen einer Resveratrol-Behandlung auf Knochen- und Knorpelgewebe bei adipösen, diabetischen ob/ob-Mäusen. Acht Wochen alte ob/ob-Mäuse und schlanke Kontrollmäuse erhielten drei Wochen lang täglich 25 mg/kg trans-Resveratrol oral, anschließend wurden histomorphometrische und biomechanische Parameter analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass ob/ob-Mäuse im Vergleich zu schlanken Kontrolltieren signifikant reduzierte Femurlängen, geringere Belastungsresistenz und kleinere Wachstumsfugenareale aufwiesen. Die Resveratrol-Behandlung führte zwar zu einer Zunahme der kortikalen Knochenfläche bei beiden Mausgruppen, hatte jedoch gemischte Effekte mit teilweise nachteiligen Auswirkungen wie verkürzten Knochenlängen und reduzierter kalzifizierter Wachstumsfugenfläche.
Cette étude a examiné les effets du resvératrol sur les tissus osseux et cartilagineux chez des souris ob/ob obèses et diabétiques. Les souris de 8 semaines ont reçu du trans-resvératrol par voie orale (25 mg/kg) pendant 3 semaines, suivie d'analyses histomorphométriques et géométriques. Les souris ob/ob présentaient une longueur fémorale réduite, une résistance au chargement diminuée et une aire de plaque de croissance tibiale plus petite par rapport aux témoins maigres. Le traitement au resvératrol a montré des effets mitigés : il a augmenté l'aire corticale chez les deux groupes mais a paradoxalement réduit la longueur tibiale et l'aire du cartilage de croissance calcifié, sans améliorer la résistance à la flexion.
This study investigated how size mismatches in meniscus implants affect their ability to protect cartilage from damage. The researchers used numerical modeling to simulate different implant sizes (oversized, undersized, and perfectly sized) and measured stress distribution and collagen strain in articular cartilage over time (1 second to 600 seconds of loading). The simulations revealed that oversized meniscus implants created particularly high collagen strains in femoral cartilage that worsened with sustained loading, while undersized implants performed similarly to perfectly sized ones in terms of stress distribution. These findings support the clinical observation that smaller meniscus transplants may be preferable to oversized ones because they better protect the most heavily loaded areas of the joint.
Diese Studie untersuchte mittels numerischer Modellierung, wie sich die Größe von Meniskusimplantaten auf die Belastungsverteilung im Gelenkknorpel auswirkt. Die Forscher simulierten verschiedene Implantatgrößen und -steifigkeiten über einen Zeitraum von 600 Sekunden und verglichen die resultierenden Kollagendehnungen im Gelenkknorpel mit gesunden und meniskektomierten Gelenken. Die Ergebnisse zeigten, dass zu große Implantate besonders hohe Dehnungen im femoralen Knorpel verursachen, die bei anhaltender Belastung weiter zunehmen, während kleinere Implantate vergleichbare Ergebnisse wie perfekt dimensionierte Implantate erzielten. Diese Befunde unterstützen die klinische Beobachtung, dass zu kleine Meniskustransplantate bessere chondroprotektive Eigenschaften aufweisen als zu große, da sie die Belastung in den am stärksten beanspruchten Gelenkbereichen effektiver verteilen.
Cette étude avait pour objectif d'analyser l'influence de la taille des implants méniscaux sur leur capacité de protection du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé un modèle numérique pour évaluer la distribution des contraintes et les déformations du collagène dans le cartilage adjacent à des implants de différentes tailles et propriétés mécaniques, en simulant 600 secondes de charge. Les résultats montrent que les déformations du cartilage dépendent fortement de la taille de l'implant et de la durée de charge, les implants surdimensionnés générant des contraintes particulièrement élevées dans le cartilage fémoral. L'étude confirme qu'un implant sous-dimensionné distribue mieux les contraintes dans les zones les plus sollicitées et pourrait ainsi offrir une meilleure protection que les implants surdimensionnés.
This study aimed to evaluate the lubricating performance of hyaluronic acid (HA) compared to natural synovial fluid in osteoarthritic knee cartilage models. The researchers developed cartilage models that simulate osteoarthritis conditions and tested the friction properties using mechanical testing with different lubricants, including HA and freshly harvested synovial fluid. The results showed that HA significantly reduced both static and kinetic friction coefficients by 75% and 70% respectively compared to untreated cartilage samples. Importantly, HA demonstrated lubricating performance equivalent to natural synovial fluid across all tested osteoarthritic conditions, supporting its effectiveness as a boundary lubricant for potential osteoarthritis treatments.
Diese Studie untersuchte die Schmierwirkung von Hyaluronsäure (HA) im Vergleich zu natürlicher Synovialflüssigkeit bei Osteoarthritis-Knorpelmodellen. Die Forscher führten mechanische Reibungstests an verschiedenen Knorpeloberflächen durch, um die Lubrikationseigenschaften unter simulierten Osteoarthritis-Bedingungen zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten, dass HA sowohl die statischen als auch die kinetischen Reibungskoeffizienten der Knorpelproben um 75% bzw. 70% reduzierte. Bemerkenswert war, dass HA in allen getesteten Bedingungen die Reibungseigenschaften von frisch gewonnener Synovialflüssigkeit ohne statistisch signifikante Unterschiede nachahmte, was HA als effektiven Grenzschichtschmierstoff für die Osteoarthritis-Behandlung identifiziert.
Cette étude a évalué les propriétés lubrifiantes de l'acide hyaluronique (AH) comparativement au liquide synovial naturel dans différents modèles de cartilage articulaire reproduisant les conditions d'arthrose. Les chercheurs ont mesuré les coefficients de friction statique et cinétique sur diverses surfaces cartilagineuses, incluant des modèles avec et sans protéines lubrifiantes endogènes comme PRG4. Les résultats montrent que l'AH réduit significativement les coefficients de friction statique et cinétique de 75% et 70% respectivement, et reproduit fidèlement les caractéristiques tribologiques du liquide synovial frais sans différence statistiquement significative. Ces données confirment l'efficacité de l'AH comme lubrifiant de surface dans le traitement de l'arthrose du genou.
This study aimed to evaluate how different orthopedic implant materials cause wear and damage to articular cartilage, specifically testing materials commonly used in hemiarthroplasty procedures. The researchers tested immature bovine cartilage disks against glass, two cobalt chromium alloys, and stainless steel with varying surface roughness, using conditions that accelerated fluid loss to simulate clinical scenarios. The results showed that stainless steel and rougher cobalt chromium surfaces caused significantly more cartilage damage and had higher friction coefficients compared to glass and smoother cobalt chromium surfaces. Importantly, the damage occurred primarily through delamination between cartilage layers rather than surface abrasion, suggesting that subsurface fatigue failure is the main mechanism of cartilage deterioration in implant-cartilage interactions.
Diese Studie untersuchte den Verschleiß von unreifem Rinderknorpel bei Reibung gegen verschiedene orthopädische Implantatmaterialien (Kobalt-Chrom-Legierungen und Edelstahl) sowie Glas als Referenz. Die Knorpelproben wurden unter Bedingungen getestet, die den Verlust der interstitiellen Flüssigkeitsdruckbeaufschlagung fördern, um Verhältnisse in Hemiarthroplastiken zu simulieren. Die Ergebnisse zeigten, dass Edelstahl (10 nm Rauheit) und raue Kobalt-Chrom-Legierung (27 nm) deutlich mehr Knorpelschäden verursachten als Glas und glatte Kobalt-Chrom-Oberflächen (beide 10 nm), wobei die schadhafteren Materialien auch höhere Reibungskoeffizienten aufwiesen. Die Knorpelschädigung erfolgte hauptsächlich durch Delamination zwischen der oberflächlichen Tangentialzone und der mittleren Übergangszone aufgrund subkortikaler Ermüd
Cette étude visait à évaluer l'usure du cartilage articulaire bovin immature en contact avec différents matériaux d'implants orthopédiques utilisés en hémi-arthroplasties (verre, alliages cobalt-chrome et acier inoxydable). Les chercheurs ont testé des disques de cartilage dans des conditions favorisant la perte de pressurisation du fluide interstitiel, en faisant varier la rugosité de surface des matériaux dans les limites réglementaires acceptables. Les résultats montrent que l'acier inoxydable (10 nm de rugosité) et l'alliage cobalt-chrome faiblement carboné (27 nm) causent significativement plus de dommages que le verre (10 nm) et les alliages cobalt-chrome plus lisses (10 nm), avec des coefficients de friction plus élevés. Les dommages se manifestent principalement par délamination à l'interface entre la zone tangentielle superficielle et la zone moyenne de transition, suggérant un mécanisme de fatigue sous-surface plutôt qu'une usure abrasive de surface.
This study investigated how micro-porosity in polycaprolactone (PCL) scaffolds affects their water permeability and mechanical properties for cartilage tissue engineering applications. The researchers used poly(vinyl alcohol) hydrogel to simulate growing cartilage tissue within the scaffold pores and performed unconfined and confined compression tests to evaluate mechanical behavior and water transport properties across scaffolds with varying micro-pore sizes. The key findings revealed that scaffold mechanical response results from synergistic interactions between both the scaffold material and the simulated tissue within its pores, while scaffold compliance is primarily controlled by micro-porosity rather than the density of tissue-like material in the pores. These results provide important guidance for optimizing scaffold design and predicting how these biomaterials will perform when implanted in the body.
Diese Studie untersuchte den Einfluss der Mikroporosität von Polycaprolacton (PCL)-Scaffolds auf deren Wasserdurchlässigkeit und mechanische Eigenschaften für die Knorpel-Tissue-Engineering. Die Forscher verwendeten Polyvinylalkohol-Hydrogele zur Simulation von wachsendem Knorpelgewebe und führten Kompressionstests unter verschiedenen Bedingungen durch, um Scaffolds mit unterschiedlicher Mikroporosität zu charakterisieren. Die Ergebnisse zeigten, dass das mechanische Verhalten von Scaffold-Hydrogel-Konstrukten durch synergistische Effekte beider Komponenten bestimmt wird, während die Scaffold-Compliance hauptsächlich durch die Mikroporosität und weniger durch die Hydrogeldichte kontrolliert wird. Diese Erkenntnisse liefern wichtige Informationen für die Optimierung von Scaffolds und die Vorhersage ihres mechanischen Verhaltens in vivo.
Cette étude examine l'influence de la micro-porosité des parois sur la perméabilité à l'eau et les propriétés mécaniques d'échafaudages en polycaprolactone (PCL) à double architecture poreuse, destinés à l'ingénierie du cartilage. Les chercheurs ont utilisé un hydrogel de poly(alcool vinylique) pour simuler le tissu cartilagineux en croissance et ont réalisé des tests de compression confinée et non confinée pour caractériser la perméabilité et la réponse mécanique. Les résultats montrent que la réponse au stress du système échafaudage/hydrogel résulte d'un effet synergique des deux composants, suggérant que les performances in vivo dépendent à la fois de l'architecture du matériau et du tissu en croissance. La compliance de l'échafaudage est principalement contrôlée par la micro-porosité plutôt que par la densité de l'hydrogel dans les pores, fournissant des informations précieuses pour optimiser la conception d'échafaudages et prédire leur comportement mécanique in vivo.
This study investigated whether gentle treadmill walking could prevent subchondral bone deterioration in early osteoarthritis using a rat model where knee instability was surgically induced. Rats underwent destabilized medial meniscus (DMM) surgery and were then assigned to either sedentary conditions or a gentle walking program (12 m/min, 30 minutes daily, 5 days/week for up to 4 weeks), with outcomes assessed using micro-CT imaging, histological analysis, and biomechanical testing. The walking intervention showed a tendency to suppress subchondral bone cyst growth and reduce osteoclast activity, while significantly preventing cartilage degeneration and maintaining cartilage stiffness compared to sedentary controls. The study also found that walking reduced osteocyte death in subchondral bone, which correlated strongly with cartilage protection, suggesting that gentle exercise may slow osteoarthritis progression through beneficial effects on both cartilage and underlying bone.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von sanftem Laufbandtraining auf subchondrale Knochenveränderungen in einem Ratten-Osteoarthritis-Modell. Wistar-Ratten erhielten eine destabilisierte Meniskus-Operation (DMM) und wurden entweder einer sedentären Gruppe oder einer Laufbandgruppe (12 m/min, 30 min/Tag, 5 Tage/Woche für 1-4 Wochen) zugeordnet, wobei subchondrale Knochen- und Knorpelveränderungen mittels Mikro-CT, histologischer und biomechanischer Analysen bewertet wurden. Das Laufbandtraining zeigte eine Tendenz zur Unterdrückung des Wachstums subchondraler Knochenzysten und reduzierte die Osteoklasten-Aktivität nach 4 Wochen, was mit einer signifikanten Prävention der Knorpeldegeneration und biomechanischen Erweichung einherging. Die Ergebnisse deuten auf eine biomechanische und biologische Verbindung zwischen
Cette étude a évalué les effets d'une marche douce sur tapis roulant sur les modifications de l'os sous-chondral et du cartilage dans un modèle expérimental d'arthrose chez le rat par déstabilisation du ménisque médial. Des rats Wistar ont été répartis en groupes sédentaire et marche (n=42/groupe), ces derniers effectuant un exercice de marche (12 m/min, 30 min/jour, 5 jours/semaine) pendant 1, 2 ou 4 semaines post-chirurgie. Les résultats montrent que la marche sur tapis roulant tend à supprimer la croissance des kystes sous-chondraux (confirmée par micro-CT et analyse TRAP), prévient la dégénérescence cartilagineuse (score OARSI, p<0,05) et réduit significativement la mort des ostéocytes (p<0,01). Ces findings suggèrent l'existence de liens biomécaniques et biologiques entre le cartilage et l'os sous-chondral, les effets préventifs de l'exercice sur la détérioration osseuse étant partiellement expl
This review examines the current state of articular cartilage regeneration research, focusing on overcoming the tissue's limited natural healing capacity that can lead to osteoarthritis. The authors analyzed existing animal model studies that investigate the "regeneration triad" of morphogens/growth factors, cells (particularly mesenchymal stem cells and other stem cell types), and scaffolds (including nanomaterials and extracellular matrix-based designs). The review reveals that while extensive research has been conducted using these three key components, animal studies have shown variable and inconsistent results, and no standardized clinical treatment protocol has been established. The authors conclude that developing better animal models that more accurately replicate human cartilage regeneration processes is essential for advancing tissue engineering approaches to restore articular cartilage surfaces.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die aktuellen Fortschritte und Herausforderungen bei der Regeneration von Gelenkknorpeloberflächen in Tiermodellen, mit dem Ziel, die Progression zur Arthrose zu verhindern. Die Autoren analysieren systematisch die drei kritischen Komponenten der Geweberegeneration: Morphogene und Wachstumsfaktoren, verschiedene Zelltypen (einschließlich mesenchymaler Stammzellen und pluripotenter Stammzellen) sowie innovative Scaffold-Materialien wie Nanomaterialien und extrazelluläre Matrix-Gerüste. Die Studie zeigt, dass trotz intensiver Forschung mit der "Regenerations-Triade" in Tiermodellen noch keine standardisierten klinischen Protokolle etabliert wurden, da die Ergebnisse in verschiedenen Tiermodellen stark variieren. Die Autoren betonen die Notwendigkeit kontinuierlicher Verfeinerung von Tiermodellen für chondrale und osteochondrale Defekte, um optimale Strategien für die Knorpeloberflächenregeneration zu entwickeln.
Cette revue examine les stratégies de régénération de la surface du cartilage articulaire, un enjeu critique pour prévenir la progression vers l'arthrose étant donné la faible capacité d'auto-régénération de ce tissu avasculaire. Les auteurs analysent systématiquement la triade régénérative constituée des morphogènes et facteurs de croissance, des cellules (notamment les cellules souches mésenchymateuses, embryonnaires et pluripotentes induites), et des matrices d'échafaudage (incluant les nanomatériaux et scaffolds multicouches). Bien que de nombreuses approches aient été testées dans des modèles animaux de défauts chondraux et ostéochondraux, les résultats restent variables et aucun protocole clinique standardisé n'a encore été établi. L'optimisation continue des modèles animaux représente une opportunité clé pour faire progresser l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire.
This narrative review examines the role of voltage-dependent calcium channels (VDCCs) in cartilage cells (chondrocytes) and their potential as therapeutic targets for osteoarthritis. The authors synthesized published literature on VDCC expression and function in chondrocytes, with particular focus on studies using L-type VDCC inhibitors like nifedipine and verapamil. The review reveals that VDCCs are functionally active in chondrocytes and play crucial roles in cell proliferation, maturation, and mechanotransduction, while VDCC activation appears to contribute to inflammatory processes in osteoarthritis. The authors conclude that existing calcium channel blockers, currently used for cardiovascular conditions, may offer a promising therapeutic approach for osteoarthritis treatment, though clinical evidence remains limited and further research is needed.
Diese narrative Übersichtsarbeit untersucht die Rolle spannungsabhängiger Kalziumkanäle (VDCC) in Chondrozyten bei Gesundheit und Krankheit. Die Autoren analysierten publizierte Studien über VDCC-Expression und -Funktion in Chondrozyten, wobei sie sich auf Experimente mit L-Typ-VDCC-Inhibitoren wie Nifedipin und Verapamil konzentrierten. Die Hauptergebnisse zeigen, dass VDCCs essentiell für die Chondrozytengesundheit sind, insbesondere bei der Regulation von Proliferation und Reifung, während ihre Aktivierung mit entzündlichen Aspekten der Osteoarthritis (OA) verbunden ist. Die Autoren schlussfolgern, dass VDCC-Inhibitoren ein vielversprechender therapeutischer Ansatz zur Behandlung von OA sein könnten, betonen jedoch den Bedarf an weiterer klinischer Forschung zur Repositionierung bestehender Kalziumantagonisten für die OA-Therapie.
Cette revue narrative examine le rôle des canaux calciques voltage-dépendants (VDCC) dans les chondrocytes, longtemps considérés comme des cellules non-excitables mais qui expriment fonctionnellement ces canaux ioniques. L'analyse s'appuie sur des données publiées utilisant des inhibiteurs de VDCC de type L (nifédipine, vérapamil) pour élucider leur fonction dans la chondrogenèse, la signalisation cellulaire et la mécanotransduction. Les résultats indiquent que les VDCC sont essentiels à la santé chondrocytaire en régulant la prolifération et la maturation, tandis que leur activation excessive accompagne les processus inflammatoires de l'arthrose. Les auteurs suggèrent que le repositionnement thérapeutique d'antagonistes calciques existants pourrait représenter une approche prometteuse pour traiter l'arthrose, bien que les données cliniques restent limitées.
This study aimed to systematically compare the frictional properties and distribution of superficial zone protein (SZP/lubricin/PRG4) across all major tissues within the bovine knee joint using standardized testing conditions. The researchers measured boundary mode friction coefficients and performed immunostaining to assess SZP localization in tissues from three compartments: patellofemoral (patella and groove), and medial/lateral tibiofemoral (femoral condyles, meniscus, tibial plateau, and ACL). The patellofemoral compartment showed significantly higher friction coefficients compared to the tibiofemoral compartments, with correspondingly reduced SZP staining depth and intensity in the patella and patellofemoral groove versus the femoral condyles and tibial plateau. These findings demonstrate an inverse relationship between SZP presence and friction, confirming the critical role of this boundary lubricant in maintaining the low-friction properties essential for healthy joint function.
Diese Studie untersuchte die Verteilung des Oberflächenzonenproteins (SZP/Lubricin/PRG4) und die Reibungseigenschaften in verschiedenen Geweben des bovinen Kniegelenks. Die Forscher bestimmten den Reibungskoeffizienten und die SZP-Lokalisation in allen drei Gelenkkompartimenten (Patella, patellofemoraler Sulkus, Femurkondylen, Meniskus, Tibiaplateau und vorderes Kreuzband) unter standardisierten Testbedingungen. Die Ergebnisse zeigten, dass das patellofemorale Kompartiment höhere Reibungskoeffizienten aufwies als die tibiofemorale Kompartimente, was mit einer reduzierten SZP-Färbungsintensität und -tiefe in Patella und patellofemoralem Sulkus korrelierte. Diese Befunde unterstreichen die wichtige Rolle von SZP als Grenzschmierstoff zur Reibungsreduktion in den verschiedenen Kniegelenkgeweben.
Cette étude visait à comparer les propriétés de friction et la localisation de la protéine de zone superficielle (SZP/lubricine/PRG4) dans tous les tissus des trois compartiments de l'articulation du genou bovin, en utilisant des conditions de test standardisées. Les chercheurs ont analysé le coefficient de friction en mode limite et effectué une immunolocalisation de la SZP sur la rotule, la trochlée fémorale, les condyles fémoraux, les ménisques, le plateau tibial et le ligament croisé antérieur. Les résultats montrent que le compartiment fémoro-patellaire présente un coefficient de friction plus élevé que les compartiments tibio-fémoraux médial et latéral, avec une corrélation inverse entre la friction et l'intensité/profondeur de marquage de la SZP. Cette étude confirme le rôle crucial de la SZP comme lubrifiant limite dans la réduction de la friction articulaire, avec des variations spécifiques selon les compartiments du genou.
This study investigated whether preconditioning human synovium-derived stem cells (hSDSCs) with a p38 MAPK inhibitor (SB203580) could improve their ability to form cartilage, particularly in inflammatory conditions that mimic osteoarthritis. The researchers expanded hSDSCs on decellularized extracellular matrix (dECM) and tested their cartilage-forming potential with and without SB203580 preconditioning, including under inflammatory conditions induced by interleukin-1. The key finding was that SB203580 preconditioning significantly enhanced both cell proliferation and cartilage formation capacity of dECM-expanded hSDSCs, even in inflammatory environments, while adding the inhibitor during cartilage differentiation actually impaired the process. The results suggest that this preconditioning approach could potentially overcome two major challenges in stem cell-based cartilage repair: age-related decline in cell function and joint inflammation.
Diese Studie untersuchte, ob eine Vorbehandlung mit dem p38 MAPK-Inhibitor SB203580 die chondrogene Differenzierung von auf dezellularisierter extrazellulärer Matrix (dEZM) expandierten humanen synovialen Stammzellen (hSDSCs) in entzündlicher Umgebung verbessern kann. Die Forscher kultivierten hSDSCs auf dEZM und behandelten sie mit SB203580 vor, um dann ihre Proliferation und chondrogene Kapazität unter normalen und IL-1-induzierten inflammatorischen Bedingungen zu testen. Die Ergebnisse zeigten, dass die SB203580-Vorbehandlung die Proliferation und chondrogene Differenzierung der Matrix-expandierten Stammzellen signifikant steigerte, selbst in entzündlicher Umgebung. Diese kombinierte Strategie aus dEZM-Expansion und SB203580-Vorkonditionierung könnte daher einen vielversprechenden Ansatz für die autologe Stammzelltherapie bei Knorpeldefekten in Osteoarthritis-Patienten darstellen
Cette étude visait à évaluer si le préconditionnement avec l'inhibiteur SB203580 (p38 MAPK) pouvait améliorer le potentiel chondrogénique des cellules souches dérivées du synovium humain (hSDSC) cultivées sur matrice extracellulaire décellularisée (dECM) dans un environnement inflammatoire. Les chercheurs ont testé l'effet du SB203580 en préconditionnement versus en supplémentation continue sur la prolifération et la différenciation chondrogénique des hSDSC, notamment en présence d'interleukine-1. Le préconditionnement avec SB203580 a significativement amélioré la prolifération et le potentiel chondrogénique des cellules cultivées sur dECM, même dans un environnement inflammatoire induit par IL-1, contrairement à la supplémentation continue qui inhibait la différenciation. Cette approche combinant préconditionnement SB203580 et expansion sur dECM représente donc une stratégie prometteuse pour la régénération cartilagineuse autologue chez les patients arthrosiques.
This review examines how fetal movement affects skeletal development and its clinical implications. The authors analyzed evidence from human cases of reduced fetal movement and experimental studies in mouse, chick, and zebrafish models to understand the relationship between mechanical forces and bone/cartilage formation. The key findings demonstrate that fetal movement is essential for proper skeleton development, as reduced movement consistently leads to joint dysplasia, contractures, and poorly mineralized bones across species. The research reveals that movement influences critical signaling pathways (WNT, Hedgehog, and TGF-β/BMP) and cytoskeletal gene expression, suggesting these findings could inform stem cell tissue engineering approaches and optimize physical therapy treatments for skeletal disorders.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die entscheidende Rolle fötaler Bewegungen für die koordinierte Entwicklung von Knorpel und Knochen während der Embryogenese. Die Autoren analysieren klinische Beobachtungen bei bewegungseingeschränkten Föten sowie experimentelle Studien an Tiermodellen (Maus, Huhn, Zebrafisch), um die molekularen Mechanismen der bewegungsabhängigen Skelettentwicklung zu verstehen. Die Ergebnisse zeigen, dass reduzierte fötale Bewegung zu Gelenkdysplasien und hypomineralisierten Knochen führt, wobei wichtige Signalwege wie WNT, Hedgehog und TGF-β/BMP sowie mechanotransduktive Prozesse über Zytoskelett-Matrix-Kontakte betroffen sind. Diese Erkenntnisse haben wichtige Implikationen für die regenerative Medizin, das Tissue Engineering und die Optimierung physiotherapeutischer Ansätze bei Skelettanomalien.
Cette revue examine l'importance cruciale des mouvements fœtaux pour le développement coordonné du cartilage et des os pendant la gestation. L'analyse s'appuie sur des observations cliniques d'enfants présentant une mobilité réduite in utero ainsi que sur des modèles animaux (souris, poussin, poisson-zèbre) démontrant que l'immobilisation embryonnaire provoque des dysplasies articulaires et une hypominéralisation osseuse. Les études de génétique moléculaire révèlent que les voies de signalisation WNT, Hedgehog et TGF-β/BMP, essentielles à la régulation de la prolifération et différenciation cellulaire, sont perturbées par l'altération des mouvements via des mécanismes de mécanotransduction impliquant la matrice extracellulaire et le cytosquelette. Ces connaissances ouvrent des perspectives thérapeutiques pour l'ingénierie tissulaire squelettique, la médecine régénérative et l'optimisation des protocoles de physiothérapie.
This study investigated how sliding motion affects cartilage gene expression by applying different combinations of compressive forces (50 or 100 N) and sliding speeds (10, 40, or 70 mm/s) to cartilage samples using a cylindrical indenter. The researchers used multiple linear regression to correlate mechanical parameters (strain, stress, modulus) with gene expression levels of key cartilage markers including lubricin and catabolic enzymes. The main findings showed that while sliding speed did not affect mechanical properties, higher compressive forces (100 N vs 50 N) significantly increased tissue strain and stress, and strong correlations were found between mechanical parameters and gene expression for TIMP-3, ADAMTS-5, and lubricin under high load conditions. Importantly, sliding speed influenced gene expression even without corresponding changes in mechanical properties, suggesting that cartilage cells can detect and respond to sliding motion through mechanisms beyond simple mechanical deformation.
Diese Studie untersuchte, wie sich Gleitbewegungen unterschiedlicher Geschwindigkeiten auf die Genexpression in Knorpelgewebe auswirken. Die Forscher belasteten Knorpelproben mit 50 oder 100 N Normalkraft bei Gleitgeschwindigkeiten von 10, 40 oder 70 mm/s und analysierten anschließend mechanische Parameter sowie die Expression von Genen für Lubricin und katabole Enzyme mittels multipler linearer Regression. Die Ergebnisse zeigten, dass die Gleitgeschwindigkeit keine signifikanten Auswirkungen auf mechanische Parameter hatte, jedoch bei 100 N Belastung deutliche Korrelationen zwischen mechanischen Parametern und der Genexpression von TIMP-3, ADAMTS-5 und Lubricin gefunden wurden. Interessanterweise beeinflusste die Gleitgeschwindigkeit die Genexpression trotz fehlender mechanischer Veränderungen, was auf komplexere biologische Mechanismen jenseits rein mechanischer Stimulation hindeutet.
Cette étude visait à examiner l'effet de la vitesse de glissement sur la mécanobiologie du cartilage lors du contact articulaire. Les chercheurs ont appliqué des forces normales de 50 ou 100 N à différentes vitesses de glissement (10, 40, 70 mm/s) sur des explants de cartilage, puis ont analysé les corrélations entre paramètres mécaniques et expression génique. Les résultats montrent que la vitesse de glissement n'affecte pas la réponse mécanique du cartilage, mais influence significativement l'expression de gènes clés (TIMP-3, ADAMTS-5, lubricine) uniquement sous charge élevée (100 N). Cette étude révèle un découplage entre les réponses mécaniques et biologiques du cartilage face au mouvement de glissement.
This study investigated whether restoring lubricin (a key joint lubricant) expression could prevent or reverse joint damage in mice born with congenital lubricin deficiency. Researchers used genetically engineered mice and restored lubricin function at different time points (before conception, 3 weeks, 2 months, or 6 months after birth), then evaluated joint health through microscopic examination and friction testing. The results showed that restoring lubricin before conception completely prevented joint disease, while restoration at 3 weeks provided partial improvement in cartilage structure and reduced joint friction. However, restoring lubricin at 2 or 6 months of age provided no beneficial effects, indicating there is only a narrow early window during which lubricin restoration can slow disease progression in congenital deficiency.
Diese Studie untersuchte, ob die Wiederherstellung der Lubricin-Expression in einem Mausmodell mit angeborenem Lubricin-Mangel den durch fehlende Gelenkschmierung verursachten Gelenkschaden verhindern oder umkehren kann. Die Forscher stellten die Genfunktion zu verschiedenen Zeitpunkten wieder her (vor der Geburt sowie im Alter von 3 Wochen, 2 Monaten und 6 Monaten) und bewerteten die Auswirkungen mittels histologischer Untersuchungen und biomechanischer Tests. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Wiederherstellung vor der Geburt Gelenkerkrankungen vollständig verhinderte, während eine Behandlung im Alter von 3 Wochen nur teilweise Verbesserungen brachte - spätere Interventionen (2 oder 6 Monate) zeigten jedoch keine positiven Effekte mehr. Die Studie belegt somit, dass bei angeborener Lubricin-Defizienz nur ein begrenztes Zeitfenster für therapeutische Interventionen existiert, bevor irreversible Knorp
Cette étude visait à déterminer si la restauration de l'expression de la lubricine pouvait prévenir ou inverser les défauts articulaires causés par une déficience congénitale chez des souris génétiquement modifiées. Les chercheurs ont restauré la fonction du gène PRG4 (codant pour la lubricine) à différents âges (avant la conception, à 3 semaines, 2 mois ou 6 mois) et ont évalué les effets par analyses histologiques et tests biomécaniques ex vivo des articulations fémoro-tibiales et patellaires. La restauration préconceptionnelle a complètement prévenu la maladie articulaire, tandis que la restauration à 3 semaines a amélioré partiellement les caractéristiques histologiques du cartilage et réduit la friction articulaire, mais la restauration à 2 ou 6 mois n'a montré aucun bénéfice. Ces résultats démontrent que la fenêtre thérapeutique pour restaurer la lubrification limite et ralentir la progression de la maladie est très limitée dans le temps.
This review examines the potential of mesenchymal stem cells (MSCs) for treating cartilage and intervertebral disc degeneration, which are major causes of disability worldwide. The authors analyzed MSCs from three main sources—bone marrow, adipose tissue, and umbilical cord—focusing particularly on umbilical cord-derived cells and their biological properties, signaling pathways, and applications with biomaterial scaffolds. The review found that MSCs show considerable promise for cartilage and disc repair, with umbilical cord-derived MSCs offering particular advantages for regenerative applications. However, significant technical challenges remain in isolating, expanding, and preparing these cells for clinical use, though the authors are optimistic that combining cell therapies with advanced biomaterials will lead to breakthrough treatments for joint and spine disorders.
Diese Übersichtsarbeit untersucht das therapeutische Potenzial von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) für die Regeneration von Gelenkknorpel und Bandscheiben im Kontext der steigenden globalen Belastung durch muskuloskelettale Erkrankungen. Die Autoren analysieren systematisch die Biologie verschiedener MSC-Quellen (Knochenmark, Fettgewebe, Nabelschnur), molekulare Signalwege der Chondrogenese sowie biomimetische Scaffolds und Biomaterialien für regenerative Anwendungen. Die Hauptergebnisse zeigen, dass MSCs erhebliches Potenzial für Knorpel- und Bandscheibenreparatur besitzen, wobei Nabelschnur-MSCs besonders vielversprechend erscheinen. Trotz technischer Herausforderungen bei Isolierung, Expansion und Differenzierung von MSCs sehen die Autoren optimistische Zukunftsperspektiven für interdisziplinäre Ansätze, die Biomaterialien mit zellbasierten Therapien kombinieren.
Cette revue examine le potentiel des cellules souches mésenchymateuses (CSM) pour la régénération du cartilage articulaire et des disques intervertébraux dans le contexte du fardeau croissant des troubles musculosquelettiques. Les auteurs analysent la biologie des CSM provenant de différentes sources (moelle osseuse, tissu adipeux, cordon ombilical), les voies de signalisation contrôlant la chondrogenèse, et l'utilisation de biomatériaux biomimétiques comme supports. Bien que les CSM montrent un potentiel thérapeutique considérable, des défis techniques persistent concernant leur isolation, expansion, différenciation et préconditionnement pour l'implantation clinique. L'approche interdisciplinaire combinant biomatériaux et thérapies cellulaires offre des perspectives optimistes pour des avancées significatives dans la régénération des tissus musculosquelettiques.
This study investigated whether tyrosine-rich amelogenin peptide (TRAP) could improve autologous chondrocyte implantation by promoting cartilage formation while preventing unwanted bone-like tissue development. The researchers treated human articular cartilage cells with synthesized TRAP and measured cartilage-specific markers (proteoglycans, collagen type II, chondrogenic genes) and bone/mineralization markers (alkaline phosphatase, calcium deposits, osteogenic genes) under different culture conditions. TRAP successfully enhanced cartilage formation by increasing SOX9 gene expression and simultaneously suppressed harmful bone-like mineralization by reducing IHH gene activity. These findings suggest TRAP could be used to "prime" patients' own cartilage cells before implantation, potentially reducing complications like arthrofibrosis and excessive tissue growth that currently limit this treatment approach.
Diese Studie untersuchte das Potenzial von Tyrosin-reichem Amelogenin-Peptid (TRAP) zur Optimierung der autologen Chondrozyten-Implantation bei Osteoarthritis-Patienten. Die Forscher analysierten die Wirkung von chemisch synthetisiertem TRAP auf humane Gelenkknorpelzellen in vitro durch Messung chondrogener Marker (Proteoglykan-Produktion, Kollagen Typ II, Genexpression) und osteogener/hypertrophischer Parameter (alkalische Phosphatase, Mineralisierung, Osteocalcin). TRAP zeigte eine duale Wirkung: Es förderte die chondrogene Differenzierung durch Induktion der SOX9-Genexpression und unterdrückte gleichzeitig die unerwünschte hypertrophische Mineralisierung über die Herunterregulierung des IHH-Gens. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass TRAP als vielversprechender Kandidat für die Vorkonditionierung autologer Chondrozyten zur Verbesserung der Knorpelre
Cette étude évalue l'effet du peptide d'amélogénine riche en tyrosine (TRAP) sur la différenciation des chondrocytes articulaires humains, dans le contexte d'améliorer les techniques d'implantation de chondrocytes autologues pour traiter l'arthrose et les défauts cartilagineux focaux. Les chercheurs ont analysé in vitro les marqueurs de différenciation chondrogénique (production de sGAG, coloration à l'alcian bleu, expression de SOX9, ACAN et COL2A1) et les marqueurs de minéralisation hypertrophique (activité ALP, coloration à l'alizarine rouge, expression d'IHH et BSP). Les résultats montrent que le TRAP synthétique supprime la différenciation ostéogénique terminale via la régulation négative du gène IHH tout en augmentant la différenciation chondrogénique par induction de l'expression de SOX9. Ces résultats suggèrent que le TRAP pourrait être utilisé comme agent de préconditionnement pour optimiser les chondrocytes autologues avant implantation, en favorisant la formation de matrice cartilagineuse spéc
This chapter describes methods for using mechanobioreactors to enhance cartilage tissue engineering through mechanical stimulation. The authors detail techniques for applying direct mechanical forces (compression and shear) to tissue-engineered cartilage constructs in controlled laboratory settings. They also outline analytical methods to measure the biological and mechanical responses following both short-term and long-term mechanical loading protocols. The work demonstrates that mechanical stimulation effectively promotes extracellular matrix production and improves the mechanical properties of engineered cartilage tissue.
Diese Studie zielte darauf ab, wertvolle Methoden zur mechanischen Stimulation von Knorpel-Tissue-Engineering-Konstrukten zu beschreiben und deren Auswirkungen zu quantifizieren. Die Autoren präsentieren Verfahren zur direkten mechanischen Belastung durch Kompression oder Scherkräfte mittels Mechanobioreaktoren sowie gängige Analysemethoden zur Bewertung der Stimulationseffekte. Die mechanische Stimulation erwies sich als effektive Methode zur Steigerung der Extrazellulärmatrix-Synthese und zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von tissue-engineerten Knorpelkonstrukten. Sowohl kurz- als auch langfristige mechanische Belastungen zeigten positive Effekte auf die Knorpelentwicklung in den Bioreaktorsystemen.
Cette étude vise à présenter les méthodes de stimulation mécanique pour améliorer l'ingénierie tissulaire du cartilage. Les auteurs décrivent les techniques permettant d'appliquer des contraintes mécaniques directes (compression et cisaillement) aux construits cartilagineux ainsi que les méthodes analytiques pour quantifier leurs effets. Les résultats montrent que la stimulation mécanique constitue une approche efficace pour augmenter la synthèse de matrice extracellulaire et améliorer les propriétés mécaniques des construits de cartilage bio-ingéniéré. Cette approche méthodologique fournit un cadre pour optimiser la culture de cartilage artificiel par des sollicitations mécaniques contrôlées.
This study aimed to develop a bioreactor system that can apply multiple mechanical forces simultaneously to enhance cartilage tissue engineering. The researchers designed and constructed a mechanobioreactor capable of providing both dynamic shear and compressive loading to mimic the natural rolling and squeezing motions that occur in articular joints. The device allows controlled application of mechanical stimuli to stem cells and chondrocytes grown in three-dimensional scaffolds within a sterile culture environment. This bioreactor system provides researchers with a tool to study how combined mechanical forces influence cartilage synthesis and development in tissue engineering applications.
Diese Studie beschreibt die Entwicklung und den Aufbau eines spezialisierten Bioreaktors zur Knorpelgewebesynthese im Tissue Engineering. Der Mechanobiorektor kann gleichzeitig dynamische Scher- und Druckkräfte ausüben, um die Roll- und Quetschbewegungen natürlicher Gelenkbewegungen nachzuahmen. Das System ermöglicht die kontrollierte mechanische Stimulation von Stammzellen und Chondrozyten in dreidimensionalen Gerüststrukturen unter definierten Kulturbedingungen. Diese Technologie bietet ein wichtiges Werkzeug zur Untersuchung der Auswirkungen mechanischer Belastung auf die Knorpelentwicklung und -regeneration.
Cette étude vise à développer un système de bioréacteur capable d'appliquer simultanément des contraintes de cisaillement et de compression pour stimuler la synthèse de cartilage en ingénierie tissulaire. Le dispositif décrit reproduit les mouvements de roulement et de compression des articulations physiologiques, permettant d'exercer des forces mécaniques contrôlées sur des construits tissulaires en culture. Ce mécanobioréacteur est spécifiquement conçu pour étudier les effets des stimulations mécaniques sur les cellules souches et les chondrocytes ensemencés dans des échafaudages tridimensionnels. L'approche vise à optimiser la synthèse de tissu cartilagineux en reproduisant l'environnement mécanique naturel des articulations.
This study investigated how high-intensity exercise affects interleukin-15 (IL-15) levels in joint tissue using a rabbit model. Twenty-four rabbits were divided into exercise and control groups, with the exercise group forced to run 60 minutes daily for 4 weeks at 30 m/min, followed by analysis of knee joint cartilage and synovial tissue using microscopy and biochemical assays. The high-intensity exercise group showed significant cartilage damage and joint inflammation (synovitis), along with elevated IL-15 levels in both synovial fluid and tissue compared to controls. The findings suggest that intense exercise may cause joint damage and inflammation, with increased IL-15 potentially playing a role in the development of post-traumatic osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von hochintensivem Training auf die Interleukin-15 (IL-15) Expression in der Gelenkinnenhaut von Kaninchen. 24 Kaninchen wurden randomisiert in eine Trainingsgruppe (60 min/Tag Laufband bei 30 m/min über 4 Wochen) und eine Kontrollgruppe aufgeteilt, wobei histologische Analysen, Immunhistochemie und ELISA zur Messung der IL-15 Expression verwendet wurden. Die hochintensive Trainingsgruppe zeigte signifikante Knorpelschäden und Synovitis sowie eine erhöhte IL-15 Expression in Synovialflüssigkeit und -gewebe im Vergleich zur Kontrollgruppe (p < 0,05). Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass übermäßige mechanische Belastung zu Gelenkentzündungen und Knorpelschäden führen kann, wobei die IL-15 Überexpression möglicherweise mit der Entwicklung einer posttraumatischen Arthrose in Verbindung steht.
Cette étude visait à examiner l'effet de l'exercice à haute intensité sur l'expression de l'interleukine-15 (IL-15) dans la synovie de lapins. Les chercheurs ont utilisé 24 lapins néo-zélandais blancs répartis en deux groupes (exercice intensif vs contrôle), le groupe expérimental effectuant de la course forcée à 30 m/min pendant 60 minutes/jour sur 4 semaines, avec analyses histologiques, immunohistochimiques et ELISA. Les résultats ont révélé des dommages du cartilage articulaire du genou et une synovite chez le groupe exercice intensif, accompagnés d'une expression significativement plus élevée d'IL-15 dans le liquide synovial et les tissus synoviaux (p < 0,05). Ces findings suggèrent que l'exercice à haute intensité pourrait induire une synovite et des lésions cartilagineuses, l'IL-15 étant potentiellement impliquée dans le développement d'arthrose post-traumatique.
This review examines advanced biomaterial strategies for cartilage regeneration that address the complex structural and mechanical properties of native cartilage tissue. The authors analyzed recent developments in multiphasic, multiscale, multilayered, and hierarchical biomaterial approaches, including various scaffold forms such as sponges, hydrogels, fibers, and microparticles. The key finding is that successful cartilage regeneration requires engineered devices that can simultaneously mimic cartilage's unique zonal architecture, replicate its specific mechanical properties and ECM composition, and promote chondrogenesis through either chondrocyte proliferation or stem cell differentiation. The review highlights that effective cartilage tissue engineering demands a coordinated integration of biomechanical properties, hierarchical structures, extracellular matrix components, and bioactive factors to overcome cartilage's inherently poor healing capacity.
Diese Übersichtsarbeit untersucht innovative Biomaterialstrategien zur Knorpelregeneration, die darauf abzielen, die komplexe hierarchische Struktur des Gelenkknorpels nachzuahmen. Die Autoren analysieren verschiedene Ansätze wie multiphasische, mehrschichtige und hierarchische Gerüststrukturen aus einzelnen oder kombinierten Biomaterialien, einschließlich Schwämmen, Hydrogelen, Fasern und Mikropartikeln. Die Haupterkenntnis ist, dass erfolgreiche Knorpelregeneration ein koordiniertes Zusammenspiel von biomechanischen Eigenschaften, hierarchischen Strukturen, extrazellulärer Matrix und bioaktiven Faktoren erfordert. Diese biomimetischen Ansätze sollen sowohl die zonale Architektur des Gelenkknorpels nachbilden als auch die Chondrogenese durch Chondrozytenproliferation oder Stammzelldifferenzierung fördern.
Cette revue examine les stratégies avancées de biomatériaux pour la régénération du cartilage articulaire, un défi clinique majeur affectant des millions de personnes en raison de la faible capacité d'auto-réparation du cartilage. Les auteurs analysent les approches multiphasiques, multi-échelles et hiérarchiques utilisant divers biomatériaux (éponges, hydrogels, fibres, microparticules) conçus pour reproduire l'architecture zonale complexe du cartilage natif. L'accent est mis sur le développement de dispositifs biomimétiques capables de récapituler les propriétés biomécaniques spécifiques, la composition de la matrice extracellulaire et l'organisation hiérarchique du cartilage tout en favorisant la chondrogenèse. Ces stratégies innovantes visent à surmonter les limitations actuelles en créant des échafaudages qui imitent fidèlement la structure native du cartilage articulaire ou servent de modèles de recherche pour comprendre les mécanismes biologiques de régénération.
This study aimed to comprehensively map gene expression patterns during articular cartilage development to better understand the molecular mechanisms controlling joint formation. The researchers identified 36 genes through literature review and microarray analysis, then examined their spatial and temporal expression patterns in developing chicken phalangeal (finger) joints using molecular techniques. They found three distinct expression patterns: early genes (expressed broadly beyond the joint interzone), late genes (expressed in restricted areas), and constantly expressed genes throughout development. This comprehensive gene expression atlas provides researchers and clinicians with a valuable resource of molecular targets that may be involved in cartilage formation and maintenance, potentially informing future osteoarthritis research and therapeutic development.
Diese Studie untersuchte die molekularen Mechanismen der Gelenkknorpelentwicklung durch eine umfassende mRNA-Expressionsanalyse während der Morphogenese des Gelenkknorpels beim Huhn. Die Forscher identifizierten 36 Gene (19 aus der Literatur, 17 durch Mikroarray-Analyse), die in sich entwickelnden Zehengelenken des Huhns exprimiert werden, und analysierten deren räumlich-zeitliche Expressionsmuster mittels In-situ-Hybridisierung. Die Ergebnisse zeigten drei charakteristische Expressionsmuster: frühe Gene mit breiter Expression über die Interzone hinaus, späte Gene mit räumlich begrenzter Expression und konstant exprimierte Gene. Diese umfassende Analyse liefert eine wichtige Kandidatenliste molekularer Faktoren, die an der Differenzierung und Erhaltung des Gelenkknorpels beteiligt sind und damit neue Einblicke in die Gelenkentwicklung ermöglicht.
Cette étude vise à identifier de manière exhaustive les gènes impliqués dans le développement du cartilage articulaire en analysant leur expression spatio-temporelle dans les articulations phalangiennes de poulet en développement. Les chercheurs ont combiné une revue de littérature et une analyse par puces à ADN pour identifier 36 gènes candidats, puis ont caractérisé leurs profils d'expression par hybridation in situ. L'analyse révèle trois patterns d'expression distincts : précoce (dans un domaine large incluant l'interzone), tardive (dans des domaines spatiaux restreints) et constante tout au long du développement. Cette cartographie moléculaire fournit une liste complète de gènes candidats pour la différenciation et le maintien du cartilage articulaire, contribuant à une meilleure compréhension des réseaux moléculaires régulant la morphogenèse articulaire.
This study investigated whether exposing engineered cartilage to low doses of inflammatory cytokines could protect it from subsequent damage by higher cytokine concentrations that occur in osteoarthritic joints. Researchers used juvenile bovine cartilage constructs and adult canine chondrocytes, applying low-dose IL-1 preconditioning (0.1-1.0 ng/ml for 7 days) followed by a damaging high-dose IL-1 insult (10 ng/ml), and measured mechanical and biochemical properties. Low-dose IL-1 preconditioning (0.1 and 0.5 ng/ml) successfully protected cartilage constructs against subsequent cytokine damage, preserving both mechanical stiffness and tissue composition regardless of timing between preconditioning and insult. This protective effect was replicated using a hypoxia-inducing agent (CoCl2) and showed similar trends in clinically relevant adult chondrocytes, suggesting that preconditioning strategies could improve the survival of cartilage implants in inflammatory joint environments.
Diese Studie untersuchte, ob eine chemische Vorkonditionierung von Knorpel-Konstrukten diese vor entzündungsbedingter Schädigung durch Interleukin-1 (IL-1) schützen kann. Die Forscher verwendeten juvenile bovine und adulte canine Chondrozyten, die zunächst niedrigen IL-1α-Dosen (0,1-1,0 ng/ml) für 7 Tage ausgesetzt und anschließend mit einer hohen, schädigenden IL-1α-Konzentration (10 ng/ml) behandelt wurden; zusätzlich testeten sie CoCl2 als hypoxie-induzierenden Vorkonditionierungsansatz. Die Ergebnisse zeigten, dass niedrige IL-1α-Dosen (0,1 und 0,5 ng/ml) sowie CoCl2-Vorkonditionierung die mechanischen Eigenschaften und biochemische Zusammensetzung des Knorpelgewebes vor katabolen Schäden schützen konnten. Diese Vorkonditionierungsstrategie könnte daher eine vielversprechende therapeutische Methode darst
Cette étude visait à développer une stratégie de préconditionnement chimique pour protéger le cartilage artificiel contre la dégradation inflammatoire causée par l'IL-1, cytokine pro-inflammatoire présente dans l'arthrose et après chirurgie. Les chercheurs ont exposé des construits de cartilage artificiel (modèles bovin juvénile et chondrocytes canins adultes) à de faibles doses d'IL-1α (0,1-1,0 ng/ml) pendant 7 jours, puis à une dose élevée (10 ng/ml) simulant l'agression inflammatoire. Les résultats montrent que le préconditionnement avec de faibles doses d'IL-1α (0,1 et 0,5 ng/ml) protège efficacement contre la dégradation catabolique ultérieure, préservant les propriétés mécaniques et biochimiques du cartilage artificiel. Cette approche de préconditionnement chimique offre donc une stratégie prometteuse pour améliorer la survie des implants de cartilage artificiel dans l'environnement inflammatoire articulaire.
This study investigated how mechanical strain activates protective gene responses in cartilage cells (chondrocytes) through a specific signaling pathway. Researchers applied cyclic mechanical strain to human chondrocytes and used mouse treadmill experiments, along with targeted gene knockdown techniques to identify key molecular components in the signaling cascade.
The study found that mechanical strain activates a complex signaling pathway starting with primary cilia (cellular antennae), followed by extracellular ATP release, purinergic receptor activation, calcium signaling, and ERK1/2 kinases, which ultimately increases CITED2 gene expression. This CITED2 activation requires specific transcription factors (HIF1α and SP1) and leads to decreased production of cartilage-degrading enzymes MMP-1 and MMP-13.
These findings reveal how beneficial mechanical loading protects cartilage by reducing destructive enzyme production, providing important insights into cartilage health and potential therapeutic targets for joint diseases.
Diese Studie untersuchte die mechanischen Signalwege, die durch Belastung in Chondrozyten zur Aktivierung des Transkriptionsregulators CITED2 und zur Regulation nachgeschalteter Gene führen. Die Forscher verwendeten primäre humane Chondrozyten und Chondrozyten-Zelllinien, die zyklischen mechanischen Belastungen (5%, 1 Hz) ausgesetzt wurden, sowie Mäuse mit Laufbandtraining, und analysierten die Genexpression mittels RT-qPCR und Proteinexpression durch verschiedene immunologische Methoden. Die Ergebnisse zeigen, dass mechanische Belastung über primäre Zilien, extrazelluläres ATP, purinerge Kalzium-Signalwege und ERK1/2 die CITED2-Expression aktiviert, was wiederum zur Herunterregulation der knorpelabbauenden Enzyme MMP-1 und MMP-13 führt. Diese Erkenntnisse verdeutlichen einen wichtigen protektiven Mechanismus, durch den mechanische Belastung den Knorpelabbau hemmt und zur Knorpelges
Cette étude vise à élucider les voies de signalisation mécanotransductionnelles impliquées dans la régulation du facteur de transcription CITED2 et de ses cibles en aval chez les chondrocytes soumis à des contraintes mécaniques. Les chercheurs ont utilisé des chondrocytes humains primaires et la lignée C28/I2 soumis à des déformations cycliques (5%, 1 Hz), ainsi que des souris C57BL/6 en exercice sur tapis roulant, avec des approches de perte de fonction par siRNA et inhibiteurs spécifiques. Les résultats démontrent que la contrainte mécanique active CITED2 via une cascade impliquant les cils primaires, l'ATP extracellulaire, la signalisation purinergique calcique et ERK1/2, nécessitant les facteurs de transcription HIF1α et SP1 ainsi qu'un élément de réponse intact (SSRE). Cette activation de CITED2 conduit à une diminution significative de l'expression des métalloprotéinases MMP-1 et MMP-13, suggérant un mécanisme protecteur contre la dégradation matricielle
This review study examined how mechanical loading and three-dimensional scaffold environments work together to influence mesenchymal stem cell differentiation into cartilage tissue for regenerative medicine applications. The authors systematically reviewed existing literature on the individual and combined effects of mechanical stimulation and scaffold properties on chondrogenic differentiation, while also evaluating current techniques for measuring mechanical properties of engineered tissues. The main finding was that contradictory results regarding mechanical loading effects can be explained by differences in scaffold properties, which determine how cells adhere, their shape and distribution, and how mechanical forces are transmitted to the cells. The review identified a significant knowledge gap, noting that most studies only compare two scaffold types rather than investigating the full spectrum of scaffold-loading interactions, and the authors recommend broader studies using high-throughput mechanical testing methods.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte den Einfluss mechanischer und biochemischer Faktoren auf die chondrogene Differenzierung mesenchymaler Stammzellen für die Knorpel-Tissue-Engineering. Die Autoren analysierten systematisch die vorhandene Literatur zu den Einzeleffekten mechanischer Stimulation und 3D-Umgebung sowie deren Wechselwirkungen bei der Knorpelregeneration. Die Ergebnisse zeigen, dass widersprüchliche Studienergebnisse hauptsächlich durch unterschiedliche Scaffold-Eigenschaften erklärt werden können, welche die Zelladhäsion, Morphologie und Spannungsübertragung beeinflussen. Die Autoren identifizierten eine wichtige Wissenslücke und empfehlen umfassendere Studien mit neuen Hochdurchsatz-Charakterisierungstechniken zur besseren Untersuchung des Zusammenspiels zwischen mechanischer Belastung und Scaffold-Eigenschaften.
Cette revue examine l'influence combinée de l'environnement tridimensionnel et des stimulations mécaniques sur la différenciation chondrogénique des cellules souches mésenchymateuses pour l'ingénierie du cartilage hyalin. Les auteurs analysent la littérature existante concernant les effets individuels et synergiques des facteurs biomécaniques et biochimiques, ainsi que les techniques actuelles de caractérisation mécanique des tissus générés in vitro. L'analyse révèle que les résultats contradictoires observés avec différents types de contraintes mécaniques s'expliquent par les propriétés variables des systèmes d'échafaudage qui influencent l'adhésion cellulaire, la morphologie et la transmission des contraintes. Les auteurs identifient un manque important de connaissances sur l'interaction entre les programmes de charge externe et les propriétés des échafaudages, et préconisent des études plus larges intégrant de nouvelles techniques haut débit et des analyses de fatigue pour une caractérisation mécanique plus exhaustive.
This study investigated whether incorporating dexamethasone-releasing microspheres into engineered cartilage could protect the tissue from inflammatory damage while maintaining functional properties. Researchers embedded PLGA microspheres loaded with dexamethasone into chondrocyte-seeded agarose hydrogels, cultured them for 28 days, then exposed them to the inflammatory cytokine IL-1α for 7 days. Constructs with dexamethasone-releasing microspheres achieved native-like mechanical strength and proteoglycan content, and remained protected from IL-1α-induced tissue degradation, unlike control constructs without dexamethasone which showed significant breakdown when exposed to inflammation. These findings suggest that incorporating drug-releasing microspheres into engineered cartilage could be an effective strategy for creating durable tissue grafts that resist inflammatory damage in clinical applications.
Diese Studie untersuchte, ob die kontrollierte Freisetzung von Dexamethason aus biodegradabbaren Mikrosphären innerhalb von Knorpelkonstrukten vor entzündungsbedingten Schäden schützen kann. Die Forscher entwickelten Chondrozyten-besiedelte Agarose-Hydrogele mit eingebetteten PLGA-Mikrosphären (75:25), die Dexamethason freisetzen, und testeten deren Schutzwirkung gegen das proinflammatorische Zytokin Interleukin-1α über 7 Tage. Die Knorpelkonstrukte mit Dexamethason-beladenen Mikrosphären erreichten native Steifigkeitswerte und Proteoglykangehalte und zeigten sich vollständig resistent gegen IL-1α-induzierte Gewebedegradation. Im Gegensatz dazu wiesen Kontrollkonstrukte ohne Dexamethason-Schutz nach IL-1α-Exposition erhebliche Gewebeschäden auf, was die Wirksamkeit dieser lokalen Wirkstofffreisetz
Cette étude a évalué si la libération contrôlée de dexaméthasone via des microsphères de PLGA intégrées dans des construits de cartilage artificiel pouvait protéger ces greffons contre les effets délétères de l'interleukine-1α (IL-1α), une cytokine pro-inflammatoire. Les chercheurs ont cultivé des hydrogels d'agarose ensemencés de chondrocytes avec des microsphères chargées en dexaméthasone pendant 28 jours, puis les ont exposés à l'IL-1α pendant 7 jours. Les construits contenant les microsphères chargées en dexaméthasone ont atteint des propriétés mécaniques natives (module d'équilibre et niveaux de protéoglycanes) et sont restés insensibles à l'exposition à l'IL-1α, contrairement aux construits témoins sans dexaméthasone qui ont subi une dégradation tissulaire significative. Cette approche de délivrance locale de dexaméthasone représente une stratégie prometteuse pour développer des greffons cartilagineux fonctionnels résistants à l'inflammation locale.
This study aimed to evaluate the friction and wear properties of polyvinyl alcohol (PVA) hydrogel as an artificial cartilage replacement by testing it against natural articular cartilage. The researchers conducted controlled friction experiments varying load (10-22 N), sliding speed (10-20 mm/s), and lubrication type (Ringer's solution vs. hyaluronic acid solution), along with long-term wear testing. The results showed that friction coefficients ranged from 0.084-0.147 depending on conditions, with hyaluronic acid lubrication providing the lowest friction values even at higher loads. However, the PVA hydrogel experienced significant surface damage and material transfer to the cartilage surface, indicating that surface fatigue and adhesive wear are major concerns that may limit its clinical viability as a cartilage replacement material.
Diese Studie untersuchte die tribologischen Eigenschaften von Polyvinylalkohol-Hydrogel als künstlicher Knorpelersatz durch Reibungsexperimente mit natürlichem Gelenkknorpel. Die Forscher führten systematische Drei-Faktor-Experimente und Langzeittests durch, um den Einfluss von Last, Geschwindigkeit und Schmierung auf den Reibungskoeffizienten zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass höhere Geschwindigkeiten den Reibungskoeffizienten erhöhten (von 0,12 auf 0,147), während Hyaluronsäure-Schmierung ihn deutlich auf 0,084 reduzierte. Allerdings kam es zu erheblichen Verschleißschäden am Hydrogel mit Oberflächenermüdung und adhäsivem Verschleiß als dominierenden Mechanismen, was die Langzeiteignung als Knorpelersatz in Frage stellt.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer les propriétés tribologiques de l'hydrogel de polyalcool vinylique (PVA) comme substitut potentiel du cartilage articulaire endommagé. Les chercheurs ont réalisé des tests de friction avec trois facteurs (charge, vitesse, lubrification) à deux niveaux, ainsi que des essais à long terme pour analyser l'interaction entre le cartilage naturel et l'hydrogel de PVA. Les résultats montrent que le coefficient de friction augmente avec la vitesse (de 0,12 à 0,147 quand la vitesse passe de 10 à 20 mm/s) et diminue significativement avec l'acide hyaluronique comme lubrifiant (0,084 vs solution de Ringer). L'hydrogel de PVA présente cependant une usure importante avec transfert de matériau vers la surface cartilagineuse, suggérant un mécanisme d'usure par fatigue de surface et adhésion qui pourrait limiter son application clinique.
This review examines hydrogels, particularly double network (DN) hydrogels, as potential replacement materials for damaged articular cartilage that cannot heal naturally due to its avascular structure. The authors conducted a literature review covering cartilage structure and properties, current repair methods, alternative materials under development, and integration techniques for replacement materials. They found that DN hydrogels show promise as cartilage substitutes because they are approaching the mechanical strength and toughness of natural hyaline cartilage while providing superior lubrication compared to current replacement materials. The review concludes that these advanced hydrogels could address major limitations of existing treatments, such as inadequate lubrication, wear debris generation, and damage to opposing cartilage surfaces.
Diese Übersichtsarbeit untersucht das Potenzial von Hydrogelen als Ersatzmaterial für geschädigten Gelenkknorpel. Die Autoren analysieren systematisch die Struktur und Eigenschaften von hyalinem Knorpel, bewerten aktuelle Reparaturmethoden und deren Limitationen, und stellen alternative Materialien vor, mit besonderem Fokus auf Doppelnetzwerk-Hydrogele. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Doppelnetzwerk-Hydrogele vielversprechende biomechanische Eigenschaften aufweisen, die der Festigkeit und Zähigkeit von hyalinem Knorpel zunehmend nahekommen, während sie gleichzeitig eine exzellente Gelenkschmierung bieten. Die Studie schließt mit der Betonung verschiedener Integrationsmethoden, um eine stabile Verbindung zwischen Ersatzmaterial und natürlichem Gelenk zu gewährleisten.
Cette étude vise à évaluer le potentiel des hydrogels comme matériau de remplacement du cartilage hyalin articulaire endommagé, en réponse aux limitations des matériaux actuels qui génèrent une lubrification inadéquate et des effets indésirables. Les auteurs présentent une revue comparative des propriétés structurelles du cartilage hyalin, des méthodes actuelles de réparation cartilagineuse, et analysent les matériaux alternatifs en développement, avec un focus particulier sur les hydrogels à double réseau (DN). Les résultats montrent que les hydrogels DN représentent une approche prometteuse, démontrant des propriétés mécaniques (résistance et ténacité) qui se rapprochent de celles du cartilage hyalin natif tout en offrant une excellente capacité de lubrification. L'étude conclut en identifiant plusieurs méthodes d'intégration de ces matériaux de remplacement avec l'articulation native pour assurer la stabilité et un comportement biomécanique optimal.
This study investigated the role of matrilin-1 (MATN1), a cartilage matrix protein, in mechanical signaling and cartilage degeneration using knockout mice. The researchers compared gene expression responses to mechanical loading between normal and MATN1-deficient chondrocytes in culture, measured cartilage mechanical properties, and assessed cartilage damage following surgical destabilization of the knee joint. They found that while normal chondrocytes increased production of key cartilage components (aggrecan and collagen II) in response to mechanical loading, MATN1-deficient cells failed to respond, indicating impaired mechanotransduction. Following joint injury, MATN1-deficient mice developed more severe cartilage degeneration with greater proteoglycan loss and tissue disorganization compared to normal mice, suggesting that MATN1 plays a protective role in post-traumatic osteoarthritis by enabling proper cellular responses to mechanical stress.
Diese Studie untersuchte die Rolle von Matrilin-1 (MATN1) bei der mechanischen Signalübertragung in Knorpelgewebe und dessen Schutzfunktion vor posttraumatischer Arthrose. Die Forscher verwendeten MATN1-Knockout-Mäuse und analysierten die Genexpression anaboler Marker (ACAN, COL2A) sowohl in vivo als auch in vitro unter zyklischer mechanischer Belastung, ergänzt durch ein Meniskus-Destabilisierungsmodell. Die Hauptergebnisse zeigten, dass MATN1-defiziente Chondrozyten nicht in der Lage waren, ihre anabole Genexpression als Antwort auf mechanische Belastung zu steigern, was auf eine gestörte Mechanotransduktion hindeutet. Nach experimenteller Gelenkdestabilisierung entwickelten MATN1-Knockout-Mäuse schwerere Knorpelläsionen mit verstärktem Proteoglykenverlust im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen, was eine protektive Rolle von MATN1 bei
Cette étude examine le rôle de la matriline-1 (MATN1) dans la mécanotransduction du cartilage en comparant des souris sauvages et des souris knock-out pour MATN1. Les chercheurs ont analysé l'expression génique anabolique (ACAN et COL2A) in vivo et in vitro sous charge cyclique, ainsi que la dégénérescence cartilagineuse après déstabilisation du ménisque médial. Les résultats montrent que la déficience en MATN1 altère la réponse mécanotransductrice des chondrocytes, qui ne parviennent plus à augmenter l'expression des gènes anaboliques en réponse à la charge mécanique. Cette défaillance conduit à une dégénérescence cartilagineuse plus sévère lors d'arthrose post-traumatique, démontrant pour la première fois le rôle protecteur de la MATN1 dans le maintien de l'homéostasie cartilagineuse sous contrainte mécanique.
This systematic review aimed to analyze mechanical stimulation protocols used in bioreactors for articular cartilage tissue engineering with human cells, comparing their effects on cell behavior and cartilage formation. The researchers searched three major databases (Allied and Complementary Medicine, Ovid MEDLINE, and EMBASE) from the 1940s-1970s through 2016, applying inclusion and exclusion criteria to identify relevant studies on bioreactor-based mechanical stimulation. The review found that mechanical stimulation consistently enhances chondrogenic (cartilage-forming) properties in human cells cultured for cartilage tissue engineering. However, the authors identified significant challenges in comparing results across studies due to substantial variability in protocols and lack of standardized reporting methods, preventing meta-analysis and highlighting the need for improved standardization in the field.
Diese systematische Übersichtsarbeit zielte darauf ab, die Komplexität mechanischer Stimulationsprotokolle in Bioreaktoren für das Tissue Engineering von Gelenkknorpel zu verstehen und deren Auswirkungen auf kultivierte menschliche Zellen zu bewerten. Die Methodik umfasste eine systematische Literaturrecherche in drei Datenbanken (1946-2016) mit anschließender tabellarischer Zusammenfassung und Diskussion der Schlüsselergebnisse. Die Hauptergebnisse zeigen eindeutig, dass mechanische Stimulation zu verstärkten chondrogenen Eigenschaften bei menschlichen Zellen im Kontext des Gelenkknorpel-Tissue Engineering führt. Aufgrund der hohen Variabilität zwischen den Studien und fehlender kontrollierter Faktoren waren die Ergebnisse jedoch schwer vergleichbar, was eine standardisierte Bewertungsmethode der Stimulationsprotokolle erschwerte.
Cette revue systématique visait à analyser les protocoles de stimulation mécanique utilisés dans les bioréacteurs pour l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire avec des cellules humaines. Les auteurs ont effectué une recherche bibliographique dans trois bases de données (1946-2016) en utilisant des critères d'inclusion/exclusion spécifiques pour comparer les différents protocoles de stimulation mécanique et leurs effets sur les cellules cultivées. Les résultats démontrent clairement que la stimulation mécanique améliore les propriétés chondrogéniques des cellules humaines dans le contexte de l'ingénierie du cartilage articulaire. Cependant, la grande variabilité entre les études et le manque de standardisation des protocoles rendent difficile la comparaison des résultats et nécessitent une amélioration de la normalisation des méthodes d'évaluation.
This study investigated how cartilage interstitial fluid (CIF) affects gene expression in synovial membrane cells to better understand cartilage-synovium interactions. The researchers extracted CIF from newborn rat cartilage using pressure irrigation, analyzed its cytokine content using ELISA, and examined its effects on synovial membrane gene expression using real-time PCR after 4-hour incubations. CIF contained several growth factors (bFGF, IGF-1, TGFβ1, BMP7) and colony-stimulating factors, and significantly upregulated genes involved in cartilage matrix production (collagen I, aggrecan, versican), lubrication (hyaluronan synthases, lubricin), and tissue remodeling (MMPs 2-3, TIMPs 1-3), while downregulating inflammatory cytokines TNF and IL-1β. These findings suggest that cartilage-derived factors in interstitial fluid play an important role in maintaining joint health by promoting matrix synthesis and reducing inflammation in synovial tissues.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von Knorpel-Interstitialflüssigkeit (CIF) auf die Genexpression in Synovialmembran-Zellen, um die Kommunikation zwischen Gelenkknorpel und Synovialmembran besser zu verstehen. Die Forscher gewannen CIF durch Ausspülung aus intaktem Knorpelgewebe neugeborener Ratten unter Druck und analysierten deren Zytokingehalt mittels ELISA sowie den Einfluss auf die Genexpression von Synovialmembran-Zellen mittels Real-Time-PCR. Die CIF enthielt verschiedene Wachstumsfaktoren (bFGF, IGF-1, TGFβ1, BMP7) und stimulierende Faktoren und führte zu einer erhöhten Expression von Matrixproteinen (Hyaluronsynthasen, Lubricin, Kollagen I), Metalloproteinasen und deren Inhibitoren sowie zu einer reduzierten Expression proinflammatorischer Zytokine (TNF, IL-1β). Diese Ergebnisse zeigen, dass Kn
Cette étude visait à analyser l'influence du fluide interstitiel du cartilage (CIF) sur l'expression génique des cellules de la membrane synoviale pour mieux comprendre les interactions cartilage-synovie. Les chercheurs ont extrait le CIF du cartilage de rats nouveau-nés par rinçage sous pression, identifié sa composition en cytokines par ELISA, puis analysé par PCR en temps réel l'expression génique des cellules synoviales après incubation avec le CIF. Le CIF contenait plusieurs facteurs de croissance (bFGF, IGF-1, TGFβ1, BMP7) et cytokines, et stimulait l'expression de gènes liés à la lubrification articulaire (HAS1/2, lubricine), aux protéines matricielles (collagène I, versican, agrécane) et aux métalloprotéases (MMP2/3), tout en réduisant l'expression de cytokines pro-inflammatoires (TNF, IL-1β). Ces résultats suggèrent que le cartilage module activement le métabolisme synovial via son fluide interstitiel, ouvrant de nouvelles perspectives pour comprendre la phys
This study investigated whether N-acetyl cysteine (NAC), an antioxidant therapy, could protect human cartilage from damage following mechanical injury. Researchers used human cartilage samples subjected to controlled impact trauma (0.59 J) and measured cell survival, cell death rates, gene expression of tissue-damaging enzymes, and the release of cartilage breakdown products. NAC treatment significantly improved cell survival, reduced cell death, and decreased the expression and activity of cartilage-degrading enzymes (including MMPs and ADAMTS-4) in a dose- and time-dependent manner. The findings suggest NAC could serve as an effective therapeutic intervention to limit cartilage destruction after injury, providing a foundation for future clinical studies.
Diese Studie untersuchte das therapeutische Potenzial von N-Acetyl Cystein (NAC) zur Behandlung traumatischer Knorpelschäden in einem humanen ex vivo Modell. Vollschichtige menschliche Knorpelexplantate wurden einem definierten Aufpralltrauma (0,59 J) ausgesetzt und anschließend mit NAC behandelt, wobei Zellviabilität, Apoptoserate, Genexpression sowie die Sekretion und Aktivität knorpelabbauender Enzyme analysiert wurden. Die kontinuierliche NAC-Gabe erhöhte die Zellviabilität, reduzierte die Apoptoserate und unterdrückte dosisabhängig die Expression sowie Sekretion wichtiger knorpelabbauender Enzyme wie ADAMTS-4, MMP-1, -2, -3 und -13. Die Ergebnisse zeigen, dass NAC sowohl zell- als auch chondroprotektive Eigenschaften besitzt und als vielversprechende therapeutische Intervention nach Knorpeltrauma eingesetzt werden könnte.
Cette étude examine le potentiel thérapeutique de la N-acétyl cystéine (NAC) pour protéger le cartilage articulaire humain après un traumatisme mécanique, en utilisant un modèle ex vivo d'explants cartilagineux soumis à un impact contrôlé (0,59 J). Les chercheurs ont évalué l'effet de la NAC sur la viabilité cellulaire, l'apoptose, l'expression génique des enzymes cataboliques, la sécrétion des métalloprotéases matricielles (MMPs) et la libération de protéoglycanes. Les résultats montrent que l'administration continue de NAC améliore significativement la survie des chondrocytes, réduit l'apoptose et supprime l'expression et la sécrétion d'enzymes destructrices de la matrice (ADAMTS-4, MMP-1, -2, -3, -13) de manière dose- et temps-dépendante. Ces propriétés chondroprotectrices multiples positionnent la NAC comme un agent thérapeutique prometteur pour l'intervention pharmaceutique après lésion cartilagineuse.
This study evaluated whether N-acetyl-glucosamine (GlcNAc) supplementation could improve cartilage health in people without arthritis symptoms. The researchers conducted a randomized, double-blind, placebo-controlled trial with 48-year-old healthy adults who received either low-dose GlcNAc (500 mg/day), high-dose GlcNAc (1,000 mg/day), or placebo for 16 weeks, measuring blood markers that indicate the balance between cartilage breakdown (C2C) and cartilage formation (PIICP). Both doses of GlcNAc improved the cartilage metabolism ratio compared to placebo, with the strongest protective effects seen in participants who had impaired cartilage metabolism at baseline, particularly those weighing less than 70 kg. The findings suggest that GlcNAc supplementation may help protect cartilage by reducing breakdown and promoting synthesis, with no adverse effects reported.
Diese randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Studie untersuchte die Wirkung von N-Acetyl-Glucosamin (GlcNAc) auf die Gelenkgesundheit bei 48,6±1,3 Jahre alten gesunden Probanden ohne Arthritis-Symptome. Die Teilnehmer erhielten über 16 Wochen täglich entweder 500 mg oder 1.000 mg GlcNAc oder Placebo, wobei das Verhältnis von Typ-II-Kollagen-Abbau zu -Synthese mittels C2C- und PIICP-Biomarkern analysiert wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass beide GlcNAc-Dosierungen das C2C/PIICP-Verhältnis im Vergleich zu Placebo signifikant reduzierten, was auf eine chondroprotektive Wirkung durch verminderten Kollagenabbau und verstärkte Kollagensynthese hindeutet. Besonders ausgeprägt waren diese Effekte bei Probanden mit gestörtem Knorpelstoffwechsel und bei Teilnehmern unter
Cette étude randomisée en double aveugle contrôlée par placebo a évalué l'effet de la N-acétyl-glucosamine (GlcNAc) sur le métabolisme cartilagineux chez des individus sains sans symptômes arthritiques (âge moyen 48,6 ans). Les participants ont reçu un placebo ou du GlcNAc à faible dose (500 mg/jour) ou forte dose (1000 mg/jour) pendant 16 semaines, avec analyse du ratio de dégradation/synthèse du collagène de type II via les marqueurs C2C et PIICP. Les résultats montrent une suppression significative des changements du ratio C2C/PIICP dans les groupes traités par GlcNAc comparativement au placebo à 16 semaines, particulièrement chez les sujets présentant un métabolisme cartilagineux altéré et pesant moins de 70 kg. Cette supplémentation orale en GlcNAc présente donc un effet chondroprotecteur en réduisant relativement la dégradation du collagène de type II tout en favorisant sa synthèse, sans effets indésirables observ
This study developed a novel dual-frequency loading system to better replicate the complex mechanical environment experienced by bone and cartilage tissues in the body. The system combines low-frequency high-amplitude loading (mimicking main muscular forces) with high-frequency low-amplitude loading (representing stabilizing forces from smaller muscles and ligaments), and was validated using precision interferometers and fluorescence microscopy to measure solute transport in cartilage. The dual-frequency loading significantly enhanced solute transport in articular cartilage compared to single-frequency loading alone, demonstrating improved simulation of natural mechanical conditions. This loading system offers researchers a more physiologically relevant tool for studying mechanobiology and developing tissue engineering strategies for cartilage and bone.
Diese Studie zielte darauf ab, ein neuartiges Dual-Frequenz-Belastungssystem zu entwickeln, das die komplexen mechanischen Bedingungen in lasttragenden Geweben wie Knochen und Gelenkknorpel realitätsnäher nachahmt. Das System kombiniert niederfrequente, hochamplitudige Belastungen (die Muskelkontraktionen und Reaktionskräfte simulieren) mit hochfrequenten, niedrigamplitudigen Belastungen (die kleinere Stabilisierungskräfte von Muskeln und Bändern repräsentieren). Die Validierung erfolgte mittels Präzisions-Interferometern und quantitativer Fluoreszenzmikroskopie zur Messung des Stofftransports in Gelenkknorpel. Die Dual-Frequenz-Belastung führte zu einem signifikant erhöhten Stofftransport im Knorpel verglichen mit alleiniger niederfrequenter Belastung, was die physiologische Relevanz dieser komplexeren mechanischen Stimulation für die Mechanobiologie und das Tissue Engineering unterstreicht.
Cette étude présente le développement d'un système de charge innovant à double fréquence pour reproduire fidèlement les contraintes mécaniques physiologiques subies par l'os et le cartilage articulaire. Le système combine une charge basse fréquence/haute amplitude (mimant les contractions musculaires principales) et une charge haute fréquence/faible amplitude (représentant les forces d'ajustement postural), validé par interférométrie de précision. Les résultats démontrent que cette approche bi-fréquentielle augmente significativement le transport de solutés dans le cartilage articulaire comparativement à une charge mono-fréquentielle classique, mesurée par microscopie de fluorescence quantitative. Ce système offre donc un outil prometteur pour mieux comprendre la mécanobiologie in vivo et optimiser le conditionnement mécanique des substituts tissulaires en ingénierie.
This case study examined the clinical effectiveness of combined platelet-rich plasma (PRP) and hyaluronic acid (HA) injections for treating severe knee osteoarthritis. The authors treated three patients with advanced knee OA using intra-articular injections of both PRP and HA, then evaluated outcomes through clinical assessment and follow-up X-rays. All three patients experienced significant pain relief and improved walking function, with X-ray images suggesting possible cartilage regeneration. The findings suggest this combined injection therapy may offer a non-surgical treatment option for severe knee OA, potentially delaying the need for joint replacement surgery.
Diese Fallstudie untersuchte die klinische Wirksamkeit einer kombinierten intraartikulären Therapie mit plättchenreichem Plasma (PRP) und Hyaluronsäure (HA) bei schwerer Kniearthrose. Die Autoren dokumentierten drei Patienten mit fortgeschrittener Kniearthrose, die diese Kombinationsbehandlung erhielten und mittels Schmerzbeurteilung, Funktionsbewertung und Röntgenaufnahmen nachverfolgt wurden. Alle drei Patienten zeigten eine deutliche Schmerzlinderung und funktionelle Verbesserung, wobei die Röntgenbilder sogar Hinweise auf eine mögliche Knorpelregeneration ergaben. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die PRP-HA-Kombinationstherapie eine vielversprechende nicht-operative Alternative für Patienten mit schwerer Kniearthrose darstellen könnte, die eine Gelenkersatzoperation hinauszögern oder vermeiden möchten.
**Résumé :**
Cette étude de cas rapporte l'efficacité clinique de l'injection intra-articulaire combinée de plasma riche en plaquettes (PRP) et d'acide hyaluronique (AH) chez trois patients atteints de gonarthrose sévère. Les patients ont été traités par cette thérapie combinée et évalués cliniquement et radiographiquement au cours du suivi. Les résultats montrent une amélioration significative de la douleur et de la fonction, avec des signes radiographiques suggérant une régénération cartilagineuse. Cette approche thérapeutique pourrait constituer une alternative non chirurgicale prometteuse pour retarder l'arthroplastie chez les patients atteints de gonarthrose avancée.
This pilot study investigated how running affects inflammatory markers and cartilage breakdown products within the knee joint of healthy recreational runners. Six participants completed both a 30-minute running session and a 30-minute rest control session while researchers collected synovial fluid (from inside the knee joint) and blood samples before and after each condition to measure inflammatory cytokines and cartilage oligomeric matrix protein (COMP). The key findings showed that running significantly decreased inflammatory cytokines (GM-CSF and IL-15) within the knee joint, with greater reductions linked to more foot strikes during running. Additionally, running promoted the movement of COMP (a cartilage breakdown marker) from the joint space into the bloodstream, suggesting enhanced clearance of cartilage metabolites from the joint.
Diese Pilotstudie untersuchte die Auswirkungen von Laufen auf Entzündungsmarker und Knorpelumsatzparameter im Kniegelenk gesunder Personen. Sechs Freizeitsportler absolvierten sowohl eine 30-minütige Laufsession als auch eine Kontrollsitzung, wobei vor und nach jeder Sitzung Synovialflüssigkeit und Serumproben entnommen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass Laufen zu einer signifikanten Verringerung der pro-inflammatorischen Zytokine GM-CSF und IL-15 in der Synovialflüssigkeit führte, während gleichzeitig der Knorpelmarker COMP aus dem Gelenkspalt ins Serum überging. Diese Befunde deuten darauf hin, dass akute Laufbelastung anti-inflammatorische Effekte im Kniegelenk hat und den Abtransport von Knorpelabbauprodukten fördert, was die protektiven Mechanismen von Sport auf die Gelenkgesundheit erklären könnte.
Cette étude pilote visait à examiner l'effet de la course à pied sur les marqueurs inflammatoires intra-articulaires et circulants ainsi que sur le remodelage cartilagineux chez des adultes sains. Six coureurs récréatifs ont participé à une session de course de 30 minutes et à une session contrôle, avec prélèvements de liquide synovial et sérum avant et après chaque condition. Les résultats montrent que la course diminue significativement la concentration de cytokines pro-inflammatoires dans le genou (GM-CSF et tendance pour IL-15), sans modification lors de la condition contrôle. L'étude révèle également que la course facilite le passage de COMP (marqueur du remodelage cartilagineux) de l'espace articulaire vers la circulation sanguine, suggérant un effet anti-inflammatoire local de l'exercice et une modulation du métabolisme cartilagineux.
This study investigated whether cartilage can recover interstitial fluid through a mechanism other than the currently accepted theories of osmotic swelling and pressure changes during unloading. The researchers conducted stationary cartilage-on-flat sliding experiments in saline, measuring fluid loss and recovery while eliminating contact migration and bath exposure as potential factors. They discovered that cartilage could recover interstitial fluid lost during static loading simply through sliding motion, even without unloading or contact area changes - a phenomenon they termed "tribological rehydration." This finding suggests that hydrodynamic effects during joint movement play a crucial role not only in lubrication but also in maintaining cartilage hydration and preserving joint space over time.
Diese Studie untersuchte einen neuen Mechanismus der Knorpelrehydrierung, der als Alternative zu den bekannten Prozessen (osmotische Quellung und Druckentlastung) während der Gelenkbewegung wirken könnte. Die Forscher führten statische Knorpel-auf-Fläche-Experimente durch, bei denen sie mittels In-situ-Kompressionsmessungen den Verlust und die Wiederaufnahme von Gewebsflüssigkeit während Gleitbewegungen in Kochsalzlösung verfolgten. Die Ergebnisse zeigten, dass Knorpel während Gleitbewegungen Gewebsflüssigkeit zurückgewinnen kann, ohne dass eine Druckentlastung oder Kontaktmigration erforderlich ist - ein Phänomen, das die Autoren als "tribologische Rehydrierung" bezeichnen. Diese Entdeckung deutet darauf hin, dass hydrodynamische Effekte nicht nur für die Gelenkschmierung wichtig sind, sondern auch eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung des Gelenkspalts und der Gel
Cette étude teste l'hypothèse que le cartilage peut récupérer du liquide interstitiel pendant l'exercice grâce à des mécanismes hydrodynamiques, indépendamment de la décharge mécanique ou de l'exposition intermittente au bain synovial. Les chercheurs ont utilisé des expériences de compression in situ avec contact stationnaire cartilage-sur-surface plane pour mesurer la perte, rétention et récupération du liquide interstitiel pendant le glissement sous charge constante. Les résultats démontrent que le liquide interstitiel perdu lors du chargement statique est récupéré pendant le glissement sans déchargement, un phénomène appelé "réhydratation tribologique" qui dépend de la vitesse de glissement et des propriétés de surface. Cette découverte suggère que les effets hydrodynamiques dans l'articulation contribuent non seulement à la lubrication mais aussi au maintien de l'espace articulaire et à la préservation de la santé articulaire.
This study investigated how toll-like receptors (TLRs), which are involved in inflammatory responses, differ between knee and thumb base joints affected by osteoarthritis. The researchers analyzed cartilage samples from both joint types using immunostaining and gene expression analysis, and measured soluble TLR forms in joint fluid using ELISA assays. The key findings showed that TLR expression patterns varied significantly between the two joints, with knee osteoarthritis showing higher TLR4 protein levels while thumb joints had higher TLR4 gene expression and significantly more soluble TLR4 in the joint fluid. The study suggests that different joints may use distinct immune regulatory mechanisms during osteoarthritis progression, potentially explaining why osteoarthritis affects joints differently despite being considered a single disease.
Diese Studie untersuchte die Expression von Toll-like-Rezeptoren (TLRs) in Knorpelgewebe von zwei mechanisch unterschiedlich belasteten Gelenken - dem Daumensattelgelenk (CMC-I) und dem Kniegelenk - bei Arthrose-Patienten. Die Forscher analysierten Knorpelproben mittels Immunfärbung und RT-PCR auf TLR1-9 Expression sowie die Synovialflüssigkeit auf lösliche TLR-Formen mittels ELISA. Die Ergebnisse zeigten deutliche gelenkspezifische Unterschiede: TLR4-Protein war im Knie-Arthrose höher, während die mRNA-Expression im Daumensattelgelenk dominierte, und erstmals wurden lösliche TLR-Formen in der Synovialflüssigkeit nachgewiesen, wobei lösliches TLR4 im CMC-I signifikant erhöht war. Diese Befunde deuten darauf hin, dass negative Regulationsmechanismen der angeborenen Immunität gelenkspezifisch in die Arthrose-
Cette étude visait à examiner l'expression des récepteurs Toll-like (TLRs) dans le cartilage arthrosique de deux articulations soumises à des contraintes mécaniques différentes : l'articulation trapézo-métacarpienne (CMC-I) et le genou. Les chercheurs ont analysé l'expression protéique et génique des TLRs 1-9 par immunohistochimie et RT-PCR dans des échantillons de cartilage arthrosique, et ont dosé les formes solubles de TLR2 et TLR4 dans le liquide synovial par ELISA. Les résultats montrent une expression différentielle des TLRs selon l'articulation, avec des niveaux protéiques de TLR4 plus élevés dans l'arthrose du genou, tandis que la forme soluble de TLR4 (sTLR4) était plus concentrée dans le liquide synovial de l'articulation CMC-I. Ces findings suggèrent que des mécanismes de régulation négative de l'immunité innée pourraient jouer un rôle dans la pathogenèse de l'arthrose, avec des profils inflammat
This study investigated how well different diagnostic methods detect osteoarthritis (OA) in dogs' stifle (knee) joints by comparing orthopedic, radiographic, and ultrasonographic examinations with arthroscopic findings as the reference standard. The researchers examined 44 dogs with stifle joint OA and analyzed correlations between diagnostic findings and anatomical changes visible during arthroscopy. The study found a strong correlation (0.84) between synovial fluid effusion and osteophyte formation, indicating good diagnostic agreement between these two markers of joint degeneration. Key risk factors identified for developing stifle joint OA in dogs included cranial cruciate ligament rupture (present in 88.6% of cases) or patella luxation, female sex, and body weight over 10 kg.
Diese Studie untersuchte die Korrelation zwischen verschiedenen diagnostischen Methoden zur Beurteilung von Arthrose im Kniegelenk bei Hunden. Die Forscher führten orthopädische, radiographische, ultrasonographische und arthroskopische Untersuchungen an 44 Hunden mit Kniegelenksarthrose durch, um die diagnostische Übereinstimmung zwischen den Methoden zu bewerten. Die Hauptergebnisse zeigten eine hohe Korrelation (r=0,84) zwischen Synovialflüssigkeitserguss und Osteophytenbildung, wobei 88,64% der Fälle durch Kreuzbandrisse verursacht wurden. Als Risikofaktoren für die Entwicklung einer Kniegelenksarthrose wurden Kreuzbandrisse oder Patellaluxation, weibliches Geschlecht und ein Körpergewicht über 10 kg identifiziert.
Cette étude visait à établir les corrélations entre les examens orthopédiques, radiographiques, échographiques et arthroscopiques pour le diagnostic de l'arthrose du grasset chez le chien et identifier les facteurs de risque associés. L'investigation a porté sur 44 cas cliniques d'arthrose, analysés par ces quatre méthodes diagnostiques complémentaires. Les résultats montrent une forte corrélation (r=0,84) entre l'épanchement synovial et l'ostéophytose, avec 88,64% des cas présentant une rupture du ligament croisé crânial. Les principaux facteurs de risque identifiés incluent la rupture du ligament croisé crânial ou la luxation patellaire, le sexe femelle et un poids supérieur à 10 kg.
This study evaluated the safety and effectiveness of a stem cell therapy called CartistemTM for treating severe cartilage defects in osteoarthritic knees. Seven patients with advanced osteoarthritis received injections of allogeneic umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells combined with hyaluronic acid hydrogel, followed by comprehensive monitoring over 7 years. The treatment demonstrated good safety with only mild adverse events and no tumor formation, while arthroscopic examination at 12 weeks showed cartilage repair tissue formation. Clinical outcomes including pain and knee function scores improved by 24 weeks and remained stable throughout the 7-year follow-up, with histological analysis confirming hyaline-like cartilage regeneration at 1 year and MRI showing persistent cartilage at 3 years.
Diese Studie untersuchte die Sicherheit und Wirksamkeit eines neuartigen Stammzell-basierten Medikaments (CARTISTEM) zur Knorpelregeneration bei Osteoarthritis-Patienten. Das Präparat besteht aus allogenen mesenchymalen Stammzellen aus Nabelschnurblut und Hyaluronsäure-Hydrogel und wurde bei sieben Patienten mit schwerer Osteoarthritis (Kellgren-Lawrence Grad 3) und hochgradigen Knorpeldefekten (ICRS Grad 4) angewendet. Nach 12 Wochen zeigte sich arthroskopisch regenerierendes Knorpelgewebe, und die Schmerz- und Funktionsscores verbesserten sich nachhaltig über den gesamten 7-jährigen Nachbeobachtungszeitraum. Die Behandlung erwies sich als sicher ohne schwerwiegende Nebenwirkungen, Tumorbildung oder unerwünschte Knochenbildung, wobei histologische Untersuchungen hyalinknorpelähnliches Gewebe und MRT-Bildgebung eine
Cette étude clinique a évalué la sécurité et l'efficacité d'un produit thérapeutique innovant (CARTISTEM) composé de cellules souches mésenchymateuses allogéniques dérivées du sang de cordon ombilical et d'un hydrogel d'acide hyaluronique pour régénérer le cartilage articulaire chez des patients arthrosiques. Sept patients présentant une arthrose de grade 3 (Kellgren-Lawrence) et des défauts cartilagineux de grade 4 (ICRS) ont reçu une application arthroscopique du produit avec un suivi prolongé de 7 ans. Les résultats montrent une régénération cartilagineuse durable avec formation de cartilage de type hyalin à 1 an, une amélioration clinique stable des scores de douleur (VAS) et fonctionnels (IKDC) maintenue sur 7 ans, et un profil de sécurité satisfaisant sans complications majeures. Cette approche thérapeutique représente une option prometteuse pour la réparation du cartilage articulaire dans l'arthrose avancée du genou.
This study investigated whether T1rho MRI imaging could serve as a non-invasive method to detect early cartilage changes in osteoarthritis by comparing it with direct tissue analysis and synovial fluid markers. The researchers used porcine knee joints (both healthy and osteoarthritic) to measure T1rho relaxation times via MRI, then directly analyzed the same cartilage samples for composition (proteoglycans, collagen, water content) and mechanical properties, while also measuring biomarkers in synovial fluid. In osteoarthritic regions, T1rho relaxation times were increased and strongly correlated with cartilage deterioration—specifically decreased proteoglycan content and mechanical strength, increased water content and collagen breakdown, and altered synovial fluid biomarkers. The findings were validated in human subjects, where walking decreased T1rho times due to water being squeezed out of cartilage during loading, demonstrating that T1rho MRI can effectively detect cartilage composition changes non-invasively.
Diese Studie untersuchte, ob T1ρ-Magnetresonanztomographie (MRT) als nicht-invasive Methode zur Bewertung früher biochemischer und biomechanischer Knorpelveränderungen bei Osteoarthritis eingesetzt werden kann. Die Forscher analysierten Femurkondylen und Synovialflüssigkeit von gesunden und arthrotischen Schweinegelenken mittels T1ρ-MRT und korrelierten die Relaxationszeiten mit Knorpelzusammensetzung, mechanischen Eigenschaften und Synovialflüssigkeits-Biomarkern. Die Ergebnisse zeigten, dass arthrotische Knorpelregionen verlängerte T1ρ-Relaxationszeiten aufwiesen, die negativ mit dem Sulfat-Glykosaminoglykan-Gehalt und dem Aggregatmodul korrelierten, aber positiv mit Wassergehalt und Permeabilität. Die Anwendbarkeit beim Menschen wurde durch die Beobachtung bestätigt, dass Gehen zu verkürzten T1ρ-Zeiten führt, was mit belastungsinduzier
Cette étude vise à évaluer les relations entre l'imagerie par résonance magnétique T1ρ, les biomarqueurs du liquide synovial et les propriétés biochimiques et biomécaniques du cartilage articulaire dans l'arthrose. Les auteurs ont analysé des condyles fémoraux et du liquide synovial provenant d'articulations de genoux porcins sains et arthrosiques, en corrélant les temps de relaxation T1ρ avec la composition cartilagineuse et les biomarqueurs synoviaux. Les résultats montrent que les temps de relaxation T1ρ augmentent dans les régions arthrosiques et sont négativement corrélés avec les concentrations de sulfates de glycosaminoglycanes et le module d'agrégation, tout en étant positivement corrélés avec la teneur en eau et la perméabilité. L'application clinique a été démontrée chez l'homme, révélant une diminution des temps T1ρ après la marche, cohérente avec l'exsudation hydrique et l'augmentation de concentration en protéoglycanes sous charge in vivo.
This review examines how exercise affects joint health and tissue balance (homeostasis) in horses, with implications for training protocols and osteoarthritis research. The authors analyzed findings from in vivo studies and postmortem analyses of equine joint tissues, supplemented with small animal model data, while also evaluating biomarker analysis methods in synovial fluid. The main findings show that exercise significantly influences the delicate balance within joint tissues, with exercise amount and intensity having lasting effects on tissue characteristics in young horses, while in mature animals it affects the critical balance between healthy adaptation and disease development. The authors conclude that while synovial fluid biomarkers can help assess joint health, their interpretation requires careful consideration and is often complex.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte den Einfluss von körperlicher Belastung auf die Gelenkshomeostase beim Pferd, um nachhaltige Trainingsniveaus zu bestimmen und die Osteoarthritis-Entwicklung besser zu verstehen. Die Autoren analysierten In-vivo-Studien und post-mortem Untersuchungen zu trainingsinduzierten Veränderungen verschiedener Gelenkgewebe bei Pferden, ergänzt durch Daten aus Kleintiermodellen. Die Hauptergebnisse zeigen, dass biomechanische Belastung durch gezieltes Training einen erheblichen Einfluss auf das empfindliche homeostasiatische Gleichgewicht der Gelenkgewebe hat, wobei Trainingsumfang und -intensität bei Jungtieren dauerhafte Gewebecharakteristika prägen können, während bei erwachsenen Tieren das Gleichgewicht zwischen physiologischer Anpassung und Pathologieentwicklung beeinflusst wird. Biomarker in der Synovialflüssigkeit können zur Beurteilung der Gelenkshomeostase hilfreich sein, erfordern jedoch eine vors
Cette revue examine l'influence de l'exercice sur l'homéostasie articulaire chez le cheval, un aspect crucial pour déterminer les niveaux d'entraînement durables et comprendre le développement précoce de l'arthrose. Les auteurs analysent les données d'études in vivo et d'analyses post-mortem chez le cheval, complétées par des modèles animaux, en se concentrant sur les biomarqueurs du liquide synovial comme méthode de quantification de l'homéostasie articulaire. Les résultats montrent que la charge biomécanique via l'exercice influence considérablement l'équilibre homéostatique des tissus articulaires diarthrodiaux, avec des effets durables sur les caractéristiques tissulaires chez les jeunes animaux et un impact sur l'équilibre délicat entre adaptation physiologique et développement pathologique chez les adultes. L'utilisation des biomarqueurs synoviaux s'avère prometteuse pour évaluer l'homéostasie articulaire, bien que leur interprétation reste complexe et nécessite de la prudence.
This study developed a new method to understand friction and lubrication in cellulose hydrogels, which have a structure similar to cartilage and plant cell walls. The researchers created a tribo-rheological technique that measures mechanical properties (stiffness and viscosity) of hydrogel pairs immediately before testing their friction behavior under compression and sliding.
The key finding was that compression creates uneven contact between hydrogels, with actual contact occurring only in an outer ring area rather than across the full surface. When accounting for this actual contact area, friction data from different hydrogel compositions followed a predictable pattern: stiffer hydrogels showed higher friction according to a mathematical relationship (power law with 0.67 exponent).
Testing different plant-based additives revealed that xyloglucan reduced friction between cellulose fibers while arabinoxylan had no significant effect, providing insights into natural lubrication mechanisms in biological tissues.
Diese Studie entwickelte eine neue tribo-rheologische Methode zur Untersuchung der Reibung zwischen poroelastischen Cellulose-Hydrogelen, die strukturell dem Gelenkknorpel ähneln. Die Forscher kombinierten mechanische Charakterisierung (Kompressions-Relaxation und oszillatorische Scherung) direkt mit tribologischen Messungen zwischen Hydrogelpaaren unterschiedlicher Zellulosedichte und Pektinlösungsviskosität. Die Ergebnisse zeigten, dass die statische Reibung zwischen den Hydrogelen entsprechend einer Potenzfunktion (Exponent 0,67) mit dem Speichermodul ansteigt, wobei Xyloglucan die Reibung reduziert, während Arabinoxylan keinen signifikanten Effekt hatte. Diese Methodik bietet einen neuen Ansatz zur Untersuchung der Reibung zwischen Gelen und anderen biphasischen weichen Materialien, was für das Verständnis der Knorpelbiomechanik relevant ist.
Cette étude développe une nouvelle technique tribo-rhéologique pour analyser la friction et la lubrification d'hydrogels de cellulose poreux, dont la microstructure fibreuse est similaire à celle du cartilage articulaire. La méthode combine une caractérisation mécanique in situ (compression-relaxation et cisaillement oscillatoire) avec des mesures tribologiques entre paires d'hydrogels, en tenant compte des gradients de pression radiaux qui créent une épaisseur de film non-uniforme à l'interface. Les résultats montrent que la friction statique apparente augmente avec le module de conservation selon une loi de puissance (exposant 0,67), et que le xyloglucane réduit significativement la friction entre hydrogels contrairement à l'arabinoxylane. Cette approche offre un nouveau cadre méthodologique pour étudier la friction entre matériaux biphasiques mous, avec des applications potentielles pour la compréhension de la tribologie du cartilage.
This study aimed to characterize the viscoelastic properties of chicken sternal cartilage extract suspensions to develop injectable treatments for knee arthritis. The researchers used rheological testing to evaluate how particle size (as-received vs. milled), suspension fluid (water vs. PBS), temperature (37°C vs. 4°C), and particle concentration (2.5-10 wt%) affected the mechanical properties of these suspensions. Key findings showed that the suspensions exhibited shear-thinning behavior, with viscosity and elastic properties increasing with higher particle concentrations, while smaller milled particles and lower temperatures enhanced these viscoelastic characteristics. The detailed characterization revealed that electrostatic forces primarily govern particle interactions, providing essential data for formulating stable injectable cartilage-based therapeutics.
Diese Studie zielte darauf ab, die viskoelastischen Eigenschaften von Suspensionen aus unhydrolysiertem Hühnerbrust-Knorpelextrakt für die Entwicklung injizierbarer Arthrose-Therapeutika zu charakterisieren. Die Forscher untersuchten mittels rheologischer Messungen den Einfluss verschiedener Parameter wie Partikelgröße, Suspensionsflüssigkeit (Wasser vs. PBS) und Temperatur auf die mechanischen Eigenschaften der Suspensionen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Suspensionen scherverdünnende Eigenschaften aufweisen, wobei höhere Partikelkonzentrationen (2,5-10 Gew.%) die Viskosität und elastischen Module erhöhten, während kleinere Partikel durch verbessertes Packungsverhalten diese Eigenschaften verringerten. Diese rheologische Charakterisierung liefert wichtige Grundlagen für die Formulierung stabiler, injizierbarer Knorpelextrakt-Therapeutika für klinische Anwendungen.
Cette étude visait à caractériser les propriétés viscoélastiques de suspensions d'extraits de cartilage sternal de poulet non hydrolysé en vue de développer des formulations thérapeutiques injectables pour traiter l'arthrose du genou. Les chercheurs ont évalué par rhéologie l'influence de la taille des particules, du fluide de suspension et de la température sur les propriétés mécaniques de ces suspensions. Les résultats montrent que ces suspensions présentent un comportement rhéofluidifiant, avec une augmentation des modules de conservation (G') et de perte (G'') ainsi que de la viscosité proportionnelle à la concentration en particules (2,5-10% en poids). Cette caractérisation des propriétés viscoélastiques, dominées par les forces électrostatiques inter-particulaires, contribuera au développement de thérapeutiques injectables stables basées sur des extraits de cartilage pour applications in vivo.
This study aimed to develop a stratified scaffold that mimics natural cartilage structure by combining different biomaterials with mechanical stimulation to enhance stem cell differentiation for cartilage repair. The researchers used a spraying method to create layered scaffolds containing human bone marrow mesenchymal stem cells in alginate/hyaluronic acid gel (for cartilage layer) and alginate/hydroxyapatite gel (for bone layer), then applied daily mechanical loading for 28 days while assessing cell viability, differentiation, and mechanical properties. The results showed that mechanical stimulation enhanced appropriate cell differentiation in each layer - producing cartilage-specific proteins (glycosaminoglycans and type II collagen) in the HA layer and hypertrophic cartilage markers (collagen X) in the hydroxyapatite layer, while maintaining good cell viability. The study demonstrates that combining stratified biomaterial scaffolds with mechanical loading can effectively guide stem cells to form tissue-appropriate matrices that could potentially repair full-thickness cartilage defects.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte, ob mechanische Stimulation die Differenzierung von humanen Knochenmark-Mesenchymzellen in einem geschichteten Scaffold für die Knorpelreparatur verbessern kann. Die Forscher verwendeten ein Sprühverfahren, um Zellen in verschiedenen Gel-Schichten zu kultivieren: Alginat/Hyaluronsäure für Knorpeldifferenzierung und Alginat/Hydroxyapatit für hypertrophe Knorpel-/Knochenbildung. Nach 28-tägiger Kultivierung mit täglicher mechanischer Belastung zeigte sich eine verstärkte schichtspezifische Zelldifferenzierung mit vermehrter Bildung von Glykosaminoglykanen und Kollagen Typ II in der Knorpelschicht sowie Kollagen X in der Hydroxyapatit-Schicht. Die Ergebnisse demonstrieren, dass die Kombination aus Stammzellen, biomaterialspezifischer Mikroumgebung und mechanischer Stimulation ein vielversprechendes stratifiziertes Gewebe-Ersatzmaterial für
Cette étude visait à développer un scaffold stratifié combinant cellules souches mésenchymateuses humaines et stimulation mécanique pour l'ingénierie du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé une méthode de pulvérisation pour créer des scaffolds bicouches avec alginate/acide hyaluronique (pour la différenciation cartilagineuse) et alginate/hydroxyapatite (pour la différenciation chondrocytaire hypertrophique), puis ont appliqué une stimulation mécanique quotidienne pendant 28 jours. Les résultats montrent que la stimulation mécanique améliore significativement la différenciation cellulaire spécifique à chaque couche, avec production de matrice extracellulaire cartilagineuse (glycosaminoglycanes, collagène II) dans la couche HA et de collagène X dans la couche HAP. Cette approche stratifiée avec stimulation mécanique représente une stratégie prometteuse pour reproduire l'architecture complexe du cartilage et traiter les défauts chondraux de différentes profondeurs.
This review examines how mechanical loading affects human mesenchymal stem cells (MSCs) in cartilage tissue engineering applications, aiming to address the limitations of current cartilage repair techniques like autologous chondrocyte implantation and microfracture. The authors summarized recent research on different types of mechanical loading and their effects on MSC differentiation into cartilage-producing cells, while also discussing the cellular signaling pathways involved in this process. The review highlights that while mechanical loading is crucial for creating functional engineered cartilage, researchers are still working to determine the optimal loading conditions and protocols. The findings suggest that understanding how mechanical forces influence MSC development could lead to better tissue-engineered cartilage therapies that avoid problematic cell changes and improve treatment outcomes for cartilage defects.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Auswirkungen mechanischer Belastung auf humane mesenchymale Stammzellen (MSCs) für die Knorpel-Gewebezüchtung als Alternative zu konventionellen Gelenkknorpel-Reparaturverfahren wie autologer Chondrozyten-Implantation und Mikrofrakturierung. Die Autoren analysierten systematisch die verfügbare Literatur zu verschiedenen mechanischen Belastungsarten und deren Einfluss auf die chondrogene Differenzierung von MSCs sowie die zugrundeliegenden Mechanotransduktions-Signalwege. Die Hauptergebnisse zeigen, dass mechanische Belastung entscheidend für die Entwicklung funktionsfähigen Knorpelgewebes ist, wobei spezifische Belastungsarten und optimale Parameter noch weiter erforscht werden müssen. Besonders die Förderung einer nicht-hypertrophen Chondrogenese durch gezielte mechanische Stimulation könnte zur Entwicklung effizienterer tissue-engineered Knorpeltherapien beitragen.
Cette revue de littérature examine les effets de la stimulation mécanique sur les cellules souches mésenchymateuses humaines (CSM) dans le cadre de l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire. L'objectif est d'identifier les types et régimes de chargement mécanique optimaux pour améliorer la différenciation chondrogénique des CSM, face aux limitations des techniques de réparation cartilagineuse conventionnelles (implantation de chondrocytes autologues, microfractures, mosaïcoplastie). Les auteurs analysent les paramètres d'évaluation du cartilage bio-ingénié, incluant la différenciation chondrogénique et hypertrophique, ainsi que les voies de mécanotransduction impliquées. Cette synthèse souligne l'importance du développement d'une chondrogenèse non-hypertrophique sous stimulation mécanique contrôlée pour optimiser la création de cartilage tissulaire fonctionnel destiné à la réparation clinique.
This study investigated whether stepwise preconditioning of mesenchymal stem cells (MSCs) in chondrogenic medium before expansion could improve cartilage regeneration for osteoarthritis treatment. Researchers compared preconditioned MSCs (M-MSCs) with untreated MSCs using in vitro assays for cell function, epigenetic analysis of key stem cell genes (NANOG and OCT4), and tested therapeutic effects in a rat osteoarthritis model through single joint injections. The stepwise preconditioning enhanced cell survival, proliferation, and cartilage-forming ability, with epigenetic analysis revealing that this improvement was linked to demethylation (activation) of NANOG and OCT4 genes. In the osteoarthritis model, preconditioned MSCs showed superior therapeutic effects with better cell survival in joints and improved cartilage repair compared to untreated MSCs, suggesting this preconditioning approach could enhance stem cell therapy for osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, ob eine schrittweise Vorkonditionierung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) in chondrogenem Medium deren regenerative Eigenschaften für die Knorpeltherapie verbessert. Die Forscher verglichen vorkonditionierte MSCs (M-MSCs) mit unbehandelten Zellen hinsichtlich Proliferation, Differenzierung und Überlebensfähigkeit und analysierten epigenetische Veränderungen durch Methylierungsanalysen der Pluripotenzgene NANOG und OCT4. Die Vorkonditionierung führte zu einer Demethylierung dieser Gene, verstärkter Expression von Pluripotenzfaktoren und verbesserter chondrogenischer Differenzierung der M-MSCs. In einem chirurgisch induzierten Arthrose-Rattenmodell zeigten M-MSCs nach intraartikulärer Injektion ein besseres Überleben im Gelenk und überlegene therapeutische Effekte bei der Knorpelregeneration im Vergleich zu unbehandelten MSCs.
Cette étude vise à évaluer l'efficacité d'un préconditionnement progressif des cellules souches mésenchymateuses (CSM) en milieu chondrogénique pour améliorer la régénération cartilagineuse dans l'arthrose. Les chercheurs ont comparé les propriétés des CSM préconditionnées (M-CSM) aux CSM non traitées, analysé les modifications épigénétiques des gènes NANOG et OCT4, puis testé leur efficacité thérapeutique par injection intra-articulaire dans un modèle d'arthrose chirurgicalement induite chez le rat. Les résultats montrent que le préconditionnement améliore significativement la clonogénicité, la prolifération, la survie et les propriétés chondrogéniques des CSM via une déméthylation des gènes de pluripotence NANOG et OCT4. L'injection intra-articulaire des M-CSM démontre une efficacité thérapeutique supérieure avec une meilleure survie cellulaire in vivo et une régénération cartilagineuse améliorée confirmée par analyses histologiques et micro-CT.
This study examined whether restoring lubricin expression after a brief period of deficiency in early life could protect joint health in genetically modified mice. Researchers used transgenic mice that initially lacked lubricin but had the protein restored at either 7 or 14 days of age, then measured joint friction, cellular damage markers (caspase-3 and peroxynitrite), and cartilage degeneration at 8 weeks of age following mechanical loading. The results showed that early lubricin restoration significantly reduced harmful cellular processes (peroxynitrite release and caspase-3 activation) compared to mice that never expressed lubricin, but did not fully restore normal joint lubrication properties. These findings suggest that lubricin's protective anti-inflammatory effects on cartilage cells can be partially recovered even after early deficiency, though complete restoration of joint lubrication may require undamaged cartilage surfaces from birth.
Diese Studie untersuchte, ob die frühe Wiederherstellung der Lubricin-Expression nach einer kurzen postnatalen Lubricin-defizienten Phase die Gelenkgesundheit bei transgenen Mäusen wiederherstellen kann. Die Forschenden verwendeten C57BL/6J-Mäuse mit einem kontrollierbaren PRG4-Gen-Trap-System und analysierten ex vivo die Reibungskoeffizienten, Caspase-3-Aktivierung und histologische Veränderungen der Kniegelenke nach zyklischer Belastung, sowie den Peroxynitrit-Gehalt im Knorpel. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Lubricin-Wiederherstellung nach 7 oder 14 Tagen zwar die niedrigen Reibungskoeffizienten nicht vollständig wiederherstellen konnte, jedoch signifikant weniger Caspase-3-positive Zellen und reduzierten Peroxynitrit-Gehalt im Vergleich zu Lubricin-defizienten Tieren bewirkte. Die Studie belegt, dass Lubricin wichtige biologische Schu
Cette étude a évalué la capacité de la lubrifiine endogène à restaurer la santé articulaire après une brève période postnatale (<21 jours) de déficit en lubrifiine chez des souris transgéniques C57BL/6J. Les chercheurs ont mesuré ex vivo le coefficient de friction articulaire, l'activation de la caspase-3, le contenu en peroxynitrite du cartilage et les changements histopathologiques chez des souris adultes dont l'expression de lubrifiine a été restaurée à 7 ou 14 jours d'âge. Bien que la restauration précoce de la lubrifiine n'ait pas permis de rétablir complètement la lubrification articulaire, elle a significativement réduit l'activation de la caspase-3 et le contenu en peroxynitrite par rapport aux souris déficientes en lubrifiine. Ces résultats suggèrent que les effets biologiques anti-inflammatoires de la lubrifiine peuvent être obtenus indépendamment de la restauration complète des propriétés lubrifiantes articulaires.
This study investigated how different exercise frequencies affect cartilage protection and inflammation in rats with chemically-induced knee osteoarthritis. Researchers divided 50 rats into control and osteoarthritis groups, with three exercise groups performing the same total daily exercise (60 minutes at 18 m/min) split into 1, 2, or 3 sessions over 8 weeks, then measured inflammatory markers, cartilage health indicators, and lipoxin A4 levels using various laboratory techniques. The key finding was that splitting the daily exercise into three shorter sessions provided the best cartilage protection compared to one or two longer sessions, with all exercise groups showing increased anti-inflammatory lipoxin A4 levels and improved cartilage markers. The researchers concluded that more frequent, shorter exercise bouts may be more beneficial for osteoarthritis management, likely through enhanced anti-inflammatory pathways involving lipoxin A4 and reduced NF-κB signaling.
Diese Studie untersuchte, wie sich unterschiedliche Trainingsfrequenzen bei konstanter Gesamttrainingszeit auf die Knorpeldegeneration und den entzündungshemmenden Mediator Lipoxin A4 (LXA4) in einem Ratten-Arthrose-Modell auswirken. Die Forscher teilten 50 männliche Ratten in fünf Gruppen ein und ließen sie 8 Wochen lang bei verschiedenen Frequenzen (1x, 2x oder 3x täglich) auf dem Laufband trainieren, wobei die tägliche Gesamttrainingszeit konstant bei 60 Minuten blieb. Die Ergebnisse zeigten, dass alle Trainingsgruppen erhöhte LXA4-Spiegel aufwiesen und eine verbesserte Knorpelstruktur entwickelten, wobei das dreimal tägliche Training die besten knorpelschützenden Effekte erzielte. Die Forscher führen diese positiven Effekte auf die anti-inflammatorische Wirkung von LXA4 und die Modulation des NF-κB-Signalwegs zurück
Cette étude visait à évaluer l'effet de différentes fréquences d'exercice sur tapis roulant sur la dégénérescence cartilagineuse et la lipoxine A4 (LXA4) dans un modèle d'arthrose induite par l'iodoacétate monosodique chez le rat. Cinquante rats mâles ont été répartis en cinq groupes et soumis à un programme d'exercice de 60 minutes par jour (18 m/min, 5 jours/semaine pendant 8 semaines) avec des fréquences variables (1, 2 ou 3 séances quotidiennes), puis évalués par analyses histologiques, biochimiques et moléculaires. Les résultats montrent que l'exercice fractionné en trois séances quotidiennes offre la meilleure protection cartilagineuse, avec une augmentation significative de la LXA4 anti-inflammatoire et une réduction des marqueurs de dégradation (MMP-13, IL-1β, TNF-α). Ces effets chondroprotecteurs semblent médiés par l'activité anti-inflammatoire de la LXA4 et la modulation de
This study investigated whether adding hyaluronic acid to culture medium could improve cartilage tissue development by mimicking the lubricating properties of healthy synovial fluid during mechanical loading. The researchers supplemented culture medium with different concentrations of hyaluronic acid to replicate synovial fluid viscosity at various health states, then applied joint-like mechanical loading to cartilage tissue constructs. They found that hyaluronic acid supplementation, particularly at physiologically healthy concentrations (2.0 mg/mL), significantly improved chondrocyte phenotype preservation with a 4.5-fold increase in the collagen II to collagen I gene expression ratio compared to controls, along with better retention of cartilage matrix components in mechanically loaded regions. These results suggest that replicating synovial fluid properties creates a more favorable mechanical environment for cartilage tissue engineering and may enhance our understanding of how joint mechanics influence cartilage health.
Diese Studie untersuchte, ob die Supplementierung mit Hyaluronsäure die Knorpelentwicklung unter gelenkkinematisch nachgeahmter mechanischer Belastung verbessern kann. Die Forscher fügten verschiedene Mengen Hyaluronsäure zum Kulturmedium hinzu, um die Viskositätseigenschaften der Synovialflüssigkeit in unterschiedlichen Gesundheitszuständen zu simulieren, und testeten dies an mechanisch belasteten Knorpelkonstrukten. Die Ergebnisse zeigten, dass physiologische Konzentrationen von Hyaluronsäure (2,0 mg/ml) den Chondrozyten-Phänotyp besser erhielten, mit einem 4,5-fach höheren Verhältnis von Kollagen II zu Kollagen I mRNA im Vergleich zur Kontrollgruppe. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Nachahmung der Synovialflüssigkeitseigenschaften durch Hyaluronsäure-Supplementierung eine günstige mechanische Umgebung für das Knorpel-Tissue-Engineering
Cette étude visait à évaluer l'effet de la supplémentation en acide hyaluronique (AH) sur le développement du cartilage articulaire sous contrainte mécanique mimant la cinématique articulaire. Les chercheurs ont ajouté différentes concentrations d'AH au milieu de culture pour reproduire les propriétés viscoélastiques du liquide synovial à différents états de santé, puis ont analysé la réponse cellulaire et matricielle des construits cartilagineux. Les résultats montrent qu'une concentration physiologique d'AH (2,0 mg/ml) améliore significativement la préservation du phénotype chondrocytaire, avec un ratio ARNm collagène II/collagène I 4,5 fois supérieur au groupe contrôle. Cette approche suggère que la simulation des propriétés du liquide synovial sain crée un environnement mécanique favorable pour l'ingénierie tissulaire du cartilage sous contrainte mécanique.
This study investigated whether sliding motion during joint movement actively drives fluid and solute transport into articular cartilage, beyond the traditionally recognized mechanisms of passive diffusion and mechanical pumping from loading. The researchers used large cartilage samples that preserved natural joint geometry and employed confocal microscopy to track fluorescent solute movement from the surrounding lubricant into buried contact areas during sliding at different speeds (0, 1, and 60 mm/s). The key finding was that high-speed sliding (60 mm/s) significantly enhanced solute transport into the center of cartilage contact areas—transport that was orders of magnitude greater than diffusion alone and was not observed at slower speeds. These results provide the first direct evidence that sliding motion creates hydrodynamic pressures that actively pump nutrients into cartilage tissue, which has important implications for understanding joint health and developing cartilage treatments.
Diese Studie untersuchte, ob Gleitbewegungen bei der Gelenkartikulation einen eigenständigen und bedeutsamen Beitrag zum Fluid- und Stofftransport in Gelenkknorpel leisten. Die Forscher verwendeten große osteochondrale Proben und konfokale Mikroskopie, um den Transport fluoreszierender Moleküle aus dem Gelenkschmierfilm in das belastete Kontaktgebiet während verschiedener Gleitgeschwindigkeiten zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigten, dass schnelle Gleitbewegungen (60 mm/s) einen signifikanten Stofftransport in das sonst unzugängliche Zentrum der Kontaktfläche ermöglichten, während langsame oder keine Bewegung diesen Effekt nicht hervorriefen. Diese Befunde belegen erstmals direkt, dass Gleitbewegungen durch hydrodynamische Drücke advektive Strömungen erzeugen, die den Stoffaustausch um ein Vielfaches gegenüber reiner Diffusion verstärken – ein wichtiger Mechanismus für die Knorpelernährung und Krankheitsprävention
Cette étude visait à déterminer si le glissement articulaire constitue un mécanisme indépendant et significatif de transport de fluides et solutés dans le cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé de larges échantillons ostéochondraux préservant l'architecture physiologique, avec microscopie confocale in situ pour quantifier le transport d'un soluté fluorescent (AlexaFluor 633) vers la zone de contact enfouie lors du glissement à différentes vitesses (0, 1, et 60 mm/s). Les résultats démontrent qu'un glissement rapide (60 mm/s) induit un transport significatif de solutés vers le centre inaccessible du contact, accompagné d'une réduction notable de la friction et des contraintes, contrairement aux conditions statiques ou de glissement lent. Cette étude apporte la première preuve directe que le glissement articulaire génère des flux advectifs via des pressions hydrodynamiques externes, constituant un mécanisme de récupération de fluides et solutés d'une magnitude supérieure de plusieurs ordres à la simple diffusion passive.
This study aimed to enhance chondrocyte growth in artificial cartilage scaffolds by developing a sustained-release delivery system for TGF-β1, a growth factor that promotes cartilage formation. The researchers created chitosan microspheres loaded with TGF-β1 using emulsification and cross-linking techniques, then incorporated these into collagen-hyaluronic acid-chondroitin sulfate scaffolds and cultured ATDC-5 chondrocytes within them. The microspheres were uniform (100 nm diameter) with high absorption capacity and showed controlled degradation, releasing TGF-β1 rapidly in the first 24 hours then gradually over 120 hours. Cell viability assays and fluorescence staining confirmed that the scaffolds supported chondrocyte growth, with the TGF-β1-loaded microspheres significantly enhancing cell proliferation compared to controls.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie zielte darauf ab, das Wachstum von ATDC-5 Chondrozyten in künstlichen Knorpel-Scaffolds durch die Integration von TGF-β1-beladenen Chitosan-Mikrosphären zu fördern. Die Forscher entwickelten mittels Emulsifikation und Vernetzung gleichmäßige, runde Mikrosphären mit einem Durchmesser von etwa 100 nm, die eine hohe Absorptionsrate (983,7%) und kontrollierte Degradation aufwiesen. Die TGF-β1-Freisetzung erfolgte initial schnell innerhalb der ersten 24 Stunden und erreichte nach 120 Stunden ein Plateau. MTT-Tests und Fluoreszenzfärbungen bestätigten, dass die TGF-β1-beladenen Chitosan-Mikrosphären das Wachstum und die Proliferation der ATDC-5-Zellen in den Kollagen-II-Hyaluronsäure-Chondroitinsulfat-Scaffolds signifikant verbesserten.
Cette étude visait à améliorer la croissance des chondrocytes ATDC-5 dans des matrices artificielles de cartilage en y incorporant des microsphères de chitosan à libération contrôlée chargées en TGF-β1. Les chercheurs ont développé des microsphères uniformes de 100 nm par émulsification et réticulation, puis les ont intégrées dans des matrices composites collagène II-acide hyaluronique-sulfate de chondroïtine avant d'y cultiver les cellules ATDC-5. Les résultats montrent que les microsphères présentent une dégradation lente (51% en 28 jours) et libèrent le TGF-β1 de manière biphasique (libération rapide initiale puis plateau après 120h). Les tests MTT et de fluorescence confirment que cette approche de libération contrôlée du TGF-β1 favorise significativement la croissance et la prolifération des chondrocytes ATDC-5 comparativement aux matrices sans facteur de croissance.
This study investigated whether combining chondrogenic preconditioning with mechanical stimulation could improve mesenchymal stem cell (MSC) performance in cartilage repair. The researchers first treated bone marrow MSCs with cartilage-forming factors, then encapsulated these "manipulated MSCs" (M-MSCs) in hyaluronic acid scaffolds and applied dynamic compression for 14 days before testing in mouse and rat cartilage defect models. The preconditioned M-MSCs showed better cartilage-forming ability and survival compared to untreated MSCs, and the combination of preconditioning plus mechanical loading significantly enhanced new cartilage formation in mice and cartilage healing in rat joint defects. These findings suggest that preparing MSCs with both biochemical and mechanical cues before implantation could substantially improve stem cell-based cartilage repair therapies.
Diese Studie untersuchte, wie chondrogene Vorkonditionierung und mechanische Stimulation die Knorpelregenerationsfähigkeit von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) synergistisch verbessern können. Die Forscher behandelten Knochenmark-MSCs zunächst mit chondrogenem Medium vor, kapselten sie dann in Methacrylat-Hyaluronsäure-Hydrogele ein und setzten sie 14 Tage lang dynamischer Kompressionsbelastung in einem Bioreaktor aus. Die vorkonditionierten MSCs (M-MSCs) zeigten eine deutlich bessere chondrogene Differenzierung und Überlebensfähigkeit, wobei die Kombination aus Vorkonditionierung und mechanischer Belastung die Knorpelneubildung in Mausmodellen signifikant förderte und die Knorpelheilung in Rattenmodellen mit osteochondralen Defekten erheblich verbesserte. Diese Ergebnisse unterstreichen das therapeutische Potenzial der kombinierten Anwendung beider Strategien für die stammzellbasierte Knorpelreparatur.
Cette étude visait à améliorer l'efficacité thérapeutique des cellules souches mésenchymateuses (CSM) pour la régénération cartilagineuse en combinant un préconditionnement chondrogénique et une stimulation mécanique. Les chercheurs ont d'abord traité les CSM avec un milieu d'induction chondrogénique pour obtenir des CSM manipulées (M-CSM), puis les ont encapsulées dans un hydrogel d'acide hyaluronique méthacrylé avant d'appliquer une charge compressive dynamique pendant 14 jours. Les résultats montrent que les M-CSM présentent une capacité de différenciation chondrogénique et une survie supérieures, et que la stimulation mécanique dynamique améliore significativement la formation de néocartilage chez la souris et la réparation de défauts ostéochondraux chez le rat. Cette approche combinée démontre un effet synergique prometteur pour optimiser l'ingénierie tissulaire cartilagineuse basée sur les CSM.
This study aimed to develop a novel hybrid scaffold combining multiple biomaterials for improved cartilage tissue regeneration. The researchers created a complex composite by coating biphasic calcium phosphate granules with hyaluronic acid-gelatin hydrogel, then embedding BMP-7-loaded PLGA microspheres modified with polydopamine into this matrix. The hybrid scaffold demonstrated superior properties compared to simpler versions, including sustained BMP-7 release (60% retained after 28 days), enhanced mechanical strength and swelling capacity, and improved cell viability for both bone and cartilage cell lines. These findings suggest the multi-component scaffold design shows promise as a biomaterial platform for cartilage repair applications.
Diese Studie zielte darauf ab, ein neuartiges Hybrid-Gerüstmaterial auf Basis von mehrkanäligen biphasischen Calciumphosphat-Granulaten für die Knorpelregeneration zu entwickeln. Die Forscher kombinierten Hyaluronsäure-Gelatine-Hydrogel mit PLGA-Mikropartikeln, die mit Polydopamin modifiziert und mit dem Wachstumsfaktor BMP-7 beladen wurden, um ein komplexes Verbundgerüst (MCG-HG-PLGA-PD-B) zu schaffen. Das entwickelte Gerüst zeigte eine kontrollierte BMP-7-Freisetzung über 28 Tage (60% Retention), verbesserte mechanische Eigenschaften wie höhere Quellfähigkeit und Druckfestigkeit sowie eine gesteigerte Zellviabilität und -proliferation sowohl für Prä-Osteoblasten als auch Prä-Chondrozyten im Vergleich zu einfacheren Gerüstvarianten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass dieses Hybrid-Verbundgerüst ein
Cette étude visait à développer un biomatériau composite hybride innovant à base de granules de phosphate de calcium biphasique multicanaux (MCG) pour la régénération du cartilage. Les chercheurs ont créé un système composite complexe en enrobant les granules MCG d'un hydrogel d'acide hyaluronique-gélatine, puis en y incorporant des microsphères de PLGA modifiées par polydopamine et chargées en BMP-7. Les analyses physicochimiques et biologiques ont révélé que ce composite hybride (MCG-HG-PLGA-PD-B) présentait des propriétés mécaniques supérieures, une libération contrôlée de BMP-7 sur 28 jours (60% de rétention), et une biocompatibilité améliorée avec une meilleure viabilité et prolifération cellulaire des pré-ostéoblastes et pré-chondrocytes. Ces résultats positionnent ce biomatériau composite comme un candidat prometteur pour les applications cliniques de régénération cartilagineuse.
This review examines how inflammation affects the mechanical properties of cartilaginous tissues at multiple biological scales, from subcellular to tissue level, with particular focus on articular cartilage and intervertebral discs during degenerative conditions like osteoarthritis and back pain. The authors analyzed existing literature on inflammatory stimuli (primarily TNF, interleukins, and lipopolysaccharide) and their effects on mechanotransduction, mechanosensitivity, and overall biomechanical function in cartilaginous tissues. Key findings indicate that inflammation significantly alters mechanical properties and cellular responses to loading, with effects that vary depending on the specific tissue type, timing, and magnitude of inflammatory exposure. The review concludes that understanding these multiscale biomechanical changes during inflammation could guide the development of novel therapeutic approaches for treating cartilage-related degenerative diseases.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte die Auswirkungen von Entzündungsprozessen auf die biomechanischen Eigenschaften von Knorpelgeweben auf verschiedenen Ebenen (subzellulär, zellulär und Gewebe). Die Autoren analysierten Studien mit pro-inflammatorischen Stimuli wie TNF, Interleukinen und Lipopolysaccharid (LPS), die in vitro und in situ verwendet wurden, um Entzündungskaskaden nachzuahmen. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Entzündungen sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die Mechanotransduktion in Knorpelgeweben wie Gelenkknorpel und Bandscheiben erheblich beeinträchtigen, wobei die Effekte stark von Gewebetyp, Zeitpunkt und Ausmaß der Entzündung abhängen. Das Verständnis dieser multiskaligen biomechanischen Veränderungen könnte zur Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze für degenerative Erkrankungen wie Arthrose und Rückenschmerzen beitragen.
Cette revue examine l'impact de l'inflammation sur les propriétés biomécaniques multi-échelles des tissus cartilagineux, du niveau subcellulaire au tissulaire. Les auteurs analysent les effets de stimuli pro-inflammatoires (TNF, interleukines, LPS) sur la mécanotransduction et la mécanosensibilité, en se concentrant particulièrement sur le cartilage articulaire et le disque intervertébral dans des conditions dégénératives comme l'arthrose. Les résultats montrent que l'inflammation altère significativement les fonctions mécaniques cellulaires et tissulaires, avec des effets dépendants du type de tissu, du timing et de l'intensité de la réponse inflammatoire. Cette synthèse vise à identifier de nouvelles directions thérapeutiques intégrant les considérations biomécaniques multi-échelles pour traiter les pathologies cartilagineuses inflammatoires.
This study aimed to investigate whether objective measurement of swallowing mechanics could replace subjective sensory evaluation when assessing thickened liquid textures. The researchers used bendable pressure sensors to monitor thyroid cartilage movement and electromyography to measure muscle activity in 8 healthy male subjects (average age 29.6 years) while they swallowed 10ml samples of thickened liquids, then compared these measurements to the subjects' perceived ratings of cohesiveness and adhesiveness. The key finding was that two objective measures—thyroid cartilage activity and maximum displacement—showed strong negative correlations (r > -0.9, p < 0.01) with perceived cohesiveness, suggesting this physiological monitoring approach could provide a more objective alternative to traditional texture assessment methods. This technique may be particularly valuable for developing foods for dysphagia patients, though the authors note that future studies should include this patient population.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen objektiven biomechanischen Messungen des Schluckvorgangs und der subjektiven sensorischen Wahrnehmung bei verdickten Flüssigkeiten. Die Forscher verwendeten bei 8 gesunden männlichen Probanden (Durchschnittsalter 29,6 Jahre) einen biegsamen Drucksensor zur Messung der Schildknorpelbewegung während des Schluckens, kombiniert mit Elektromyographie der suprahyoidalen Muskulatur, und verglichen diese Daten mit der subjektiven Bewertung von Kohäsivität und Adhäsivität auf einer visuellen Analogskala. Die Ergebnisse zeigten eine starke negative Korrelation (r > 0,9, p < 0,01) zwischen der Schildknorpelaktivität bzw. -verschiebung und der wahrgenommenen Kohäsivität der Proben. Diese physiologiebasierte Messmethode könnte als objektives Verfahren zur Texturbestimmung von Flüssigkeiten dienen und insbesondere bei der Entwicklung von Nahrungsm
Cette étude visait à évaluer la relation entre la mesure in vivo de la déglutition par monitoring du cartilage thyroïde et l'évaluation sensorielle de liquides épaissis. La méthodologie a combiné l'utilisation d'un capteur de pression flexible pour mesurer les mouvements du cartilage thyroïde avec une électromyographie des muscles suprahyoïdiens, chez 8 sujets masculins sains (âge moyen 29,6 ans) avalant 10 ml d'échantillons. Les résultats ont révélé une forte corrélation négative (|r| > 0,9, p < 0,01) entre l'activité du cartilage thyroïde et sa déformation maximale avec la cohésivité perçue, démontrant la supériorité de cette approche physiologique par rapport à la rhéologie conventionnelle pour évaluer les propriétés texturales lors de la déglutition. Cette méthode objective offre un potentiel prometteur pour le développement d'aliments adaptés aux patients dysphasiques, bien qu'une validation sur cette population spécifique soit nécessaire.
This study aimed to develop and test a novel automated bioreactor system capable of applying precise mechanical loading to enhance tissue-engineered human cartilage. The researchers encapsulated human articular chondrocytes in gelatin methacryloyl (GelMA) and hyaluronic acid methacrylate (HAMA) hydrogels, then subjected them to either uniaxial or biaxial mechanical stimulation using their new bioreactor system. The results showed that both uni- and biaxial mechanical loading increased the expression of cartilage-specific genes, with intermittent biaxial loading being particularly effective at promoting the accumulation of hyaline cartilage-specific extracellular matrix. These findings demonstrate that automated mechanical stimulation can significantly improve the quality of tissue-engineered cartilage, potentially leading to better clinical outcomes for joint disorder treatments.
Diese Studie zielte darauf ab, ein neuartiges automatisiertes Bioreaktorsystem zu entwickeln, das präzise uni- oder biaxiale mechanische Stimulation auf sich entwickelndes Knorpelgewebe ausüben kann. Die Forscher kultivierten menschliche Gelenkchondrozyten in Hydrogelen aus Gelatine-Methacryloyl (GelMA) und Hyaluronsäure-Methacrylat (HAMA) und untersuchten deren Reaktion auf verschiedene mechanische Belastungsmuster. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl uni- als auch biaxiale mechanische Stimulation die Expression hyaliner knorpelspezifischer Markergene hochreguliert, wobei intermittierende biaxiale Mechanostimulation die Anreicherung knorpelspezifischer extrazellulärer Matrix besonders fördert. Die Studie unterstreicht das Potenzial automatisierter Bioreaktorsysteme zur Verbesserung der klinischen Anwendbarkeit von Knorpel-Tissue-Engineering durch kontrollierte mechanische Konditionierung.
Cette étude visait à développer un système de bioréacteur automatisé capable d'appliquer une stimulation mécanique uniaxiale ou biaxiale contrôlée pour améliorer l'ingénierie tissulaire du cartilage humain. Les chercheurs ont encapsulé des chondrocytes articulaires humains dans des hydrogels composés de gélatine méthacryloyl (GelMA) et d'acide hyaluronique méthacrylate (HAMA), puis ont appliqué différents protocoles de stimulation mécanique via leur bioréacteur innovant équipé d'une interface utilisateur conviviale et d'un capteur de force. Les résultats démontrent que la stimulation mécanique uniaxiale et biaxiale induit une surexpression des gènes marqueurs spécifiques du cartilage hyalin, tandis que la mécanostimulation biaxiale intermittente favorise particulièrement l'accumulation de matrice extracellulaire spécifique du cartilage hyalin. Cette approche automatisée pourrait faciliter l'application clinique de l'ingénierie tissulaire cartilagineuse en améliorant la qualité et la reproductibil
This review examines the current state and optimization strategies for using adipose-derived stem cells (ASCs) in treating knee osteoarthritis and cartilage damage. The authors conducted a comprehensive literature review focusing on clinical trials and recent optimization approaches for ASC-based cartilage regeneration therapies. The review found that ASCs offer significant advantages over bone marrow stem cells and autologous chondrocytes due to their easier harvesting, abundant availability, and lower immune rejection risk, with clinical trials since 2011 demonstrating safety and efficacy. However, the authors identified that regenerated cartilage often shows structural abnormalities, leading researchers to investigate optimization strategies including careful cell source selection, preconditioning techniques, and combination delivery approaches to improve therapeutic outcomes.
Diese Übersichtsarbeit untersucht das therapeutische Potenzial von adipösen Stammzellen (ASCs) für die Gelenkknorpelregeneration bei Kniearthrose, einer der häufigsten Gelenkerkrankungen weltweit. Die Autoren analysierten aktuelle klinische Studien und Optimierungsstrategien für ASC-basierte Therapien, wobei sie sich auf Zellquellenauswahl, Vorkonditionierung und kombinierte Ansätze konzentrierten. Die Ergebnisse zeigen, dass ASCs seit 2011 in Phase I/II-Studien Sicherheit und Wirksamkeit demonstriert haben, jedoch bei den meisten Patienten noch Abnormalitäten im regenerierten Knorpelgewebe auftreten. Die Arbeit identifiziert vielversprechende Optimierungsansätze, die die therapeutische Funktion von ASCs als Alternative zu Knochenmark-Stammzellen und autologen Chondrozyten verbessern könnten.
Cette étude de synthèse examine l'utilisation des cellules souches dérivées du tissu adipeux (ASCS) pour la régénération du cartilage articulaire dans le contexte de l'arthrose du genou. L'analyse porte sur les essais cliniques de phase I/II ayant démontré la sécurité et l'efficacité des ASCS, tout en soulignant leur avantage par rapport aux cellules souches de moelle osseuse grâce à leur faible immunogénicité et leur accessibilité. Bien que les résultats montrent une régénération cartilagineuse, des anomalies tissulaires persistent chez la plupart des patients traités. L'étude identifie les stratégies d'optimisation les plus prometteuses pour améliorer l'efficacité thérapeutique des ASCS, notamment la sélection de la source cellulaire, le préconditionnement et la co-administration.
This review examined how dynamic mechanical compression affects chondrocytes (cartilage cells) in tissue engineering applications, aiming to understand whether mechanical loading can promote cartilage regeneration. The authors systematically reviewed literature from PubMed on dynamic compression bioreactors used with primary and cultured chondrocytes, analyzing study designs, loading conditions, and outcomes across different research approaches. Early studies using primary bovine chondrocytes in hydrogels with physiologic single-axis compression showed consistently positive results for tissue-level outcomes like improved biochemical synthesis and mechanical properties. However, later studies using more complex biomaterials, different cell sources, and sophisticated loading regimes failed to consistently reproduce these benefits, particularly for important tissue engineering markers like collagen content and mechanical stiffness, highlighting the need for standardized methods in this field.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte die Anwendung dynamischer mechanischer Kompression von Chondrozyten für das Knorpel-Tissue Engineering. Die Autoren führten eine systematische Literaturrecherche in PubMed durch und analysierten Studien zu dynamischen Bioreaktoren für die Knorpelregeneration aus primären und expandierten Chondrozyten. Frühe Studien mit bovinen Chondrozyten in Hydrogelen zeigten unter physiologischer einachsiger Kompression konsistent positive Ergebnisse bezüglich biochemischer Synthese und biomechanischer Eigenschaften. Spätere Studien mit komplexeren Biomaterialsystemen und Belastungsregimen konnten jedoch diese positiven Resultate nicht zuverlässig reproduzieren, was die Notwendigkeit standardisierter Methoden für die mechanische Stimulation im Knorpel-Tissue Engineering unterstreicht.
Cette revue critique évalue l'utilisation de la compression mécanique dynamique des chondrocytes pour l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire, en analysant la littérature scientifique disponible via PubMed avec des termes de recherche spécifiques. Les auteurs ont identifié une grande hétérogénéité dans les protocoles d'étude (espèces, sources cellulaires, régimes de charge, analyses) rendant difficile l'établissement d'un consensus sur l'efficacité de cette approche. Les études précoces utilisant des chondrocytes bovins primaires dans des hydrogels avec compression uniaxiale physiologique montraient des résultats favorables au niveau tissulaire, mais les études plus récentes avec des systèmes sophistiqués et des régimes de charge complexes n'ont pas confirmé ces bénéfices de manière consistante, particulièrement concernant le contenu en collagène et la rigidité tissulaire. Les auteurs concluent qu'une standardisation des méthodes et analyses est nécessaire pour orienter efficacement le développement d'implants cartilagineux fonctionnels.
This study investigated how cartilage interstitial fluid (CIF) - the fluid squeezed out of cartilage during joint movement - affects gene expression in cruciate ligament fibroblasts, since these cells are exposed to cartilage-derived factors following ligament injury. The researchers extracted CIF from newborn rat cartilage and cultured adult rat cruciate ligament fibroblasts with either natural CIF or synthetic CIF-like cocktails, then measured gene expression changes using quantitative PCR.
CIF treatment upregulated genes involved in cartilage matrix production (HAS1, HAS2, aggrecan, lubricin) and some inflammatory mediators, while downregulating collagen type I and certain matrix-degrading enzymes, whereas the synthetic CIF-like cocktail showed both overlapping and distinct effects on gene expression. The findings suggest that CIF contains complex mixtures of bioactive factors that significantly influence cruciate ligament cell behavior, indicating that improved understanding of CIF composition could lead to better treatments for joint and tendon injuries.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von Knorpel-Interstitialflüssigkeit (CIF) auf die Genexpression in Kreuzband-Fibroblasten, da diese Zellen nach Kreuzbandverletzungen vermehrt knorpelstämmigen Faktoren ausgesetzt sind. Die Forscher gewannen CIF durch mechanisches Auspressen aus Rattenknochen-Knorpel-Komplexen und kultivierten Kreuzband-Fibroblasten mit CIF sowie synthetischen CIF-ähnlichen Cocktails, wobei die Genexpression mittels quantitativer PCR analysiert wurde. CIF stimulierte die Expression verschiedener Matrix- und Entzündungsgene (u.a. HAS1/2, Aggrecan, MMP3, TGFβ1) und hemmte andere (Kollagen Typ I, MMP2, TNF), während der synthetische Cocktail teilweise andere Effekte zeigte. Die Ergebnisse zeigen, dass CIF komplexe regulatorische Faktoren enthält, die nicht vollständig in synthetischen Cocktails abgebildet werden, was weitere Forschung
Cette étude visait à évaluer l'influence du liquide interstitiel du cartilage (CIF) et de cocktails mimétiques sur l'expression génique des fibroblastes de ligaments croisés. Les chercheurs ont extrait le CIF à partir de complexes cartilage-épiphyse de rats nouveau-nés et cultivé des fibroblastes de ligaments croisés de rats adultes en présence de CIF ou de cocktails CIF-like, puis analysé l'expression génique par PCR quantitative.
Le CIF a stimulé l'expression de gènes liés à la matrice extracellulaire (HAS1, HAS2, aggrécan, lubricine) et aux métalloprotéases (MMP3, TIMP3, TGFβ1), tout en inhibant le collagène de type I, la versicane et certains facteurs inflammatoires. Les résultats révèlent que le CIF contient des facteurs bioactifs complexes influençant significativement le métabolisme des fibroblastes ligamentaires, suggérant un potentiel thérapeutique pour les pathologies articulaires et tendineuses.
This study investigated how FOXO transcription factors regulate cartilage health and osteoarthritis (OA) development using mouse models with specific deletions of FOXO1, FOXO3, and FOXO4 genes in cartilage cells. The researchers analyzed cartilage structure and gene expression in knockout mice at various ages, performed cell culture experiments, and tested FOXO1 overexpression in OA chondrocytes. Mice lacking all three FOXO factors (triple knockout) or just FOXO1 developed spontaneous OA-like changes by 4-6 months of age, with reduced autophagy genes, decreased antioxidant defenses, and lower levels of proteoglycan 4 (a joint lubricant). The findings suggest that FOXO transcription factors are essential for maintaining healthy cartilage by promoting protective cellular processes and preventing the inflammatory and degenerative changes characteristic of osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die Rolle von FOXO-Transkriptionsfaktoren bei der Knorpelhomöostase und Osteoarthritis-Entwicklung. Die Forscher analysierten verschiedene Knockout-Mausmodelle (einzelne und dreifache FOXO1/3/4-Deletionen) sowie In-vitro-Experimente mit Chondrozyten, um die molekularen Mechanismen zu verstehen. Die Hauptergebnisse zeigen, dass FOXO-Faktoren essentiell für die Knorpelentwicklung und -homöostase sind - ihr Verlust führte zu spontaner Knorpeldegradation, OA-ähnlichen Veränderungen und reduzierter Expression von Proteoglykan 4 sowie Autophagie-Genen. FOXO1-Überexpression wirkte protektiv gegen Entzündungsmediatoren und knorpelabbauende Enzyme, was darauf hindeutet, dass FOXO-Transkriptionsfaktoren wichtige therapeutische Ziele für die OA-Behandlung darstellen könnten.
Cette étude visait à déterminer le rôle des facteurs de transcription FOXO dans l'homéostasie du cartilage et l'arthrose, en utilisant des modèles murins avec délétion spécifique des gènes FOXO1, 3 et 4 dans le cartilage. Les souris triple knock-out (COL2CRE-TKO) et FOXO1 KO ont développé des changements arthrosiques spontanés entre 4 et 6 mois, associés à une réduction des gènes d'autophagie et de défense antioxydante, ainsi qu'à une diminution marquée de la protéoglycane 4 dans la zone superficielle. La surexpression de FOXO1 dans des chondrocytes arthrosiques humains a réduit les médiateurs inflammatoires et les enzymes de dégradation cartillagineuse, tout en augmentant l'expression de la protéoglycane 4. Ces résultats démontrent que les facteurs FOXO jouent un rôle protecteur essentiel dans le développement postnatal, la maturation et l'homéostasie du cartilage, constituant une cible thé
This study aimed to understand how articular cartilage maintains fluid within contact areas during joint sliding by investigating the mechanisms behind "tribological rehydration" - a recently discovered phenomenon where sliding motion enhances solute transport into compressed cartilage. The researchers used in situ confocal microscopy to track fluorescent solute movement in cartilage explants during controlled sliding experiments, with periodic interruptions to scan the entire contact area. The key finding was that sliding drives pressure-driven fluid flow from the contact periphery through the cartilage matrix (rather than through surface films), enabling cartilage to actively recover hydration even under static load through a dynamic balance between load-induced fluid loss and sliding-induced recovery. This mechanism helps explain how cartilage maintains its critical interstitial fluid for mechanical protection and nutrient transport during joint motion.
Diese Studie untersuchte, wie Gelenkknorpel während Gleitbewegungen Flüssigkeit in belasteten Kontaktbereichen zurückgewinnt - ein Phänomen namens "tribologische Rehydratation". Die Forscher verwendeten konfokale Mikroskopie, um die räumlich-zeitliche Ausbreitung kleiner neutraler Moleküle in Knorpelexplantaten während unterbrochener Gleitexperimente zu verfolgen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Solutetransport hauptsächlich durch druckgetriebenen Fluss durch die extrazelluläre Matrix von der Kontaktperipherie erfolgt, nicht über einen Oberflächenfilm. Die Studie demonstrierte, dass stationäre Kontaktbereiche durch ein dynamisches Gleichgewicht zwischen belastungsinduzierter Flüssigkeitsextrusion und gleitungsinduzierter Wiederauffüllung aktiv ihre Hydratation aufrechterhalten und wiederherstellen können.
Cette étude vise à élucider les mécanismes de transport de fluide dans le cartilage articulaire lors du glissement, en particulier le phénomène de "réhydratation tribologique" qui permet la récupération rapide de solutés dans les zones de contact. Les chercheurs ont utilisé la microscopie confocale in situ pour suivre spatio-temporellement la propagation d'un soluté neutre dans des explants de cartilage soumis à des cycles de glissement et de compression statique. Les résultats révèlent que le transport de solutés s'effectue principalement par flux induit par la pression à travers la matrice extracellulaire depuis la périphérie du contact, plutôt que par infiltration de surface via un film liquide. L'étude démontre que le glissement contribue activement à la récupération de fluide interstitiel dans les zones de contact stationnaires, établissant un équilibre dynamique entre l'exsudation induite par la charge et la réhydratation induite par le glissement.
This study investigated how different types of exercise affect blood markers of cartilage metabolism in healthy young adults. Thirty participants (15 males, 15 females) completed two 40-minute exercise sessions - aerobic walking at 80% maximum heart rate and lower body resistance training - while researchers measured serum levels of COMP (cartilage oligomeric matrix protein) and hyaluronan before, immediately after, and 30 minutes post-exercise. Both exercise types increased COMP levels by approximately 27-29%, with levels remaining elevated after walking, while hyaluronan concentrations showed no change regardless of exercise type. The study found consistent exercise responses between men and women, though men had higher baseline COMP levels and thicker femoral cartilage, while women had higher hyaluronan levels, suggesting sex-related differences in cartilage composition but similar acute responses to mechanical loading.
Diese Studie untersuchte, wie sich aerobes Gehen und Krafttraining auf die Serum-Biomarker COMP (Cartilage Oligomeric Matrix Protein) und Hyaluronan bei gesunden Männern und Frauen auswirken. 30 Probanden (15 Männer, 15 Frauen) absolvierten sowohl ein 40-minütiges Gehtraining als auch ein Krafttraining für die untere Körperhälfte, wobei die Serum-Biomarker vor, direkt nach und 30 Minuten nach der Belastung gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass COMP nach beiden Trainingsformen um etwa 27-29% anstieg, wobei die Werte nach dem Gehtraining länger erhöht blieben, während Hyaluronan unverändert blieb. Geschlechtsunterschiede wurden bei den Grundwerten festgestellt (höhere COMP-Werte bei Männern, höhere Hyaluronan-Werte bei Frauen), jedoch nicht bei der Trainingsantwort selbst.
Cette étude a comparé la réponse des biomarqueurs cartilagineux COMP (protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse) et hyaluronane (HA) à deux types d'exercice chez 30 jeunes adultes sains (15 hommes, 15 femmes). Les participants ont réalisé une marche de 40 minutes à 80% de la fréquence cardiaque maximale et un entraînement en résistance du bas du corps, avec mesure des biomarqueurs sériques avant, immédiatement après et 30 minutes post-exercice. Les résultats montrent une augmentation similaire du COMP sérique après les deux modalités d'exercice (~27-29%), indépendamment du sexe, tandis que l'HA reste inchangé, suggérant que la réponse métabolique du cartilage à l'exercice aigu est comparable entre la marche aérobie et l'entraînement en résistance. Bien que les hommes présentent des concentrations de COMP plus élevées et un cartilage fémoral plus épais, ces différences n'influencent pas la réponse cartilagineuse à l'exercice.
This study investigated the use of biomimetic scaffolds to repair cartilage defects in minipig knees over 12 months. The researchers created layered scaffolds using 3D printing with poly(ε-caprolactone)/hydroxyapatite, then added a hyaluronic acid hydrogel containing growth factor (TGF-β1) on top. The scaffolds successfully promoted partial cartilage regeneration with some mature cartilage features, whereas control defects filled only with fibrocartilage (inferior repair tissue). However, the scaffold's persistence in the bone area may have slowed overall healing, suggesting that future scaffold designs should better match the natural regeneration timeline of both cartilage and underlying bone.
Diese Studie untersuchte die Heilung von osteochondralen Defekten mittels biomimetischer Scaffolds aus Poly(ε-Caprolacton)/Hydroxyapatit und modifizierter Hyaluronsäure bei Minischweinen. Die Forscher verwendeten 3D-gedruckte Scaffolds (FDM-Verfahren), die mit TGF-β1-beladener Hyaluronsäure infiltriert und über 12 Monate in Kniegelenken von Lanyu-Minischweinen getestet wurden. Die Ergebnisse zeigten eine partielle Knorpelregeneration mit wenigen reifen Chondrozyten in Lakunen, während Kontrolldefekte nur mit Faserknorpel gefüllt wurden. Die Autoren schlussfolgern, dass die im subchondralen Bereich verbleibenden Scaffolds den Heilungsprozess verzögern können und das Scaffold-Design überarbeitet werden sollte.
Cette étude visait à évaluer la régénération de défauts ostéochondraux à l'aide d'échafaudages biomimétiques composés de poly(ε-caprolactone)/hydroxyapatite infiltrés d'acide hyaluronique modifié au glycidyl-méthacrylate et de TGF-β1. Les échafaudages ont été fabriqués par modélisation par dépôt de filament fondu puis implantés dans les genoux de porcs miniatures Lanyu pendant 12 mois, avec suivi par tomodensitométrie et analyses histologiques. Les résultats montrent une régénération partielle du cartilage hyalin chez l'animal expérimental comparativement à la formation de fibrocartilage chez le contrôle, mais la persistance des échafaudages dans la région sous-chondrale a potentiellement retardé la guérison. Les auteurs concluent que la conception structurelle des échafaudages doit être repensée pour mieux s'adapter au processus de régénération simultanée du cartilage et de l'os sous-chondral.
This study aimed to evaluate whether a novel fusion protein combining interleukin-4 and interleukin-10 (IL4-10 FP) could serve as an effective disease-modifying osteoarthritis drug by providing chondroprotective, anti-inflammatory, and analgesic effects in a single treatment. The researchers tested IL4-10 FP using human osteoarthritic cartilage and synovial tissue cultures to measure proteoglycan turnover and inflammatory mediator release, and evaluated pain relief through force-plate analysis in a canine osteoarthritis model following intra-articular injection. The fusion protein demonstrated significant chondroprotective effects by increasing proteoglycan synthesis and reducing its breakdown, while also decreasing pro-inflammatory cytokines (IL-6, IL-8) and the cartilage-degrading enzyme MMP-3 in both cartilage and synovial tissues. Additionally, dogs treated with intra-articular IL4-10 FP showed improved joint loading, suggesting potential analgesic benefits, indicating this fusion protein may represent a promising multi-target therapeutic approach for osteoarthritis treatment.
Diese Studie untersuchte das therapeutische Potenzial eines IL4-10-Fusionsproteins als krankheitsmodifizierendes Medikament (DMOAD) für die Osteoarthritis-Behandlung. Die Forschenden testeten das Fusionsprotein sowohl in vitro an humanem osteoarthritischem Knorpel- und Synovialgewebe als auch in vivo in einem Hundemodell mittels intraartikulärer Injektion und Kraftmessplatten-Analyse. Die Ergebnisse zeigten, dass IL4-10 FP die Proteoglykan-Synthese im Knorpel steigerte, die Freisetzung proinflammatorischer Mediatoren (IL6, IL8, MMP3) reduzierte und den Knorpel vor destruktiven Einflüssen des Synovialgewebes schützte. Zudem verbesserte die intraartikuläre Behandlung die Gelenkbelastung bei osteoarthritischen Hunden, was auf eine analgetische Wirkung hindeutet und das Potenzial als multifunktionales DMOAD unterstreicht.
Cette étude évalue le potentiel thérapeutique d'une protéine de fusion IL4-10 comme médicament modificateur de la maladie arthrosique (DMOAD), combinant des effets chondroprotecteurs, anti-inflammatoires et analgésiques. Les chercheurs ont testé cette protéine sur des tissus cartilagineux et synoviaux humains arthrosiques en culture, ainsi que par injection intra-articulaire chez un modèle canin d'arthrose. Les résultats in vitro montrent que l'IL4-10 FP stimule la synthèse des protéoglycanes cartilagineux tout en réduisant leur dégradation, diminue la libération de médiateurs pro-inflammatoires (IL6, IL8) et cataboliques (MMP3), et protège le cartilage contre les effets destructeurs des médiateurs synoviaux. L'étude in vivo chez le chien démontre une amélioration de la fonction articulaire, suggérant un effet analgésique potentiel de ce candidat médicament prometteur pour le traitement de l'arthrose.
This study investigated whether combining photobiomodulation (PBM) therapy with exercise training could reduce cartilage damage in rats with experimentally-induced osteoarthritis. Fifty rats were divided into five groups and treated with either aerobic treadmill training, aquatic exercise, or these exercises combined with PBM therapy for 8 weeks, with cartilage changes assessed through histological analysis and protein expression measurements. All treatment groups showed reduced cartilage degradation compared to untreated controls, with increased levels of protective factors including anti-inflammatory interleukin-10 and cartilage-building collagen type II. The findings suggest that both exercise types, whether used alone or combined with PBM therapy, effectively protect cartilage and maintain joint tissue integrity in this osteoarthritis model.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die Wirkung von Photobiomodulation (PBM) in Kombination mit aeroben und aquatischen Trainingsformen auf die Gelenkknorpeldegeneration bei experimenteller Arthrose in Ratten. Fünfzig männliche Wistar-Ratten wurden in fünf Gruppen aufgeteilt und über acht Wochen mit Laufbandtraining oder Wassersprungtraining behandelt, teilweise zusätzlich mit PBM-Therapie am Kniegelenk. Die histopathologische Analyse zeigte, dass alle Behandlungsgruppen weniger intensive Degenerationszeichen aufwiesen als die Kontrollgruppe, wobei sowohl die Immunexpression des entzündungshemmenden Interleukin-10 als auch des knorpelspezifischen Kollagen Typ II signifikant erhöht waren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sowohl die Trainingsformen als auch deren Kombination mit PBM chondroprotektive Effekte vermitteln und die Integrität des Gelenkgewebes bei Arthrose erhalten können.
Cette étude avait pour objectif de comparer les effets de la photobiomodulation (PBM) associée à l'exercice aérobie ou aquatique sur la dégénérescence cartilagineuse dans un modèle expérimental d'arthrose chez le rat. Cinquante rats Wistar mâles ont été répartis en 5 groupes et soumis à 8 semaines d'entraînement aérobie (tapis roulant) ou aquatique, avec ou sans PBM, suivis d'analyses morphologiques et immunohistochimiques (IL-10, TGF-β, collagènes I et II). Les résultats montrent que tous les groupes traités présentaient des signes de dégradation cartilagineuse moins intenses selon le système de classification OARSI, avec une augmentation significative de l'expression d'IL-10 et de collagène II par rapport au groupe contrôle. Cette recherche suggère que la PBM combinée aux exercices aérobies et aquatiques exerce des effets chondroprotecteurs et maintient l'intégrité du tissu articulaire dans ce modèle d'arthrose expérimentale.
This review study aimed to distinguish cartilage changes caused by disuse atrophy from those occurring in osteoarthritis, and to explore the molecular mechanisms underlying cartilage mechanoadaptation. The authors conducted a comprehensive literature review, examining historical clinical observations (from polio patients and stroke victims) and experimental joint immobilization studies from the 1980s. Key findings showed that joint disuse causes substantial cartilage volume loss and decreased synthesis of matrix molecules (particularly sulfated proteoglycans), with distinct structural and metabolic features that differ from osteoarthritic degeneration. The authors conclude that while multiple mechanosensing mechanisms in cartilage have been identified, the precise molecular pathways responsible for disuse-related cartilage atrophy remain poorly understood.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Mechanoadaptation von Gelenkknorpel, mit dem Ziel, zwischen Knorpelverlust durch Nichtgebrauch-Atrophie und osteoarthritischer Degeneration zu unterscheiden. Die Autoren analysierten historische Literatur zu klinischen Beobachtungen (Polio-Patienten, Schlaganfall-Opfer) und experimentellen Studien zur Gelenkimmobilisation aus den 1980er Jahren. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Nichtgebrauch zu ausgeprägtem Knorpelvolumenverlust und verringerter Synthese von Matrixmolekülen führt, wobei sich die strukturellen und metabolischen Merkmale klar von osteoarthritischen Veränderungen unterscheiden. Die Autoren diskutieren potenzielle molekulare Mechanosensing-Mechanismen, die für diese Knorpelanpassung verantwortlich sein könnten.
Cette étude de revue examine la mécanoadaptation du cartilage articulaire, en se concentrant sur la distinction entre l'atrophie par désuétude et la dégénérescence arthrosique. Les auteurs analysent la littérature historique sur l'immobilisation articulaire expérimentale et les observations cliniques chez les patients atteints de poliomyélite ou d'AVC pour caractériser les changements structuraux et métaboliques du cartilage. Les résultats montrent que la désuétude provoque une perte volumique importante du cartilage avec diminution de la synthèse des protéoglycanes sulfatés, des mécanismes distincts de ceux observés dans l'arthrose. L'étude identifie les caractéristiques cliniques et métaboliques qui différencient clairement l'atrophie cartilagineuse par désuétude de la dégénérescence arthrosique, tout en explorant les voies moléculaires potentiellement responsables de cette mécanoadaptation.
This randomized double-blind placebo-controlled study investigated whether glucosamine supplementation could protect cartilage in healthy collegiate soccer players without joint problems. Forty-three players were randomly assigned to receive either 2g/day of glucosamine or placebo for 16 weeks, with researchers measuring urine and blood markers of cartilage breakdown (CTX-II and C2C) and cartilage formation (CPII). The results showed that glucosamine supplementation significantly reduced markers of cartilage degradation (CTX-II and C2C) compared to placebo, while cartilage synthesis markers remained unchanged, suggesting a protective effect on cartilage metabolism. The authors conclude that glucosamine may help prevent cartilage breakdown in healthy athletes engaged in high-impact sports, with no adverse effects observed during the study period.
Diese randomisierte, doppelblinde, placebo-kontrollierte Studie untersuchte die knorpelschützende Wirkung einer Glucosamin-Supplementierung (2 g/Tag über 16 Wochen) bei 43 gesunden Fußballspielern ohne Gelenkbeschwerden. Die Forscher analysierten Biomarker des Knorpelstoffwechsels im Urin und Serum, insbesondere Marker für den Abbau (CTX-II, C2C) und die Synthese (CPII) von Typ-II-Kollagen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Glucosamin-Supplementierung signifikant den Knorpelabbau reduzierte, erkennbar an verringerten CTX-II- und C2C-Werten im Vergleich zur Placebo-Gruppe, während die Kollagensynthese unverändert blieb. Die Studie deutet darauf hin, dass Glucosamin bereits bei gesunden Sportlern präventiv den Knorpelstoffwechsel verbessern und somit eine chondroprotektive Wirkung entfalten könnte.
Cette étude randomisée en double aveugle contrôlée contre placebo a évalué l'effet chondroprotecteur de la glucosamine chez 43 footballeurs universitaires en bonne santé, sans troubles articulaires. Les participants ont reçu soit 2 g/jour de glucosamine soit un placebo pendant 16 semaines, avec analyse des biomarqueurs du métabolisme cartilagineux (CTX-II et C2C pour la dégradation du collagène de type II, CPII pour la synthèse). Les résultats montrent une diminution significative des marqueurs de dégradation du cartilage (CTX-II urinaire et C2C sérique) dans le groupe glucosamine comparé au placebo, tandis que la synthèse de collagène (CPII) reste inchangée. Cette étude suggère que la supplémentation en glucosamine exerce un effet chondroprotecteur préventif en réduisant la dégradation du collagène de type II tout en maintenant sa synthèse, sans effets indésirables apparents.
This study investigated how hyaluronic acid (HA) and phospholipids (PL) interact to provide lubrication in articular cartilage through a proposed "capstan-like" mechanism. The researchers used molecular dynamics simulations where HA molecules were wrapped around PL micelles and subjected to constant pulling forces, while examining how force magnitude and solvent viscosity affected the interactions. The simulations revealed that the PL micelles rotate as HA unwinds around them, with the efficiency depending on the micelle's available surface area and the applied force magnitude. The movement followed a slide-to-roll relationship that was strongly influenced by solvent viscosity, with viscous solvents showing double the slide-to-roll coefficient compared to low-viscosity conditions, suggesting this mechanism may contribute to cartilage's superior lubricating properties.
Diese Studie untersuchte den Wirkungsmechanismus zwischen Hyaluronsäure (HA) und Phospholipiden (PL) bei der Gelenkschmierung durch ein kapstan-ähnliches Modell. Mittels Molekulardynamik-Simulationen wurde eine HA-Kette um eine PL-Mizelle gewickelt und durch konstante Zugkräfte an beiden Enden die Rotation der Mizelle unter verschiedenen Kraft- und Lösungsmittelbedingungen analysiert. Die Ergebnisse zeigten eine direkte Beziehung zwischen verfügbarer Mizellenoberfläche und Kraftmagnitude, wobei die Bewegung durch ein Gleit-Roll-Verhältnis charakterisiert war. In visköseren Lösungsmitteln verdoppelte sich der Gleit-Roll-Koeffizient im Vergleich zu niedrigviskosen Bedingungen, was die Bedeutung der Umgebungsviskosität für die Nanobioschmierung des Gelenkknorpels unterstreicht.
Cette étude vise à élucider le mécanisme d'interaction entre l'acide hyaluronique (HA) et les phospholipides (PL) dans la nanobiolubrication du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé des simulations de dynamique moléculaire pour modéliser un mécanisme de type cabestan, où une molécule d'HA enroulée autour d'une micelle de phospholipides est soumise à une force de traction constante, permettant d'observer la rotation de la micelle sous différentes conditions de force et de solvant. Les résultats révèlent une relation directe entre la surface disponible de la micelle et l'amplitude de la force appliquée, avec un mouvement caractérisé par un rapport glissement-roulement qui dépend de la viscosité du milieu environnant. Dans un solvant visqueux, le coefficient glissement-roulement est doublé par rapport à un milieu de faible viscosité, suggérant un mécanisme sophistiqué de lubrification articulaire basé sur ces interactions moléculaires synergiques.
This study investigated whether the timing of swimming exercise affects cartilage protection in rats with knee injuries that lead to post-traumatic osteoarthritis (PTOA). Researchers used 32 rats that underwent ACL and meniscus surgery, then randomly assigned them to receive either early swimming (starting 3 days post-surgery) or delayed swimming (starting 3 months post-surgery), with each group swimming 30 minutes daily for 28 days. The results showed that early swimming significantly preserved cartilage quality by maintaining collagen type II levels and reducing harmful MMP13 enzyme expression, while delayed swimming provided fewer benefits. These findings suggest that starting exercise therapy very soon after knee injury offers greater cartilage protection than waiting until osteoarthritis has already developed.
Diese Studie untersuchte, ob frühe versus verzögerte Schwimmtherapie den Knorpelschutz nach Knie-Traumaverletzungen verbessern kann. An 32 Ratten wurde ein posttraumatisches Arthrose-Modell durch Durchtrennung des vorderen Kreuzbands und Meniskusentfernung erstellt, gefolgt von 28-tägigem Schwimmtraining entweder 3 Tage (früh) oder 3 Monate (verzögert) nach der Operation. Die histologische Analyse zeigte, dass frühes Schwimmtraining die Kollagen-II-Expression signifikant steigerte, die schädliche MMP-13-Expression unterdrückte und bessere Mankin-Scores erzielte als verzögertes Training. Die Ergebnisse belegen, dass eine sehr frühe Schwimmintervention nach Knorpelschädigung deutlich größere chondroprotektive Effekte bietet als eine verzögerte Behandlung bei bereits entwickelter Arthrose.
Cette étude visait à comparer les effets de l'exercice de natation précoce versus tardif sur la protection du cartilage articulaire dans un modèle rat d'arthrose post-traumatique avec lésions du ligament croisé antérieur et du ménisque. Trente-deux rats ont subi une section du LCA et une méniscectomie médiale, puis ont été randomisés en groupes recevant la natation soit 3 jours (précoce) soit 3 mois (tardive) après la chirurgie, avec évaluation histologique et immunohistochimique du cartilage. L'intervention précoce de natation a significativement amélioré l'expression du collagène de type II, réduit l'expression de MMP-13 et amélioré les scores histologiques de Mankin comparativement à l'intervention tardive. Cette étude démontre qu'une intervention précoce par la natation aux stades initiaux des lésions cartilagineuses procure des bénéfices chondroprotecteurs supérieurs à une intervention retardée lorsque l'arthrose est déjà établie.
This study investigated how hyaluronic acid (HA) interacts with phospholipid membranes to understand its role in joint lubrication. The researchers used multiple analytical techniques including calorimetry, spectroscopy, scattering, and microscopy to examine HA's effects on lipid bilayers and monolayers under various pressures that mimic joint loading conditions. The results showed that HA does not significantly interact with or penetrate lipid membranes, suggesting it does not directly modify membrane properties for lubrication. Instead, high molecular weight HA likely contributes to joint lubrication through an independent mechanism involving excluded volume effects that influence synovial fluid flow properties, with other synovial fluid components potentially playing more direct roles in the lubrication process.
Diese Studie untersuchte die Wechselwirkung zwischen Hyaluronsäure (HA) und Phospholipid-Modellmembranen, um die Rolle der HA bei der Gelenkschmierung besser zu verstehen. Die Forscher verwendeten verschiedene kalorimetrische, spektroskopische und mikroskopische Methoden zur Analyse von Lipid-Doppelschichten und -Monoschichten unter unterschiedlichen Druckbedingungen, die Gelenkbewegungen simulieren. Die Ergebnisse zeigten überraschenderweise keine signifikanten direkten Wechselwirkungen zwischen HA und den Lipidmembranen - weder Adsorption, Penetration noch Veränderungen der mechanischen Eigenschaften konnten beobachtet werden. Die Autoren schlussfolgern, dass hochmolekulare HA bei physiologischen Salzkonzentrationen wahrscheinlich unabhängig über einen entropiegetriebenen Volumenausschlusseffekt wirkt und andere Synovialflüssigkeitskomponenten wie Proteoglykane eine aktivere Rolle bei der Gelenkschmierung spielen kö
Cette étude visait à élucider le mécanisme par lequel l'acide hyaluronique (AH) contribue à la lubrification articulaire en examinant ses interactions avec des membranes lipidiques modèles représentatives du cartilage. Les chercheurs ont utilisé diverses techniques calorimétriques, spectroscopiques et microscopiques pour analyser l'effet de l'AH sur des bicouches et monocouches lipidiques sous différentes pressions mimant les contraintes articulaires physiologiques. Les résultats montrent que l'AH à haut poids moléculaire n'interagit pas directement avec les membranes phospholipidiques et n'affecte pas leurs propriétés thermodynamiques ou mécaniques. L'AH semble plutôt agir de manière indépendante via un effet d'exclusion volumique entropique pour contrôler l'hydrodynamique du liquide synovial, suggérant que d'autres composants comme les protéoglycanes jouent un rôle plus actif dans la lubrification articulaire.
This study aimed to develop a computational model that can predict proteoglycan loss in injured cartilage following mechanical loading. The researchers used bovine cartilage samples that were first injured through compression, then subjected to 12 days of dynamic loading while measuring fixed charge density (FCD) changes over time using digital densitometry. They developed three different computational algorithms based on deviatoric strain, shear strain, and fluid velocity to predict FCD loss patterns around cartilage lesions. The fluid velocity-based model showed the most uniform and accurate prediction of proteoglycan loss around cartilage defects, successfully matching experimental measurements and potentially enabling future prediction of cartilage degeneration and optimization of rehabilitation strategies.
Diese Studie zielte darauf ab, ein mechanobiologisches Modell zu entwickeln, das den Verlust von Proteoglykanen in mechanisch geschädigtem Gelenkknorpel unter physiologischer Belastung vorhersagen kann. Die Forscher komprimierten Knorpelscheiben von Kälbern zunächst schädigend und setzten sie dann zwölf Tage lang dynamischer Kompression aus, wobei sie die Ladungsdichte der Proteoglykane mittels digitaler Densitometrie verfolgten. Das entwickelte Degenerationsmodell, das verschiedene biomechanische Parameter wie Fluidgeschwindigkeit und Scherspannung berücksichtigt, konnte den experimentell gemessenen Proteoglykanlverlust um Knorpelläsionen erfolgreich vorhersagen. Das Modell könnte künftig zur Vorhersage von Knorpeldegeneration bei verschiedenen Läsionstypen und zur Entwicklung optimaler Rehabilitationsprotokolle eingesetzt werden.
Cette étude visait à développer un modèle mécanobiologique pour prédire la perte de protéoglycanes dans le cartilage articulaire lésé suite à une charge dynamique physiologique. Les chercheurs ont comprimé de manière traumatique des disques de cartilage de genoux de veaux bovins, puis appliqué une compression dynamique physiologique pendant douze jours, en évaluant la densité de charge fixe (FCD) des protéoglycanes par densitométrie digitale. Le modèle développé, intégrant des algorithmes basés sur la déformation déviatorique, le cisaillement maximal et la vélocité du fluide, a montré que le mécanisme contrôlé par la vélocité du fluide prédisait le mieux la perte uniforme de FCD autour des lésions cartilagineuses. Ce modèle pourrait être utilisé pour prédire la déplétion des protéoglycanes autour de différentes lésions cartilagineuses et optimiser les protocoles de rééducation.
This study aimed to develop a culture medium with physiologic concentrations of key metabolic mediators to better maintain cartilage tissue homeostasis during long-term laboratory studies. The researchers tested immature bovine cartilage explants in culture media containing near-physiologic levels of glucose, amino acids, cortisol, insulin, and ascorbic acid (similar to synovial fluid concentrations) and assessed tissue mechanical properties and matrix composition over one month. Key findings showed that cortisol absence led to tissue swelling and softening, while excessive anabolic mediators (glucose, amino acids, insulin) caused matrix accumulation and stiffening. The physiologic medium formulation successfully maintained stable cartilage properties over the culture period, providing a valuable tool for future cartilage research that more accurately reflects the joint environment.
Diese Studie untersuchte, ob ein physiologisches Kulturmedium die Homöostase von Knorpelexplantaten in Langzeitkultur aufrechterhalten kann. Die Forscher kultivierten unreife bovine Gelenkknorpelexplantate über einen Monat in Medien mit unterschiedlichen Konzentrationen metabolischer Mediatoren (Glukose, Aminosäuren, Cortisol, Insulin und Ascorbinsäure) und analysierten mechanische Eigenschaften sowie extrazelluläre Matrixzusammensetzung. Die Ergebnisse zeigten, dass physiologische Konzentrationen dieser Mediatoren - entsprechend denen in natürlicher Synovialflüssigkeit - die Gewebestabilität deutlich verbesserten, während das Fehlen von Cortisol zu Gewebsschwellung führte und supraphysiologische Mengen anaboler Faktoren eine übermäßige Matrixakkumulation verursachten. Diese Erkenntnisse etablieren wichtige Grundlagen für verbesserte Kulturformulierungen in der Knorpel- und muskuloskelettalen Forschung.
Cette étude visait à développer un milieu de culture physiologique pour maintenir l'homéostasie du cartilage articulaire bovin immature en culture à long terme. Les chercheurs ont testé différentes concentrations de médiateurs métaboliques clés (glucose, acides aminés, cortisol, insuline et acide ascorbique) proches de celles du liquide synovial, en évaluant les propriétés mécaniques et le contenu de la matrice extracellulaire sur un mois. Les résultats montrent que l'absence de cortisol provoque un gonflement et un ramollissement tissulaire, tandis que des niveaux supraphysiologiques de médiateurs anaboliques entraînent une accumulation matricielle excessive et un durcissement. L'utilisation de concentrations physiologiques de ces médiateurs améliore significativement la stabilité des explants de cartilage, établissant ainsi une base méthodologique pour les recherches futures sur les tissus musculosquelettiques.
This study investigated how different endoprosthesis head materials affect acetabular cartilage metabolism when articulating directly against cartilage. The researchers used an organ culture model with acetabular cartilage from crossbred pigs, mechanically loading either cobalt-chrome (Co-Cr) or ceramic heads against the cartilage and measuring inflammatory markers, hyaluronic acid levels, and gene expression. The ceramic heads produced significantly less cartilage damage compared to Co-Cr heads, evidenced by lower inflammatory cytokine IL-1β levels, reduced hyaluronic acid release, higher protective type II collagen expression, and lower inflammatory gene expression. These findings suggest that ceramic materials cause fewer adverse biological effects on cartilage and may be preferable for endoprosthesis applications across multiple joints.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen verschiedener Endoprothesen-Materialien auf den Knorpelstoffwechsel im Hüftgelenk. Die Forscher verwendeten ein Organkultur-Modell mit Azetabulumknorpel von Schweinen und verglichen die biologischen Effekte von Kobalt-Chrom- und Keramikköpfen durch mechanische Belastungstests sowie Analysen von Zytokinen, Hyaluronsäure und Genexpression. Die Ergebnisse zeigten, dass Keramikköpfe deutlich geringere schädliche Auswirkungen auf den Knorpel verursachten, mit niedrigeren Entzündungsmarkern (IL-1β) und höherer Expression von Typ-II-Kollagen im Vergleich zu Kobalt-Chrom-Köpfen. Diese Erkenntnisse unterstützen den Einsatz von Keramikimplantaten nicht nur in Hüftgelenken, sondern auch in anderen Gelenken wie Schulter, Sprunggelenk und Radiusköpfchen.
Cette étude compare les effets biologiques des têtes d'endoprothèse en cobalt-chrome (Co-Cr) versus céramique d'alumine sur le métabolisme du cartilage acétabulaire. Les chercheurs ont utilisé un modèle de culture d'organe avec du cartilage acétabulaire de porcs, mesurant les cytokines inflammatoires, l'acide hyaluronique et l'expression génique après application d'une charge mécanique. Les résultats montrent que les têtes en céramique induisent significativement moins d'inflammation (IL-1β réduite) et préservent mieux l'intégrité cartilagineuse (expression plus élevée de collagène de type II) comparativement aux têtes en Co-Cr. Ces findings suggèrent que les endoprothèses bipolaires en céramique seraient préférables pour limiter les dommages cartilagineux, avec des implications potentielles pour diverses articulations.
This study investigated whether maintaining PRG4 (lubricin) expression could prevent osteoarthritis in mice with impaired TGF-β signaling, which mimics age-related osteoarthritis better than surgical models. Researchers compared wild-type mice, mice with dominant-negative TGF-β receptor (DNIIR), and bitransgenic mice expressing both DNIIR and PRG4, using behavioral tests, imaging, histology, and molecular analysis. Mice that maintained PRG4 expression showed significantly better outcomes compared to DNIIR mice, including improved walking ability, reduced cartilage damage, thicker cartilage, and lower osteoarthritis severity scores. The protective effects occurred through PRG4's joint lubrication function rather than by restoring TGF-β signaling, suggesting PRG4 could be a therapeutic target for age-related osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, ob die Aufrechterhaltung der PRG4-Expression (Lubricin) Arthrose verhindern kann, die durch gestörte TGF-β-Signalwege in einem Mausmodell für altersbedingte Arthrose entsteht. Die Forscher verglichen Wildtyp-Mäuse, Mäuse mit dominant-negativer TGF-β-Rezeptor-Mutation (DNIIR) und bitransgene Mäuse, die sowohl DNIIR als auch PRG4 exprimieren, mittels Verhaltenstests, μCT, Histologie und Western Blot. Die bitransgenen DNIIR+PRG4-Mäuse zeigten im Vergleich zu den DNIIR-Mäusen signifikant weniger Gangstörungen, geringere Knorpelfibrillenbildung, dickeren Knorpel und niedrigere OARSI-Arthrose-Scores. Da PRG4 die TGF-β-Signalwege nicht wiederherstellte, schlussfolgern die Autoren, dass PRG4 den Arthrose-Verlauf durch
Cette étude a examiné si le maintien de l'expression de PRG4 (lubricine) peut prévenir l'arthrose liée à une diminution de la signalisation TGF-β chez la souris. Les chercheurs ont comparé des souris sauvages, des souris DNIIR (exprimant une forme dominante négative du récepteur TGF-β) et des souris bitransgéniques DNIIR+PRG4 en utilisant des tests comportementaux, de l'imagerie μCT, de l'histologie et du Western blot. Les résultats montrent que les souris DNIIR+PRG4 présentent significativement moins d'erreurs de placement des pattes, une fibrillation cartilagineuse réduite, un cartilage plus épais et de meilleurs scores OARSI comparativement aux souris DNIIR. L'étude conclut que PRG4 prévient la progression de l'arthrose indépendamment de la voie de signalisation TGF-β, probablement par sa fonction de lubrification articulaire.
This experimental study investigated whether different suture materials used in meniscus repair could damage adjacent cartilage during joint movement. The researchers used a friction testing setup with porcine knee specimens, comparing cartilage damage when loaded against normal meniscus (control) versus meniscus repaired with braided nonabsorbable or absorbable monofilament sutures, then assessed damage using visual staining and microscopic analysis. Both suture types caused significant damage to the superficial cartilage layers during repeated loading cycles, with braided nonabsorbable sutures producing slightly deeper damage, though the difference between suture materials was not statistically significant. The study also found that sutures positioned perpendicular to joint surface motion caused more extensive cartilage defects than those oriented parallel to the movement direction.
Diese experimentelle Tierstudie untersuchte, ob verschiedene Nahtmaterialien bei Meniskusreparaturen den Gelenkknorpel schädigen können. Die Forscher verwendeten ein biomechanisches Reibungstestmodell mit Schweineknien und testeten verschiedene Nahtmaterialien (geflochtene nicht-resorbierbare und resorbierbare Monofilament-Nähte) unter zyklischer Belastung, wobei Knorpelschäden makroskopisch und histologisch analysiert wurden. Beide Nahtmaterialien verursachten signifikante Schäden an den oberflächlichen Knorpelschichten, wobei geflochtene nicht-resorbierbare Nähte tendenziell tiefere Läsionen hervorriefen und senkrecht zur Bewegungsrichtung orientierte Nähte größere Defekte verursachten als parallel ausgerichtete. Die Ergebnisse zeigen, dass Meniskusnähte bei längerer mechanischer Belastung durchaus Knorpelschäden verursachen können, wobei das Ausmaß von Nahtmaterial und -orientierung abhängt.
Cette étude expérimentale visait à évaluer si différents matériaux de suture utilisés dans la réparation méniscale peuvent endommager le cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé un modèle porcin avec un dispositif de friction linéaire sous charge, comparant l'intégrité cartilagineuse lors du contact avec des ménisques suturés (sutures tressées non-résorbables vs monofilaments résorbables) versus des groupes contrôles, analysée par méthode à l'encre de Chine et histologie. Les résultats montrent que les deux types de sutures causent des dommages significatifs aux zones superficielles et transitionnelles du cartilage lors de chargements cycliques prolongés, avec des lésions plus profondes pour les sutures tressées non-résorbables. L'orientation des sutures perpendiculaire au mouvement de surface génère des défauts plus importants que l'orientation parallèle, suggérant l'importance de considérer ces facteurs lors des réparations méniscales.
This study investigated whether glucosamine supplementation could protect cartilage in soccer and rugby players who experience intense joint loading during training and competition. The researchers measured urinary biomarkers of cartilage breakdown (CTX-II) and synthesis (CPII) in athletes before and after glucosamine supplementation, comparing these levels to non-athlete controls.
The key findings showed that athletes had significantly higher levels of cartilage degradation markers compared to non-athletes, while cartilage synthesis markers remained normal, indicating an imbalance favoring cartilage breakdown. Glucosamine supplementation successfully reduced the cartilage degradation marker (CTX-II) in athletes without affecting cartilage synthesis (CPII), suggesting it helped restore a healthier balance of cartilage metabolism and provided protective effects against exercise-induced cartilage damage.
Diese Studie untersuchte die knorpelschützende Wirkung von Glucosamin auf die Gelenkgesundheit von Ausdauersportlern (Fußball- und Rugbyspielern). Die Forscher analysierten Urinmarker für Typ-II-Kollagenabbau (CTX-II) und -synthese (CPII) bei Athleten vor und nach Glucosamin-Supplementierung im Vergleich zu Kontrollpersonen. Die Ergebnisse zeigten, dass Athleten signifikant erhöhte CTX-II-Werte aufwiesen, was auf verstärkten Knorpelabbau hinweist, während die Kollagensynthese unverändert blieb. Die Glucosamin-Supplementierung reduzierte erfolgreich die CTX-II-Werte bei den Athleten, ohne die Kollagensynthese zu beeinträchtigen, was auf eine protektive Wirkung gegen belastungsinduzierten Knorpelabbau hindeutet.
Cette étude visait à évaluer l'action chondroprotectrice de la glucosamine sur le métabolisme cartilagineux chez des athlètes soumis à des contraintes articulaires intenses. Les chercheurs ont mesuré les marqueurs urinaires de dégradation (CTX-II) et de synthèse (CPII) du collagène de type II chez des joueurs de football et de rugby, avant et après administration d'un régime contenant de la glucosamine. Les résultats montrent que ces athlètes présentent des niveaux de CTX-II significativement élevés par rapport aux témoins non-athlètes, indiquant une dégradation cartilageuse accrue, tandis que la synthèse reste normale. L'administration de glucosamine a significativement réduit les niveaux de CTX-II sans affecter le CPII, démontrant une action chondroprotectrice par inhibition de la dégradation du collagène de type II tout en préservant sa synthèse.
This study investigated how the friction properties of knee cartilage and meniscus change under realistic walking conditions, compared to the static laboratory conditions typically used in previous research. The researchers used a dynamic friction testing device to simulate the varying loads and movements that occur during different phases of walking (stance phase when the foot is on the ground vs. swing phase when the leg is moving forward), and also tested a potential meniscal replacement biomaterial.
The key finding was that both cartilage and meniscus showed significantly higher friction coefficients during the swing phase compared to the stance phase of gait when tested under physiological conditions. The study also revealed that static laboratory testing conditions underestimate friction coefficients compared to dynamic gait conditions, suggesting that traditional testing methods may not accurately reflect how these tissues actually perform in the body during normal walking.
Diese Studie untersuchte die Reibungseigenschaften von Gelenkknorpel und Meniskus unter dynamischen Gangbedingungen, da bisherige Untersuchungen hauptsächlich unter konstanten Belastungs- und Bewegungsbedingungen durchgeführt wurden. Mit Hilfe eines dynamischen Reibungstestgeräts wurden drei verschiedene Testprotokolle angewendet, um den Einfluss variierender Bewegungs- und Belastungsbedingungen sowie physiologischer Gangparameter zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten erstmals, dass der Reibungskoeffizient während der Schwungphase statistisch signifikant höher war als während der Standphase des Gangs. Zusätzlich wiesen auch potentielle Meniskusersatzmaterialien unter dynamischen Gangbedingungen höhere Reibungswerte auf als unter statischen Testbedingungen, was darauf hindeutet, dass statische Tests die In-vivo-Reibungseigenschaften unterschätzen könnten.
Cette étude visait à analyser les propriétés de friction du cartilage articulaire et du ménisque sous des conditions dynamiques reproduisant la marche physiologique, contrairement aux études précédentes menées sous conditions statiques. Les chercheurs ont utilisé un dispositif de test de friction dynamique pour évaluer trois conditions différentes : variation du mouvement seul, variation de la charge normale, et reproduction complète des paramètres physiologiques de la marche. Les résultats révèlent pour la première fois que le coefficient de friction est statistiquement plus élevé pendant la phase d'oscillation que pendant la phase d'appui lors de la marche. Cette étude démontre également que les conditions statiques sous-estiment le coefficient de friction par rapport aux conditions dynamiques physiologiques, ce qui a des implications importantes pour l'évaluation des biomatériaux de remplacement méniscal.
This study investigated how temperature changes affect the molecular interactions between hyaluronic acid and chondroitin sulfate, two key lubricating molecules in joint cartilage. The researchers used computer simulations (molecular dynamics) to model these molecules in water at different temperatures (300-320 K) that mimic conditions during physical activities like walking and jogging. The simulations revealed that when chondroitin sulfate is added to hyaluronic acid solutions, it promotes the formation of more intermolecular hydrogen bonds compared to hyaluronic acid alone, creating enhanced crosslinking between the molecules. These findings suggest that the combination of these two molecules creates a more stable lubricating network that can better maintain joint lubrication properties under varying temperature conditions during physical activity.
Diese Studie untersuchte mittels Molekulardynamiksimulationen das temperaturabhängige Vernetzungsverhalten von Hyaluronsäure und Chondroitinsulfat, zwei wichtigen Glykosaminoglykanen der Gelenkschmierung. Die Forscher simulierten beide Biopolymere in wässriger Lösung bei verschiedenen physiologischen Temperaturen (300-320 K) und analysierten die Bildung und das Aufbrechen von intra- und intermolekularen Wasserstoffbrücken. Die Ergebnisse zeigen, dass Hyaluronsäure in Anwesenheit von Chondroitinsulfat mehr intermolekulare Wasserstoffbrücken bildet als in homogener Lösung, was die Netzwerkstabilität erhöht. Die Studie belegt, dass beide Moleküle als Viskositätsmodulatoren fungieren, deren Vernetzungseigenschaften von den physiochemischen Bedingungen abhängen.
Cette étude vise à comprendre les propriétés de réticulation physique entre l'acide hyaluronique et le sulfate de chondroïtine, deux glycosaminoglycanes essentiels à la lubrification du cartilage articulaire, en réponse aux variations de température. Les chercheurs ont utilisé des simulations de dynamique moléculaire tout-atome pour analyser le comportement de ces biopolymères en solution aqueuse à différentes températures physiologiques (300-320 K), en étudiant particulièrement la formation et la rupture des liaisons hydrogène intra- et intermoléculaires. Les résultats montrent que la présence de sulfate de chondroïtine favorise la formation de liaisons hydrogène intermoléculaires avec l'acide hyaluronique, augmentant ainsi la stabilité du réseau polymère. Cette synergie entre les deux molécules confirme leur rôle de modificateurs de viscosité dans le liquide synovial, avec des propriétés de réticulation dépendantes des conditions physicochimiques locales.
This study investigated whether preconditioning mesenchymal stem cells (MSCs) with low oxygen (hypoxia) and/or growth factor TGF-β3 could improve their survival and function in harsh environments similar to damaged cartilage and intervertebral discs. The researchers exposed bovine MSCs to different preconditioning treatments, analyzed changes in gene expression using microarrays, then tested cell survival and cartilage-like tissue production in low oxygen, nutrient-poor 3D cultures. Hypoxic preconditioning activated genes related to growth, metabolism, and stress response, and significantly improved MSC survival across all donors in the challenging culture conditions, while TGF-β3 preconditioning actually reduced survival. The findings suggest that exposing MSCs to low oxygen conditions before transplantation could enhance their ability to survive and function in the harsh environments of damaged cartilage and discs.
Diese Studie untersuchte, ob eine Vorkonditionierung mit Hypoxie und/oder TGF-β3 das Überleben und die extrazelluläre Matrixproduktion von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) in sauerstoff- und nährstoffarmen Umgebungen verbessern kann. Die Forscher konditionierten bovine MSCs unter verschiedenen Bedingungen vor und analysierten anschließend die Genexpression mittels Microarrays sowie das Zellüberleben und die Matrixproduktion in 3D-Pelletkulturen unter limitierten Bedingungen. Die hypoxische Vorkonditionierung führte zur Hochregulation von Genen für Wachstum, Zellkommunikation und Stressantwort und verbesserte signifikant das MSC-Überleben aller Spender, während TGF-β3-Vorkonditionierung das Überleben verschlechterte. Die Ergebnisse unterstützen stark den Einsatz hypoxischer Vorkonditionierung zur Verbesserung des MSC-Überlebens nach Implantation in avaskuläre Gew
Cette étude visait à déterminer si un préconditionnement hypoxique et/ou au TGF-β3 pouvait améliorer la survie des cellules souches mésenchymateuses (CSM) et la production de matrice extracellulaire dans un microenvironnement pauvre en oxygène et nutriments. Les chercheurs ont préconditionné des CSM bovines en monocouche sous normoxie ou hypoxie, avec ou sans TGF-β3, puis analysé l'expression génique par puces à ADN et évalué la survie cellulaire en culture de sphéroïdes dans des conditions défavorables. Le préconditionnement hypoxique a induit une surexpression de gènes liés à la croissance, au métabolisme et à la réponse au stress, et a significativement amélioré la survie des CSM chez tous les donneurs, contrairement au TGF-β3 qui a diminué la survie. Ces résultats soutiennent fortement l'utilisation du préconditionnement hypoxique pour améliorer la survie post-implantation des CSM dans les tissus avasculaires comme le disque intervertébral et le cartilage art
This review aimed to evaluate how different types of exercise affect osteoarthritis (OA) development and progression by examining biomarker responses and cartilage adaptations in both animal and human studies. The authors conducted a literature review focusing on OA biomarkers that reflect joint remodeling and cartilage changes, moving beyond traditional radiographic measures that poorly correlate with patient symptoms. The review highlighted that while exercise has potential preventive and therapeutic benefits for OA, the evidence remains conflicted regarding which types of exercise are beneficial versus harmful for joint health. The authors concluded that combining biomarker analysis with imaging evidence could help clinicians develop more personalized, evidence-based exercise prescriptions for OA management.
Diese Übersichtsarbeit zielte darauf ab, die aktuelle Literatur zu Osteoarthritis-Biomarkern und der Rolle körperlicher Aktivität im Management der Osteoarthritis zu evaluieren. Die Autoren analysierten Studien aus Tier- und Humanmodellen, die sowohl radiographische Kriterien als auch biochemische Biomarker zur Bewertung von Gelenkumbau und Krankheitsprogression untersuchten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kombination aus Osteoarthritis-Biomarkern und radiographischer Bildgebung bessere Einblicke in die Knorpeladaptation durch Bewegung liefert als traditionelle Bewertungsmethoden allein. Die Erkenntnisse sollen Klinikern dabei helfen, evidenzbasierte und individuell angepasste Bewegungsempfehlungen in die klinische Behandlung der Osteoarthritis zu integrieren.
Cette revue évalue l'impact de l'activité physique sur l'arthrose en analysant les biomarqueurs et l'adaptation du cartilage chez les modèles animaux et humains. L'objectif principal est d'examiner la littérature actuelle pour clarifier le rôle controversé de l'exercice dans la prévention et la progression de l'arthrose, en s'appuyant sur les biomarqueurs plutôt que sur les seuls critères radiographiques traditionnels. Les auteurs soulignent que les biomarqueurs du remodelage articulaire, notamment ceux du cartilage articulaire et du liquide synovial, offrent une meilleure évaluation des effets de l'exercice que l'imagerie radiographique seule. Cette approche vise à fournir aux cliniciens des recommandations d'exercice basées sur des preuves scientifiques pour une prise en charge personnalisée de l'arthrose.
This study aimed to develop a novel nanoparticle delivery system for microRNA-149-5p to promote cartilage regeneration in osteoarthritis treatment. The researchers created nanoparticles using three natural polysaccharides (chondroitin sulfate, hyaluronic acid, and chitosan) and optimized their composition, then loaded them with microRNA-149-5p, which is reduced in osteoarthritis patients. The key finding was that nanoparticles with higher chondroitin sulfate content were smaller and achieved the best gene delivery efficiency, successfully increasing microRNA-149-5p levels while decreasing its target gene FUT-1. The dual benefit of both delivering therapeutic microRNA and providing chondroitin sulfate enhanced cartilage formation (chondrogenesis) in human mesenchymal stem cells, suggesting this approach could offer a promising treatment strategy for osteoarthritis.
Diese Studie zielte darauf ab, ein neuartiges Nanopartikelsystem aus drei Polysacchariden (Chondroitinsulfat/Hyaluronsäure/Chitosan) zur Beladung mit microRNA-149-5p zu entwickeln und dessen Potenzial für die Knorpelregeneration zu untersuchen. Die Forscher charakterisierten die Nanopartikel chemisch und morphologisch, optimierten die Chondroitinsulfat-Konzentration hinsichtlich Größe und Oberflächenladung, und testeten die Beladungseffizienz, Freisetzungskinetik sowie Gentransfektionseffizienz in vitro. Die Ergebnisse zeigten, dass alle Nanopartikelformulierungen nicht-toxisch waren und eine erfolgreiche Transfektion der therapeutischen microRNA-149-5p erreichten, wobei kleinere Partikel mit höherem Chondroitinsulfat-Gehalt die beste Transfektionseffizienz aufwiesen. Zusätzlich förderten die Nanopartikel die Chondrogenese humaner mesenchymaler Stammzellen, was
Cette étude visait à développer un système de nanoparticules à base de trois polysaccharides (sulfate de chondroïtine/acide hyaluronique/chitosan) pour délivrer le microARN-149-5p thérapeutique et promouvoir la chondrogenèse des cellules souches mésenchymateuses humaines. Les chercheurs ont optimisé la formulation des nanoparticules en fonction de leur taille et charge, puis évalué leur efficacité de transfection génique, leur cytotoxicité et leur capacité à induire la différenciation chondrocytaire in vitro. Les résultats montrent que toutes les formulations étaient non-toxiques et efficaces pour la délivrance génique, avec une augmentation des niveaux de microARN-149-5p et une diminution de son ARNm cible FUT-1. Les nanoparticules ont également démontré leur capacité à stimuler la chondrogenèse, suggérant un potentiel thérapeutique prometteur pour le traitement de l'arthrose par régénération cartilagineuse.
This study examined how vitamin D supplementation affects cartilage development in young, healthy rats during a critical growth period. Researchers divided 12 nine-week-old male rats into three groups receiving different vitamin D levels in their diet for 10 weeks: normal (1400 IU/kg), supplemented (4000 IU/kg), or restricted (0 IU/kg), then analyzed cartilage thickness, structure, and protein markers. Vitamin D restriction led to thinner cartilage, reduced protective proteins (collagen II, proteoglycans), and increased markers of cartilage breakdown (collagen X), while supplementation produced the opposite effects with thicker cartilage and better joint lubrication proteins. These findings suggest that vitamin D supplementation may promote healthier cartilage development in young individuals, though further research is needed to confirm clinical applications.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen einer Vitamin D-Supplementierung versus -Restriktion auf die Gelenkknorpelentwicklung bei jungen, gesunden Ratten. Zwölf männliche Sprague-Dawley-Ratten erhielten über 10 Wochen verschiedene Vitamin D-Diäten (normal, supplementiert mit 4000 IU/kg, oder restringiert mit 0 IU/kg), woraufhin die Knorpelmorphologie, -dicke und Expression knorpelassoziierter Moleküle histologisch und immunhistochemisch analysiert wurden. Die Vitamin D-Restriktion führte zu signifikant dünnerer Knorpelschicht, reduzierten Proteoglykanen und Kollagen II sowie erhöhtem Kollagen X, während die Supplementierung eine dickere Knorpelschicht, vermehrte Proteoglykanablagerung und höhere Lubricin-Expression bewirkte. Die Ergebnisse zeigen, dass bereits nach 10 Wochen eine Vitamin D-Supplementierung positive Effekte auf Knorpeldicke, Gelenkschmierung und
**Résumé :**
Cette étude a évalué les effets de la supplémentation et de la restriction en vitamine D sur le développement du cartilage articulaire chez de jeunes rats sédentaires en bonne santé. Douze rats mâles Sprague-Dawley de neuf semaines ont été soumis pendant 10 semaines à trois régimes différents (normal, supplémenté ou restreint en vitamine D), puis des analyses histologiques, histomorphométriques et immunohistochimiques ont été réalisées sur le cartilage tibial. La restriction en vitamine D a provoqué une diminution significative de l'épaisseur cartilagineuse, des protéoglycanes et du collagène II, ainsi qu'une augmentation du collagène X, tandis que la supplémentation a entraîné une épaisseur cartilagineuse accrue, un dépôt renforcé de protéoglycanes dans la matrice extracellulaire et une expression plus élevée de lubricine. Ces résultats suggèrent qu'une supplémentation alimentaire en vitamine D favorise le développement du cartilage articulaire, la lubrification articulaire et le dépô
This pilot study aimed to identify biomarkers of treatment efficacy for Hymovis® (a hyaluronic acid derivative) to inform the design of a larger placebo-controlled trial investigating its disease-modifying effects in knee osteoarthritis. Forty-six patients with symptomatic knee OA received two treatment cycles of intra-articular Hymovis® injections six months apart, with assessments including blood biomarkers, MRI imaging, and clinical outcomes over one year. The study found significant increases in type II collagen synthesis markers (COLL2-1 and PIIANP) and decreased ratios indicating reduced cartilage breakdown, alongside increased cartilage volume and thickness in lateral knee compartments on MRI. These findings suggest Hymovis® may enhance cartilage turnover and provide structural benefits, with the treatment being well-tolerated and improving clinical symptoms and function scores.
Diese Pilotstudie untersuchte die krankheitsmodifizierende Wirkung von HYMOVIS® (Hyaluronsäure-Derivat) bei 46 Patienten mit symptomatischer Kniearthrose, um Biomarker für die Wirksamkeit zu identifizieren und eine größere placebokontrollierte Studie zu planen. Die Patienten erhielten zwei Behandlungszyklen mit jeweils zwei intraartikulären Injektionen im 6-Monats-Abstand und wurden mittels MRT-Bildgebung, Serum-Biomarkern und klinischen Scores über ein Jahr nachverfolgt. Die Hauptergebnisse zeigten einen signifikanten Anstieg der Typ-II-Kollagen-Biomarker (COLL2-1, PIIANP) und eine Zunahme des Knorpelvolumens in den lateralen Kniekompartimenten, während gleichzeitig die Knorpelabbau-Marker-Verhältnisse sanken. Diese Befunde deuten zusammen mit der Verbesserung klinischer Parameter und dem günstigen Sicherheitsprofil auf einen posit
Cette étude pilote multicentrique a évalué les effets biologiques et structuraux du Hymovis®, un dérivé d'acide hyaluronique, chez 46 patients souffrant d'arthrose symptomatique du genou. Les patients ont reçu deux cycles de traitement par injections intra-articulaires à 6 mois d'intervalle, avec un suivi par biomarqueurs sanguins et IRM sur 1 an. Les résultats montrent une augmentation significative du turnover du collagène de type II (hausse des taux de COLL2-1 et PIIANP) avec une diminution du catabolisme cartilagineux, ainsi qu'une augmentation du volume cartilagineux dans les compartiments fémoral latéral et trochléen latéral à l'IRM. Cette étude fournit des données prometteuses sur l'effet modificateur de structure du Hymovis® et constitue une base pour concevoir un essai clinique de phase III contrôlé versus placebo.
This study aimed to characterize the structure and composition of the most superficial layer of articular cartilage, which is critical for joint function but poorly understood. The researchers physically peeled off a transparent membrane (20.0 ± 4.7 μm thick) from sheep femoral condyles and analyzed it using three advanced microscopy techniques: confocal microscopy, second harmonic generation microscopy, and atomic force microscopy. They found that this superficial layer contains chondrocytes, densely packed collagen, and elastic fibers arranged in a specific pattern—with elastic fibers most concentrated at the surface where collagen and cell densities are lowest, and a dense fibrillar network at the interface with underlying cartilage. These findings provide new insights into cartilage structure that could improve understanding of osteoarthritis progression and inform tissue engineering approaches for cartilage repair.
Diese Studie zielte darauf ab, die Ultrastruktur der oberflächlichsten Schicht des Gelenkknorpels zu charakterisieren, um deren Rolle bei der Lastenübertragung und Verschleißresistenz besser zu verstehen. Die Forschenden isolierten mechanisch eine 20,0 ± 4,7 μm dicke transparente Membran von Schafskondylen und analysierten diese mittels Konfokalmikroskopie, Second-Harmonic-Generation-Mikroskopie und Atomkraftmikroskopie. Die Untersuchungen zeigten, dass diese oberflächlichste Schicht Chondrozyten, dicht gepacktes Kollagen, grobe elastische Fasern und ein feines elastisches Netzwerk enthält, wobei die elastischen Fasern vorwiegend an der Oberfläche lokalisiert sind, wo Kollagen- und Chondrozytendichte am geringsten sind. Diese Erkenntnisse über die komplexe Zusammensetzung und Grenzflächenstruktur zwischen oberflächlicher Schicht und darunterliegendem Knorpel tragen wesentlich zum Ver
Cette étude visait à caractériser la structure ultrastructurale de la couche la plus superficielle du cartilage articulaire, cruciale pour les propriétés de friction et la résistance à l'usure. Les chercheurs ont physiquement pelé une membrane transparente de 20,0 ± 4,7 μm d'épaisseur depuis la région centrale des condyles fémoraux de mouton, puis l'ont analysée indépendamment du cartilage sous-jacent en utilisant la microscopie confocale, la génération de seconde harmonique et la microscopie à force atomique. Les résultats révèlent que cette couche superficielle contient des chondrocytes, du collagène densément organisé, des fibres élastiques grossières et un réseau élastique fin, avec une distribution variable selon la profondeur - les fibres élastiques étant plus prévalentes en surface où les densités de collagène et de chondrocytes sont plus faibles. Ces découvertes sur la composition et l'organisation structurelle de cette couche critique contribueront à mieux comprendre les mécanismes d'usure du cartilage et pourraient orienter le développement de nouvelles approches d'ingénierie
This exploratory study evaluated whether a canine IL4-10 fusion protein could serve as a disease-modifying osteoarthritis drug (DMOAD) by testing its chondroprotective, anti-inflammatory, and pain-relieving effects. Researchers used a canine groove model of knee osteoarthritis, injecting either the fusion protein or saline weekly for 10 weeks, then assessed joint function using force plate analysis and cartilage health through biochemical and histological methods. The study found that while human IL4-10 fusion protein caused antibody formation that blocked its effectiveness, the canine-specific version successfully reduced inflammation and increased cartilage proteoglycan synthesis in laboratory tests. In the living animal model, the canine fusion protein restored normal joint loading (indicating pain relief) and increased cartilage proteoglycan content, demonstrating promising DMOAD activity that warrants further investigation.
Diese Studie untersuchte das krankheitsmodifizierende Potenzial eines caninen IL4-10 Fusionsproteins bei Osteoarthritis in einem Hundemodell. Die Forscher entwickelten ein speziesspezifisches IL4-10 Fusionsprotein und testeten es über zehn Wochen mittels wöchentlicher intraartikulärer Injektionen im caninen Groove-Modell der Knie-Osteoarthritis, wobei sie Gelenkbelastung, Knorpelhistologie und Proteoglykan-Stoffwechsel analysierten. Das canine IL4-10 Fusionsprotein zeigte sowohl in vitro als auch in vivo chondroprotektive und entzündungshemmende Eigenschaften, verbesserte die durch Osteoarthritis beeinträchtigte Gelenkbelastung signifikant (p=0,002) und erhöhte den Knorpel-Proteoglykangehalt (p=0,029). Diese Ergebnisse belegen erstmals das krankheitsmodifizierende Potenzial von IL4-10 Fusionsprotein bei wiederholter Anwendung und
Cette étude exploratoire visait à évaluer l'activité modificatrice de maladie d'une protéine de fusion IL4-10 canine dans un modèle canin d'arthrose du genou. Les chercheurs ont utilisé le modèle de rainure canine avec injections intra-articulaires hebdomadaires pendant 10 semaines, en analysant la charge articulaire par plateforme de force et en évaluant histochimiquement et biochimiquement le cartilage et les tissus synoviaux. La protéine de fusion IL4-10 canine (développée après échec immunogène de la version humaine) a démontré des effets anti-inflammatoires et chondroprotecteurs in vitro, ainsi qu'une restauration de la charge articulaire (p=0,002) et une augmentation du contenu en protéoglycanes cartilagineux (p=0,029) in vivo. Ces résultats suggèrent que cette protéine de fusion possède des propriétés chondroprotectrices et analgésiques prometteuses comme candidat DMOAD.
This study investigated how articular cartilage responds when sliding against metal implants under different loading conditions, aiming to understand potential damage mechanisms in metal-on-cartilage joint replacements. The researchers used a microtribometer to slide bovine cartilage samples against cobalt-chromium-molybdenum metal cylinders at various loads and velocities, then measured cartilage cell activity, gene expression, and metal corrosion. The results showed that high loads and velocities increased cartilage metabolic activity and caused both surface damage to cartilage and corrosion of the metal implant, while low velocities with high friction promoted harmful cartilage breakdown genes. These findings suggest that metal corrosion particles may contribute to cartilage wear in joint replacements, providing important insights for surgeons performing knee resurfacing and total knee replacement procedures.
Diese In-vitro-Studie untersuchte die Reaktionen von Gelenkknorpel beim Gleiten gegen Metallimplantate unter verschiedenen Belastungsbedingungen, um potenzielle Schädigungsmechanismen in Metall-auf-Knorpel-Paarungen zu identifizieren. Mittels Mikrotribometer wurden bovine Knorpelproben gegen Kobalt-Chrom-Molybdän-Zylinder bei unterschiedlichen Lasten und Gleitgeschwindigkeiten getestet, wobei histologische und metabolische Parameter sowie die Biotribokorrosion des Metalls analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass hohe Belastung und Geschwindigkeit zu verstärkter metabolischer Aktivität der Chondrozyten und knorpelspezifischer Genexpression führten, jedoch auch Oberflächenschäden und Metallkorrosion verursachten, während niedrige Geschwindigkeiten bei hohen Reibungskoeffizienten die Expression katabolder Gene erhöhten. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Korrosionspartikel eine wichtige Rolle
Cette étude in vitro visait à analyser la réponse du cartilage articulaire aux contraintes de friction lors du glissement contre un implant métallique, afin d'identifier les mécanismes potentiels de dégradation dans un appariement métal-cartilage. Les chercheurs ont utilisé un microtribomètre pour faire glisser de manière réciproque des cylindres ostéochondraux bovins contre des cylindres métalliques (alliage cobalt-chrome-molybdène) sous différentes charges et vitesses, puis ont évalué les effets par analyses histologiques et métaboliques. Les résultats montrent que les charges et vitesses élevées stimulent l'activité métabolique des chondrocytes et l'expression de gènes spécifiques du cartilage, mais provoquent également une biotribocorrosion de l'implant métallique et des dommages à la surface cartilagineuse, tandis que les faibles vitesses avec un coefficient de friction élevé augmentent l'expression de gènes cataboliques. Ces findings suggèrent que les particules de corrosion peuvent contribuer à l'usure méchano-biochimique du cartilage articulaire après impl
This study aimed to evaluate how micelle crosslinking and long-term swelling affect the mechanical properties of hyaluronic acid hydrogels designed for cartilage repair. The researchers tested hydrogels made from methacrylated hyaluronic acid crosslinked with Pluronic F127 diacrylate micelles, measuring their mechanical properties before and after swelling in physiological conditions, followed by implantation in rabbit cartilage defects for 8 weeks. The optimized hydrogel (15% F127DA, 1.5% hyaluronic acid) showed low swelling and maintained good mechanical properties even after hydration, though compressive strength decreased from 3.44 MPa to 0.59 MPa after swelling. In vivo testing demonstrated that these hydrogels successfully promoted cartilage regeneration in rabbit thyroid cartilage defects, suggesting they are promising scaffolds for cartilage tissue engineering applications.
Diese Studie untersuchte mizellen-vernetzte Hyaluronsäure-Hydrogele (NMGels) als potenzielle Gerüstmaterialien für die Knorpelreparatur, wobei der Fokus auf den mechanischen Eigenschaften vor und nach Quellung sowie der In-vivo-Anwendung lag. Die Forscher führten mechanische Analysen und zyklische Belastungstests an optimierten Hydrogelen (F15H1.5) durch und testeten diese in Kaninchen-Schildknorpeldefekten über 8 Wochen. Obwohl die Quellung die mechanischen Eigenschaften deutlich reduzierte (Druckfestigkeit von 3,44 MPa auf 0,59 MPa), behielten die Hydrogele aufgrund der dichten Mizellen-Vernetzung noch ausreichende Steifigkeit und Selbstheilungsfähigkeiten. Die In-vivo-Studien zeigten eine erfolgreiche Knorpelregeneration nach 8 Wochen, was das Potenzial dieser steifen NMGels als vielversprechende Gerüstmaterialien für das Kn
Cette étude vise à évaluer l'effet du gonflement à long terme sur les propriétés mécaniques d'hydrogels d'acide hyaluronique réticulés par des nano-micelles pour la réparation cartilagineuse. Les chercheurs ont caractérisé mécaniquement des hydrogels composés de F127DA (15% en poids) et de MEHA (1,5% en poids) avant et après gonflement, puis testé leur efficacité in vivo sur des défects cartilagineux thyroïdiens chez le lapin. Bien que le gonflement diminue significativement les propriétés mécaniques (résistance compressive passant de 3,44 MPa à 0,59 MPa), les hydrogels conservent une rigidité et une capacité d'auto-récupération excellentes grâce aux liaisons micellaires denses. L'implantation in vivo démontre une régénération cartilagineuse efficace après 8 semaines, confirmant le potentiel de ces hydrogels comme scaffolds pour l'ingénierie tissulaire du cartilage.
This study investigated whether endoplasmic reticulum (ER) stress in cartilage cells influences osteoarthritis (OA) development and progression using mouse models with surgically induced OA. The researchers compared wild-type mice with genetically modified mice that had either increased ER stress capacity (C/C mice) or reduced ER stress sensing ability (ATF6α knockout mice), then assessed cartilage damage over time using tissue analysis and gene expression profiling. The key finding was that mice with enhanced ER stress management (C/C mice) showed significantly less cartilage damage at 2 weeks after surgery, suggesting that a better cellular capacity to handle ER stress can delay early OA onset. However, this protective effect disappeared over time, and mice lacking ER stress sensors showed no difference in OA severity, indicating that while ER stress management may influence early cartilage damage, it does not affect long-term disease progression once OA is established.
Diese Studie untersuchte die Rolle von endoplasmatischem Retikulum (ER)-Stress in Chondrozyten bei der Entstehung und Progression experimenteller Osteoarthritis. Die Forscher induzierten Arthrose mittels Destabilisierung des Medialmeniskus (DMM) in verschiedenen Mauslinien, einschließlich Mäusen mit erhöhtem ER-Stress (C/C) und ATF6α-defizienten Mäusen, und analysierten die Knorpelschädigung histologisch sowie mittels RNA-Sequenzierung. Die Ergebnisse zeigten, dass Mäuse mit vorab erhöhtem ER-Stress (C/C) zwei Wochen nach DMM signifikant weniger schwere Arthrose-Veränderungen aufwiesen, was mit höheren BIP-Proteinspiegeln und verzögerter Chondrozyten-Apoptose assoziiert war. Die Studie deutet darauf hin, dass eine verbesserte Fähigkeit zur ER-Stress-Bewältigung durch Präkonditionierung den Arthrose-Beginn verzögern kann
Cette étude examine le rôle du stress du réticulum endoplasmique (RE) des chondrocytes dans le développement de l'arthrose expérimentale. Les chercheurs ont utilisé des souris génétiquement modifiées (souris C/C avec stress RE accru, souris ATF6α déficientes) et induit l'arthrose par déstabilisation du ménisque médial, puis analysé la sévérité histologique et les profils d'expression génique par RNA-seq. Les résultats montrent que les souris C/C, pré-conditionnées au stress RE, présentent une réduction significative de la sévérité arthrosique à 2 semaines post-opératoires, associée à des niveaux plus élevés de la protéine protectrice BiP et un retard de l'apoptose chondrocytaire. L'étude conclut qu'une capacité accrue à gérer le stress du RE peut retarder l'apparition de l'arthrose mais n'influence pas sa progression une fois établie.
This review examines systemic drugs that can influence cartilage health and osteoarthritis progression. The authors conducted a comprehensive literature review to categorize medications based on their effects on cartilage metabolism and repair. The study found that several systemic agents have demonstrated clinical benefits for cartilage health, including alendronate, glucosamine, chondroitin sulfate, hyaluronic acid, and certain vitamins, while others like calcitonin and risedronate showed no protective effects in clinical trials. Many promising compounds are still in preclinical stages requiring clinical validation, and importantly, some commonly used drugs like corticosteroids and fluoroquinolones may actually impair cartilage healing.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte die Wirkung systemisch verabreichter Medikamente auf die Osteoarthrose und Knorpelheilung. Die Autoren analysierten verfügbare Literatur zu verschiedenen Pharmaka und bewerteten deren Einfluss auf den Knorpelstoffwechsel anhand von In-vitro-Studien, Tierversuchen und klinischen Studien. Die Ergebnisse zeigen, dass neun Substanzen (u.a. Alendronat, Glucosamin, Chondroitinsulfat, Vitamin C und D) in klinischen Studien positive Effekte auf die Knorpelregeneration demonstrierten, während vier Medikamente (Calcitonin, Risedronat, Doxycyclin, Celecoxib) keine Verlangsamung der Knorpeldegeneration bewirkten. Zusätzlich identifizierten die Autoren zahlreiche experimentelle Substanzen mit vielversprechenden präklinischen Ergebnissen sowie drei Medikamentengruppen (Kortikosteroide, Vitamin A, Fluorochinolone), die sich neg
Cette revue examine l'impact des médicaments systémiques sur l'arthrose et la réparation du cartilage articulaire. Les auteurs ont analysé les données d'essais cliniques et d'études précliniques pour catégoriser les agents pharmacologiques selon leur effet sur le métabolisme cartilagineux. Les résultats montrent que neuf médicaments (alendronat, glucosamine, sulfate de chondroïtine, acide hyaluronique, hydrolysat de collagène, vitamines C et D, aspirine, et ranélate de strontium) ont démontré des effets bénéfiques en clinique, tandis que quatre autres (calcitonine, risédronat, doxycycline, célécoxib) se sont révélés inefficaces. L'étude identifie également plusieurs molécules prometteuses en développement préclinique et confirme que les corticostéroïdes, la vitamine A et les fluoroquinolones altèrent la cicatrisation cartilagineuse.
This study investigated how WNT/β-catenin signaling regulates cartilage health in the superficial zone, the outermost layer of articular cartilage. The researchers used genetically modified mice to either delete or enhance β-catenin signaling specifically in superficial zone cells, and examined the effects on lubricin (PRG4) production and cartilage degeneration. They found that WNT/β-catenin signaling is naturally high in the superficial zone and directly controls lubricin expression - when signaling was lost, lubricin decreased and osteoarthritis accelerated, while enhanced signaling increased lubricin and protected against cartilage damage. The study also showed that mechanical loading and specific WNT proteins (WNT5A, WNT5B) can boost this protective pathway, suggesting that proper WNT/β-catenin signaling in the superficial zone is crucial for maintaining healthy joint cartilage through lubricin regulation.
Diese Studie untersuchte die Rolle der WNT/β-Catenin-Signalübertragung in der oberflächlichen Zone des Gelenkknorpels für die Regulation von Lubricin (PRG4) und die Knorpelhomöostase. Die Forscher verwendeten genetisch modifizierte Mausmodelle mit spezifischem Knockout oder stabilisiertem β-Catenin in der oberflächlichen Zone sowie in vitro Experimente mit primären Zellen. Die Ergebnisse zeigten, dass WNT/β-Catenin-Signaling die PRG4-Expression direkt reguliert - bei Verlust der Signalübertragung entwickelte sich verstärkt Arthrose mit verringerter PRG4-Expression, während eine Stabilisierung zu erhöhter PRG4-Expression und Schutz vor Knorpeldegeneration führte. Mechanische Belastung verstärkte diese protektiven Effekte durch Hochregulation von WNT-Liganden und dem Transkriptionsfaktor CREB1, was die Bedeutung der mechanobiologischen Regulation für die Gelenkgesundheit unterstreicht.
Cette étude examine le rôle de la signalisation WNT/β-caténine dans l'homéostasie du cartilage articulaire, spécifiquement dans sa zone superficielle (SFZ). Les chercheurs ont utilisé des modèles murins génétiquement modifiés (knock-out et stabilisation de β-caténine spécifiques à la SFZ) et des cultures cellulaires primaires pour analyser la régulation de l'expression de PRG4 (lubricine). Les résultats montrent que la signalisation WNT/β-caténine est essentielle au maintien de l'intégrité cartilagineuse : sa perte accélère le développement de l'arthrose tandis que sa stabilisation protège contre la dégénérescence cartilagineuse, via la régulation positive de PRG4. Cette régulation implique notamment les ligands WNT5A et WNT5B, et est stimulée par les contraintes mécaniques et le facteur de transcription CREB1.
This study aimed to improve the therapeutic potential of bone marrow mesenchymal stem cell (BMSC)-derived exosomes for cartilage repair by preconditioning the cells with kartogenin (KGN). The researchers treated BMSCs with KGN before collecting their exosomes, then tested these modified exosomes in both laboratory and animal models of cartilage damage. The results showed that exosomes from KGN-preconditioned BMSCs were more effective than standard BMSC exosomes, promoting better cartilage matrix formation and reducing tissue breakdown. This preconditioning approach offers a promising strategy to standardize and enhance the therapeutic effects of stem cell-derived exosomes for cartilage regeneration.
Diese Studie untersuchte, ob eine Vorkonditionierung von Knochenmark-mesenchymalen Stammzellen (BMSC) mit Kartogenin (KGN) die therapeutische Wirksamkeit der daraus gewonnenen Exosomen für die Knorpelreparatur verbessern kann. Die Forscher behandelten BMSC mit KGN vor der Exosomen-Gewinnung und testeten diese modifizierten Exosomen sowohl in vitro als auch in vivo auf ihre regenerativen Eigenschaften. Die Ergebnisse zeigten, dass Exosomen aus KGN-vorkonditionierten BMSC (KGN-BMSC-Exos) eine deutlich bessere therapeutische Wirkung aufwiesen als herkömmliche BMSC-Exosomen. Konkret führte die KGN-Vorkonditionierung zu einer verstärkten Bildung der Knorpelmatrix und reduzierte deren Abbau, was auf eine vielversprechende Strategie zur Optimierung exosomenbasierter Knorpeltherapien hinweist.
Cette étude visait à produire des exosomes homogènes et plus efficaces pour la régénération cartilagineuse en préconditionnant des cellules souches mésenchymateuses de moelle osseuse (BMSC) avec la kartogénine (KGN). Les chercheurs ont comparé les performances thérapeutiques des exosomes dérivés de BMSC préconditionnées par KGN (KGN-BMSC-Exos) versus les exosomes de BMSC non traitées (BMSC-Exos) dans des expériences in vitro et in vivo. Les résultats démontrent que le préconditionnement par KGN améliore significativement l'efficacité thérapeutique des exosomes, favorisant une formation matricielle cartilagineuse renforcée et réduisant la dégradation tissulaire. Cette approche offre une stratégie prometteuse pour standardiser et optimiser les thérapies à base d'exosomes dans la réparation cartilagineuse.
This study aimed to compare cartilage biomechanical responses under physiologically relevant biaxial loading (with sliding contact) versus traditional uniaxial cyclic compression used in laboratory experiments. The researchers used finite element analysis to simulate both loading conditions and examine fluid pressure, tissue strains, and rehydration patterns in cartilage explants. The biaxial loading with sliding motion maintained constant fluid pressure and tissue strains throughout the simulation due to continuous tissue rehydration, while uniaxial compression led to rapid tissue consolidation with 19% and 26% reductions in fluid pressure and transverse strain, respectively. The findings suggest that physiological sliding contact loading should be incorporated into mechanobiological studies since it better replicates in vivo joint conditions and produces distinctly different biomechanical responses compared to conventional testing methods.
Diese Studie zielte darauf ab, ein physiologisch relevanteres Belastungsprotokoll für die In-vitro-Testung von Knorpelexplantaten zu entwickeln, da bisherige mechanobiologische Experimente hauptsächlich nicht-physiologische uniaxiale Belastungen verwendeten. Mittels Finite-Elemente-Analyse wurden die biomechanischen Reaktionen von Knorpel unter zwei verschiedenen Belastungsregimen verglichen: biaxiale Belastung mit wandernder Kontaktfläche versus herkömmliche uniaxiale zyklische Kompression. Die Ergebnisse zeigten, dass die biaxiale Belastung mit relativer Oberflächenbewegung konstanten Fluiddruck und gleichmäßige Gewebedehnungen aufrechterhielt, während bei der zyklischen Kompression Fluiddruck und Querdehnung um 19% bzw. 26% abnahmen. Die Autoren schlussfolgern, dass physiologische Belastungsmodi mit Gleitkontakt für eine realistische Bewertung des biomechanischen und mechanobiologischen Verhaltens von Knorpel berücksichtigt werden
Cette étude visait à développer un protocole de chargement plus physiologique pour les tests mécanobiologiques in vitro du cartilage articulaire, en comparaison avec les méthodes traditionnelles de compression uniaxiale. Les chercheurs ont utilisé une analyse par éléments finis pour comparer la réponse biomécanique du cartilage sous deux régimes de chargement : un chargement biaxial avec zone de contact migratoire (plus physiologique) versus une compression cyclique uniaxiale non confinée (méthode traditionnelle). Les résultats montrent que le chargement biaxial maintient une pression fluidique et des déformations tissulaires constantes grâce à la réhydratation continue, tandis que la compression cyclique entraîne une consolidation rapide du tissu avec une réduction de 19% de la pression fluidique et de 26% des déformations transversales. Cette étude démontre l'importance d'utiliser des protocoles de chargement physiologiques incluant le mouvement de surface relatif pour mieux comprendre le comportement mécanique et mécanobiologique du cartilage.
This study investigated whether electroacupuncture (EA) could protect knee cartilage in osteoarthritis by improving pain and muscle function in rabbits. Researchers induced knee osteoarthritis through 6 weeks of immobilization, then treated rabbits with either electroacupuncture or celecoxib (a standard anti-inflammatory drug) for 4 weeks, using multiple assessment methods including pain scoring, muscle function testing, and detailed cartilage analysis through nanoindentation and various staining techniques. The results showed that electroacupuncture effectively reduced pain scores and improved thigh muscle function (rectus femoris and biceps femoris) compared to untreated osteoarthritic animals. Most importantly, electroacupuncture slowed cartilage breakdown by improving cartilage biomechanical properties, reducing cartilage damage scores, and decreasing markers of collagen degradation, suggesting that better muscle function and pain relief led to more normal joint loading and reduced cartilage stress.
Diese Studie untersuchte, ob Elektroakupunktur (EA) durch Schmerzlinderung und Verbesserung der Muskelfunktion den Knorpelabbau bei Kniearthrose verlangsamen kann. In einem Kaninchenmodell wurde Arthrose durch 6-wöchige Immobilisation induziert, gefolgt von 4-wöchiger Behandlung mit EA oder Celecoxib, wobei Schmerz, Muskelfunktion und Knorpeleigenschaften mittels verschiedener biomechanischer und histologischer Methoden analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass EA sowohl Schmerz- und Funktionsscores als auch die Muskelfunktion signifikant verbesserte, was zu einer verlangsamten Knorpeldegradation mit verbesserter Viskoelastizität und reduziertem Kollagen-Typ-II-Abbau führte. Die Studie belegt, dass EA durch Optimierung der biomechanischen Gelenkbelastung über Schmerzreduktion und Muskelstärkung therapeutische Effekte bei Arthrose entfalten kann.
Cette étude visait à évaluer si l'électroacupuncture (EA) peut améliorer la dégradation cartilagineuse dans l'arthrose du genou en soulageant la douleur et en optimisant la fonction musculaire pour corriger les contraintes biomécaniques anormales. Les chercheurs ont utilisé un modèle rabbit d'arthrose induite par immobilisation, puis ont appliqué différents traitements (EA et célécoxib) pendant 4 semaines, en évaluant la douleur, la fonction musculaire (muscles droit fémoral et biceps fémoral) et les propriétés du cartilage par diverses techniques incluant la nano-indentation et l'analyse histologique. Les résultats montrent que l'EA réduit significativement les scores de douleur et de handicap, améliore la fonction musculaire, et ralentit la dégradation cartilagineuse avec une diminution du score de Mankin et de l'expression du CTX-II. L'étude démontre que l'EA améliore les propriétés viscoélastiques du cartilage en corrigeant les charges biomécaniques inappropriées via le soulagement de la douleur
This study investigated how high molecular weight hyaluronan (HMW-HA) affects cathepsin K expression in cartilage cells under mechanical stress, which is relevant to osteoarthritis development. The researchers cultured human chondrocytes (HCS-2/8 cells) in chambers and applied cyclic tensile stress while measuring cathepsin K expression and NF-κB pathway activation. They found that mechanical stress significantly increased cathepsin K expression and NF-κB activation, but pre-treatment with HMW-HA suppressed both responses. These findings suggest that HMW-HA protects cartilage by reducing harmful enzyme production through the NF-κB pathway, providing biological evidence for why hyaluronic acid injections may be effective in treating osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte den Wirkmechanismus von hochmolekularem Hyaluronan (HMW-HA) bei der Behandlung von Arthrose, insbesondere dessen Einfluss auf die mechanisch induzierte Expression von Cathepsin K. Die Forscher kultivierten humane Knorpelzellen (HCS-2/8) in Silikonkammern und setzten sie zyklischer Zugbelastung aus, wobei sie die Auswirkungen einer HMW-HA-Vorbehandlung auf die Cathepsin K-Expression und NF-κB-Aktivierung analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung sowohl die Cathepsin K-Expression als auch die NF-κB-Aktivierung signifikant erhöhte, während eine Vorbehandlung mit HMW-HA beide Effekte deutlich supprimierte. Diese Befunde liefern neue molekulare Belege für die therapeutische Wirksamkeit intraartikulärer HMW-HA-Injektionen bei Arthrose durch Hemmung des NF-κB-Signalwegs und der damit verbundenen Kn
Cette étude visait à élucider le mécanisme par lequel l'acide hyaluronique de haut poids moléculaire (HMW-HA) exerce ses effets thérapeutiques dans l'arthrose, en se concentrant sur la régulation de la cathepsine K. Les chercheurs ont utilisé des cellules chondrocytaires humaines HCS-2/8 soumises à un stress mécanique cyclique et ont analysé l'expression génique et protéique de la cathepsine K ainsi que l'activation de NF-κB. Les résultats montrent que le stress mécanique augmente significativement l'expression de la cathepsine K via l'activation de NF-κB, mais que le pré-traitement avec HMW-HA supprime efficacement cette surexpression en inhibant la voie NF-κB. Ces findings apportent une nouvelle compréhension du mécanisme d'action de l'acide hyaluronique intra-articulaire dans le traitement de l'arthrose, suggérant un effet protecteur contre la dégradation cartilagineuse induite par le stress mécanique.
This study investigated whether combining mechanical loading with growth factor treatment could improve cartilage regeneration using bovine chondrocytes in a fibrin-hyaluronan hydrogel scaffold. Researchers used a joint-mimicking bioreactor to apply controlled multi-axial mechanical loading to chondrocyte-seeded hydrogels, with or without FGF-18 treatment, then analyzed cartilage formation markers including gene expression, glycosaminoglycan production, and tissue structure. The key finding was that moderate mechanical loading alone increased cartilage matrix production, but when combined with FGF-18, it significantly enhanced expression of beneficial cartilage genes (aggrecan, collagen II, COMP, lubricin) while reducing harmful enzymes (MMP-9 and MMP-13) that contribute to joint destruction. The results demonstrate a synergistic effect between mechanical forces and biochemical signals that could improve strategies for treating cartilage defects by promoting healthy hyaline cartilage formation rather than inferior fibrocartilage repair tissue.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung und der Wachstumsfaktor FGF18 zusammenwirken, um die Knorpelregeneration in einem Fibrin-Hyaluronan-Hydrogel zu fördern. Die Forscher kultivierten bovine Gelenkknorpelzellen in einem gelenkähnlichen Bioreaktor, der kontrollierte mehrachsige Bewegungen ausführte, und analysierten die Zellproliferation, Genexpression und Matrixproduktion mit und ohne FGF18-Zusatz. Unter moderater mechanischer Belastung zeigten die Proben eine signifikant erhöhte Produktion von Glykosaminoglykanen, während die Kombination aus Belastung und FGF18 die Expression wichtiger Knorpelmarker (Aggrecan, Kollagen II, COMP) steigerte und knorpelabbauende Enzyme (MMP-9, MMP-13) reduzierte. Die Ergebnisse demonstrieren eine synergistische Wirkung zwischen biomechanischen und biochemischen Signalen, die neue Ansätze für die Behandlung von Knorpel
Cette étude visait à évaluer l'effet combiné de stimuli mécaniques multi-axiaux et du facteur de croissance FGF-18 sur la différenciation chondrocytaire dans un hydrogel fibrine-hyaluronane. Des chondrocytes articulaires bovins ont été cultivés dans ce biomatériau et soumis à des contraintes mécaniques contrôlées mimant les mouvements articulaires naturels, avec ou sans FGF-18V, puis analysés pour leur contenu en ADN, glycosaminoglycanes sulfatés et expression génique. Les résultats montrent qu'une charge mécanique modérée augmente significativement la production de glycosaminoglycanes, et que la combinaison charge mécanique + FGF-18V stimule l'expression des gènes du cartilage hyalin (ACAN, COMP, COL2, PRG4) tout en inhibant les métalloprotéinases dégradatives (MMP-9, MMP-13). Cette synergie entre signalisation mécanique et biochimique ouvre des perspectives prometteuses pour l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire.
This study investigated whether wogonin, a natural compound from skullcap plants, could effectively treat knee osteoarthritis when applied as a topical cream. The researchers first confirmed that wogonin could penetrate skin using a laboratory diffusion system, then tested the treatment in mice with surgically-induced osteoarthritis, measuring joint activity, cartilage damage using standard scoring systems, and inflammatory protein levels in joint tissues. Mice treated with topical wogonin showed significantly increased activity levels and reduced osteoarthritis severity compared to control mice, with less cartilage damage and fewer cyst-like bone lesions. The treatment also significantly reduced key inflammatory proteins (TGF-β1, HTRA1, MMP-13, and NF-κB) associated with cartilage breakdown, suggesting that topical wogonin may offer a promising new approach for osteoarthritis therapy.
Diese Studie untersuchte die therapeutischen Effekte von Wogonin, einem Pflanzenextrakt aus dem Helmkraut, als topische Behandlung der Kniearthrose. Die Forscher testeten zunächst die transdermale Penetration von Wogonin-Creme mittels Franz-Diffusions-System und untersuchten anschließend in einem chirurgischen Mausmodell die Auswirkungen auf Schmerzen, Entzündung und Knorpelschutz. Die mit Wogonin behandelten Mäuse zeigten signifikant höhere Aktivität im Laufrad und eine deutliche Reduktion der Arthrose-Schweregrade gemessen durch modifizierte Mankin- und OARSI-Scores sowie weniger zystenähnliche Läsionen. Zusätzlich konnte immunhistochemisch eine signifikante Verringerung wichtiger Entzündungs- und Arthrose-Biomarker (TGF-β1, HTRA1, MMP-13, NF-κB) nachgewiesen werden, was die morphologischen Verbesserungen des Knorpels unterstützt.
Cette étude a évalué l'efficacité thérapeutique de la wogonine, un composé anti-inflammatoire extrait de la scutellaire, appliquée sous forme de crème topique pour traiter l'arthrose du genou. Les chercheurs ont utilisé un modèle murin chirurgical d'arthrose et ont validé la pénétration transdermique du composé à l'aide d'un système de diffusion de Franz sur peau d'oreille de porc. Les résultats démontrent que le traitement topique à la wogonine améliore significativement l'activité locomotrice des souris et réduit la sévérité de l'arthrose, comme en témoignent les scores de Mankin et OARSI modifiés ainsi que la diminution des lésions kystiques à la jonction chondro-osseuse. L'analyse immunohistochimique confirme ces bénéfices structuraux par une réduction significative de l'expression des biomarqueurs inflammatoires et de dégradation cartillagineuse (TGF-β1, HTRA1, MMP-13 et NF-κB).
This study investigated how different factors affect friction in articular cartilage to better understand joint lubrication and cartilage degradation in joint diseases. The researchers used a pin-on-plate tribometer to test cartilage samples against glass plates under various conditions, using model synovial fluids with different compositions (proteins, hyaluronic acid, phospholipids) at concentrations mimicking healthy and osteoarthritic joints, while varying speed (5-10 mm/s) and load (5-10 N). The key findings showed that protein-only solutions had similar friction regardless of concentration, but adding hyaluronic acid and phospholipids—especially when combined with γ-globulin—significantly reduced friction, while speed had minimal impact and higher loads actually decreased friction. The results highlight the importance of interactions between different synovial fluid components in maintaining low-friction joint lubrication.
Diese Studie untersuchte die Reibungseigenschaften von Gelenkknorpel unter verschiedenen Bedingungen, um das Verständnis für Knorpeldegeneration bei Gelenkerkrankungen zu verbessern. Mit einem Pin-on-Plate-Tribometer wurden Knorpelproben gegen Glasplatten getestet, wobei verschiedene Modell-Synovialflüssigkeiten (mit Albumin, γ-Globulin, Hyaluronsäure und Phospholipiden), unterschiedliche Geschwindigkeiten (5-10 mm/s) und Lasten (5-10 N) verwendet wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass reine Proteinlösungen unabhängig von der Konzentration ähnliche Reibungskoeffizienten aufwiesen, während die Zugabe von Hyaluronsäure und Phospholipiden - besonders in Kombination mit γ-Globulin - die Reibung erheblich reduzierte. Zudem führten höhere Belastungen zu geringerer Reibung, während die Geschwindigkeit nur einen begrenzten Einfluss hatte, was die
Cette étude visait à analyser l'effet de la composition du liquide synovial, de la vitesse et de la charge sur le comportement frictionnel du cartilage articulaire. Les expériences ont été réalisées avec un tribomètre pin-on-plate en mouvement de va-et-vient, testant diverses solutions modèles contenant albumine, γ-globuline, acide hyaluronique et phospholipides à deux concentrations (physiologique et arthrosique), sous différentes vitesses (5 et 10 mm/s) et charges (5 et 10 N). Les résultats montrent que les solutions protéiques seules présentent des coefficients de friction similaires, mais l'ajout d'acide hyaluronique et de phospholipides, particulièrement en interaction avec la γ-globuline, réduit significativement la friction. L'étude révèle également un effet limité de la vitesse mais confirme qu'une charge élevée diminue la friction, soulignant l'importance des interactions entre constituants du liquide synovial.
This study aimed to develop an injectable hydrogel system that could deliver bioactive molecules to promote cartilage formation for clinical cartilage repair applications. The researchers created a novel injectable hydrogel by combining hyaluronic acid and collagen with a modified version of icariin (a bioactive compound), where icariin was chemically modified with thiol groups (ICA-SH) to improve its incorporation and reduce toxicity. The modified icariin hydrogel (HIC) demonstrated superior performance compared to standard hyaluronic acid/collagen hydrogels, enhancing chondrocyte (cartilage cell) growth, maintaining their specialized characteristics, and increasing production of cartilage matrix components. The results suggest this injectable HIC hydrogel could serve as a promising, minimally invasive treatment option for articular cartilage repair in clinical settings.
Diese Studie zielte darauf ab, ein injizierbares Hydrogel mit kontrollierter Freisetzung bioaktiver Moleküle zur Förderung der Knorpelbildung zu entwickeln. Die Forscher synthetisierten ein thioliertes Icariin-funktionalisiertes Hyaluronsäure/Kollagen-Hydrogel (HIC), wobei sie Icariin chemisch modifizierten, um dessen Beladung im Hydrogel zu erhöhen und die Zytotoxizität zu reduzieren. Die Ergebnisse zeigten, dass HIC-Hydrogele im Vergleich zu Standard-Hyaluronsäure/Kollagen-Hydrogelen die Chondrozytenproliferation förderten, den Chondrozyten-Phänotyp beibehielten und die Produktion der knorpeligen extrazellulären Matrix stimulierten. Das entwickelte HIC-System stellt somit einen vielversprechenden, minimalinvasiven Ansatz für die klinische Anwendung in der Gelenkknorpelreparatur dar.
Cette étude vise à développer un hydrogel injectable à base de collagène et d'acide hyaluronique fonctionnalisé avec de l'icariine thiolée (HIC) pour favoriser la formation de cartilage. Les chercheurs ont synthétisé de l'icariine thiolée (ICA-SH) pour permettre son incorporation covalente dans l'hydrogel, réduisant ainsi sa cytotoxicité tout en augmentant sa capacité de chargement. Les résultats démontrent que l'hydrogel HIC stimule significativement la prolifération des chondrocytes, maintient leur phénotype et favorise la sécrétion de matrice extracellulaire cartilagineuse comparativement aux hydrogels témoins. Cette approche présente un potentiel thérapeutique prometteur comme traitement peu invasif pour la réparation du cartilage articulaire en application clinique.
This study aimed to develop a specialized tribometer system capable of accurately measuring the low coefficients of friction (COF) of articular cartilage despite its irregular surface topography. The researchers used a pin-on-plate tribometer that allows vertical pin displacement to follow surface contours, combined with a newly developed algorithm that accounts for surface irregularities and different movement directions. Validation testing with polyoxymethylene pins against stainless steel plates at various slope angles (up to 24°) showed the system worked effectively within ±15° slope ranges, beyond which COF measurements became less reliable. Initial cartilage-on-cartilage friction tests using pig stifle joint samples produced COF values consistent with published literature, demonstrating the system's potential for studying cartilage biomechanics in more realistic conditions.
Diese Studie zielte darauf ab, ein spezielles Tribometer-System zur Messung der niedrigen Reibungskoeffizienten von Gelenkknorpel zu entwickeln und einen Algorithmus zu validieren, der Oberflächenunregelmäßigkeiten berücksichtigt. Die Forscher verwendeten ein Pin-on-Plate-Tribometer mit vertikaler Verschiebungsmöglichkeit des Pins und entwickelten einen Algorithmus, der Vor-/Rückwärtsbewegungen, Auf-/Abwärtsbewegungen und verschiedene Kraftverhältnisse einbezieht. Die Validierung erfolgte zunächst mit POM-Pins gegen Edelstahlplatten bei Neigungswinkeln bis 24°, gefolgt von Tests mit Schweine-Gelenkknorpel. Das System erwies sich als geeignet für die Detektion niedriger Reibungskoeffizienten unregelmäßiger Oberflächen innerhalb eines Bereichs von ±15°, wobei die gemessenen Knorpel-Reibungskoeffizienten mit Literaturwerten übereinstimmten.
Cette étude visait à développer un tribomètre spécialisé et un algorithme de calcul pour mesurer précisément les coefficients de friction du cartilage articulaire malgré les irrégularités de surface. Les chercheurs ont conçu un système pin-on-plate permettant un déplacement vertical du pin pour suivre les contours de la surface, et ont validé leur méthode en testant d'abord un pin en polyoxyméthylène contre une plaque d'acier inoxydable à différents angles d'inclinaison, puis en examinant des échantillons de cartilage articulaire porcin. Les résultats montrent que le système fonctionne efficacement pour des angles d'inclinaison dans une plage de ±15°, avec des coefficients de friction du cartilage cohérents avec la littérature existante. Cette nouvelle approche permet une mesure fiable des propriétés tribologiques des surfaces cartilagineuses irrégulières, ouvrant la voie à une meilleure compréhension de la lubrification articulaire.
This study developed a new method to simultaneously visualize lubricating films and measure friction in synovial joints to better understand cartilage lubrication mechanisms. The researchers created a reciprocating tribometer combined with fluorescence microscopy and specialized software to analyze cartilage samples with model synovial fluid in real-time. The experiments revealed that albumin proteins play a significant role in lubrication, with protein clusters forming more stable lubricating layers on cartilage surfaces. The findings showed a clear relationship between decreasing protein cluster count, reduced lubrication film thickness, and changes in friction coefficient, providing new insights into how synovial joints maintain their remarkably low friction during movement.
Diese Studie zielte darauf ab, die Schmierfilmbildung in Synovialgelenken besser zu verstehen, indem eine neue Methode zur gleichzeitigen Visualisierung des Schmierfilms und Messung des Reibungskoeffizienten entwickelt wurde. Die Forscher verwendeten ein neu entwickeltes Tribometer mit Fluoreszenzmikroskopie, um Knorpelproben mit modellierten Synovialflüssigkeiten zu untersuchen, kombiniert mit einer speziellen Software zur Bildauswertung. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Albuminproteine einen signifikanten Einfluss auf den Schmiervorgang haben, da ihre Cluster eine stabilere Schmierschicht bilden. Die Studie konnte einen direkten Zusammenhang zwischen der Abnahme der Proteincluster-Anzahl, der Schichtdicke des Schmierfilms und der Knorpelreibung nachweisen, was zu einem besseren Verständnis der Gelenkschmierung beiträgt.
Cette étude avait pour objectif de développer une nouvelle méthode permettant de visualiser simultanément le film lubrifiant et de mesurer le coefficient de friction dans les articulations synoviales. Les chercheurs ont utilisé un tribomètre à mouvement de va-et-vient couplé à la microscopie de fluorescence pour analyser des échantillons de cartilage avec du liquide synovial modèle, accompagné d'un logiciel spécialisé pour le traitement des images. Les résultats révèlent que les protéines d'albumine ont un impact significatif sur la lubrification en formant des amas qui créent une couche lubrifiante plus stable, avec une corrélation observée entre la diminution du nombre d'amas protéiques et la réduction de l'épaisseur du film lubrifiant. Cette approche permet une meilleure compréhension des mécanismes de lubrification cartilagineuse et de leur relation avec les propriétés tribologiques des articulations synoviales.
This study investigated how modifying alginate hydrogels affects mesenchymal stem cell (MSC) differentiation into cartilage-producing cells. Researchers encapsulated MSCs in alginate hydrogels modified with gelatin, collagen type I, or RGD peptides, then applied hydrostatic pressure with or without chemical growth factors over 21 days. The collagen-modified alginate showed the strongest promotion of cartilage formation, as demonstrated by enhanced staining for cartilage components and increased expression of cartilage-specific genes. Notably, mechanical loading (hydrostatic pressure) was as effective as the standard chemical stimulus (TGF-beta) in promoting cartilage development, with the best results achieved when both mechanical and chemical stimuli were combined.
Diese Studie untersuchte den Einfluss verschiedener Alginat-Modifikationen (mit Gelatine, Kollagen Typ I und RGD-Peptiden) auf die Knorpeldifferenzierung eingekapselter mesenchymaler Stammzellen (MSCs). Die Forscher kultivierten die MSCs über 21 Tage in 3D-Hydrogelen und analysierten mittels histologischer Färbungen, Real-Time-PCR und Immunhistochemie die Auswirkungen von hydrostatischem Druck und chondrogenen Medien. Die Ergebnisse zeigten, dass Kollagen- und RGD-modifizierte Alginate die stärkste Chondrogenese förderten, wobei die Kombination aus Kollagen-modifiziertem Alginat und mechanischer Belastung nach 14 Tagen die höchste Expression knorpelspezifischer Gene bewirkte. Besonders bemerkenswert war, dass hydrostatischer Druck bei Kollagen-modifizierten Alginaten eine vergleichbare oder sogar stärkere chondrogene Wirkung als TGF-β z
Cette étude avait pour objectif d'évaluer l'effet de différentes modifications de l'alginate (gélatine, collagène type I, peptide RGD) sur la différenciation chondrogénique des cellules souches mésenchymateuses (CSM) encapsulées. Les chercheurs ont analysé l'influence de la pression hydrostatique intermittente et du milieu chondrogénique sur les CSM pendant 21 jours, en utilisant des colorations histologiques, RT-PCR et analyses immunohistochimiques. Les résultats montrent que les hydrogels d'alginate modifiés au collagène et au RGD favorisent le mieux la chondrogenèse, avec une expression maximale des gènes cartilagineux après 14 jours sous stimulation mécanique et chimique combinée. L'étude démontre que la pression hydrostatique appliquée aux CSM dans l'alginate modifié au collagène produit des effets équivalents ou supérieurs au TGF-β pour induire la différenciation chondrogénique.
This study aimed to develop a laboratory testing protocol to investigate why cartilage degenerates when it contacts metal implants used to treat joint defects in middle-aged patients. The researchers created a tribological (friction and wear) testing system using metal implant materials sliding against bovine cartilage samples under various loads and speeds that mimic real joint conditions, followed by comprehensive analysis through histology, metabolic activity measurements, and gene expression studies. The protocol allows researchers to freely adjust loading conditions and test different lubricating solutions to better understand the mechanisms of cartilage damage. This approach can detect early changes in cartilage cell metabolism and gene activity that occur before visible tissue damage, providing insights into how metal-on-cartilage contact leads to progressive joint degeneration.
Diese Studie untersuchte die biomechanischen Auswirkungen von metallischen Implantaten auf den gegenüberliegenden Gelenkknorpel, da bei vielen Patienten mit fokalen Metallimplantaten progressive degenerative Veränderungen des Knorpels beobachtet werden. Die Forscher entwickelten ein tribologisches Testprotokoll, bei dem Implantmaterial gegen bovine Knorpelzylinder unter verschiedenen Belastungen und Gleitgeschwindigkeiten getestet wurde, um physiologische Bedingungen zu simulieren. Die Knorpelanalyse erfolgte mittels Histologie, Stoffwechselaktivitätsmessungen und Genexpressionsanalysen für knorpelspezifische und katabole Gene. Das Testverfahren ermöglicht es, frühe metabolische Veränderungen der Chondrozyten als Reaktion auf mechanische Belastung zu detektieren und verschiedene Einflussfaktoren wie Schmierung oder entzündungsfördernde Substanzen zu untersuchen.
Cette étude vise à comprendre les mécanismes de dégradation du cartilage articulaire observée chez les patients porteurs d'implants métalliques focaux pour défects ostéochondraux. Les auteurs décrivent un protocole d'expérimentation tribologique utilisant des cylindres ostéochondraux bovins testés contre des matériaux d'implants métalliques sous différentes charges et vitesses de glissement pour simuler les conditions physiologiques. L'analyse comprehensive du cartilage inclut l'histologie, l'activité métabolique et l'expression génique de gènes spécifiques du cartilage et cataboliques. Cette approche permet de détecter précocement les changements métaboliques des chondrocytes en réponse au chargement mécanique et d'étudier l'influence de différents paramètres comme la lubrification ou les agents pro-inflammatoires.
This study investigated whether electroarthrography (EAG) can non-invasively detect cartilage streaming potentials through skin electrodes placed around joints during loading. The researchers used equine joints under simulated physiological loads, testing the effects of different electrolyte concentrations in synovial fluid and direct cartilage degradation with trypsin enzyme. The results showed that EAG coefficients varied inversely with ionic strength (matching known streaming potential behavior) and decreased significantly after trypsin treatment, which was confirmed to selectively degrade proteoglycans while preserving collagen structure. These findings demonstrate that EAG successfully detects cartilage-generated streaming potentials non-invasively, suggesting potential as a diagnostic tool for early cartilage degeneration.
Diese Studie untersuchte, ob die nicht-invasive Elektroarthrographie (EAG) mittels Hautelektroden Strömungspotentiale aus dem Knorpel während Gelenkbelastung messen kann. An equinen Metakarpophalangealgelenken wurden physiologische Belastungen simuliert, während die Synovialflüssigkeit durch Puffer verschiedener Elektrolytkonzentrationen ersetzt und der Knorpel enzymatisch mit Trypsin degradiert wurde. Die Ergebnisse zeigten eine inverse Beziehung zwischen Ionenstärke und EAG-Koeffizienten sowie reduzierte EAG-Werte nach Trypsinbehandlung, was mit direkten Knorpelmessungen und dem Nachweis von Proteoglykanverlust korrelierte. Die Studie belegt, dass EAG erfolgreich knorpelbedingte Strömungspotentiale detektiert und als diagnostisches Werkzeug für frühe Knorpeldegeneration entwickelt werden könnte.
Cette étude visait à démontrer que l'électroarthrographie (EAG) peut mesurer de manière non-invasive les potentiels de flux générés par le cartilage lors de la mise en charge articulaire, via des électrodes cutanées. Les chercheurs ont testé cette technique sur des articulations équines métacarpo-phalangiennes en modifiant la concentration électrolytique du liquide synovial et en dégradant le cartilage avec de la trypsine. Les résultats montrent une relation inverse entre la force ionique et le coefficient EAG, ainsi qu'une réduction significative des coefficients EAG après dégradation enzymatique du cartilage, confirmée par la diminution des protéoglycanes. L'EAG présente donc un potentiel prometteur comme outil diagnostique non-invasif pour détecter précocement la dégénération cartilagineuse.
This study investigated the wear mechanisms of immature bovine articular cartilage by testing 63 samples under reciprocal sliding conditions against either glass or cartilage surfaces in different lubricating fluids. The researchers found that 47 samples (75%) experienced wear damage through delamination that originated in the middle zone of the cartilage, rather than through surface abrasive wear. Importantly, this delamination occurred even when friction coefficients remained low, and damage began earlier when cartilage was tested against the stiffer glass surface compared to cartilage-on-cartilage contact. The findings suggest that subsurface fatigue failure leading to delamination may be a primary mechanism of cartilage wear, potentially explaining how human cartilage fails under normal loading conditions over many cycles.
Diese Studie untersuchte die Verschleißmechanismen von unreifem Rinderknorpel durch reziproke Gleitbewegungen zwischen Tibiaknorpelstreifen und Glas oder Knorpel in physiologischer Kochsalzlösung oder Synovialflüssigkeit. Bei 47 von 63 getesteten Proben trat Verschleiß durch Delamination (Schichtablösung) der Knorpeloberfläche auf, die in der mittleren Zone begann, ohne Hinweise auf abrasiven Verschleiß. Die Delamination trat früher bei Tests gegen Glas als gegen Knorpel auf, was die Hypothese stützt, dass dieser Verschleißmechanismus durch Ermüdungsversagen des Kollagens in der mittleren Zone verursacht wird. Die Ergebnisse legen nahe, dass Delamination durch subkutanes Ermüdungsversagen möglicherweise auch der primäre Verschleißmechanismus bei menschlichem Knorpel unter normalen Belastungsbedingungen ist.
Cette étude a examiné les mécanismes d'usure du cartilage articulaire bovin immature en utilisant des tests de glissement réciproque entre des bandes de cartilage tibial et du verre ou du cartilage, dans du sérum physiologique ou du liquide synovial bovin mature. Sur 63 échantillons testés, 47 ont présenté des dommages par délamination de la surface cartilagineuse initiée dans la zone moyenne, sans évidence d'usure abrasive. Les résultats montrent que la délamination survient plus précocement lors du contact cartilage-verre comparé au contact cartilage-cartilage, suggérant un mécanisme de rupture par fatigue du collagène dans la zone moyenne due aux contraintes plus élevées générées par la rigidité du verre. Cette étude établit que la délamination de la surface articulaire, débutant dans la zone moyenne par rupture de fatigue sous-surfacique, pourrait représenter le mécanisme primaire d'usure du cartilage humain dans des conditions de charge normales.
This study investigated whether articular cartilage exhibits directional differences in wear behavior relative to the orientation of collagen fibers at the joint surface. Researchers performed accelerated wear tests on bovine knee cartilage using a stainless steel plate under physiological loading conditions, comparing wear when sliding occurred parallel versus perpendicular to the surface collagen fiber direction. The key finding was that cartilage worn perpendicular to the fiber direction showed twice as much glycosaminoglycan loss and greater collagen damage compared to wear parallel to the fibers, though friction coefficients were similar in both directions. These results suggest that cartilage wear is anisotropic and that aligning the fiber direction with the predominant loading direction during osteochondral transplantation may improve graft longevity.
Diese Studie untersuchte die anisotropen Verschleißeigenschaften von Gelenkknorpel, da bisher unbekannt war, ob die richtungsabhängigen Materialeigenschaften des Knorpels auch dessen Abnutzungsverhalten beeinflussen. Die Forscher führten einen beschleunigten In-vitro-Verschleißtest mit bovinem Knorpel durch, wobei die Belastung parallel (longitudinal) und senkrecht (transversal) zur Kollagenfaserorientierung an der Gelenkoberfläche erfolgte, und maßen biochemisch die freigesetzten Glykosaminoglykane (GAGs) und das Kollagen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass der Verschleiß in transversaler Richtung etwa doppelt so viele GAGs freisetzte und zu mehr Kollagenschäden führte als in longitudinaler Richtung, während keine Unterschiede beim Reibungskoeffizienten festgestellt wurden. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass bei osteochondralen Transplantaten die Ausrichtung der Kollagenfasern parallel zur Hauptbelastungs
Cette étude avait pour objectif d'évaluer l'anisotropie du comportement du cartilage articulaire lors d'un test d'usure in vitro accéléré. Les chercheurs ont mesuré l'usure et le coefficient de friction du cartilage condylien bovin en appliquant des charges parallèles (longitudinales) et perpendiculaires (transversales) à l'orientation des fibres de collagène de surface, à travers 14 000 cycles de glissement réciproque contre une plaque d'acier inoxydable. Les résultats montrent que l'usure dans la direction transversale libère environ deux fois plus de glycosaminoglycanes que dans la direction longitudinale, avec davantage de dommages au collagène révélés par le marquage CHP, bien qu'aucune anisotropie du coefficient de friction n'ait été détectée. Ces findings suggèrent qu'orienter les greffes ostéochondrales de manière à aligner la direction d'usure avec l'orientation préférentielle des fibres pourrait optimiser la durée de vie du greffon.
This study investigated whether different types of exercise loading cause cartilage cell death and alter joint fluid composition in rabbit knees. Researchers subjected rabbits to either high-intensity, short-term eccentric contractions (5 sets of 10 maximal contractions) or low-intensity, long-term concentric exercise (30 minutes at 20% maximum force), then assessed chondrocyte viability using confocal microscopy and analyzed synovial fluid protein content. Neither exercise protocol caused increased chondrocyte death compared to unloaded control joints, suggesting cartilage cells are well-protected during mechanical loading. However, synovial fluid protein composition changed in opposite ways depending on exercise type: high-intensity exercise decreased the number of identifiable proteins while low-intensity exercise increased them, indicating that loading type influences joint biochemistry even when cell death does not occur.
Diese Studie untersuchte, ob verschiedene Belastungsarten zu Knorpelzellschäden führen und wie sie die Gelenkflüssigkeit beeinflussen. Die Forscher setzten Kaninchenknie zwei unterschiedlichen Belastungsprotokollen aus: hochintensive, kurzzeitige exzentrische Kontraktionen (5 Sätze à 10 maximale Kontraktionen) versus niedrigintensive, langanhaltende konzentrische Kontraktionen (30 Minuten bei 20% der maximalen Kraft). Weder das hochintensive noch das niedrigintensive Belastungsprotokoll führte zu vermehrtem Knorpelzelltod im Vergleich zu unbelasteten Kontrollgelenken. Die Proteinzusammensetzung der Gelenkflüssigkeit veränderte sich jedoch belastungsabhängig: nach hochintensiver Belastung nahm die Anzahl identifizierbarer Proteine ab, nach niedrigintensiver Belastung zu.
Cette étude a examiné l'impact de différents protocoles d'exercice sur la mort des chondrocytes et les protéines du liquide synovial dans le genou de lapin. Les chercheurs ont appliqué soit un protocole d'exercice excentrique maximal de courte durée (5 séries de 10 contractions), soit un protocole concentrique sous-maximal de longue durée (30 min à 20% de la force maximale) sur des articulations intactes, en évaluant la viabilité cellulaire par microscopie confocale et en analysant la composition protéique du liquide synovial. Les résultats montrent qu'aucun des deux protocoles n'a provoqué d'augmentation de la mort des chondrocytes par rapport aux articulations témoins, mais que le contenu protéique du liquide synovial a été modifié de manière spécifique au type d'exercice (diminution du nombre de protéines identifiables après exercice intense, augmentation après exercice modéré). Cette recherche suggère que les chondrocytes sont bien protégés dans l'articulation intacte et peuvent résister à des charges mécaniques importantes, tout en démontrant que l'
This study aimed to develop novel microspheres that combine enhanced joint lubrication with drug delivery capabilities for osteoarthritis treatment. The researchers created ball-bearing-inspired microspheres using microfluidic technology to produce uniform gelatin spheres, then modified them with a polyampholyte coating (PSBMA) that forms hydration layers for superior lubrication while maintaining porous structure for drug loading. The microspheres demonstrated enhanced lubrication properties, sustained drug release, and when loaded with diclofenac sodium, successfully inhibited inflammatory cartilage degradation in cell cultures and showed therapeutic effects in animal models of osteoarthritis. This approach represents a promising dual-function treatment strategy that addresses both the mechanical lubrication deficits and inflammatory processes characteristic of osteoarthritis.
Diese Studie zielte darauf ab, neuartige Mikrosphären als Bio-Gleitmittel für die Osteoarthritis-Behandlung zu entwickeln, inspiriert von Kugellagern und Muschel-Adhäsion. Die Forscher verwendeten Mikrofluidik-Technologie zur Herstellung monodisperser Gelatin-Mikrosphären und modifizierten diese mit einem DMA-SBMA-Copolymer, um sowohl verbesserte Schmiereigenschaften durch Hydratationsschichten als auch Arzneimittel-Beladungskapazität zu erreichen. Die mit Diclofenac-Natrium beladenen Mikrosphären zeigten in vitro eine Hemmung der TNF-α-induzierten Chondrozyten-Degradation und demonstrierten in vivo therapeutische Effekte bei Osteoarthritis. Die Studie belegt, dass diese supergeschmierten Mikrosphären durch kombinierte Gelenkschmierung und Entzündungshemmung eine vielversprechende intraartikuläre Behandlungsoption für Osteoarthritis darstellen.
Cette étude vise à développer des microsphères bio-lubrifiantes innovantes pour traiter l'arthrose en combinant amélioration de la lubrication articulaire et thérapie anti-inflammatoire. Les chercheurs ont créé des microsphères de gélatine modifiées par un copolymère polyampholyte (MGS@DMA-SBMA) utilisant la technologie microfluidique, s'inspirant du principe des roulements à billes pour obtenir une super-lubrification. Ces microsphères présentent des propriétés lubrifiantes remarquables grâce à la couche d'hydratation formée autour des groupes chargés du polymère greffé, tout en permettant un chargement et une libération contrôlée de médicaments anti-inflammatoires. Les tests in vitro et in vivo démontrent que ces microsphères chargées en diclofénac sodique inhibent efficacement la dégradation des chondrocytes et exercent un effet thérapeutique significatif contre l'arthrose.
This study investigated whether mechanical loading could mobilize human bone marrow-derived mesenchymal stromal cells (MSCs) into different scaffold materials, as a potential mechanism to improve cartilage repair after microfracture surgery. The researchers used a compression bioreactor to apply intermittent mechanical loading (10% strain, 0.3 Hz for 24 hours) to human bone marrow MSCs cultured with either collagen-I or alginate-laminin scaffolds. Mechanical stimulation dramatically increased MSC mobilization into collagen-I scaffolds by 10-fold compared to unloaded controls (245 vs 22 viable cells/mm²), but showed no significant effect on cell migration into alginate-laminin scaffolds. These findings suggest that mechanical loading combined with collagen-based scaffolds could enhance cell recruitment for cartilage tissue engineering applications.
Diese Studie untersuchte, ob mechanische Belastung die Mobilisierung von humanen Knochenmark-mesenchymalen Stromalzellen (hBM-MSCs) in verschiedene Biomaterialien fördern kann, um die Knorpelregeneration nach Mikrofrakturierung zu verbessern. Die Forscher verwendeten einen Kompressionsbiorektor mit intermittierender mechanischer Stimulation (10% Dehnung, 0,3 Hz für 24h) und testeten zwei Gerüstmaterialien: Alginat-Laminin und Kollagen-I. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung die Zellmobilisierung in Kollagen-I-Gerüste um das 10-fache erhöhte (245 vs. 22 Zellen/mm²), während bei Alginat-Laminin-Gerüsten keine signifikante Steigerung beobachtet wurde. Diese Erkenntnisse legen nahe, dass die Kombination aus mechanischer Stimulation und geeigneten Biomaterialien wie Kollagen-I vielversprechend für die Entwicklung verbesserter Knorpelregenerationsstr
Cette étude visait à évaluer si la stimulation mécanique peut mobiliser les cellules stromales mésenchymateuses de moelle osseuse humaine (hBM-MSCs) dans des biomatériaux, reproduisant in vitro le principe de la microfracture utilisée en chirurgie du cartilage. Les chercheurs ont utilisé un bioréacteur de compression appliquant une déformation intermittente de 10% à 0,3 Hz pendant 24h sur des échafaudages d'alginate-laminine ou de collagène de type I contenant des hBM-MSCs. Les résultats montrent que la stimulation mécanique induit une mobilisation cellulaire significative uniquement dans les échafaudages de collagène (augmentation de 10 fois par rapport aux contrôles non stimulés : 245 vs 22 cellules viables/mm²), tandis qu'aucun effet n'est observé avec l'alginate-laminine. Ces findings suggèrent que le type de biomatériau influence fortement la réponse des cellules humaines à la stimulation mécanique, avec une spécificité pour le collagène de type I.
This qualitative study aimed to understand patients' experiences and decision-making processes regarding hyaluronic acid injections for knee osteoarthritis treatment. The researchers conducted semi-structured interviews with 92 knee OA patients (mean age 65.5 years) using six open-ended questions about their treatment decisions, symptoms, and outcomes. The study found that before injection, most patients experienced pain during walking (72.8%) and stair climbing (70.7%), with 45.2% reporting reduced symptoms 1-4 years post-injection. Notably, patients typically decided on hyaluronic acid treatment based on physician recommendations rather than personal preference, and most did not consider diet and exercise as viable treatment options despite medical advice.
**Zusammenfassung:**
Diese qualitative Studie untersuchte die Erfahrungen von Kniearthrose-Patienten vor und nach Hyaluronsäure-Injektionen durch semistrukturierte Interviews mit offenen Fragen. 92 Patienten (Alter 36-95 Jahre) wurden zu ihren Beschwerden, Behandlungsentscheidungen und aktuellen Symptomen befragt. Die Hauptbeschwerden vor der Injektion waren Schmerzen beim Gehen (72,8%) und Treppensteigen (70,7%), wobei 45,2% der Patienten 1-4 Jahre nach der Behandlung eine Verbesserung ihrer Symptome berichteten. Trotz ärztlicher Empfehlungen betrachteten die meisten Patienten Diät und Bewegung nicht als relevante Behandlungsoptionen.
Cette étude qualitative visait à explorer l'expérience des patients concernant les injections d'acide hyaluronique pour l'arthrose du genou, en analysant leur processus décisionnel et leurs symptômes avant et après traitement. Les chercheurs ont mené des entretiens semi-structurés avec 92 patients arthrosiques âgés de 36 à 95 ans, utilisant six questions ouvertes pour recueillir leurs témoignages. Les résultats montrent qu'avant l'injection, la majorité des patients présentaient des douleurs à la marche (72,8%) et lors de la montée d'escaliers (70,7%), et qu'1 à 4 ans après le traitement, 45,2% rapportaient une diminution de leurs symptômes. L'étude révèle également que la plupart des patients ne considéraient pas l'alimentation et l'exercice comme options thérapeutiques viables, malgré les recommandations médicales.
This study investigated how NF-κB signaling contributes to pain and cartilage damage in a mouse model of post-traumatic osteoarthritis (PTOA). Researchers used a non-invasive knee loading injury in genetically modified mice to track NF-κB activity through live imaging over 16 weeks, while measuring pain-related behaviors and testing the effects of blocking NF-κB with a locally injected inhibitor. The results showed that NF-κB signaling peaked 3 days after injury and was associated with long-term development of pain sensitivity and altered weight-bearing behavior. While blocking NF-κB reduced immediate cell death in cartilage and influenced early pain responses, it did not prevent long-term cartilage degeneration, suggesting that early NF-κB inhibition has limited protective effects against PTOA progression.
Diese Studie untersuchte die zeitliche Aktivierung des NF-κB-Signalwegs und dessen Zusammenhang mit schmerzbedingten Verhaltensänderungen in einem nicht-invasiven Mausmodell der posttraumatischen Osteoarthritis (PTOA). Die Forscher verwendeten In-vivo-Bildgebung zur longitudinalen Messung der NF-κB-Aktivität über 16 Wochen und testeten zusätzlich die Wirkung eines intraartikulär verabreichten NF-κB-Inhibitors auf die Krankheitsprogression. Die Ergebnisse zeigten eine transiente NF-κB-Aktivierung mit einem Peak am Tag 3 nach Gelenkverletzung sowie die Entwicklung von Allodynie und reduzierten Schmerzreizschwellen. Die lokale NF-κB-Hemmung reduzierte zwar den Chondrozytentod und beeinflusste die Schmerzentwicklung, konnte jedoch die langfristige Knorpeldegeneration nicht verhindern.
Cette étude examine l'activation temporelle de la voie NF-κB et son rôle dans le développement de la douleur et des changements comportementaux dans un modèle murin non-invasif d'arthrose post-traumatique (PTOA) par chargement du genou. Les chercheurs ont utilisé l'imagerie in vivo pour suivre longitudinalement l'activité NF-κB pendant 16 semaines, tout en évaluant la sensibilité douloureuse et en testant l'effet d'un antagoniste d'IκB kinase délivré par voie intra-articulaire. Les résultats montrent un pic d'activation de NF-κB 3 jours après la blessure (augmentation de 1,35 fois), associé au développement d'allodynie, d'hyperalgésie et de réduction du port de poids sur le membre blessé. L'inhibition locale de NF-κB réduit la mort des chondrocytes et influence la sensibilité douloureuse, mais n'empêche pas la dégénérescence cartilagineuse à long terme, soulignant les effets chondroprotecteurs limités mais présents de cette appro
This study investigated how loading affects the adhesion and friction properties of articular cartilage at the molecular level using computer simulations. The researchers used molecular dynamics (MD) simulations to model direct contact between cartilage surfaces without water lubrication, conducting pull-off and sliding tests under various loads. The simulations revealed that cartilage surfaces form strong adhesive bonds through molecular interpenetration, and that the coefficient of friction ranges from 0.20-0.75 depending on sliding direction relative to collagen fibers. Key findings showed that friction decreases with increasing load and is higher when sliding parallel to collagen fibers compared to perpendicular sliding, providing atomic-level insights into cartilage wear mechanisms that could inform joint implant design.
Diese Studie untersuchte mittels Molekulardynamik-Simulationen die Auswirkungen mechanischer Belastung auf Adhäsion und Reibung an der atomaren Grenzfläche zwischen Knorpeloberflächen unter trockenen Bedingungen. Die Forscher entwickelten ein atomistisches Modell für Knorpel-Knorpel-Kontakt und führten Pull-off- sowie Gleittests durch, um die nanoskopischen Mechanismen zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass kohäsive Wechselwirkungen durch stark verflochtene atomare Strukturen entstehen und der Reibungskoeffizient lastabhängig zwischen 0,20-0,75 variiert, wobei er mit zunehmender Belastung abnimmt und richtungsabhängig ist (parallel vs. senkrecht zur Kollagenachse). Diese Erkenntnisse tragen zum besseren Verständnis von Verschleißmechanismen in biologischen Grenzflächen bei und bieten wichtige Einblicke für die Implantatforschung.
Cette étude utilise la dynamique moléculaire pour analyser les mécanismes d'adhésion et de friction à l'interface cartilage-cartilage au niveau atomique sous différentes charges, dans des conditions non-hydratées. Les simulations comprennent des tests d'arrachement pour évaluer l'adhésion et des tests de glissement pour mesurer la friction dans des directions parallèles et perpendiculaires à l'axe du collagène. Les résultats montrent que le coefficient de friction varie entre 0,20 et 0,75 selon la direction de glissement, diminue avec l'augmentation de la charge, et est plus élevé lors du glissement parallèle au collagène en raison des liaisons hydrogène constantes. Cette approche atomistique permet de mieux comprendre les interactions cohésives et les mécanismes de friction précurseurs de l'usure du cartilage, avec des applications potentielles pour le développement d'implants.
This study aimed to investigate the relationship between knee loading during walking, cartilage breakdown markers, and daily squatting exposure in people with varying levels of knee osteoarthritis. The researchers used 3D gait analysis to measure knee adduction moment (a indicator of joint loading) and analyzed biochemical markers in urine and sweat from 66 participants across four groups: non-squatters, daily living squatters, occupational squatters, and people with grade 2-3 knee osteoarthritis. The key finding was that moderate squatting (daily living activities) showed the lowest levels of cartilage-damaging enzyme activity, while heavy occupational squatting showed the highest levels, suggesting a dose-response relationship. The study concludes that combining biomechanical and biochemical markers may help identify early knee osteoarthritis, and moderate weight-bearing activities like squatting might be beneficial for joint health.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen biomechanischen und biochemischen Markern zur Früherkennung von Kniearthrose, mit besonderem Fokus auf die Auswirkungen unterschiedlicher Hockbelastungen im Alltag. Mittels 3D-Ganganalyse und Biomarker-Analysen (u.a. Kollagen-Abbauprodukte, Antioxidantien, Phospholipase A2) wurden 66 Teilnehmer mit variierender Hockbelastung - von Nicht-Hockern bis zu beruflichen Hockern - sowie Patienten mit Kniearthrose Grad 2-3 untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass moderate Hockbelastung (Alltagsaktivitäten) mit der niedrigsten Phospholipase A2-Aktivität einherging, während intensive berufliche Hockbelastung die höchste Aktivität aufwies. Die Korrelationsanalysen zwischen biomechanischen Parametern und biochemischen Markern deuten auf deren Potenzial als nicht-invasive Instrumente zur Früherkennung von Kniearthrose hin
Cette étude a évalué l'impact de l'exposition quotidienne aux accroupissements sur le métabolisme du cartilage articulaire chez des personnes avec et sans arthrose du genou précoce. Les chercheurs ont analysé 66 participants répartis en quatre groupes selon leur exposition aux accroupissements (non-pratiquants, pratique domestique, pratique professionnelle, et patients avec arthrose grade 2-3) en utilisant une analyse de la marche 3D et des biomarqueurs biochimiques (uCTXII, activité antioxydante, phospholipase A2). Les résultats montrent que l'activité de la phospholipase A2 était la plus faible chez les pratiquants domestiques et la plus élevée chez les pratiquants professionnels, avec des corrélations positives significatives entre les marqueurs biomécaniques et biochimiques chez les patients arthrosiques. Ces associations entre marqueurs non-invasifs suggèrent leur potentiel pour identifier l'arthrose du genou précoce et soutiennent l'hypothèse qu'une charge articulaire modérée pourrait retarder le déclin fonctionnel.
This study aimed to develop a novel bilayer scaffold for cartilage repair using melt electro-writing (MEW) technology combined with natural materials that are typically difficult to print. The researchers created a printable ink by mixing gelatin with poly(lactic-co-glycolic acid) and incorporated TGF-β1 growth factor and hydroxyapatite into the scaffold, then tested it with microfracture surgery to recruit bone marrow stem cells. The MEW approach successfully produced high-precision, porous scaffolds with good printability and structural integrity. The bioactive scaffold demonstrated the ability to attract and promote differentiation of autologous bone marrow mesenchymal stem cells, offering a promising tissue engineering solution for cartilage injury repair.
Diese Studie zielte darauf ab, hochpräzise Gelatin-basierte Gerüststrukturen mittels Melt Electro-Writing (MEW) Technologie für die Knorpelreparatur zu entwickeln. Die Forscher mischten Gelatin mit Poly(Milchsäure-co-Glykolsäure), um eine druckbare Tinte mit hoher Konzentration und Viskosität zu erstellen, und konstruierten zweischichtige Verbundgerüste mit TGF-β1 und Hydroxyapatit. Die Gerüste wurden an Knorpelverletzungsstellen implantiert und mit Mikrofraktur-Chirurgie kombiniert, um Knochenmark-Mesenchymzellen zu rekrutieren. Die Ergebnisse zeigen, dass diese bioaktiven Gerüste erfolgreich autologe Stammzellen nutzen und deren Differenzierung induzieren können, wodurch die Knorpelreparatur gefördert wird.
Cette étude visait à développer un échafaudage bicouche hybride à base de gélatine pour la réparation des lésions du cartilage articulaire, en utilisant la technologie d'écriture électro-fondue (MEW). Les chercheurs ont mélangé la gélatine avec de l'acide poly(lactique-co-glycolique) pour créer une encre d'impression à haute concentration et viscosité, puis ont fabriqué un échafaudage composite chargé en TGF-β1 et hydroxyapatite, implanté au site de lésion avec microfracture pour mobiliser les cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse. Cette approche novatrice a permis de créer un échafaudage bioactif de haute précision et porosité, capable d'utiliser les cellules souches mésenchymateuses autologues et d'induire leur différenciation pour favoriser la réparation cartilagineuse.
This study aimed to understand the mechanism by which joint movement helps cartilage recover fluid after being compressed under static loading. The researchers developed a numerical model that simulates the complex fluid flow patterns occurring at multiple scales within the porous cartilage structure during sliding motion. They discovered that cartilage rehydration is driven by hydrodynamic forces, specifically a "wedge effect" that occurs at the leading edge of the contact area during sliding, which creates pressure gradients that draw fluid back into the tissue. The model's predictions matched experimental measurements of rehydration rates, confirming that joint motion is essential for maintaining cartilage health and providing insights for designing better cartilage replacement materials.
Diese Studie zielte darauf ab, den Mechanismus der bewegungsinduzierten Knorpelrehydrierung nach statischer Belastung theoretisch zu erklären. Die Forscher entwickelten ein numerisches multiskaliges Schmierungsmodell, das die komplexen hydrodynamischen Prozesse in porösen Gelenkstrukturen berücksichtigt und validierten dieses anhand experimenteller Daten. Die Hauptergebnisse zeigen, dass die gleitinduzierte Rehydrierung auf hydrodynamischen Effekten beruht, insbesondere einem Keileffekt am Kontakteingang, wobei die modellierten Rehydrierungsraten mit experimentell gemessenen Werten übereinstimmen. Diese Erkenntnisse sind fundamental für das Verständnis der Gelenkphysiologie und die Entwicklung knorpelimitierender Biomaterialien.
Cette étude vise à élucider le mécanisme théorique de réhydratation du cartilage articulaire induite par le mouvement, un phénomène crucial pour prévenir la dégradation tissulaire et l'arthrose. Les auteurs ont développé un modèle numérique de lubrification poreuse multi-échelle pour analyser les processus hydrodynamiques survenant lors de l'articulation articulaire. Les résultats démontrent que la réhydratation induite par le glissement résulte d'un effet de coin hydrodynamique à l'entrée de la zone de contact, avec des taux de réhydratation prédits numériquement cohérents avec les mesures expérimentales. Cette compréhension fondamentale des mécanismes de lubrification multi-échelle fournit des informations essentielles pour le développement de biomatériaux biomimétiques du cartilage.
This review examines how mechanical forces affect mitochondrial function in cartilage cells (chondrocytes) and its role in osteoarthritis development. The authors synthesized current literature on mechanotransduction pathways, focusing on how chondrocytes sense mechanical signals and how these signals alter mitochondrial function. The key finding is that mitochondria serve as critical mechanotransducers that convert external mechanical forces into cellular responses, with dysfunction in this process contributing to osteoarthritis pathogenesis. The authors propose that AMPK, a key energy-regulating protein, may be the critical link between mechanical loading, mitochondrial health, and cellular responses in cartilage.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Rolle der Mitochondrien als zentrale Mechanotransduktoren in Chondrozyten und deren Bedeutung für die Entstehung der Osteoarthritis. Die Autoren analysieren systematisch die vorhandene Literatur zu mechanischen Signalwegen in Knorpelzellen und deren Auswirkungen auf die mitochondriale Funktion. Als Hauptergebnis wird hervorgehoben, dass mechanische Belastung essenziell für die Chondrozytengesundheit ist, wobei Mitochondrien als kritische Vermittler zwischen extrazellulären mechanischen Signalen und der Zellbiologie fungieren. Die Autoren postulieren, dass die AMP-aktivierte Proteinkinase (AMPK) als zentraler Energieregulator eine Schlüsselrolle bei der Kopplung von Kraftübertragung und mitochondrialer Gesundheit spielen könnte.
Cette revue examine le rôle des mitochondries comme mécanotransducteurs dans la biologie des chondrocytes et la pathogenèse de l'arthrose. Les auteurs analysent la littérature existante pour décrire comment les chondrocytes perçoivent les signaux mécaniques environnementaux et comment ces forces induisent des altérations fonctionnelles mitochondriales. Bien que le dysfonctionnement mitochondrial induit par les contraintes mécaniques soit reconnu comme contribuant à l'arthrose, les mécanismes sous-jacents restent largement méconnus. Les auteurs proposent que l'AMPK (protéine kinase activée par l'AMP) pourrait jouer un rôle central en couplant la transmission des forces à la santé mitochondriale et aux réponses biologiques intracellulaires.
This exploratory study examined how age and physical activity relate to knee cartilage thickness and metabolic biomarkers in 81 adult males aged 18-70 years. The researchers measured femoral trochlear cartilage thickness using ultrasound imaging, analyzed blood levels of cartilage biomarkers (COMP, hyaluronan, and lubricin) via ELISA, and assessed physical activity through questionnaires. Key findings showed that older age was associated with thinner lateral cartilage and higher COMP levels (indicating increased cartilage breakdown), while greater physical activity correlated with thicker lateral cartilage and higher biomarker levels. However, age and physical activity together explained only a small portion of the variation in cartilage thickness and biomarker concentrations, suggesting other factors play important roles in cartilage health.
Diese Querschnittsstudie untersuchte bei 81 erwachsenen Männern (18-70 Jahre) die Zusammenhänge zwischen Alter, körperlicher Aktivität, der Dicke des femoralen Trochlea-Knorpels und Biomarkern des Gewebestoffwechsels. Die Forscher verwendeten Ultraschall zur Messung der Knorpeldicke und ELISA-Tests zur Bestimmung der Serum-Biomarker COMP, Hyaluronan und Lubricin, während die körperliche Aktivität mittels Fragebögen erfasst wurde. Die Hauptergebnisse zeigten, dass höheres Alter mit dünnerer lateraler Trochlea-Knorpeldicke und erhöhten COMP-Werten korrelierte, während körperliche Aktivität positiv mit der Knorpeldicke assoziiert war. Allerdings erklären Alter und körperliche Aktivität zusammen nur einen geringen Anteil der Variabilität in Knorpeldicke und Biomarkern, was auf komplexere Einflussfaktoren hindeutet.
Cette étude transversale a évalué les associations entre l'âge, l'activité physique, l'épaisseur du cartilage trochléen fémoral et les biomarqueurs du métabolisme tissulaire chez 81 hommes adultes. Les chercheurs ont mesuré l'épaisseur cartilagineuse par échographie supra-patellaire et quantifié les concentrations sériques de COMP, d'acide hyaluronique et de lubricine par ELISA. Les résultats montrent que l'âge avancé est associé à un amincissement du cartilage trochléen latéral et à une augmentation du turnover cartilagineux (COMP élevé), tandis que l'activité physique sur 12 mois corrèle positivement avec l'épaisseur cartilagineuse. Cependant, l'âge et l'activité physique n'expliquent qu'une faible proportion de la variabilité observée dans l'épaisseur du cartilage et les biomarqueurs sériques.
This review examines the current understanding of knee osteoarthritis (OA) pathogenesis and evaluates the translation of research findings into clinical treatments. The authors conducted a comprehensive analysis of the multifactorial mechanisms underlying knee OA, examining how the disease affects multiple joint tissues (cartilage, synovium, bone, ligaments, and muscles) beyond the traditional view of it being simply an aging-related, mechanical condition. The review reveals that while research has identified numerous contributing factors and molecular pathways in OA development, most clinical studies focus primarily on symptom relief (pain and function) rather than disease modification. The authors conclude there is a critical need for more research into OA pathogenesis and rigorous testing of disease-modifying drugs to develop truly effective treatment strategies.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Pathogenese der Kniearthrose und den aktuellen Stand therapeutischer Ansätze mit dem Ziel, die Lücke zwischen Grundlagenforschung und klinischer Anwendung zu schließen. Die Autoren analysieren die komplexen, multifaktoriellen Krankheitsmechanismen, die nicht nur den Gelenkknorpel, sondern alle Gelenkstrukturen einschließlich Synovium, subchondralen Knochen, Bänder und Muskulatur betreffen. Die Haupterkenntnis ist, dass trotz des besseren Verständnisses der molekularen Pathomechanismen die meisten klinischen Studien sich primär auf Schmerzlinderung und Funktionsverbesserung konzentrieren, ohne ausreichende Evidenz für krankheitsmodifizierende Eigenschaften der getesteten Therapien zu liefern. Die Autoren betonen den dringenden Bedarf für weitere Forschung zur Arthrose-Pathogenese und die Entwicklung wirksamer krankheitsmodifizierender Pharmakotherapien.
Cette revue examine la pathogenèse complexe de l'arthrose du genou et les approches thérapeutiques émergentes dans une perspective translationnelle. L'arthrose du genou est présentée comme une maladie multifactorielle impliquant l'ensemble de l'articulation (cartilage, synovie, os sous-chondral, ligaments et muscles) avec des mécanismes pathogènes intriqués dépassant les seuls facteurs mécaniques traditionnels (âge, IMC, malformation articulaire). Les recherches récentes ont identifié de multiples facteurs contributifs et exploré des thérapies ciblant simultanément plusieurs composants articulaires (cartilage, os et inflammation synoviale). Cependant, les études cliniques actuelles se concentrent principalement sur la douleur et la fonction articulaire, créant un besoin urgent de recherches sur les propriétés modificatrices de la maladie pour développer des stratégies thérapeutiques plus efficaces.
This study investigated whether decursin (DE), a natural compound from Angelica gigas Nakai, could serve as a potential treatment for osteoarthritis by targeting inflammatory pathways. The researchers used in vitro experiments with IL-1β-stimulated chondrocytes treated with different concentrations of DE (1-10 μM), molecular docking analysis, and in vivo studies using a surgically-induced mouse osteoarthritis model. The results showed that DE treatment dose-dependently reduced key inflammatory markers (PGE2, IL-6, TNF-α, COX-2, NO, iNOS) and matrix-degrading enzymes (ADAMTS, MMPs) in cultured cartilage cells, while also improving cartilage destruction and reducing serum inflammatory factors in the mouse model. The protective effects appear to work through inhibition of the PI3K/AKT/NF-κB signaling pathway, suggesting that decursin may be a promising therapeutic candidate for osteoarthritis treatment.
Diese Studie untersuchte die therapeutischen Effekte von Decursin (DE), einem Wirkstoff aus Angelica gigas Nakai, bei Osteoarthritis und deren zugrundeliegende Mechanismen. Die Forscher verwendeten sowohl In-vitro-Zellversuche mit IL-1β-stimulierten Chondrozyten als auch ein operativ induziertes Maus-Osteoarthritis-Modell, ergänzt durch molekulare Docking-Analysen. Die Ergebnisse zeigten, dass DE dosisabhängig (1-10 μM) die Produktion pro-inflammatorischer Faktoren (PGE₂, IL-6, TNF-α, COX-2, NO) und knorpelabbauender Enzyme (ADAMTS, MMPs) reduzierte, indem es den PI3K/AKT/NF-κB-Signalweg hemmte. Im Tiermodell verbesserte DE die Knorpelzerstörung und senkte die Serumspiegel inflammatorischer Marker, was auf ein vielversprechendes therapeutisches Potenzial bei Osteoarthritis hinweist.
Cette étude visait à évaluer l'effet thérapeutique de la décursine (DE), composé actif d'*Angelica gigas* Nakai, sur l'arthrose et à élucider ses mécanismes anti-inflammatoires. Les chercheurs ont utilisé des expériences in vitro sur chondrocytes stimulés par l'IL-1β et un modèle murin d'arthrose induite chirurgicalement, complétées par des analyses de docking moléculaire. Les résultats montrent que la décursine réduit de manière dose-dépendante la production de médiateurs pro-inflammatoires (PGE₂, IL-6, TNF-α, COX-2, NO) et d'enzymes de dégradation matricielle (ADAMTS, MMPs) via l'inhibition des voies PI3K/AKT/NF-κB. In vivo, le traitement par décursine améliore la destruction du cartilage articulaire et diminue les taux sériques de facteurs inflammatoires, suggérant un potentiel thérapeutique prometteur pour l'arthrose.
This study investigated how different types of mechanical loading affect cartilage health by comparing moving contact (MC) versus stationary contact (SC) articulation patterns. Researchers used bovine cartilage explants in a biotribometer device to apply compression and shear forces, simulating either migratory contact areas (as occurs in normal joint movement) or fixed contact areas, with free-swelling samples as controls. The moving contact group showed significantly better outcomes, including preserved cartilage surface integrity without fibrillation, increased chondrocyte viability, enhanced lubricin production, and lower friction coefficients compared to the stationary contact group. These findings demonstrate that migratory contact patterns during joint loading are crucial for maintaining cartilage structure, function, and cellular activity, supporting the importance of natural joint movement for cartilage health.
Diese Studie untersuchte, wie sich bewegliche versus stationäre Kontaktbereiche auf die strukturellen, funktionellen und biosynthetischen Eigenschaften von Gelenkknorpel auswirken. Mittels eines Biotribometers wurden bovine Knorpelexplantate entweder wandernden Kontaktbereichen (Moving Contact, MC) oder stationären Kontaktbereichen (Stationary Contact, SC) mit Kompressions- und Scherkräften ausgesetzt. Die Ergebnisse zeigten, dass MC-Artikulation im Vergleich zu SC-Artikulation zu einer verbesserten Chondrozytenviabilität, erhöhter Lubricin-Synthese, reduziertem Reibungskoeffizienten und geringerer Oberflächenrauheit führte, während SC-Artikulation histologisch sichtbare Oberflächenfibrillationen verursachte. Die Studie belegt somit die wichtige Rolle wandernder Kontaktbereiche für die Aufrechterhaltung der Knorpelhomöostase und liefert weitere Evidenz für die Bedeutung physiologischer Gelenkbewegungen
Cette étude visait à analyser l'influence d'un contact articulaire migratoire sur les propriétés structurelles, fonctionnelles et biosynthétiques du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé un biotribomètre pour soumettre des explants de cartilage bovin à des forces de compression et de cisaillement, soit avec un contact migratoire (MC) simulant le mouvement physiologique, soit avec un contact stationnaire (SC). Les résultats montrent que l'articulation MC préserve mieux l'intégrité structurelle du cartilage (absence de fibrillations de surface), améliore la viabilité chondrocytaire et la synthèse de lubricine, tout en réduisant le coefficient de friction et la rugosité de surface par rapport au groupe SC. Cette étude démontre l'importance cruciale du mouvement articulaire migratoire pour maintenir l'homéostasie du cartilage et ses propriétés biomécaniques optimales.
This study investigated whether sprint exercise during growth affects joint health in young animals, using 24 Holstein bull calves as a model for young horses. The researchers assigned calves to different sprint frequencies (0, 1, 3, or 5 days per week) for 6 weeks, with each sprint involving a 71-meter run down a concrete aisle, then measured joint health markers including synovial fluid collagen breakdown products (C1,2C) and cartilage glycosaminoglycan (GAG) content. The results showed no significant differences in collagen breakdown or cartilage GAG content between sprint groups, though GAG levels varied between different carpal bones. The authors conclude that short sprint exercise during growth does not harm joint health and should be allowed given the known benefits to bone development.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte, ob kurze Sprints während des Wachstums die Gelenkgesundheit bei jungen Tieren beeinträchtigen, da bisherige Studien widersprüchliche Ergebnisse zeigten. 24 Holstein-Bullenkälber wurden 6 Wochen lang unterschiedlichen Sprintprotokollen (0, 1, 3 oder 5 Tage/Woche) unterzogen, wobei anschließend Synovialflüssigkeit und Knorpelproben aus den Karpalgelenken analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten keine Unterschiede in den Kollagenase-Spaltprodukten (C1,2C) der Synovialflüssigkeit oder im Glykosaminoglykan-Gehalt (GAG) des Knorpels zwischen den Behandlungsgruppen. Die Autoren schlussfolgern, dass kurze Sprints während des Wachstums die Gelenkgesundheit nicht beeinträchtigen und aufgrund der positiven Effekte auf die Knochengesundheit empfohlen werden können.
Cette étude visait à évaluer l'impact d'exercices de sprint de courte durée sur la santé articulaire chez de jeunes animaux en croissance, en mesurant les biomarqueurs de dégradation du collagène dans le liquide synovial et le contenu en glycosaminoglycanes (GAG) du cartilage. Vingt-quatre veaux Holstein ont été répartis en groupes effectuant 0, 1, 3 ou 5 jours de sprint par semaine pendant 6 semaines, avec analyse post-mortem du liquide synovial de l'articulation carpienne moyenne et du cartilage de 9 sites carpiens. Les résultats n'ont montré aucune différence significative dans les concentrations de néopeptides de clivage du collagène (C1,2C) ou de GAG entre les groupes de traitement, bien qu'une variation du contenu en GAG ait été observée entre les différents os carpiens. L'étude conclut que les sprints de courte durée pendant la croissance n'altèrent pas la santé du cartilage articulaire et peuvent être recommandés compte tenu de leurs bénéfices sur la santé osseuse
This study aimed to develop a comprehensive methodology for investigating how cyclic joint loading affects cartilage metabolism in osteoarthritis (OA), with the goal of identifying mechanisms that could prevent or slow OA progression. The researchers created an integrated protocol that combines biomechanical data from gait analysis, medical imaging, and molecular analysis of human knee cartilage explants with varying degrees of degeneration subjected to realistic loading patterns mimicking daily activities. The methodology allows for analysis of key molecules involved in cartilage homeostasis, mechanotransduction, inflammation, pain, and wound healing in both chondrocytes and culture media. This integrated approach is expected to provide new insights into the beneficial effects of physiological loading and support the development of non-pharmacological treatments for OA.
Diese Studie zielt darauf ab, eine neue Methodik zu entwickeln, um die Auswirkungen zyklischer Gelenkbelastung auf den Knorpelstoffwechsel bei Osteoarthritis zu untersuchen und Mechanismen zu identifizieren, die das Fortschreiten der Erkrankung verlangsamen können. Die Forscher kombinieren biomechanische Daten und medizinische Bildgebung mit molekularen Analysen der Chondrozyten-Mechanotransduktion, wobei menschliche Knieknorpel-Explantate mit unterschiedlichen Degenerationsstadien realistischen zyklischen Belastungen ausgesetzt werden, die mittels Ganganalyse bei leichten Alltagsaktivitäten ermittelt wurden. Das Protokoll ermöglicht die Analyse verschiedener Moleküle, die an Knorpelhomöostase, Mechanotransduktion, Entzündung und Schmerzprozessen beteiligt sind. Die Autoren erwarten, dass diese umfassende Methodik neue Erkenntnisse über die positiven Effekte physiologischer Belastung liefert und zur Entwicklung nicht-pharmak
Cette étude vise à développer une méthodologie originale pour élucider les effets de la charge cyclique articulaire sur le métabolisme du cartilage et identifier les mécanismes impliqués dans la prévention ou le ralentissement de la progression de l'arthrose. Le protocole proposé combine des données biomécaniques et d'imagerie médicale avec des informations moléculaires sur la mécanotransduction des chondrocytes, en utilisant des explants de cartilage de genou humain arthrosique soumis à des charges cycliques réalistes simulant des activités quotidiennes légères. Cette approche permet d'analyser la modulation de molécules impliquées dans l'homéostasie cartilagineuse, la mécanotransduction, l'inflammation et la cicatrisation au niveau des chondrocytes et des surnageants de culture. Cette méthodologie intégrant évaluations biomécaniques fonctionnelles et analyses moléculaires devrait apporter de nouveaux éclairages sur les effets bénéfiques de la charge physiologique et contribuer à l'optimisation de traitements non-pharmacologiques limitant la progression arthrosique.
This study aimed to develop a novel platform that combines 3D cell culture, mechanical loading, and real-time monitoring to better understand how cells respond to mechanical forces. The researchers created a stretchable scaffold using elastic polymer material (PDMS) embedded with gold nanotubes and biomimetic peptides, allowing them to grow cartilage cells (chondrocytes) in 3D while simultaneously applying mechanical stretch and monitoring cellular responses through electrochemical sensors. The platform successfully demonstrated excellent biocompatibility, stretchability, and stable sensing performance for real-time detection of cell signaling molecules. The key finding revealed that mechanical loading rapidly activates nitric oxide signaling in chondrocytes within seconds, uncovering a previously unclear mechanotransduction pathway that could advance our understanding of how cartilage cells respond to mechanical forces.
Diese Studie zielte darauf ab, ein innovatives 3D-Kultursystem zu entwickeln, das gleichzeitig mechanische Belastung und Echtzeit-Überwachung von Zellreaktionen ermöglicht. Die Forscher entwickelten ein dehnbares Gerüst aus porösem Polydimethylsiloxan mit immobilisierten Gold-Nanoröhren, das 3D-Zellkultur, mechanische Dehnung und elektrochemische Sensorik in einer Plattform vereint. Mithilfe dieses Systems konnten sie Chondrozyten (Knorpelzellen) kultivieren und deren Reaktion auf mechanische Belastung in Echtzeit verfolgen. Die Haupterkenntnis war, dass mechanische Belastung die Stickstoffmonoxid-Signalübertragung in Chondrozyten bereits innerhalb von Sekunden aktiviert – ein bisher unklarer Mechanotransduktionsweg im Knorpelgewebe.
Cette étude visait à développer une plateforme multifonctionnelle permettant la culture cellulaire 3D, l'application de contraintes mécaniques et le monitoring électrochimique en temps réel des réponses cellulaires. Les chercheurs ont créé un scaffold étirable en immobilisant des nanotubes d'or liés à des peptides biomimétiques sur un support en polydiméthylsiloxane poreux et élastique. En utilisant ce système pour cultiver des chondrocytes et simuler l'environnement du cartilage articulaire, ils ont découvert une voie de mécanotransduction jusqu'alors méconnue : la charge mécanique active rapidement la signalisation du monoxyde d'azote en quelques secondes. Cette plateforme innovante ouvre de nouvelles perspectives pour l'étude de la mécanotransduction dans les systèmes cellulaires 3D et les tissus engineerés.
This study investigated whether extracellular vesicles (EVs) from fat-derived stem cells treated with an inflammatory protein (IL-1β) could protect cartilage and penetrate cartilage tissue effectively. Researchers isolated stem cells from fat tissue, treated them with IL-1β, collected the EVs they released, analyzed their microRNA content using high-throughput sequencing, and tracked fluorescently-labeled EVs penetrating into osteoarthritic cartilage samples using advanced microscopy techniques. The IL-1β treatment caused significant changes in 65 different microRNAs within the EVs, with bioinformatics analysis showing these microRNAs target key pathways involved in cartilage health, inflammation, and tissue repair including Wnt, Notch, TGFβ, and Hedgehog signaling. The EVs successfully penetrated deep into cartilage tissue and reached maximum distribution within 16 hours, suggesting they could serve as an effective delivery system for cartilage-protective therapies in osteoarthritis treatment.
Diese Studie untersuchte die chondroprotektiven Eigenschaften von extrazellulären Vesikeln (EVs) aus fettgewebsstämmigen mesenchymalen Stromalzellen (ASCs), die mit dem Entzündungsmarker IL-1β vorbehandelt wurden. Die Forscher analysierten mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung die in den EVs enthaltenen microRNAs und verfolgten deren Eindringen in Knorpelgewebe mithilfe fortschrittlicher Mikroskopietechniken. Nach IL-1β-Stimulation zeigten die EVs ein verändertes microRNA-Profil, das wichtige knorpelschützende Signalwege (WNT, NOTCH, TGFβ, IHH) sowie Prozesse der Knorpelhomöostase und Immunantwort moduliert. Die EVs penetrierten erfolgreich in kollagenreiche Knorpelbereiche und erreichten innerhalb von 16 Stunden eine Gewebesättigung, was ihr therapeutisches Potenzial für die Osteoarthritis-Behandlung unterstreicht.
Cette étude visait à analyser le contenu en miARN des vésicules extracellulaires (VE) produites par des cellules stromales mésenchymateuses adipeuses préconditionnées avec l'IL-1β, ainsi que leur capacité de pénétration dans le cartilage. Les chercheurs ont utilisé un criblage à haut débit pour identifier les miARN transportés, une approche bioinformatique pour prédire les voies modulées, et une microscopie avancée pour suivre la diffusion des VE marquées dans des explants de cartilage arthrosique. Le préconditionnement à l'IL-1β a modifié l'expression de 65 miARN impliqués dans les voies WNT, NOTCH, TGFβ et IHH, ainsi que dans l'homéostasie cartilagineuse et les réponses inflammatoires. Les VE ont démontré une capacité de diffusion rapide dans la matrice cartilagineuse, atteignant un plateau de saturation tissulaire en 16 heures.
This study investigated how the ciliary protein IFT88 affects cartilage health and osteoarthritis development using mice with cartilage-specific deletion of the IFT88 gene. The researchers measured cartilage thickness and damage scores over time, induced osteoarthritis surgically, analyzed gene expression patterns, and tested the effects of wheel exercise. Key findings showed that IFT88 deletion led to progressive cartilage thinning (median thickness reduced from 104 μm in controls to 89 μm in knockout mice at 34 weeks) and increased osteoarthritis severity after surgical induction. The study revealed that IFT88 protects cartilage by regulating hedgehog signaling during normal joint loading, and importantly, wheel exercise could restore both cartilage thickness and normal signaling in IFT88-deficient mice.
Diese Studie untersuchte die Rolle des Zilienproteins IFT88 bei der Regulation der Knorpeldicke und Osteoarthritis-Entwicklung mithilfe von Mäusen mit knorpelspezifischem IFT88-Knockout. Die Forscher analysierten die Knorpeldicke durch Histomorphometrie, bewerteten Knorpelschäden mittels OARSI-Scores und induzierten experimentelle Osteoarthritis durch chirurgische Meniskusdestabilisierung. Die Ergebnisse zeigten, dass IFT88-Deletion zu einer progressiven Reduktion der medialen Tibiaknorpeldicke führte (89,42 μm vs. 104,00 μm in Kontrollen) und die Knorpelschädigung nach chirurgischer OA-Induktion verstärkte, wobei diese Effekte durch verminderte Hedgehog-Signalgebung vermittelt und durch Laufradtraining umkehrbar waren. Die Studie demonstriert somit eine chondroprotektive Funktion von IFT88 durch Kontrolle der Knorpelkalzifiz
Cette étude vise à évaluer le rôle de la protéine ciliaire IFT88 dans le maintien du cartilage articulaire et le développement de l'arthrose chez des souris avec délétion conditionnelle spécifique du cartilage. Les chercheurs ont utilisé des souris knock-out AggrecanCre;IFT88 pour analyser l'épaisseur du cartilage tibial par histomorphométrie, les scores de dégradation OARSI, et ont induit l'arthrose par déstabilisation méniscale avec accès libre à l'exercice sur roue. La délétion d'IFT88 entraîne une réduction progressive de l'épaisseur du cartilage tibial médial (89,42 μm vs 104,00 μm chez les contrôles à 34 semaines) et une atrophie marquée associée à une augmentation de la signalisation Hedgehog. L'exercice sur roue restaure l'épaisseur cartilagineuse et normalise la signalisation Hedgehog, démontrant qu'IFT88 joue un rôle chondroprotecteur en régulant la calcification
This study investigated whether preconditioning buccal fat pad stem cells (BFPSCs) under low oxygen conditions could improve cartilage repair when combined with a bilayer chitosan scaffold. The researchers cultured human BFPSCs on chitosan scaffolds under either normal or low oxygen conditions, then implanted the cell-scaffold constructs into knee cartilage defects in rabbits for 12 weeks before analyzing the repair tissue. The results showed that stem cells preconditioned under low oxygen (hypoxic) conditions produced better cartilage formation and improved integration with the underlying bone compared to cells grown under normal oxygen levels. This approach demonstrates that hypoxic preconditioning of stem cells could enhance the effectiveness of cell-based therapies for cartilage repair.
Diese Studie untersuchte, ob eine Hypoxie-Vorkonditionierung von Stammzellen aus dem Wangenfettpolster (BFPSCs) die Knorpelreparatur verbessern kann. Die Forscher kultivierten humane BFPSCs unter Sauerstoffmangel auf zweischichtigen Chitosan-Hydrogel-Gerüsten und implantierten diese anschließend in Knorpeldefekte am Kaninchenknie für 12 Wochen. Die histologische Analyse zeigte, dass die Hypoxie-Vorkonditionierung die chondrogene Differenzierung und die Integration mit dem subchondralen Knochen deutlich verbesserte im Vergleich zu normal kultivierten Zellen. Die Ergebnisse belegen, dass vorkonditionierte BFPSCs auf zweischichtigen Gerüsten ein vielversprechender Ansatz für die Knorpelregeneration darstellen.
Cette étude visait à évaluer si un préconditionnement hypoxique des cellules souches du coussin adipeux buccal (BFPSCs) pourrait améliorer la réparation du cartilage articulaire lorsqu'elles sont combinées à un scaffold hydrogel bicouche à base de chitosane. Les chercheurs ont cultivé les BFPSCs humaines sur les scaffolds en condition hypoxique puis les ont transplantées dans des défauts cartilagineux du genou de lapins pendant 12 semaines, avec évaluation par analyses histologiques et immunohistochimiques. Les résultats montrent que le préconditionnement hypoxique améliore significativement la différenciation chondrogénique et la jonction ostéochondrale par rapport aux conditions normoxiques. Cette approche démontre le potentiel des hydrogels bicouches ensemencés de cellules préconditionnées pour optimiser la régénération du cartilage articulaire.
This study aimed to evaluate the squeeze-film properties of synovial fluid and hyaluronate-based viscosupplements using testing methods that better mimic joint loading conditions. The researchers used squeeze-film tests (rather than traditional viscometry) to examine normal bovine synovial fluid and various HA solutions with different concentrations and molecular weights (500-1000 kDa), measuring fluid thickness, viscosity, and pressure relationships under compression. The main findings showed that synovial fluid and HA-based viscosupplements had similar rheological responses under squeeze-film conditions, with synovial fluid maintaining only slightly greater minimum film thickness. Interestingly, thicker initial HA solution layers resulted in greater minimum film thickness due to faster gel formation at lower strain levels, and neither HA concentration nor molecular weight significantly affected the squeeze-film performance.
Diese Studie untersuchte die Squeeze-Film-Eigenschaften von Synovialflüssigkeit und Hyaluronat-basierten Viskosupplementen, um deren biomechanisches Verhalten unter gelenkähnlichen Bedingungen besser zu verstehen. Die Forscher verwendeten Squeeze-Film-Tests – die das Zusammendrücken von Flüssigkeit zwischen zwei Gelenkoberflächen simulieren – um normale bovine Synovialflüssigkeit mit verschiedenen HA-Lösungen unterschiedlicher Molekulargewichte (500-1000 kDa) zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigten ähnliche rheologische Eigenschaften zwischen Synovialflüssigkeit und HA-Lösungen, wobei die Synovialflüssigkeit eine geringfügig dickere minimale Filmdicke aufwies. Ein unerwarteter Befund war, dass bei HA-Lösungen die minimale Filmdicke linear mit der anfänglichen Filmdicke anstieg, was auf eine schnellere Gelbildung in dickeren Schichten zurückgeführt wurde.
Cette étude visait à évaluer les propriétés rhéologiques du liquide synovial et des solutions d'acide hyaluronique (HA) utilisées en viscosupplémentation en utilisant un test de film compressé (squeeze-film), qui reproduit mieux les conditions mécaniques réelles des articulations que les tests de viscosité classiques. Les chercheurs ont comparé le liquide synovial bovin normal avec des viscosuppléments commerciaux à base d'HA (Hyalgan/Hyalovet, 500-700 kDa) et une solution de hyaluronate de sodium (1000 kDa) à 10 mg/ml. Les résultats montrent des réponses rhéologiques similaires entre tous les fluides testés, bien que le liquide synovial présente une épaisseur de film légèrement supérieure, et révèlent un phénomène inattendu de gélification plus rapide des solutions d'HA plus épaisses. Ces findings suggèrent que les viscosuppléments à base d'HA reproduisent efficacement les propriétés mécaniques du liquide synovial naturel dans des conditions de compression articulaire.
This study investigated whether panobinostat, a histone deacetylase (HDAC) inhibitor, could protect cartilage and reduce pain in osteoarthritis. Researchers used rats with surgically-induced knee osteoarthritis and administered panobinostat injections directly into the joint weekly for 12 weeks. The treatment significantly reduced pain behaviors and prevented cartilage breakdown, as confirmed by microscopic analysis and CT imaging. Panobinostat worked by modifying the activity of specific HDACs and related proteins involved in cartilage destruction, suggesting it could be a promising new treatment for osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die knorpelschützenden Effekte des Histondeacetylase-Inhibitors Panobinostat bei experimenteller Arthrose in Ratten nach Kreuzbandtranssektion. Die Forscher verabreichten wöchentlich 2 oder 10 μg Panobinostat intra-artikulär über einen Zeitraum von 12 Wochen und analysierten anschließend Schmerzverhalten, Knorpeldegradation sowie relevante Proteinexpressionen mittels histopathologischer und mikrocomputertomographischer Verfahren. Die Ergebnisse zeigten, dass Panobinostat sowohl nozizeptive Verhaltensweisen (mechanische Allodynie, veränderte Gewichtsverteilung) als auch die Knorpeldegeneration signifikant reduzierte. Zusätzlich modulierte die Behandlung wichtige Proteine wie HDAC4/6/7, RUNX2 und MMP-13, was auf einen vielversprechenden therapeutischen Ansatz für die Arthrose-Behandlung hinweist.
Cette étude a évalué les effets chondroprotecteurs du panobinostat, un inhibiteur d'histones désacétylases (HDAC), sur un modèle d'arthrose expérimentale induite par section du ligament croisé antérieur chez le rat. L'administration intra-articulaire hebdomadaire de panobinostat (2 ou 10 μg) pendant 12 semaines a été testée sur les comportements nociceptifs et la dégradation cartilagineuse, avec analyses histopathologiques et par microtomographie. Le traitement a significativement réduit l'allodynie mécanique secondaire et amélioré la répartition du poids corporel, tout en prévenant la dégénération cartilagineuse par modulation de l'expression des HDAC4, HDAC6, HDAC7 et de la métalloprotéinase-13. Ces résultats suggèrent que le panobinostat pourrait constituer une approche thérapeutique prometteuse pour l'arthrose en ciblant les modifications épigénétiques impliquées dans la pathogenèse de cette maladie.
This study investigated how cartilage wear particles that accumulate on the synovial membrane during osteoarthritis affect the normally low-friction properties of synovial tissue. The researchers used a custom loading device to measure friction coefficients of bovine synovium samples, both with and without attached cartilage wear particles, when sliding against various surfaces including glass, cartilage, and synovium itself. The key finding was that cartilage wear particles directly attached to synovium explants in culture and significantly increased friction coefficients when tested in dilute synovial fluid conditions that mimic osteoarthritis. These results suggest that wear particle accumulation creates a harmful cycle in osteoarthritis by impairing the synovium's natural lubricating function, potentially accelerating joint degradation and altering mechanical signals to cells within the tissue.
Diese Studie untersuchte, wie sich Knorpelabriebpartikel, die bei Arthrose entstehen, auf die Reibungseigenschaften der Synovialmembran auswirken. Mittels eines speziellen Testgeräts wurden die Reibungskoeffizienten von Synovialgewebe gegen verschiedene Oberflächen gemessen, sowohl mit als auch ohne anhaftende Knorpelpartikel. Die Ergebnisse zeigten, dass sich Abriebpartikel direkt an das Synovialgewebe anlagern und bei reduzierter Gelenkschmierung (wie bei Arthrose typisch) die Reibungskoeffizienten signifikant erhöhen. Diese Befunde deuten darauf hin, dass Knorpelabriebpartikel durch Verschlechterung der Synovialmembran-Eigenschaften einen Teufelskreis in Gang setzen könnten, der den arthrotischen Gelenkabbau weiter vorantreibt.
Cette étude visait à évaluer l'impact de l'attachement des particules d'usure cartilagineuse sur les propriétés de friction de la membrane synoviale. Les chercheurs ont utilisé un dispositif de charge personnalisé pour caractériser les propriétés de friction du synovium bovin juvénile et ont testé l'effet de particules d'usure cartilagineuse attachées à la surface synoviale. Les résultats montrent que le synovium natif présente un coefficient de friction caractéristiquement bas, mais que l'attachement des particules d'usure augmente significativement ce coefficient de friction, particulièrement en présence de liquide synovial dilué mimant les conditions arthrosiques. Cette étude révèle un mécanisme potentiel par lequel les particules d'usure cartilagineuse peuvent perpétuer l'environnement dégradatif de l'arthrose en altérant les propriétés tribologiques de la membrane synoviale.
This study aimed to develop and evaluate a hybrid hydrogel delivery system combining poloxamers and hyaluronic acid to deliver sulforaphane (SFN) directly into joints for osteoarthritis treatment. The researchers created hydrogel formulations with viscoelastic properties and tested their drug loading capacity, release profiles, biocompatibility using cell cultures, and therapeutic effects on cartilage-related markers. The hybrid hydrogels successfully incorporated SFN in a concentration-dependent manner and showed controlled drug release through both diffusion and polymer chain relaxation mechanisms. Key findings demonstrated that the formulations were non-toxic to bone and cartilage cells, reduced harmful inflammatory signals (NF-κB and COX-2), increased beneficial type II collagen production, and prevented cartilage breakdown, indicating strong potential as an injectable treatment for osteoarthritis.
Diese Studie entwickelte ein Hydrogel-Trägersystem aus Poloxameren und Hyaluronsäure zur intraartikulären Abgabe von Sulforaphan bei der Behandlung von Arthrose. Die Forscher charakterisierten die physikochemischen Eigenschaften der Hydrogele, testeten ihre Biokompatibilität an Zelllinien und evaluierten ihre therapeutische Wirksamkeit in Arthrose-Modellen. Die Ergebnisse zeigten, dass das Sulforaphan-beladene Hydrogel keine zytotoxischen Effekte aufwies und gleichzeitig die NF-κB-Aktivierung und COX-2-Expression reduzierte, die Kollagen-II-Expression erhöhte und den Proteoglykan-Abbau hemmte. Diese Befunde unterstreichen das Potenzial des entwickelten Hydrogel-Systems als biokompatibles und wirksames Trägersystem für die lokale Arthrose-Therapie.
Cette étude visait à développer des hydrogels hybrides poloxamère-acide hyaluronique (PL-HA) comme système de délivrance intra-articulaire du sulforaphane (SFN) pour le traitement de l'arthrose. Les chercheurs ont formulé et caractérisé ces hydrogels, puis évalué leur biocompatibilité sur des lignées cellulaires d'ostéoblastes et de chondrosarcome, ainsi que leur efficacité pharmacologique in vitro et ex vivo. Les résultats montrent que l'hydrogel PL407-PL338-HA-SFN présente une faible cytotoxicité et démontre des effets chondroprotecteurs significatifs : inhibition de l'activation de NF-κB et COX-2, augmentation de l'expression du collagène de type II, et prévention de la déplétion des protéoglycanes. Cette formulation hybride représente donc un système prometteur pour la délivrance intra-articulaire du sulforaphane dans le traitement de l'arthrose.
This study aimed to develop an injectable biomimetic scaffold for treating full-thickness cartilage defects that could provide mechanical support while delivering therapeutic agents for long-term cartilage regeneration. The researchers created an in situ self-assembling gel using glyceryl monooleate and hyaluronic acid composite lyotropic liquid crystal (HLC) loaded with kartogenin, and evaluated its mechanical properties, drug release profile, and regenerative effects using MRI, micro-CT, and histological analysis. The HLC gel demonstrated superior mechanical strength, elasticity, and lubrication compared to standard formulations, while successfully extending drug release and retention in joints for over 4 weeks. The treatment effectively promoted cartilage regeneration and protected subchondral bone, with imaging and tissue analysis showing restoration of damaged bone tissue to normal characteristics.
Diese Studie zielte darauf ab, ein biomimetisches Gel-System zur Regeneration von vollschichtigen Knorpeldefekten zu entwickeln, das sowohl mechanischen Gelenkschutz als auch kontrollierte Wirkstofffreisetzung bietet. Die Forscher entwickelten ein in-situ selbstassemblierendes Gel auf Basis von Glycerylmonooleat und Hyaluronsäure (HLC), das als lyotroper Flüssigkristall fungiert und den knorpelanregenden Wirkstoff Kartogenin kontrolliert freisetzt. Das HLC-Gel zeigte im Vergleich zu herkömmlichen Formulierungen verbesserte mechanische Eigenschaften (höhere Festigkeit, Elastizität und Schmierung) sowie eine verlängerte Wirkstofffreisetzung über 4 Wochen im Gelenkraum. Die pharmakodynamischen Untersuchungen mittels MRT, Mikro-CT und Histologie belegten, dass das HLC-Gel am effektivsten die Knorpelregeneration förderte und gleichzeitig den subchondralen Knochen schützte, wodurch geschä
Cette étude vise à développer un gel biomimétique auto-assemblant in situ pour la régénération des défauts cartilagineux de pleine épaisseur. Les chercheurs ont conçu un gel cristal liquide lyotrope composite (HLC) à base de mono-oléate de glycéryle et d'acide hyaluronique, capable de délivrer la kartogénine de manière contrôlée sur 4 semaines. Comparé au gel de référence, le gel HLC présente des propriétés rhéologiques améliorées avec une résistance mécanique, une élasticité et une lubrification supérieures pour une meilleure protection articulaire. Les études pharmacodynamiques ont démontré que le gel HLC était le plus efficace pour promouvoir la chondrogenèse et protéger l'os sous-chondral, permettant une restauration complète du tissu osseux endommagé comme confirmé par IRM, micro-CT et analyses histologiques.
This study aimed to develop a dual-purpose drug delivery system for osteoarthritis treatment that combines anti-inflammatory action with cartilage protection. The researchers created a lyotropic liquid crystal (LLC) gel system loaded with hyaluronic acid and celecoxib (HLC gel), which they tested using rheological analysis and evaluated in osteoarthritis-induced rats. The HLC gel demonstrated superior performance by reducing inflammation while providing significant mechanical protection to cartilage, including shock absorption and stress reduction of approximately 50% due to its cubic lattice structure. The treatment showed the best results for reducing inflammation and preventing cartilage degeneration compared to other formulations, while also proving to be biodegradable and biocompatible for intra-articular use.
Diese Studie zielte darauf ab, ein duales Therapiesystem für Osteoarthritis zu entwickeln, das sowohl entzündungshemmende als auch knorpelschützende Eigenschaften kombiniert. Die Forscher entwickelten ein lyotropes Flüssigkristall-System (HLC-Gel), das Hyaluronsäure und den Entzündungshemmer Celecoxib enthält und nach intraartikulärer Injektion eine gelförmige Struktur mit kubischem Gitter bildet. In rheologischen Tests zeigte das HLC-Gel federähnliche Eigenschaften, die mechanische Belastungen um etwa 50% reduzierten, während Studien an Osteoarthritis-Ratten eine überlegene entzündungshemmende Wirkung und einen besseren Knorpelschutz gegenüber Abrieb und Degeneration demonstrierten. Das biokompatible und biologisch abbaubare System verlängerte die Arzneimittelretention im Gelenk und erwies sich als vielversprechender Ansatz für die Osteoarthritis-Behandlung durch die Kombination aus Entzündungshemmung und mechan
Cette étude avait pour objectif de développer un système de délivrance de médicament innovant combinant l'acide hyaluronique (HA) et le célécoxib dans un précurseur de cristal liquide lyotrope (HLC) pour traiter efficacement l'arthrose. Les chercheurs ont caractérisé les propriétés rhéologiques du gel HLC et évalué son efficacité thérapeutique sur un modèle de rats avec arthrose induite. Les résultats montrent que le gel HLC, grâce à sa structure cubique en treillis, présente un effet ressort qui réduit d'environ 50% les contraintes mécaniques articulaires tout en prolongeant la rétention du médicament dans la cavité articulaire. Cette formulation biodégradable et biocompatible s'est révélée la plus efficace pour réduire l'inflammation et protéger le cartilage contre l'usure et la dégénération, offrant ainsi une approche thérapeutique prometteuse combinant anti-inflammation et protection cartilagineuse.
This study aimed to develop and test an adeno-associated virus (AAV) gene therapy that delivers the PRG4 gene to restore lubricin protein in injured joints and prevent post-traumatic osteoarthritis. The researchers used AAV vectors to deliver a modified PRG4 gene (tagged with green fluorescent protein for tracking) via intra-articular injection, testing the approach in mouse meniscus injury models and rabbit ACL transection models. The gene therapy successfully produced lubricin with normal friction-reducing and cartilage-protective properties, and significantly enhanced lubricin expression while protecting cartilage from degeneration in the rabbit model. However, the protective effects were only observed when treatment was given immediately after injury, with efficacy lost when delayed by 2 weeks, indicating that early intervention is critical for success.
Diese Studie untersuchte eine Gentherapie mit Adeno-assoziierten Viren (AAV) zur Wiederherstellung von Lubricin (kodiert durch das PRG4-Gen) in verletzten Gelenken, um posttraumatische Arthrose zu verhindern. Die Forscher entwickelten ein AAV-PRG4-GFP-Konstrukt und testeten dessen Wirksamkeit sowohl in Zellkulturen als auch in Mausmodellen (DMM-Modell) und Kaninchenmodellen (ACLT-Modell) mit intraartikulärer Injektion. Die Ergebnisse zeigten, dass das therapeutische Protein lubricinähnliche Eigenschaften besitzt, Knorpelzellen vor mechanischer Belastung schützt und bei sofortiger Anwendung nach Verletzung die Knorpeldegeneration signifikant reduziert. Eine entscheidende Erkenntnis war jedoch, dass die Wirksamkeit der Therapie verloren geht, wenn die Behandlung um zwei Wochen verzögert wird, was die Bedeutung einer frühen Intervention unterstreicht.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer une thérapie génique basée sur un vecteur adéno-associé (AAV) exprimant le gène PRG4 pour prévenir l'arthrose post-traumatique en restaurant la lubricine dans les articulations lésées. Les chercheurs ont développé un construct AAV-PRG4-GFP et testé son efficacité dans des modèles murins de déstabilisation du ménisque médial et des modèles de section du ligament croisé antérieur chez le lapin. Les résultats montrent que la thérapie génique AAV-PRG4-GFP possède des propriétés lubrifiantes similaires à la lubricine naturelle et protège efficacement le cartilage de la dégénérescence lorsqu'elle est administrée immédiatement après la lésion. Cependant, l'efficacité chondroprotectrice est perdue si le traitement est retardé de 2 semaines, soulignant l'importance d'une intervention précoce pour cette approche thérapeutique.
This study investigated whether platelet-rich plasma (PRP) and platelet lysate (PL) can enhance cartilage formation when combined with mechanical loading in a laboratory model of autologous chondrocyte implantation (ACI). Researchers cultured human cartilage cells in scaffolds with different treatments (control fibrin, PRP-gel, or fibrin with PL) and exposed them to either static conditions or multi-directional mechanical forces using a specialized bioreactor for 2 weeks. The combination of mechanical loading with either PRP or PL significantly improved cartilage-specific gene expression and protein production compared to static conditions alone, with PL showing the highest levels of active TGF-β1, a key growth factor for cartilage development. The results suggest that combining PRP or PL supplementation with mechanical loading creates a synergistic effect that enhances cartilage regeneration and reduces inflammation, offering a promising approach for improving ACI outcomes.
Diese Studie untersuchte das therapeutische Potenzial von plättchenreichem Plasma (PRP) und Plättchenlysat (PL) in Kombination mit mechanischer Belastung zur Verbesserung der autologen Chondrozyten-Implantation (ACI) bei der Knorpelregeneration. Humane Chondrozyten wurden in Polyurethan-Scaffolds kultiviert und entweder unter statischen Bedingungen oder mit multi-axialer mechanischer Belastung in einem Kugelgelenk-Bioreaktor behandelt, wobei verschiedene Supplementierungen (Fibrin, PRP-Gel oder PL) getestet wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung die chondrogene Differenzierung deutlich verbesserte, was sich in der verstärkten Expression knorpelspezifischer Gene (COL2A1, ACAN, COMP) widerspiegelte. Die Kombination aus mechanischer Belastung und PRP- oder PL-Supplementierung erwies sich als besonders effektiv, da sie nicht nur die Knorpelregeneration förderte, sondern auch entzünd
Cette étude évalue l'efficacité du plasma riche en plaquettes (PRP) et du lysat plaquettaire (PL) comme thérapies adjuvantes à l'implantation de chondrocytes autologues (ACI), en combinaison avec une stimulation mécanique multi-axiale. Les chondrocytes humains ont été cultivés dans des scaffolds de polyuréthane avec différents suppléments (gel PRP, PL, ou fibrine seule) et soumis à des contraintes mécaniques dynamiques dans un bioréacteur pendant 2 semaines, avec analyse de l'expression génique chondrogénique et des facteurs de croissance. Les résultats montrent que la combinaison de la stimulation mécanique avec le PRP ou le PL améliore significativement la différenciation chondrogénique (surexpression de COL2A1, ACAN, COMP) et active le TGF-β1, particulièrement dans le groupe PL. Cette approche combinée représente une synergie prometteuse pour la réparation cartilagineuse basée sur les chondrocytes, avec des effets anti-inflammatoires bénéfiques du PRP et du PL.
This review examines how mechanical forces are converted into cellular signals in cartilage cells (mechanotransduction) to inform future osteoarthritis treatments and cartilage regeneration strategies. The authors analyzed the current literature on three key mechanosensory systems: integrins (cell-matrix adhesion proteins), cadherins (cell-cell adhesion proteins), and ion channels that detect and respond to mechanical stimuli in chondrocytes. The review identifies these mechanotransduction pathways as critical regulators of chondrocyte behavior and cartilage health, with integrins, cadherins, and mechanosensitive ion channels serving as key molecular sensors that translate physical forces into biochemical responses. The findings suggest that targeting these specific mechanotransduction mechanisms could lead to new therapeutic approaches for controlling chondrocyte function and developing effective cartilage regeneration treatments for osteoarthritis.
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, die Mechanotransduktionseigenschaften von Integrinen, Cadherinen und Ionenkanälen in Knorpelgewebe zu analysieren, um neue Perspektiven für die Knorpelregeneration zu entwickeln. Die Autoren führten eine systematische Literaturübersicht durch, die sich auf die molekularen Mechanismen konzentriert, durch die Chondrozyten mechanische Stimuli in biochemische Signale umwandeln. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Mechanosensoren und -transduktoren an der Zelloberfläche sowie intrazelluläre Signalmoleküle entscheidend für das Zellverhalten sind und durch gezielte Kontrolle dieser Mechanotransduktionswege therapeutisch genutzt werden könnten. Diese Erkenntnisse bieten vielversprechende Ansätze für die Entwicklung regenerativer Therapien zur Behandlung der Osteoarthritis auf molekularer Ebene.
Cette revue examine le rôle des mécanismes de mécanotransduction dans le cartilage articulaire pour développer de nouvelles stratégies de régénération tissulaire face à l'arthrose, une maladie inflammatoire qui affecte des millions de personnes sans thérapie moléculaire satisfaisante actuellement disponible. Les auteurs analysent comment les intégrines, cadhérines et canaux ioniques transforment les stimuli biophysiques externes en signaux biochimiques intracellulaires chez les chondrocytes et leurs cellules précurseurs. La revue synthétise les connaissances sur ces voies de signalisation mécanosensibles qui régissent la physiologie chondrocytaire. L'objectif est de fournir des perspectives pour contrôler spécifiquement le comportement cellulaire via ces voies de mécanotransduction et traduire ces connaissances en thérapies cliniques régénératives.
This study aimed to develop a novel composite coating that mimics articular cartilage's structure and lubrication mechanism for artificial joint applications, combining antibacterial properties with self-lubrication capabilities. The researchers used a vacuum infiltration method to embed a supramolecular hydrogel containing silver nanoparticles (AgNPs) and α-cyclodextrins deep into porous yttria-stabilized zirconia (YSZ) ceramic substrates. The resulting composite coating demonstrated excellent antibacterial activity, low cytotoxicity, and superior self-lubricating and wear-resistant properties under load-bearing conditions. The hard ceramic framework protected the hydrogel while preserving its responsive gel-sol transition behavior and drug-release capabilities, offering a promising approach for developing multifunctional coatings for artificial joints.
Diese Studie zielte darauf ab, eine neuartige Kompositbeschichtung zu entwickeln, die sowohl antibakterielle als auch selbstschmierende Eigenschaften für künstliche Gelenkimplantate besitzt, inspiriert von der Struktur und dem Schmiermechanismus des Gelenkknorpels. Die Forscher verwendeten eine Weich-Hart-Kombinationsstrategie, bei der ein texturiertes Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumoxid-Keramiksubstrat mittels Vakuuminfiltration mit einem supramolekularen Hydrogel aus Silber-Nanopartikeln, modifiziertem Polyethylenglykol und α-Cyclodextrinen infiltriert wurde. Das resultierende Kompositmaterial zeigte hervorragende antibakterielle Eigenschaften, selbstschmierende Funktionen und Verschleißfestigkeit, da das harte Keramikgerüst als Reservoir fungierte und gleichzeitig die stimuli-responsiven Eigenschaften des Hydrogels erhielt. Diese innovative Beschichtung eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung multifunktionaler Keram
Cette étude vise à développer un revêtement composite biomimétique combinant propriétés antibactériennes et auto-lubrifiantes pour les applications d'articulations artificielles, inspiré de la structure et du mécanisme de lubrification du cartilage articulaire. Les chercheurs ont créé un revêtement associant un réservoir céramique texturé en zircone stabilisée à l'yttrium (YSZ) et un hydrogel supramoléculaire hybride contenant des nanoparticules d'argent (AgNPs), infiltré par méthode sous vide dans les pores de la céramique. Les résultats montrent que ce revêtement composite présente d'excellentes propriétés antibactériennes, une capacité d'auto-lubrification et une résistance à l'usure, grâce à la combinaison synergique entre le squelette céramique rigide qui protège l'hydrogel sous contraintes mécaniques et l'hydrogel qui conserve ses propriétés de transition gel-sol stimuli-dépendantes. Cette approche innovante ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de revêtements céramiques multifonctionnels destinés aux proth
This study investigated how marathon running affects cartilage metabolism by measuring blood biomarkers in 17 recreational male runners before, immediately after, and 48 hours after the 2017 Barcelona Marathon. The researchers used blood tests to measure inflammatory markers (CRP), muscle damage indicators (CK, LDH), and various cartilage-related proteins using specialized laboratory techniques.
The results showed that marathon running created significant metabolic stress, with muscle damage markers increasing 2-6 fold and inflammation peaking at 48 hours post-race. Importantly, the study found evidence of a protective cartilage response: levels of hyaluronan (a joint lubricant) increased 4-fold immediately after the race, collagen synthesis markers (PIINP) remained elevated for 48 hours, and collagen breakdown markers (C2C) actually decreased post-race.
These findings suggest that rather than damaging joint cartilage, marathon running may actually stimulate protective and repair mechanisms in cartilage, with increased synthesis and decreased breakdown of type II collagen occurring alongside the expected inflammatory response.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen des Marathonlaufs auf Entzündungs-, Energie- und Knorpelmatrix-Biomarker im Blut von 17 männlichen Freizeitsportlern. Blutproben wurden vor, direkt nach und 48 Stunden nach dem Barcelona Marathon 2017 entnommen und mittels Chemieanalysator und ELISA-Verfahren auf verschiedene Biomarker analysiert. Die Ergebnisse zeigten einen deutlichen Anstieg der Energiemarker (CK, LDH) und Entzündungsparameter (CRP) sowie eine erhöhte Kollagen-II-Synthese (PIINP-Anstieg) bei gleichzeitig verringertem Kollagenabbau (C2C-Abnahme), während nicht-kollagene Knorpelmarker stabil blieben. Die Studie belegt, dass Marathonlaufen trotz hoher Energieanforderungen und Entzündungsreaktion protektive Mechanismen für den Gelenkknorpel aktiviert, die sich in einer verstärkten Kollagensynthese und reduzi
Cette étude visait à déterminer l'effet de la course de marathon sur les biomarqueurs inflammatoires, énergétiques et du cartilage articulaire chez 17 coureurs récréatifs masculins. Les chercheurs ont analysé des échantillons sanguins prélevés avant, immédiatement après et 48 heures après le Marathon de Barcelone 2017, mesurant divers biomarqueurs par ELISA et analyse chimique automatisée. Les résultats montrent que le marathon induit une forte demande énergétique (augmentation de la créatine kinase et LDH) et une réaction inflammatoire durable (augmentation de la CRP), accompagnées d'une augmentation immédiate de l'acide hyaluronique comme mécanisme protecteur. Concernant le cartilage, l'étude révèle une augmentation de la synthèse du collagène de type II (PIINP) et une diminution de son catabolisme (C2C), suggérant un effet bénéfique du marathon sur le métabolisme du cartilage articulaire.
This 55-week double-blind, randomized, placebo-controlled study evaluated the effectiveness and safety of a portable magnetic therapy device (ALMAG+) in 77 patients with knee osteoarthritis stages I-III. Patients underwent three courses of 18 daily home-based magnetic therapy sessions while maintaining stable drug therapy, with outcomes measured using pain scales, WOMAC scores, and ultrasound assessment of cartilage thickness. The active treatment group showed significantly greater improvements in resting pain and overall WOMAC scores at weeks 21 and 55 compared to placebo, and importantly, cartilage thickness was preserved in the treatment group while it decreased in the placebo group. The study found no adverse events related to the magnetic therapy device, suggesting that portable magnetic therapy may provide analgesic, anti-inflammatory, and structure-modifying benefits for knee osteoarthritis patients.
Diese doppelblinde, randomisierte, placebokontrollierte Studie untersuchte die Wirksamkeit und Sicherheit einer 55-wöchigen Magnettherapie mit einem portablen Gerät (ALMAG+) bei 77 Patienten mit Kniearthrose der Stadien I-III. Die Patienten erhielten drei Behandlungszyklen mit jeweils 18 täglichen Heimanwendungen, wobei die Behandlungsgruppe (n=37) aktive Magnettherapie und die Kontrollgruppe (n=40) eine Placebobehandlung erhielt. Die Magnettherapie zeigte signifikant bessere Ergebnisse bei Ruheschmerzen (Woche 21 und 55), dem WOMAC-Gesamtscore und dem Erhalt der Knorpeldicke im Ultraschall im Vergleich zur Placebogruppe. Es traten keine behandlungsassoziierten Nebenwirkungen oder Exazerbationen rheumatischer Grunderkrankungen auf, was auf ein gutes Sicherheitsprofil der portablen Magnettherapie hinweist.
Cette étude randomisée en double aveugle contre placebo sur 55 semaines visait à évaluer l'efficacité et la sécurité du dispositif portable de magnétothérapie ALMAG+ dans le traitement de l'arthrose du genou. L'étude a inclus 77 patients (âge moyen 52,7 ans) présentant une arthrose primaire ou secondaire de stades I-III selon Kellgren-Lawrence, randomisés pour recevoir soit un traitement actif (n=37) soit un placebo (n=40), avec trois cycles de 18 séances quotidiennes de magnétothérapie à domicile. Les résultats montrent une amélioration significative de la douleur au repos aux semaines 21 et 55, une réduction du score WOMAC global, et une préservation de l'épaisseur du cartilage articulaire mesurée par échographie dans le groupe traité comparé au groupe placebo, sans effets indésirables rapportés. Cette étude suggère que la magnétothérapie portable présente des effets analgésiques, anti-inflammatoires et potentiellement protecteurs du cartilage dans l'arthrose du genou.
This study aimed to develop mechanically robust hyaluronic acid (HA) hydrogels for cartilage tissue engineering by incorporating cellulose nanofibrils (CNFs) to overcome the poor mechanical properties of traditional HA-based materials. The researchers created methacrylate-functionalized CNFs that could photo-crosslink with methacrylated HA to form nanocomposite hydrogels, then tested their mechanical properties and biological performance both in cell culture and in a rat cartilage defect model. The resulting HA/CNF hydrogels demonstrated significantly improved mechanical strength (compressive modulus of 0.46 MPa and compressive strength of 0.198 MPa) with good recovery properties, while maintaining biocompatibility and supporting stem cell growth and cartilage formation. The nanocomposite hydrogels successfully promoted cartilage repair in full-thickness defects in rats, suggesting they could serve as effective scaffolds for cartilage tissue engineering applications.
Diese Studie zielte darauf ab, die mechanischen Eigenschaften von Hyaluronsäure-basierten Hydrogelen für das Knorpel-Tissue-Engineering durch Integration von Cellulose-Nanofibrillen (CNFs) zu verbessern. Die Forscher entwickelten methacrylat-funktionalisierte CNFs, die mittels Photoverknüpfung mit methacrylierter Hyaluronsäure zu HA/CNF-Nanokomposit-Hydrogelen verarbeitet wurden. Die resultierenden Hydrogele zeigten mit einem Kompressionsmodul von 0,46 ± 0,05 MPa und einer Druckfestigkeit von 0,198 ± 0,009 MPa ausreichende mechanische Eigenschaften für belastungsaufnehmende Gewebe wie Gelenkknorpel. In-vitro- und In-vivo-Studien bestätigten eine gute Biokompatibilität mit mesenchymalen Stammzellen sowie eine vielversprechende Reparaturwirkung bei vollschichtigen Knorpeldefekten in Ratten.
Cette étude visait à développer un hydrogel composite à base d'acide hyaluronique (HA) avec des propriétés mécaniques améliorées pour l'ingénierie tissulaire du cartilage. Les chercheurs ont créé des nanofibres de cellulose (CNF) fonctionnalisées par méthacrylate capables de se réticuler par photopolymérisation avec l'HA méthacrylé pour former des hydrogels nanocomposites HA/CNF. Les hydrogels obtenus ont montré des propriétés mécaniques prometteuses avec un module de compression de 0,46 ± 0,05 MPa et une résistance à la compression de 0,198 ± 0,009 MPa, tout en favorisant la prolifération des cellules souches mésenchymateuses et leur différenciation chondrogénique. L'efficacité réparatrice a été démontrée dans un modèle de défaut cartilagineux de pleine épaisseur chez le rat, suggérant le potentiel de ce nanocomposite comme scaffold pour la régénération du cartilage articulaire.
This study investigated how measurable cartilage tissue properties influence the tissue's ability to recover fluid and maintain lubrication during sliding motion. The researchers used tribological testing with a convergent stationary contact area configuration to examine cartilage from five mammalian species, measuring how sliding speed affects fluid recovery and correlating this with tissue geometry and biphasic properties (tensile/compressive moduli and permeability). The key finding was that tissue properties significantly influence cartilage fluid recovery and lubrication at slow sliding speeds, but have minimal impact at high sliding speeds where rehydration appears largely independent of permeability and stiffness. These results suggest that easily measurable tissue characteristics can predict cartilage function and may inform better prevention and rehabilitation strategies for joint conditions like osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen messbaren Gewebeeigenschaften des Gelenkknorpels und seiner Fähigkeit zur Rehydration und Schmierung während Gleitbewegungen. Die Forscher führten innovative Hochgeschwindigkeits-Gleit- und Indentationsexperimente mit Knorpelproben von fünf Säugetierarten durch und analysierten korrelative Beziehungen zwischen geometrischen und biphasischen Eigenschaften (Zug- und Druckmodul, Permeabilität) und dem tribologischen Rehydrationsverhalten. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Gewebeeigenschaften die Flüssigkeitsexudation und -rehydration bei langsamen Gleitgeschwindigkeiten regulieren, jedoch bei hohen Gleitgeschwindigkeiten minimalen Einfluss haben - unter diesen Bedingungen scheint die Knorpelrehydration unempfindlich gegenüber Permeabilität und Steifigkeit zu sein. Diese Erkenntnisse ermöglichen es, anhand leicht messbarer biphasischer Gewebeeigenschaften die Rehydrations- und
Cette étude visait à identifier les relations prédictives entre les propriétés tissulaires du cartilage articulaire, sa réhydratation tribologique induite par le glissement, et la récupération de sa lubrification. Les chercheurs ont utilisé des analyses corrélationnelles pour relier les comportements de réhydratation dépendants de la vitesse de glissement aux propriétés géométriques et biphasiques du cartilage (modules de traction et compression, perméabilité) chez cinq espèces de mammifères. Les résultats montrent que les propriétés tissulaires du cartilage régulent son exsudation/hydratation à faibles vitesses de glissement mais ont un effet minimal à hautes vitesses, la réhydratation apparaissant insensible à la perméabilité et à la rigidité dans des conditions de forte pression fluidique. Ces découvertes démontrent que des caractéristiques biphasiques facilement mesurables peuvent prédire les capacités de réhydratation et de lubrification du cartilage, ouvrant la voie à de meilleures stratégies de prévention et réhabilitation pour l'arthrose.
This study aimed to develop mechanically robust, cell-laden implants for cartilage repair by combining soft hyaluronic acid hydrogels with reinforcing fiber scaffolds. The researchers encapsulated mesenchymal stromal cells (MSCs) in norbornene-modified hyaluronic acid (NorHA) hydrogels of varying stiffness and reinforced the softer hydrogels with polycaprolactone microfibers created using melt-electrowriting (MEW) technology. The key findings showed that soft hydrogels (~2 kPa) promoted superior cartilage formation compared to stiffer versions, but reinforcing these soft hydrogels with MEW fiber meshes increased their mechanical strength by 50-fold while preserving the cells' ability to form cartilage tissue. After 56 days of culture, these composite implants achieved mechanical properties suitable for joint loading (~350 kPa) and demonstrated enhanced integration with native tissue when pre-cultured with cells before implantation.
Diese Studie untersuchte die Entwicklung von Verbundmaterialien aus Hyaluronsäure-Hydrogelen und Polycaprolacton-Mikrofasern für die Knorpelreparatur. Die Forscher verwendeten mesenchymale Stromalzellen (MSCs) in norbornene-modifizierten Hyaluronsäure-Hydrogelen unterschiedlicher Vernetzungsdichten und verstärkten diese mit Mikrofasern, die mittels Melt-Electrowriting (MEW) hergestellt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass weichere Hydrogele (~2 kPa) die Knorpelbildung deutlich besser fördern als steifere Varianten, jedoch durch die Verstärkung mit PCL-Fasern (400 μm Abstand) eine ~50-fach höhere mechanische Stabilität erreicht werden konnte, ohne die chondrogene Differenzierung zu beeinträchtigen. Die mit MSCs beladenen Verbundmaterialien erreichten nach 56 Tagen Kultur einen Kompressionsmodul von ~350 kPa und zeigten eine verbesserte Integration mit nativem Gewebe
Cette étude vise à développer des composites hybrides combinant des hydrogels d'acide hyaluronique modifié (norHA) chargés en cellules souches mésenchymateuses et des fibres de polycaprolactone pour la réparation du cartilage articulaire. Les chercheurs ont d'abord démontré que les hydrogels norHA faiblement réticulés (~2 kPa) favorisent mieux la chondrogenèse que les versions plus rigides, puis les ont renforcés avec des microfilaments PCL produits par électrofilature (MEW) pour améliorer leurs propriétés mécaniques initiales. Les composites avec maillage MEW de 400 μm ont augmenté le module de compression des hydrogels mous d'environ 50 fois tout en préservant leur potentiel chondrogénique, atteignant ~350 kPa après 56 jours de culture. Les tests d'implantation ont confirmé une meilleure intégration tissulaire des composites pré-cultivés avec cellules comparativement aux versions acellulaires, démontrant le potentiel de cette approche pour créer des implants possédant à la fois une inté
This study investigated how the chemical environment affects cartilage's ability to absorb energy during mechanical loading by testing cartilage samples in solutions with different salt concentrations (osmolarity) and thickness (viscosity). The researchers measured the mechanical properties of cartilage under both low-frequency (1 Hz) and high-frequency (75-300 Hz) compression while varying the strain levels applied to the tissue. The key finding was that both higher osmolarity and higher viscosity solutions independently increased energy dissipation while decreasing the stiffness of cartilage across all tested frequencies. These results demonstrate that the fluid within cartilage plays a crucial role in the tissue's shock-absorbing properties, with implications for understanding how changes in joint fluid composition might influence cartilage damage and degeneration.
Diese Studie untersuchte, wie die Osmolarität und Viskosität der umgebenden Lösung die Energiedissipation von Gelenkknorpel unter dynamischer Belastung beeinflusst. Die Forscher maßen dynamische Moduli und Phasenverschiebungen von Knorpelproben bei niedrigen (1 Hz) und hohen Frequenzen (75-300 Hz), nachdem diese in Medien unterschiedlicher Osmolarität und Viskosität äquilibriert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl erhöhte Osmolarität als auch erhöhte Viskosität unabhängig voneinander zu einer größeren Energiedissipation und einem verringerten dynamischen Modul führten. Diese Befunde verdeutlichen die wichtige Rolle der interstitiellen Flüssigkeit für die energiedissipierenden Eigenschaften des Knorpels, was für das Verständnis von Knorpelschäden relevant ist.
Cette étude a examiné l'influence de l'osmolarité et de la viscosité du milieu environnant sur la dissipation d'énergie du cartilage articulaire sous contraintes dynamiques. Les chercheurs ont mesuré les modules dynamiques et le déphasage d'échantillons de cartilage à basse (1 Hz) et haute fréquence (75-300 Hz), après équilibration dans des solutions de différentes osmolarités et viscosités. Les résultats montrent qu'une augmentation de l'osmolarité et de la viscosité du milieu entraîne indépendamment une augmentation de la dissipation d'énergie et une diminution du module dynamique du cartilage, à toutes les fréquences testées. Ces modifications mécaniques soulignent l'importance du fluide interstitiel dans les capacités de dissipation d'énergie du tissu cartilagineux, avec des implications potentielles pour la prévention des dommages articulaires.
This review examines how the extracellular matrix (ECM) and pericellular matrix (PCM) in articular cartilage create a two-way communication system that controls cellular responses to mechanical forces. The authors synthesized findings from in vivo and in vitro studies to understand how different types and magnitudes of loading affect cartilage tissue. Key findings show that normal physiological loading maintains healthy cartilage by balancing tissue building and breakdown activities, while excessive or abnormal loading disrupts this balance and can lead to cartilage degradation and osteoarthritis. The study highlights that matrix breakdown products can act as signaling molecules that either promote or reduce inflammation, demonstrating how mechanical stress creates a cascade of molecular events that ultimately determine cartilage health or disease.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die bidirektionale Wechselwirkung zwischen extrazellulärer Matrix (EZM) und Chondrozyten bei der mechanischen Signalübertragung im Gelenkknorpel. Die Autoren analysierten In-vivo- und In-vitro-Studien, einschließlich transgener Ansätze, die die Reaktion des Gelenkknorpels auf verschiedene mechanische Belastungen charakterisiert haben. Die Ergebnisse zeigen, dass physiologische Belastung ein homöostatisches Gleichgewicht zwischen anabolen und katabolen Aktivitäten aufrechterhält, während abnormale oder exzessive Belastung die Matrixsynthese stört und zur Knorpeldegradation führen kann. Besonders relevant ist die Erkenntnis, dass mechanisch vermittelte proteolytische Abbauprozesse bioaktive Fragmente erzeugen, die Entzündungswege aktivieren und somit zur Pathogenese der Osteoarthritis beitragen können.
Cette revue examine la réciprocité bidirectionnelle entre la matrice extracellulaire (MEC) et les chondrocytes dans la mécanotransduction du cartilage articulaire. Les auteurs analysent la littérature sur les réponses du cartilage aux perturbations mécaniques, en particulier le rôle des composants de la matrice péricellulaire (collagène de type VI, perlécan, protéoglycanes) dans la transmission des signaux biomécaniques et biochimiques. Les résultats montrent que les charges physiologiques maintiennent l'homéostasie cartilagineuse via un équilibre anabolique-catabolique, tandis que les charges non-physiologiques (excessives ou traumatiques) altèrent la biosynthèse matricielle et génèrent des fragments bioactifs pro-inflammatoires. Cette dysrégulation de la MEC/matrice péricellulaire peut conduire à la dégradation cartilagineuse et au développement de l'arthrose lorsqu'elle est soutenue.
This study investigated how meniscus injuries affect friction within the knee joint, which may contribute to post-traumatic osteoarthritis development. The researchers used a pendulum testing device to measure whole joint friction in six sheep knees under three conditions: intact meniscus, posterior root tear, and complete meniscus removal, testing under both low-load swing phase (250 N) and high-load stance phase (1000 N) conditions. Surprisingly, meniscus injury and surgical removal did not increase knee joint friction initially - in fact, complete meniscus removal actually reduced friction during simulated swing phase conditions compared to the intact state. The findings suggest that increased joint friction may not be the immediate mechanism by which meniscus injuries lead to cartilage degeneration and osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte den Einfluss verschiedener Meniskusverletzungen auf die initiale Gesamtreibung im Kniegelenk, um tribologische Veränderungen zu verstehen, die zur posttraumatischen Arthrose beitragen könnten. Die Forscher testeten sechs Schafskniegelenke in einem passiven Pendel-Reibungsprüfgerät unter verschiedenen Belastungsbedingungen (Schwung- und Standphasen-Simulation) und verglichen drei Meniskuszustände: intakt, hinterer Wurzelriss und komplette Meniskektomie. Überraschenderweise führten weder die simulierte Meniskusverletzung noch die chirurgische Entfernung zu einer initial erhöhten Gesamtreibung des Kniegelenks - unter Schwungphasenbedingungen war die Reibung nach Meniskektomie sogar signifikant niedriger. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Meniskusverletzungen möglicherweise nicht durch unmittelbare tribologische Veränderungen zur Arthrose-Entwicklung beitragen, sondern andere
Cette étude visait à évaluer l'influence de différents états du ménisque médial (intact, déchirure radiculaire postérieure, méniscectomie totale) sur la friction initiale de l'ensemble de l'articulation du genou. Six genoux ovins ont été testés dans un dispositif de friction pendulaire passif sous deux conditions de charge (250 N et 1000 N) simulant respectivement les phases d'oscillation et d'appui de la marche, avec analyse cinématique 3D et application de modèles de friction. Les résultats montrent que ni la déchirure radiculaire du ménisque médial ni la méniscectomie n'augmentent la friction initiale de l'articulation, avec même une diminution significative observée après méniscectomie en phase d'oscillation. Cette étude tribologique suggère donc que les lésions méniscales n'induisent pas d'augmentation immédiate de la friction articulaire, remettant en question les mécanismes initiaux de développement de l'arthrose post-traumatique.
This scoping review examined conservative treatment options for early knee osteoarthritis (KOA) in athletes, focusing on therapeutic exercise and injection therapies to guide clinical practice. The authors searched MEDLINE and PEDro databases for studies published in the past 20 years, ultimately including four studies that met their criteria for clinical trials, randomized controlled trials, and longitudinal studies in athletic populations. The findings showed that therapeutic exercise provides benefits for preventing cartilage degeneration, reducing pain, and improving physical function, while injection therapies (hyaluronic acid viscosupplementation and platelet-rich plasma) demonstrated medium to long-term improvements in joint pain and function lasting up to 12 months. The authors conclude that a multimodal approach combining therapeutic exercise with moderate aerobic activity should be used for KOA prevention, with minimally invasive injection therapy added for symptomatic cases to enhance motor function and reduce symptoms.
Diese Scoping-Review untersuchte die konservative Behandlung früher Kniearthrose bei Athleten, mit besonderem Fokus auf therapeutische Übungen und Injektionstherapien. Die Autoren durchsuchten systematisch die MEDLINE- und PEDro-Datenbanken nach relevanten Studien der letzten 20 Jahre und schlossen vier Studien in ihre Analyse ein. Die Ergebnisse zeigen, dass therapeutische Übungen präventive Effekte auf Knorpeldegeneration haben und Schmerzen sowie körperliche Funktion verbessern, während intraartikuläre Injektionen mit Hyaluronsäure und plättchenreichem Plasma (PRP) bei milder bis moderater Arthrose mittel- bis langfristige Verbesserungen von Gelenkschmerzen und Funktion bewirken. Die Autoren empfehlen einen multimodalen Behandlungsansatz, der therapeutische Übungen mit moderater aerober Aktivität kombiniert und bei symptomatischer Arthrose durch minimal-invasive Injektionstherapien ergänzt werden kann.
Cette revue de portée visait à examiner les preuves récentes sur la prise en charge conservatrice de la gonarthrose précoce chez les athlètes, en se concentrant particulièrement sur l'exercice thérapeutique et les traitements par injection. Les auteurs ont mené une recherche dans les bases de données MEDLINE et PEDro sur les vingt dernières années, incluant finalement quatre études (essais cliniques, essais contrôlés randomisés et études longitudinales). Les résultats montrent que l'exercice thérapeutique présente des effets bénéfiques sur la prévention de la dégénérescence cartilagineuse, la réduction de la douleur et l'amélioration de la fonction physique, tandis que la viscosupplémentation par acide hyaluronique et le plasma riche en plaquettes démontrent des améliorations significatives de la douleur et de la fonction à moyen et long terme. Les auteurs recommandent un traitement multimodal combinant exercice thérapeutique et activité aérobique modérée pour la prévention, avec l'ajout possible de thérapies par injection minimalement invasives pour les cas symptomatiques.
This review examines how mechanical loading affects cartilage type formation in tissue engineering applications using hydrogel constructs containing chondrocytes. The authors analyzed studies focusing on compression loading and implantation experiments, specifically measuring the ratio of collagen type I (COL1) to collagen type II (COL2) expression, along with relevant mechanotransduction pathways. The key finding is that mechanical stimulation can shift the COL1/COL2 ratio too high, leading to undesired fibrocartilage formation instead of the intended hyaline cartilage in engineered constructs. The authors conclude that cartilage tissue engineering studies must systematically assess whether the resulting tissue is fibrocartilage or hyaline cartilage, and highlight emerging approaches like load-shielding and synchrotron radiation imaging for future applications.
Diese Übersichtsarbeit untersucht, wie mechanische Belastung in Hydrogel-Konstrukten zur Knorpelregeneration die Bildung von Faserknorpel anstelle des gewünschten hyalinen Knorpels beeinflussen kann. Die Autoren analysierten aktuelle Studien zur hyalinen Knorpelregeneration unter Kompressionskräften und nach Implantation, wobei sie sich auf das Verhältnis von Kollagen Typ I (COL1) zu Kollagen Typ II (COL2) konzentrierten, da ein zu hoher COL1/COL2-Quotient zur unerwünschten Faserknorpelbildung führt. Zusätzlich wurden Mechanotransduktionswege sowie innovative Ansätze wie Load-Shielding und Synchrotron-basierte Bildgebungstechniken diskutiert. Die Hauptschlussfolgerung ist, dass alle Knorpel-Tissue-Engineering-Experimente sorgfältig zwischen der Bildung von Faserknorpel und hyalinem Knorpel unterscheiden sollten, um erfolgreiche Regenerationsstrateg
Cette revue examine les approches d'ingénierie tissulaire du cartilage utilisant des construits d'hydrogel soumis à des contraintes mécaniques, avec un focus sur l'expression des collagènes de type I (COL1) et de type II (COL2). Les auteurs analysent les études récentes sur la régénération du cartilage hyalin sous compression, les approches d'implantation in vivo, ainsi que les voies de mécanotransduction impliquées dans l'expression de COL1 et COL2. Les résultats montrent que la stimulation mécanique peut orienter la formation vers du fibrocartilage plutôt que du cartilage hyalin si le ratio COL1/COL2 devient trop élevé dans la matrice extracellulaire. Les auteurs recommandent une évaluation systématique du type de cartilage formé (fibrocartilage vs cartilage hyalin) dans tous les futurs projets d'ingénierie tissulaire cartilagineuse.
This study investigated how mechanical forces affect the metabolic responses of SW1353 chondrocytes (cartilage cells) to better understand cartilage mechanotransduction. The researchers exposed these cells to two types of cyclical mechanical stimulation—shear and compression—for 15 and 30 minutes, then analyzed the resulting metabolic changes using liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS). The analysis identified 1457 metabolite features and revealed that mechanical stimulation significantly altered several key biological pathways, including inflammatory responses, lipid metabolism, energy production, and amino acid synthesis. These findings provide new insights into how cartilage cells respond metabolically to different types and durations of mechanical loading, which could inform approaches to maintaining cartilage health.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung den Stoffwechsel von Knorpelzellen (SW1353 Chondrozyten) beeinflusst, um die Mechanotransduktion im Gelenkknorpel besser zu verstehen. Die Forscher setzten die Zellen zyklischen Scher- und Kompressionskräften für 15 und 30 Minuten aus und analysierten anschließend die metabolischen Profile mittels Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS). Dabei wurden 1457 Metabolit-Signale identifiziert, die Veränderungen in wichtigen Stoffwechselwegen aufzeigten. Die mechanische Stimulation führte zu signifikanten Veränderungen in Entzündungswegen, Lipidstoffwechsel, Beta-Oxidation, zentralem Energiestoffwechsel und Aminosäureproduktion, was neue Einblicke in die zelluläre Antwort von Chondrozyten auf verschiedene Belastungsformen liefert.
Cette étude visait à caractériser les réponses métaboliques des chondrocytes à différents types de stimulation mécanique pour mieux comprendre la mécanotransduction du cartilage articulaire. Les chercheurs ont exposé des cellules SW1353 à des contraintes de cisaillement et de compression cycliques pendant 15 et 30 minutes, puis ont analysé leurs profils métabolomiques par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS). L'analyse a révélé 1457 caractéristiques métaboliques et identifié des modifications significatives dans plusieurs voies biologiques clés, notamment les voies inflammatoires, le métabolisme lipidique, la β-oxydation, le métabolisme énergétique central et la production d'acides aminés. Ces résultats enrichissent notre compréhension des mécanismes de mécanotransduction chondrocytaire selon le type et la durée de la charge appliquée.
This study aimed to evaluate adipose-derived stem cell (ADSC) spheroids as a potential treatment for osteoarthritis by characterizing their properties and testing their response to synovial fluid from OA patients. The researchers used a novel rotating tube device called SpheRing to form human ADSC spheroids and analyzed their gene expression using DNA microarray and RT-PCR, while also measuring cytokine production and testing the effects of OA patient synovial fluid on both traditional 2D-cultured ADSCs and spheroids. The spheroids showed enhanced expression of genes related to blood vessel formation (COL15A1, ANGPTL2) and tissue repair (TNC), along with increased production of important cytokines like IL-6 and IL-10 that could promote healing and reduce inflammation. However, when exposed to synovial fluid from OA patients, both the spheroids and regular ADSCs experienced cell death, suggesting that while ADSC spheroids show promise for OA treatment, researchers need to carefully consider how to deliver them and protect them from the harmful effects of diseased joint fluid.
Diese Studie untersuchte das therapeutische Potenzial von Sphäroiden aus mesenchymalen Stammzellen des Fettgewebes (ADSC) für die Behandlung der Osteoarthritis. Die Forscher bildeten ADSC-Sphäroide mithilfe einer neuartigen rotierenden Röhrentechnik (SpheRing) und analysierten deren Eigenschaften durch DNA-Mikroarray-Analyse und RT-PCR. Die Ergebnisse zeigten, dass die Sphäroide eine veränderte Genexpression aufwiesen, insbesondere für angiogenesebezogene Gene (COL15A1, ANGPTL2) und gewebebildende Faktoren (TNC), sowie eine erhöhte Produktion wichtiger Zytokine wie IL-6 und IL-10. Allerdings führte der Kontakt mit Synovialflüssigkeit von Osteoarthritis-Patienten zum Zelltod, was darauf hinweist, dass die Verabreichungsmethoden weiter optimiert werden müssen, bevor ADSC-Sphäroide als vielversprechende Therapieoption eingesetzt werden können
Cette étude visait à évaluer les caractéristiques et le potentiel thérapeutique des sphéroïdes de cellules souches adipeuses (ADSC) pour le traitement de l'arthrose, en utilisant un dispositif rotatif innovant appelé SphereRing. Les chercheurs ont analysé l'expression génique par microarray et RT-PCR, révélant une surexpression de gènes liés à l'angiogenèse (COL15A1, ANGPTL2) et à la formation tissulaire (TNC), ainsi qu'une production accrue de cytokines anti-inflammatoires (IL-6, IL-10) par les sphéroïdes comparativement aux cultures 2D. Cependant, l'exposition au liquide synovial de patients arthrosiques a induit une mort cellulaire significative, tant pour les cultures 2D que pour les sphéroïdes. Ces résultats suggèrent que les sphéroïdes d'ADSC présentent un potentiel régénératif prometteur pour l'arthrose, mais nécessitent une optimisation des méthodes d'administration pour surmonter la toxicité du microenvironnement articulaire path
This study investigated whether exosomes from bone marrow stem cells grown under low-oxygen conditions could enhance cartilage repair when delivered via an injectable hydrogel. The researchers compared exosomes from stem cells cultured under hypoxic (1-5% oxygen) versus normal (21% oxygen) conditions, testing their effects on cartilage cells in laboratory studies and in animal models of cartilage defects. They found that hypoxia-conditioned exosomes significantly improved cartilage cell growth, movement, and tissue-building functions while reducing inflammation through a specific molecular pathway (miR-205-5p/PTEN/AKT). When these enhanced exosomes were combined with cartilage cells in an injectable silk-based hydrogel and tested in animals, they effectively promoted cartilage regeneration in damaged joints.
Diese Studie untersuchte, ob Exosomen aus hypoxisch vorkonditionierten mesenchymalen Stammzellen die Knorpelregeneration verbessern können. Die Forscher verglichen Exosomen aus unter Sauerstoffmangel (Hypoxie) und normalen Sauerstoffbedingungen kultivierten Knochenmarksstammzellen und testeten deren Wirkung auf Gelenkknorpelzellen sowie in einem injizierbaren Seidenfibroin-Hydrogel in vivo. Die hypoxisch vorkonditionierten Exosomen (H-Exos) förderten signifikant die Proliferation, Migration und den Stoffwechsel von Knorpelzellen und reduzierten Entzündungen über den miR-205-5p/PTEN/AKT-Signalweg. Das entwickelte Hydrogel-System mit H-Exos und Knorpelzellen zeigte in Tierversuchen eine effektive Regeneration von Knorpeldefekten und stellt einen vielversprechenden therapeutischen Ansatz für das Knorpel-Tissue-Engineering dar.
Cette étude vise à développer une stratégie d'ingénierie tissulaire pour la régénération cartilagineuse en utilisant des exosomes dérivés de cellules souches mésenchymateuses préconditionnées par hypoxie. Les chercheurs ont comparé les effets d'exosomes issus de cellules souches cultivées en conditions hypoxiques versus normoxiques sur des chondrocytes articulaires, puis ont testé un hydrogel de fibroïne de soie injectable contenant les chondrocytes et les exosomes hypoxiques in vivo. Les résultats démontrent que les exosomes hypoxiques (H-Exos) améliorent significativement la prolifération, migration, anabolisme et les effets anti-inflammatoires des chondrocytes via la voie miR-205-5p/PTEN/AKT, et que le complexe hydrogel/chondrocytes/H-Exos favorise efficacement la régénération cartilagineuse in vivo. Cette approche combinant le préconditionnement hypoxique des cellules souches et l'encapsulation dans un hydrogel représente une stratégie prometteuse pour l'ingénierie du cartilage.
This review examines recent advances in hyaluronic acid (HA)-based hydrogels for cartilage tissue engineering as alternatives to current surgical treatments like autologous chondrocyte implantation, which have poor patient compliance. The authors conducted a comprehensive literature review focusing on different types of HA-based hydrogels, including in situ forming hydrogels, cryogels, microgels, and 3D-bioprinted constructs, analyzing their preclinical and clinical performance data. The review highlights that HA-based hydrogels show promise for cartilage repair because HA is naturally present in cartilage, can be easily modified, and promotes chondrocyte growth and stem cell differentiation into cartilage cells. These biomaterials offer potential advantages over traditional surgical approaches by better mimicking the native cartilage environment and supporting tissue regeneration.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die neuesten Entwicklungen von Hyaluronsäure-basierten Hydrogelen für die Knorpel-Tissue-Engineering-Anwendungen als Alternative zu herkömmlichen operativen Verfahren wie autologer Chondrozyten-Implantation. Die Autoren führten eine systematische Literaturrecherche zu verschiedenen HA-Hydrogel-Typen durch, darunter in-situ-formende Hydrogele, Kryogele, Mikrogele und 3D-biogedruckte Konstrukte. Die Ergebnisse zeigen, dass Hyaluronsäure aufgrund ihrer natürlichen Präsenz im Knorpelgewebe und ihrer Fähigkeit zur Interaktion mit Zelloberflächenrezeptoren besonders geeignet ist, um Chondrozyten-Wachstum zu unterstützen und die Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen zu fördern. Der Review belegt das vielversprechende Potenzial HA-basierter Hydrogele in präklinischen und klinischen Studien für die Knorpelreparatur.
Cette revue analyse les développements récents des hydrogels à base d'acide hyaluronique (AH) pour l'ingénierie tissulaire du cartilage, en réponse aux limitations des procédures chirurgicales actuelles comme l'implantation de chondrocytes autologues. Les auteurs examinent différents types d'hydrogels à base d'AH (hydrogels formés in situ, cryogels, microgels et constructions bio-imprimées en 3D) et analysent leurs résultats d'évaluation préclinique et clinique. L'AH est particulièrement prometteuse car elle constitue un composant naturel du cartilage, interagit avec les récepteurs cellulaires de surface, soutient la croissance des chondrocytes et favorise la différenciation des cellules souches mésenchymateuses. Cette approche d'ingénierie tissulaire offre une alternative potentielle aux traitements chirurgicaux conventionnels avec une meilleure compliance patient pour la réparation du cartilage articulaire.
This pilot study investigated whether three serum biomarkers—cartilage oligomeric matrix protein (sCOMP), procollagen type II C-terminal propeptide (sPIICP), and hyaluronic acid (sHA)—could serve as indicators of knee osteoarthritis severity and associated risk factors. The researchers analyzed blood samples from 174 patients with early or late knee OA and 38 healthy overweight controls, measuring biomarker levels using ELISA and correlating them with radiographic severity (Kellgren-Lawrence grading), pain levels, and patient characteristics including age, gender, and obesity.
The study found that sPIICP levels were significantly decreased in patients with late-stage knee OA and showed the strongest correlations with disease severity, obesity, and knee pain compared to the other biomarkers. ROC analysis demonstrated that sPIICP had excellent diagnostic accuracy (AUC = 0.980), suggesting it could effectively distinguish between different stages of knee OA.
These findings indicate that sPIICP may be a promising serum biomarker for monitoring knee OA progression, though the authors emphasize that larger studies are needed to confirm its clinical utility.
Diese Pilotstudie untersuchte den Zusammenhang zwischen Serumbiomarkern des Knorpelstoffwechsels (sCOMP, sPIICP) und Hyaluronsäure (sHA) mit Risikofaktoren, Schmerz und Schweregrad bei Kniearthrose. Die Forscher analysierten 174 Patienten mit früher oder später Kniearthrose sowie 38 übergewichtige gesunde Kontrollen mittels ELISA-Tests und Kellgren-Lawrence-Graduierung. Die Hauptergebnisse zeigten, dass sPIICP-Spiegel bei später Arthrose deutlich erniedrigt waren und die stärkste Korrelation mit Adipositas, Krankheitsschwere und Knieschmerzen aufwiesen, mit einer hohen diagnostischen Genauigkeit (AUC = 0,980). Die Studie identifiziert sPIICP als vielversprechenden Biomarker zur Überwachung des Kniearthrose-Fortschritts, wobei weitere klinische Studien erforderlich sind.
Cette étude pilote visait à analyser les associations entre des biomarqueurs sériques du métabolisme cartilagineux (sCOMP, sPIICP) et de la synovite (sHA) avec la sévérité de l'arthrose du genou, la douleur et les facteurs de risque. Les chercheurs ont analysé 174 patients avec arthrose précoce ou tardive et 38 témoins en surpoids, en quantifiant les biomarqueurs par ELISA et en évaluant la sévérité radiographique selon l'échelle de Kellgren-Lawrence. Les résultats montrent que le sPIICP était significativement diminué dans l'arthrose tardive et présentait les corrélations les plus fortes avec l'obésité, la sévérité de la maladie et la douleur, avec une excellente précision diagnostique (AUC = 0,980). Le sPIICP émerge ainsi comme un biomarqueur prometteur pour le suivi de la progression de l'arthrose du genou, bien que des études complémentaires soient nécessaires pour confirmer son utilité clinique.
This study aimed to develop a laboratory model to understand how diabetes affects joint tissue by culturing healthy synovium (joint lining tissue) under diabetic conditions with high glucose levels. The researchers exposed synovial tissue to either normal (euglycemic) or high (hyperglycemic) glucose concentrations with and without insulin, then measured tissue composition, cellular responses to mechanical stress, and various molecular markers related to insulin signaling and glucose metabolism.
The key findings showed that high glucose conditions decreased important joint tissue components (collagen and glycosaminoglycans) and reduced the cells' ability to sense mechanical forces, while insulin treatment helped restore these properties. The study also found that high glucose reduced primary cilia (cellular structures important for sensing mechanical stress) and decreased AKT signaling, suggesting potential mechanisms linking diabetes, reduced joint tissue quality, and osteoarthritis development.
Diese Studie zielte darauf ab, die Auswirkungen von hyperglykämischen und Insulin-Kulturbedingungen auf Synovium-Eigenschaften zu untersuchen, um die Pathogenese der Arthrose bei Diabetes-Patienten besser zu verstehen. Die Forscher kultivierten gesundes Synovium unter euglykämischen oder hyperglykämischen Glukosekonzentrationen mit Insulin und analysierten die biochemische Zusammensetzung der extrazellulären Matrix, AKT-Phosphorylierung, Genexpression sowie die Mechanosensitivität der Fibroblasten-ähnlichen Synoviozyten mittels intrazellulärer Kalziummessung. Die Ergebnisse zeigten, dass hyperglykämische Bedingungen den Kollagen- und Glykosaminoglykan-Gehalt reduzierten und die Mechanosensitivität der Zellen verringerten, während Insulin diese Effekte teilweise umkehrte. Diese Befunde deuten auf einen möglichen Zusammenhang zwischen glykämischen Kulturbedingungen, diabetischer Insulinresistenz und Arthrose-Entwicklung hin.
Cette étude visait à développer un modèle de culture de synovium diabétique pour comprendre le lien entre diabète de type 2 et arthrose, en particulier le rôle de l'hyperglycémie dans la pathogenèse articulaire. Les chercheurs ont cultivé du tissu synovial sain dans des conditions euglycémiques ou hyperglycémiques avec ou sans insuline, puis ont analysé la composition biochimique de la matrice extracellulaire, la mécanosensibilité des synoviocytes via les variations de calcium intracellulaire, et les marqueurs de résistance à l'insuline. Les résultats montrent que l'hyperglycémie diminue le contenu en collagène et glycosaminoglycanes ainsi que la mécanosensibilité cellulaire, tandis que l'insuline restaure partiellement ces propriétés. Cette altération de la mécanotransduction semble liée à une diminution de l'incidence et de la longueur des cils primaires ainsi qu'à une phosphorylation réduite d'AKT, suggérant un mécanisme potentiel reliant hyperglycémie, résistance à l'insuline et développement de l
This study aimed to understand how mechanical loading affects individual chondrocytes by creating a more realistic laboratory model that includes the protective pericellular matrix (PCM) found around cartilage cells. The researchers used advanced microfluidics technology to encapsulate single chondrocytes in tiny alginate gel spheres, allowed them to form their own PCM over 10 days, then subjected them to mechanical compression using a custom bioreactor while analyzing their metabolic responses. The compressed single cells showed distinct metabolic profiles compared to uncompressed cells and cells grown in traditional flat culture dishes, demonstrating that mechanical forces significantly alter cellular behavior. This single-cell approach provides a new tool for studying cartilage cell biology and developing treatments for conditions like osteoarthritis where the PCM becomes damaged.
Diese Studie untersuchte die mechanischen und metabolischen Antworten einzelner Chondrozyten in einer kontrollierten 3D-Mikroumgebung, die die natürliche perizellulären Matrix (PCM) nachahmt. Die Forscher verwendeten Mikrofluidik-Technologie, um einzelne Chondrozyten in Alginat-Mikrogelen zu kultivieren, wodurch die Zellen über 10 Tage hinweg ihre eigene PCM synthetisieren konnten, bevor sie physiologischer dynamischer Kompression in einem speziellen Bioreaktor ausgesetzt wurden. Die mechanisch belasteten Einzelzell-Mikrogele zeigten deutlich veränderte Metabolomprofile im Vergleich zu unbelasteten Kontrollen und konventionellen Monolayer-Kulturen. Diese Ergebnisse demonstrieren das Potenzial der Einzelzell-Verkapselung für die Weiterentwicklung des Knorpel-Tissue-Engineering und des grundlegenden Verständnisses der Chondrozyten-Mechanobiologie.
Cette étude visait à analyser les réponses métaboliques et la mécanotransduction de chondrocytes individuels cultivés dans des microgels d'alginate pour mieux comprendre l'effet des charges mécaniques sur ces cellules. Les chercheurs ont utilisé la microfluidique pour encapsuler des chondrocytes uniques dans des microgels d'alginate, permettant la synthèse dirigée de matrice péricellulaire pendant 10 jours, puis ont soumis ces systèmes à une compression dynamique physiologique dans un bioréacteur. Les résultats montrent que les chondrocytes forment effectivement une matrice péricellulaire dans ce microenvironnement 3D et présentent des profils métabolomiques distincts après compression mécanique, différents des contrôles non comprimés et en monocouche. Cette approche innovante d'encapsulation cellulaire unique ouvre de nouvelles perspectives pour l'ingénierie tissulaire du cartilage et l'étude fondamentale de la mécanobiologie chondrocytaire.
This study aimed to develop a cost-effective preparation of α2-macroglobulin (A2M) to treat post-traumatic osteoarthritis (PTOA), as purified A2M is expensive despite showing therapeutic promise. The researchers used rat models with anterior cruciate ligament transection to induce PTOA, measured A2M levels in synovial fluid and serum, and prepared α2-macroglobulin-rich serum (A2MRS) using ultra-filtered centrifugation before testing its effects through various imaging and histological methods. They found that A2M levels increased in synovial fluid but decreased in serum following joint injury, and their A2MRS preparation contained significantly higher A2M concentrations and bioactivity than regular serum. Treatment with A2MRS effectively protected against PTOA by reducing harmful markers (cartilage ossification, type 10 collagen, MMP-13) while increasing beneficial components (type 2 collagen, aggrecan, chondrocyte numbers), suggesting this preparation could be a practical therapeutic approach for PTOA.
Diese Studie untersuchte die Wirksamkeit von α2-Makroglobulin-reichem Serum (A2MRS) als kostengünstige Alternative zur Behandlung posttraumatischer Arthrose. Die Forscher entwickelten A2MRS mittels Ultrafiltrationszentrifugation und testeten dessen Wirkung in einem Rattenmodell mit durchtrenntem Kreuzband, wobei sie verschiedene histologische und bildgebende Verfahren einsetzten. Die Ergebnisse zeigten, dass A2MRS die schädlichen Auswirkungen der posttraumatischen Arthrose deutlich reduzierte, indem es die Produktion von knorpelschädigenden Faktoren (wie MMP-13 und Kollagen Typ 10) verringerte und gleichzeitig knorpelprotektive Komponenten (Kollagen Typ 2, Aggrecan) verstärkte. A2MRS stellt somit einen vielversprechenden therapeutischen Ansatz für die Behandlung posttraumatischer Gelenkdegeneration dar.
Cette étude vise à explorer une nouvelle préparation d'α2-macroglobuline (A2M) pour traiter l'arthrose post-traumatique (PTOA), en développant un sérum enrichi en A2M (A2MRS) par ultrafiltration-centrifugation comme alternative moins coûteuse. Les chercheurs ont utilisé un modèle de rat avec section du ligament croisé antérieur et ont évalué les effets de l'A2MRS par immunohistochimie, coloration au safranine O, micro-radiographie et tomographie moléculaire par fluorescence. Les résultats montrent que l'A2MRS préparé avec succès présente une concentration et une bioactivité d'A2M significativement supérieures au sérum normal, et réduit notablement l'ossification cartilagineuse secondaire et l'expression de MMP-13 tout en augmentant la production de collagène de type 2 et d'agrécanes. L'A2MRS démontre ainsi des effets protecteurs significatifs contre l'arthrose post-traumatique, offrant une approche thérapeutique prometteuse et plus accessible.
This systematic review aimed to analyze material-assisted strategies for repairing osteochondral defects, which are difficult to heal naturally and can lead to osteoarthritis. The authors conducted a comprehensive analysis of recent literature on tissue engineering approaches that combine biomaterials with or without cells and biological molecules, while also examining current methods for evaluating osteochondral regeneration. The review found that despite two decades of research into various tissue engineering strategies, there has been limited successful translation to clinical practice. The authors identified major challenges in the field and highlighted emerging key elements that may improve future treatment outcomes for osteochondral defect repair.
Diese systematische Übersichtsarbeit zielt darauf ab, materialgestützte Strategien für die Reparatur osteochondraler Defekte zu analysieren und deren therapeutisches Potenzial zu bewerten. Die Autoren führten eine umfassende Literaturanalyse verschiedener Tissue-Engineering-Ansätze durch, die Biomaterialien allein oder in Kombination mit Zellen und biologischen Molekülen verwenden. Die Hauptergebnisse zeigen, dass trotz zweier Jahrzehnte intensiver Forschung mit verschiedenen Kombinationen aus Zellen, Biomolekülen und Biomaterialien bisher nur wenige erfolgreiche klinische Übertragungen erreicht wurden. Die Studie identifiziert wichtige Erfolgsfaktoren und neue Therapieansätze, wobei die Schwierigkeit der Vergleichbarkeit verschiedener Studien als wesentliche Herausforderung für die Weiterentwicklung des Forschungsfelds hervorgehoben wird.
Cette revue systématique vise à analyser les stratégies d'ingénierie tissulaire assistées par biomatériaux pour la régénération des défauts ostéochondraux, qui constituent un facteur de risque majeur de développement d'arthrose en l'absence de guérison spontanée. Les auteurs ont analysé de manière approfondie la littérature récente concernant les différentes approches thérapeutiques (avec ou sans cellules ou molécules biologiques) et les méthodes d'évaluation actuelles de la régénération ostéochondrale. Malgré deux décennies de recherche combinant cellules, molécules biologiques et biomatériaux, peu de stratégies ont démontré un transfert clinique réussi. L'étude identifie les obstacles majeurs, les éléments clés émergents et propose de nouvelles voies prometteuses pour améliorer la régénération de l'unité ostéochondrale.
This study investigated whether a camptothecin-loaded nanoparticle drug delivery system (CPT-PEG-PCL) could promote cartilage repair and reduce harmful MMP13 expression in injured rabbit cartilage cells. The researchers created nanoparticles using nanoprecipitation methods and tested them on scratch-wounded cartilage cells, comparing four groups: CPT-loaded nanoparticles, empty nanoparticles, saline control, and healthy control cells. The CPT-loaded nanoparticles showed superior drug-loading capacity and significantly improved cartilage repair markers, including increased type II collagen and hyaluronic acid levels, reduced MMP13 expression, and enhanced cell proliferation compared to controls. The treatment effectively restored cartilage cell function to near-healthy levels, suggesting this nano-drug delivery system could be a promising therapeutic approach for cartilage injury.
Diese Studie untersuchte die Anwendung eines responsiven Nano-Arzneimittel-Trägersystems zur Behandlung von Gelenkknorpelschäden bei Kaninchen und dessen Einfluss auf die Expression von Matrix-Metalloproteinase 13 (MMP13). Die Forscher entwickelten mittels Nanopräzipitation Camptothecin-beladene PEG-PCL-Nanopartikel und testeten diese in einem in-vitro-Scratch-Modell von Gelenkchondrozyten im Vergleich zu Kontrollgruppen. Das CPT-PEG-PCL-System zeigte eine höhere Arzneimittel-Beladungskapazität und -effizienz sowie eine verbesserte Zellproliferation. Die Behandlung führte zu erhöhten Spiegeln von Typ-II-Kollagen, Hyaluronsäure und TIMP1, während die MMP13-Expression reduziert wurde, was auf eine effektive Förderung der Gelenkknorpelreparatur hindeutet.
Cette étude visait à évaluer l'efficacité d'un système nano-porteur de médicament (CPT-PEG-PCL) sur la réparation du cartilage articulaire et l'expression de la métalloprotéinase matricielle 13 (MMP13) dans un modèle de lésion chondrocytaire chez le lapin. Les chercheurs ont utilisé la méthode de nanoprécipitation pour préparer des nanoparticules chargées en camptothécine et ont testé ce système sur des chondrocytes articulaires lésés, en comparant quatre groupes de traitement différents. Les résultats montrent que le système CPT-PEG-PCL présente une capacité de chargement médicamenteux supérieure et restaure efficacement les niveaux de collagène de type II et d'acide hyaluronique tout en réduisant l'expression de MMP13 et en augmentant celle de TIMP1. Ce nano-système démontre ainsi un potentiel thérapeutique prometteur pour favoriser la réparation du cartilage articulaire endommagé en modulant l'équilibre entre dégradation et synthèse matricielle
This exploratory study aimed to understand the relationship between acoustic emission (AE) signals from knee joints and specific anatomical damage visible on MRI in osteoarthritis patients. The researchers developed a novel framework to correlate static 3D MRI cartilage measurements with dynamic 1D acoustic signals recorded during sit-stand-sit movements in 10 osteoarthritis patients aged 55-79 years. The study found a strong inverse relationship between knee AE and cartilage thickness in the medial compartment during full weight-bearing, with thinner cartilage producing more intense acoustic signals (higher amplitude, energy, duration, and frequency). These findings suggest that acoustic emission could serve as a promising, low-cost, non-invasive biomarker for monitoring knee joint deterioration in osteoarthritis.
Diese Studie zielte darauf ab, den Zusammenhang zwischen akustischen Emissionen (AE) des Kniegelenks und anatomischen Schäden, die mittels MRT sichtbar sind, bei Kniearthrose zu untersuchen. Die Forscher entwickelten ein neuartiges Verfahren, um statische 3D-MRT-Bilder mit dynamischen 1D-AE-Signalen während Sitz-Steh-Sitz-Bewegungen bei 10 Arthrose-Patienten zu korrelieren. Die Hauptergebnisse zeigten eine starke inverse Beziehung zwischen Knorpeldicke im medialen tibiofemoralem Kompartiment und AE-Parametern: dünnerer Knorpel erzeugte intensivere akustische Signale mit höherer Amplitude, größerer Energie und höheren Frequenzen. Diese Befunde unterstützen das Potenzial von akustischen Emissionen als kostengünstige, nicht-invasive Biomarker für die Beurteilung von Kniegelenkerkrankungen.
Cette étude exploratoire visait à établir des associations entre les signaux d'émission acoustique (EA) captés lors de mouvements du genou et les biomarqueurs IRM chez des patients arthrosiques. Les chercheurs ont développé un cadre méthodologique novateur permettant de corréler les données IRM 3D statiques avec les signaux EA 1D dynamiques durant des mouvements assis-debout-assis, incluant l'estimation de l'épaisseur du cartilage articulaire selon l'angle articulaire. Chez 10 sujets arthrosiques (55-79 ans), une forte relation inverse a été observée entre l'EA du genou et l'épaisseur cartilagineuse du compartiment tibio-fémoral médial en position debout : les genoux avec un cartilage plus mince généraient davantage d'EA avec une amplitude, énergie, durée et fréquences plus élevées. Ces résultats suggèrent que l'EA pourrait constituer un biomarqueur quantitatif prometteur, peu coûteux et non-invasif pour améliorer la prise en charge des pathologies articulaires du genou.
This review article aimed to examine the protective roles of two key molecules, proteoglycan 4 (PRG4)/lubricin and growth differentiation factor 5 (GDF5), in osteoarthritis (OA) development and potential treatment. The authors summarized findings from genetic studies in humans and mice, focusing on the transcriptional regulation and functional mechanisms of these molecules in articular cartilage maintenance. The review highlights that PRG4/lubricin, expressed in the superficial cartilage zone and synovium, functions protectively against OA, while GDF5, found on the cartilage surface layer, plays crucial roles in joint formation and OA pathogenesis. The authors conclude that molecular targeting of PRG4 and GDF5 pathways could offer new therapeutic approaches for OA treatment, addressing the current limitation of only symptom-alleviating treatments.
Diese Übersichtsarbeit untersucht das therapeutische Potenzial von Proteoglykan 4 (PRG4)/Lubricin und Growth Differentiation Factor 5 (GDF5) für die Behandlung der Osteoarthritis (OA). Die Autoren analysierten vorhandene Literatur zu beiden Molekülen, wobei PRG4/Lubricin spezifisch in der oberflächlichen Zone des Gelenkknorpels und der Synovialis exprimiert wird, während GDF5 besonders während der Entwicklung in der Oberflächenschicht des Gelenkknorpels vorkommt. Die Ergebnisse zeigen, dass beide Faktoren eine schützende Funktion gegen OA ausüben und für die Aufrechterhaltung der Gelenkknorpel-Homöostase essentiell sind. Die molekulare Zielsteuerung von PRG4 und GDF5 könnte neue Einblicke in die Ätiologie, Pathogenese und potenzielle Behandlung der Osteoarthritis liefern.
Cette revue examine le rôle de deux facteurs moléculaires clés dans l'arthrose (OA) : la protéoglycane 4 (PRG4)/lubricine et le facteur de différenciation de croissance 5 (GDF5), spécifiquement exprimés dans les zones superficielles du cartilage articulaire. Les auteurs analysent les mécanismes de régulation transcriptionnelle de PRG4 dans les chondrocytes articulaires ainsi que les fonctions de GDF5 dans la formation articulaire et la pathogenèse de l'arthrose. Les études génétiques chez l'homme et la souris démontrent l'implication cruciale de ces gènes dans le maintien de l'homéostasie du cartilage articulaire et la présentation de l'arthrose. Le ciblage moléculaire de PRG4 et GDF5 représente une approche prometteuse pour développer de nouvelles stratégies thérapeutiques contre l'arthrose, dépassant les traitements actuels limités au soulagement symptomatique.
This study aimed to develop a tough engineered hydrogel (TEHY) that could serve as artificial cartilage by addressing the limitations of current poly(vinyl alcohol) (PVA) hydrogels, particularly their poor performance under repeated mechanical loading. The researchers used a swelling-freeze-thaw method to create hydrogels and tested their mechanical properties, including compressive strength, toughness, friction, and fatigue resistance under cyclic loading. The resulting TEHY demonstrated exceptional properties including high compressive strength (31 MPa), very low friction (0.01), and remarkable durability—surviving 100,000 compression cycles and even compression by a 1600 kg automobile while maintaining structural integrity. The hydrogel also showed excellent resistance to water swelling and good biocompatibility with muscle cells, suggesting strong potential as a biomaterial for cartilage replacement applications.
Diese Studie zielte darauf ab, robuste Hydrogele für künstlichen Gelenkknorpel zu entwickeln, die die mechanischen Eigenschaften und Langzeitstabilität natürlichen Knorpels nachahmen können. Die Forschenden verwendeten eine kombinierte Quell- und Gefrier-Auftau-Methode zur Herstellung von Polyvinylalkohol (PVA)-basierten Hydrogelen (TEHY). Die entwickelten Hydrogele zeigten beeindruckende mechanische Eigenschaften mit einer Druckfestigkeit von 31 MPa, einem niedrigen Reibungskoeffizienten von 0,01 und blieben auch nach 100.000 Belastungszyklen und extremer mechanischer Beanspruchung (Kompression durch 1600 kg Fahrzeug) strukturell intakt. Zusätzlich demonstrierten die Hydrogele eine ausgezeichnete Biokompatibilität mit erfolgreicher Zelladhäsion und -proliferation, was sie als vielversprechende Alternative für Knorpelersatz in der Gewebetechnik positioniert.
Cette étude avait pour objectif de développer un hydrogel d'ingénierie résistant pour remplacer le cartilage articulaire, en surmontant les limitations des hydrogels de poly(alcool vinylique) (PVA) actuels qui manquent de résilience sous charges mécaniques prolongées. Les chercheurs ont utilisé une méthode innovante combinant gonflement et cycles de congélation-décongélation pour fabriquer des hydrogels d'ingénierie résistants (TEHY). Les résultats montrent que ces TEHY présentent des propriétés mécaniques exceptionnelles (résistance à la compression de 31 MPa, coefficient de friction de 0,01) et une remarquable durabilité après 100 000 cycles de compression, tout en maintenant une excellente biocompatibilité et une résistance au gonflement. Cette approche offre une solution prometteuse pour créer des biomatériaux durables destinés à l'ingénierie tissulaire du cartilage.
This study aimed to evaluate synthetic polyelectrolyte hydrogels as potential alternatives to natural materials for cartilage tissue engineering applications. The researchers characterized the swelling properties, mechanical stiffness, stress response, stress-relaxation, and cyclic loading behavior of these synthetic hydrogels, comparing them to Chondrofiller Liquid, a commercially available biomaterial used clinically for cartilage repair. The synthetic hydrogels demonstrated excellent reproducibility and high mechanical strength, with tunable compressive moduli ranging from 2.5 to 1708.7 kPa, which spans the mechanical properties of human articular cartilage. These findings suggest that synthetic polyelectrolyte hydrogels could offer advantages over natural hydrogels by providing better mechanical stability, reproducibility, and cost-effectiveness while maintaining appropriate biomechanical properties for cartilage applications.
Diese Studie untersuchte synthetische Polyelektrolyt-Hydrogele als potentielle Knorpelersatzmaterialien, um die Limitationen natürlicher Hydrogele hinsichtlich Stabilität und mechanischer Festigkeit zu überwinden. Die Forscher charakterisierten systematisch die Quell- und mechanischen Eigenschaften der synthetischen Hydrogele, einschließlich Steifigkeit, Spannungsrelaxation und zyklischem Belastungsverhalten, und verglichen diese mit einem bereits klinisch eingesetzten Biomaterial (Chondrofiller Liquid). Die synthetischen Hydrogele zeigten eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit und hohe mechanische Festigkeit, wobei Druckmoduli von 2,5 ± 0,1 bis 1708,7 ± 67,7 kPa erreicht wurden. Diese breite Spanne der mechanischen Eigenschaften deckt den Bereich von menschlichem Gelenkknorpel ab und macht die synthetischen Hydrogele zu vielversprechenden Kandidaten für die Knorpelreparatur.
Cette étude visait à évaluer les propriétés de gonflement et mécaniques d'hydrogels polyélectrolytes synthétiques comme substituts potentiels du cartilage articulaire. Les chercheurs ont caractérisé le degré de gonflement, la rigidité, les contraintes, ainsi que les comportements de relaxation des contraintes et de chargement cyclique de ces matériaux synthétiques, en les comparant au Chondrofiller Liquid, un biomatériau commercial déjà utilisé cliniquement. Les hydrogels synthétiques ont démontré une excellente reproductibilité et une résistance mécanique élevée, avec des modules de compression ajustables s'étendant de 2,5 ± 0,1 à 1708,7 ± 67,7 kPa. Cette large gamme de propriétés mécaniques couvre efficacement l'éventail des caractéristiques du cartilage articulaire humain, offrant ainsi une alternative prometteuse aux biomatériaux naturels qui souffrent souvent d'instabilité et de variabilité.
This review examines how volume-sensitive ion channels regulate cartilage matrix remodeling and their potential role in osteoarthritis development. The authors analyze the current literature on ion channels expressed in chondrocytes, focusing on their functions in volume regulation, pain, inflammation, and cell survival processes. Key findings indicate that these ion channels play crucial roles in maintaining cartilage homeostasis and that disruption of normal volume regulation contributes to the cartilage breakdown characteristic of osteoarthritis. The review particularly highlights the volume-sensitive anion channel LRRC8A as a potential mechanism underlying early osteoarthritis development, suggesting it could represent a therapeutic target for joint disease.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Rolle von volumenregulierten Ionenkanälen bei der Knorpelmatrix-Umgestaltung und deren Bedeutung für die Osteoarthritis-Pathogenese. Die Autoren analysieren systematisch die Funktion verschiedener Ionenkanäle in Chondrozyten, insbesondere deren Einfluss auf Zellvolumenstabilität, Schmerzentstehung, Entzündungsreaktionen und Zelldifferenzierung. Als Hauptergebnis wird hervorgehoben, dass volumensensitive Ionenkanäle entscheidend für die Homöostase der Knorpelmatrix sind und deren Dysregulation zur fortschreitenden Knorpeldegeneration beiträgt. Besonders der volumensensitive Anionenkanal LRRC8A wird als potenzieller Schlüsselmechanismus in der frühen Osteoarthritis-Entwicklung identifiziert, was neue therapeutische Ansatzpunkte eröffnen könnte.
Cette revue examine le rôle des canaux ioniques sensibles au volume dans le remodelage de la matrice cartilagineuse et leur implication dans l'arthrose. Les auteurs analysent comment ces canaux ioniques, exprimés dans les chondrocytes, régulent la stabilité du volume cellulaire et influencent le métabolisme matriciel, la réponse inflammatoire, et la survie cellulaire. L'étude met en évidence que la dysfonction de ces canaux contribue au déséquilibre entre catabolisme et anabolisme matriciel caractéristique de l'arthrose. Un mécanisme potentiel impliquant le canal anionique LRRC8A dans les phases précoces de l'arthrose est particulièrement discuté.
This study aimed to determine whether inflammatory markers in synovial fluid and altered gait patterns could predict cartilage damage severity following ACL injury in a porcine model. Thirty-six minipigs underwent ACL transection with three different treatment approaches, and researchers collected synovial fluid samples and gait data at multiple time points over 52 weeks, using general estimating equations and support vector machine analysis to assess relationships with cartilage outcomes. Contrary to expectations, the presence of various inflammatory cytokines (IL-1α, IL-1RA, IL-2, IL-4, IL-6, IL-10) and matrix metalloproteinases (MMP-2, MMP-3, MMP-12, MMP-13) in synovial fluid was associated with better cartilage outcomes, while higher peak pressures during walking predicted worse cartilage damage. The findings suggest that the absence of detectable cytokines in synovial fluid, rather than their presence, may indicate higher risk for cartilage deterioration after joint injury.
Diese präklinische Studie untersuchte, ob entzündliche Zytokine in der Synovialflüssigkeit und veränderte Belastungsmuster nach Kreuzbandverletzung die Entwicklung von Knorpelschäden vorhersagen können. An 36 Yucatan-Minischweinen wurde eine Kreuzbandtranssektion durchgeführt, gefolgt von verschiedenen Behandlungsansätzen, wobei über 52 Wochen Synovialflüssigkeit und Gangdaten erhoben wurden. Überraschenderweise zeigte die Analyse mittels Support Vector Machine, dass die *Anwesenheit* bestimmter Zytokine (IL-1α, IL-1RA, IL-2, IL-4, IL-6, IL-10) und Matrix-Metalloproteinasen (MMP-2, -3, -12, -13) mit besseren Knorpelergebnissen assoziiert war, während höhere Spitzendrücke beim Gang schlechtere Outcomes vorhersagten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine zytokinfreie Synovialflüss
Cette étude préclinique visait à prédire la sévérité des lésions cartilagineuses post-traumatiques en analysant les biomarqueurs du liquide synovial et les paramètres de marche chez 36 mini-porcs ayant subi une section du LCA avec différents traitements de reconstruction. Les chercheurs ont utilisé des dosages multiplex pour mesurer les cytokines inflammatoires et les métalloprotéases matricielles, combinés à une analyse de la marche et un modèle d'apprentissage automatique (machine à vecteurs de support). Contrairement aux attentes, la présence de cytokines inflammatoires (IL-1α, IL-1RA, IL-2, IL-4, IL-6, IL-10) et de MMPs (MMP-2, MMP-3, MMP-12, MMP-13) dans le liquide synovial était associée à de meilleurs résultats cartilagineux, tandis qu'une pression plantaire élevée prédisait une dégradation cartilagineuse. Ces résultats suggèrent qu'un liquide synovial dépourvu de cytokines pourrait paradoxalement être un indicateur de risque accru
This study developed a specialized friction testing device designed to replicate joint motion and investigate the mechanical interactions between synovial tissue and cartilage in osteoarthritis research. The device applies controlled reciprocal sliding motion and normal loads to biological tissue samples while measuring friction coefficients, and was tested using synovium-on-cartilage configurations in both phosphate-buffered saline and synovial fluid environments. Testing across different contact stress levels demonstrated that synovial fluid provides superior lubrication properties, particularly under high loads compared to saline solution. This biomimetic bioreactor enables researchers to study how mechanical loading affects joint tissue behavior and cellular responses, providing a valuable tool for understanding joint degeneration and homeostasis in osteoarthritis.
Diese Studie zielte darauf ab, ein Bioreaktorsystem zu entwickeln, das die biomechanischen Bedingungen von Synovialgelenken nachahmt, um Reibungsinteraktionen und mechanobiologische Prozesse bei Osteoarthritis zu untersuchen. Die Forscher konstruierten ein Reibungstestgerät, das kontrollierte translatorische Bewegungen und Normallasten zwischen zwei biologischen Kontaktflächen (Synovium-auf-Knorpel-Konfiguration) appliziert und dabei Reibungskoeffizienten in phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) oder Synovialflüssigkeit misst. Die Ergebnisse zeigten, dass Synovialflüssigkeit besonders unter hohen Kontaktspannungen superior lubrizierende Eigenschaften aufweist im Vergleich zu PBS. Das entwickelte System ermöglicht es, die physikalische Regulation lebender Gelenkgewebe unter physiologischen Belastungsbedingungen biomimetisch zu erforschen.
Cette étude présente le développement d'un bioréacteur de test de friction conçu pour étudier les processus biomécaniques et mécanobiologiques des articulations synoviales dans le contexte de l'arthrose. Le dispositif reproduit les mouvements articulaires physiologiques en appliquant un mouvement de translation réciproque et une charge normale sur deux surfaces biologiques en contact (configuration synovium-sur-cartilage). Les tests de coefficient de friction ont été réalisés dans des bains de solution saline phosphatée (PBS) ou de liquide synovial (SF) sous différentes contraintes de contact, démontrant les propriétés lubrifiantes supérieures du liquide synovial sous charges élevées. Ce bioréacteur biomimétique permet d'étudier la régulation physique des tissus articulaires vivants en réponse aux sollicitations mécaniques physiologiques caractéristiques des articulations diarthrodiales.
This study aimed to develop an improved hydroxyapatite (HA) coating for metallic implants that addresses the common problems of high friction, wear, and bacterial infection that limit current HA coatings in joint replacements. The researchers created a composite coating by infiltrating textured HA with a vancomycin-loaded graphene oxide (GO) hydrogel using vacuum infiltration followed by self-assembly, where the HA holes act as containers for the hydrogel. The key finding was that this hybrid coating dramatically improved performance, reducing friction by nearly 5-fold and wear by three orders of magnitude compared to standard HA coating, while also providing antibacterial properties through controlled drug release. The hydrogel mimics natural synovial fluid by transitioning from gel to liquid state when exposed to shear forces or frictional heat during joint movement, enabling self-lubrication and sustained antibiotic delivery.
Diese Studie zielte darauf ab, eine neuartige Hydroxyapatit (HA)-Beschichtung für Metallimplantate zu entwickeln, die gleichzeitig antibakterielle und selbstschmierende Eigenschaften aufweist. Die Forscher infiltrierten eine texturierte HA-Keramikbeschichtung mittels Vakuuminfiltration mit einem Vancomycin-beladenen Graphenoxid-Hydrogel, das durch Wirt-Gast-Wechselwirkungen selbstorganisierend assembliert wird. Die Composite-Beschichtung zeigte eine durch Scherkräfte und Reibungswärme ausgelöste Gel-Sol-Transition, die eine kontinuierliche Medikamentenfreisetzung und Selbstschmierung ermöglicht - ähnlich der Synovialflüssigkeit im natürlichen Gelenkknorpel. Im Vergleich zur herkömmlichen HA-Beschichtung reduzierten sich der Reibungskoeffizient um das Fünffache und die Verschleißrate um drei Größenordnungen, was auf den synergistischen Schmiereffekt des supramolekularen
Cette étude vise à développer un revêtement composite d'hydroxyapatite (HA) bio-inspiré pour améliorer les performances tribologiques et antibactériennes des implants articulaires métalliques. Les chercheurs ont infiltré un hydrogel supramoléculaire hybride à base d'oxyde de graphène (GO) chargé en vancomycine dans les pores d'un revêtement HA texturé, utilisant l'infiltration sous vide suivie d'un auto-assemblage par interactions hôte-invité. Le revêtement composite présente une transition gel-sol déclenchée par les forces de cisaillement et la chaleur de friction, mimant l'extrusion du liquide synovial du cartilage articulaire, ce qui permet une libération contrôlée du médicament et une auto-lubrification. Les résultats montrent une réduction remarquable du coefficient de friction (facteur 5) et du taux d'usure (trois ordres de grandeur) par rapport au revêtement HA seul, accompagnée de propriétés antibactériennes prometteuses.
This study investigated how moderate exercise affects the expression of two key molecules—autotaxin (ATX) and lubricin—in rat knee cartilage during early osteoarthritis (OA). Researchers used a mild OA rat model created by cutting the anterior cruciate ligament, then had some rats exercise on treadmills for 12 weeks before analyzing protein expression in femur, tibia, and patella cartilage using immunohistochemical staining. The results showed that ATX levels were elevated in the femur and tibia of OA rats, supporting its potential role as a disease progression marker, while moderate exercise successfully reduced ATX expression in the femur. However, lubricin expression remained unchanged across all joint surfaces regardless of exercise, suggesting that while physical activity may help slow OA progression by reducing harmful ATX levels, it doesn't significantly boost the protective lubricin protein.
Diese Studie untersuchte die Expression von Autotaxin (ATX) und Lubricin im Gelenkknorpel von Ratten mit milder Osteoarthritis und den Einfluss moderater körperlicher Aktivität auf diese Biomarker. Die Forscher induzierten eine milde Osteoarthritis durch Durchtrennung des vorderen Kreuzbands und ließen die Ratten 12 Wochen lang auf einem Laufband trainieren, bevor sie die Proteinexpression mittels computergestützter Immunhistochemie analysierten. Die Hauptergebnisse zeigten erhöhte ATX-Spiegel im Femur und der Tibia osteoarthritischer Ratten, was auf eine Beteiligung dieses Enzyms an der Krankheitsprogression hindeutet. Bemerkenswert war, dass moderate körperliche Aktivität die ATX-Expression im Femur reduzieren konnte, was die positive Wirkung von Gelenkbewegung auf den Knorpel unterstützt, während bei Lubricin keine signifikanten Veränderungen festgestellt wurden.
Cette étude visait à évaluer l'expression de l'autotaxine (ATX) et de la lubricine dans le cartilage articulaire sain et arthrosique chez le rat, ainsi que l'effet d'une activité physique modérée sur ces expressions. Les chercheurs ont utilisé un modèle d'arthrose légère par section du ligament croisé antérieur, suivi d'un protocole d'exercice sur tapis roulant pendant 12 semaines, avec analyse immunohistochimique quantitative. Les résultats montrent une expression accrue d'ATX dans le fémur et le tibia des rats arthrosiques, mais l'activité physique a permis de réduire cette expression au niveau fémoral, suggérant un effet bénéfique du mouvement articulaire. Aucune différence significative n'a été observée pour l'expression de la lubricine, indiquant que l'exercice modéré pourrait moduler favorablement certains marqueurs de progression de l'arthrose.
This review paper challenges the conventional understanding of water's role in articular cartilage mechanics for tissue engineering applications. The authors propose a paradigm shift from viewing water as a passive filler to recognizing it as the primary load-bearing component, structured by macromolecules like collagen, aggrecan, and hyaluronan through polyelectrolyte interactions. The key finding suggests that water, comprising 70-80% of cartilage with a bulk modulus greater than the tissue itself, actively supports mechanical loads when properly organized by the extracellular matrix. This reconceptualization could inform cartilage tissue engineering strategies by focusing on how developing tissues can guide cells to produce the appropriate macromolecular composition needed to structure water for optimal mechanical properties.
Diese Übersichtsarbeit stellt die traditionelle Sichtweise der Knorpelbiomechanik in Frage und untersucht die aktive Rolle von Wasser als lasttragendes Element im Gelenkknorpel. Die Autoren analysieren die strukturelle Organisation der Hauptmakromoleküle (Kollagen, Aggrecan und Hyaluronan) und deren Interaktionen mit Wasser, insbesondere deren polyelektrolytische Eigenschaften. Sie argumentieren, dass Wasser - das 70-80% der Knorpelmatrix ausmacht und einen höheren Kompressionsmodul als Knorpel besitzt - nicht nur als passiver Füllstoff fungiert, sondern durch die Makromoleküle strukturiert wird, um mechanische Lasten zu tragen. Diese neue Perspektive könnte wichtige Ansatzpunkte für das Tissue Engineering liefern, indem sie hilft, die Gewebeeigenschaften zu entwickeln, die Zellen zur Produktion der entsprechenden makromolekularen Zusammensetzung und Struktur anleiten.
Cette étude propose de repenser le rôle de l'eau dans la biomécanique du cartilage articulaire pour améliorer l'ingénierie tissulaire et la médecine régénérative. Les auteurs remettent en question le modèle traditionnel qui considère la matrice solide comme l'élément principal porteur de charge, en proposant plutôt que l'eau (70-80% de la matrice) soit structurée par les macromolécules pour supporter les charges appliquées. L'étude examine l'organisation du collagène, de l'aggrécane et de l'acide hyaluronique, ainsi que leurs interactions polyélectrolytiques avec l'eau. Cette approche pourrait orienter la biosynthèse en identifiant des points de départ pour développer des propriétés tissulaires qui guident les cellules vers une composition et structure macromoléculaire appropriées.
This review examines fibrin scaffolds as a biomaterial for cartilage tissue engineering applications. The authors systematically analyzed the biological, physical, and mechanical properties of fibrin when used alone or in combination with other materials for cartilage repair. The review highlights that fibrin demonstrates good biocompatibility and supports cell growth and differentiation, making it suitable for addressing cartilage's limited natural healing capacity due to its avascular nature. The findings suggest that fibrin's properties can be further enhanced through combination with other biomaterials, positioning it as a promising scaffold option for repairing cartilage defects in tissue engineering approaches.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Eigenschaften von Fibrin-Scaffolds als vielversprechende Biomaterialien für die Knorpelgewebezüchtung, da natürlicher Gelenkknorpel aufgrund seiner avaskulären Eigenschaften nur begrenzte Selbstheilungsfähigkeiten besitzt. Die Autoren analysierten systematisch die biologischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Fibrin als Scaffold-Material für das Tissue Engineering von Knorpelgewebe. Die Ergebnisse zeigen, dass Fibrin biokompatible Eigenschaften für Zellwachstum und -differenzierung aufweist und sich zur Regeneration geschädigten Knorpels eignet. Zusätzlich können die mechanischen und biologischen Eigenschaften von Fibrin durch Kombination mit anderen Materialien oder biologischen Komponenten weiter verbessert werden, was es zu einem attraktiven Kandidaten für die Reparatur von Knorpeldefekten macht.
Cette revue examine les propriétés de la fibrine comme biomatériau pour l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire, tissu aux capacités d'auto-régénération limitées en raison de ses caractéristiques avasculaires. L'étude analyse les propriétés biologiques, physiques et mécaniques de scaffolds à base de fibrine, qui présentent une biocompatibilité favorable à la croissance et différenciation cellulaire. Les résultats montrent que la fibrine constitue un biomatériau adapté pour la réparation cartilagineuse, avec des propriétés qui peuvent être optimisées par combinaison avec d'autres matériaux ou composants biologiques. Cette approche d'ingénierie tissulaire offre une alternative prometteuse pour la réparation des défauts chondraux en mimant la structure tissulaire naturelle.
This study aimed to develop a biomimetic hydrogel that could replicate the load-bearing and lubrication properties of natural articular cartilage for potential use as a cartilage substitute. The researchers created a lipid-lubricated hydrogel by incorporating liposomes into the hydrogel structure and tested its mechanical properties (strength, stiffness, recovery) and friction characteristics. The results showed impressive mechanical performance with a compressive strength of 5.8 MPa and modulus of 4.7 MPa at 50% strain, plus over 98% recovery of properties after loading cycles. The lipid lubrication dramatically reduced friction to a coefficient of just 0.026 - more than 5 times lower than standard hydrogels without liposomes, suggesting this material could serve as an effective load-bearing cartilage replacement.
Diese Studie zielte darauf ab, ein vom natürlichen Gelenkknorpel inspiriertes Hydrogel als biomimetischen Knorpelersatz zu entwickeln und zu charakterisieren. Die Forscher synthetisierten ein lipid-geschmiertes Hydrogel und testeten dessen mechanische Eigenschaften (Druckfestigkeit, Steifigkeit, Erholungsfähigkeit) sowie die Reibungseigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Hydrogelen. Das entwickelte Material zeigte hervorragende mechanische Eigenschaften mit einer Druckfestigkeit von 5,8 MPa und konnte nach Belastung mehr als 98% seiner ursprünglichen Eigenschaften wiederherstellen. Zusätzlich wies es einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten von 0,026 auf, der 5,3-mal geringer war als bei Hydrogelen ohne Liposomen-Zusatz, was es zu einem vielversprechenden Kandidaten für Knorpelersatz macht.
Cette étude visait à développer un hydrogel bioinspiré du cartilage articulaire, incorporant une lubrification lipidique pour créer un substitut cartilagineux performant. Les chercheurs ont synthétisé et caractérisé mécaniquement cet hydrogel en mesurant ses propriétés de résistance, de rigidité et de lubrification. Les résultats montrent que l'hydrogel présente d'excellentes propriétés mécaniques (résistance à la compression de 5,8 MPa, module de 4,7 MPa à 50% de déformation) avec une récupération de plus de 98% après décharge, ainsi qu'un coefficient de friction remarquablement faible de 0,026 (5,3 fois inférieur à un hydrogel sans liposomes). Cette approche prometteuse ouvre la voie au développement de substituts cartilagineux capables de supporter des charges importantes tout en maintenant une lubrification efficace.
This study investigated whether activating EGFR (epidermal growth factor receptor) signaling could protect against post-traumatic osteoarthritis development in mice. Researchers used a non-surgical loading model where controlled cyclic forces were applied to mouse tibias to induce cartilage injury, then tested the effects of overexpressing EGFR ligands in cartilage or delivering them via nanoparticle injections.
Overactivating EGFR signaling significantly reduced cartilage damage, inflammation, and pain by protecting cartilage cells from injury-induced cell death and maintaining their ability to proliferate and produce lubricants. As a potential treatment approach, injecting EGFR ligand-loaded nanoparticles into joints every 3 weeks for 12 weeks partially reduced osteoarthritis symptoms, suggesting EGFR activation could be developed as a novel therapeutic strategy for post-traumatic osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die schützende Wirkung der EGFR-Signalübertragung bei der Entwicklung posttraumatischer Arthrose (PTOA) in einem Mausmodell mit belastungsinduzierter Knorpelverletzung. Die Forscher verwendeten zyklische Tibiabelastung mit 6N bzw. 9N Spitzenkraft und testeten sowohl genetische Überexpression von EGFR-Liganden als auch therapeutische Nanopartikel-Injektionen. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Aktivierung der EGFR-Signalübertragung die Knorpelschädigung, Synovitis und Schmerzen signifikant reduzierte, indem sie Chondrozyten vor belastungsinduzierter Apoptose schützte und deren Proliferationsfähigkeit erhielt. Intraartikuläre Injektionen von TGFα-konjugierten Nanopartikeln erwiesen sich als vielversprechender therapeutischer Ansatz zur Milderung von PTOA-Symptomen.
Cette étude visait à évaluer l'effet protecteur de la signalisation EGFR dans le développement de l'arthrose post-traumatique (PTOA) chez la souris. Les chercheurs ont utilisé un modèle murin de PTOA induite par chargement mécanique tibial (6N et 9N) et ont analysé l'impact de la surexpression du ligand HBEGF dans les chondrocytes, ainsi qu'un traitement par nanoparticules conjuguées au TGFα. La suractivation d'EGFR a significativement réduit les lésions cartilagineuses, la synovite et la douleur en protégeant les chondrocytes de l'apoptose et en préservant leurs capacités prolifératives et de synthèse de lubrifiant. Ces résultats démontrent le potentiel thérapeutique de la modulation de la voie EGFR pour traiter l'arthrose post-traumatique et ouvrent la voie au développement de nanothérapies innovantes.
This study investigated the biodistribution and retention of a novel cartilage-targeting drug delivery system called multi-arm avidin (MAV) following injection into rat knee joints. The researchers used fluorescence microscopy and immunohistochemistry to track MAV movement through joint tissues over 7 days, comparing uptake between young and old rats while assessing safety through cytotoxicity and immune response tests. MAV successfully penetrated the full thickness of cartilage and other joint tissues within 6 hours and remained detectable for 7 days, with uptake strongly correlating with tissue GAG concentration due to electrostatic interactions between the positively-charged MAV and negatively-charged cartilage proteoglycans. The system showed no cytotoxicity up to 300 μM and demonstrated versatile targeting of multiple joint tissues including chondrocytes and bone cells, making it a promising platform for delivering drugs to treat various musculoskeletal diseases.
Diese Studie untersuchte die Biodistribution und Kinetik eines kationischen, PEGylierten Avidin-Nanokonstrukts (MAV) als Wirkstoffträger für die intraartikuläre Verabreichung in Rattengelenken über einen 7-Tage-Zeitraum. Die Forscher verwendeten Fluoreszenzmikroskopie und Immunhistochemie, um die Gewebeverteilung nach intraartikulärer Injektion zu verfolgen, und bewerteten gleichzeitig die Zytotoxizität und Immunantwort. Die Hauptergebnisse zeigten, dass MAV innerhalb von 6 Stunden vollständig in Knorpel und andere Gelenkgewebe eindrang und über 7 Tage nachweisbar blieb, wobei die Aufnahme stark mit der GAG-Konzentration der Gewebe korrelierte. Das Nanokonstrukt erwies sich als nicht-zytotoxisch bis 300 μM, löste jedoch eine dosisabhängige Immunreaktion aus, und zeigte vielversprechende Eigenschaften als vielseitiger Träger für die Behand
Cette étude avait pour objectif d'évaluer la biodistribution et la cinétique intra-articulaire d'une protéine cationique PEGylée (MAV) développée comme vecteur de médicaments ciblant le cartilage. Les chercheurs ont injecté le MAV marqué dans des genoux de rats sains et analysé sa distribution dans les tissus articulaires par microscopie de fluorescence et immunohistochimie sur une période de 7 jours. Les résultats montrent que le MAV pénètre rapidement (6h) dans l'épaisseur complète du cartilage et autres tissus articulaires, avec une rétention détectable pendant 7 jours, grâce aux interactions électrostatiques avec les protéoglycanes chargés négativement. Cette nano-construction présente un potentiel clinique prometteur comme vecteur polyvalent pour traiter diverses pathologies musculo-squelettiques, sans cytotoxicité jusqu'à 300 μM mais avec une réponse immunogène dose-dépendante.
This study investigated how hyaluronic acid (HA) affects joint friction compared to other lubricants in damaged cartilage. The researchers tested nine sheep carpo-metacarpal joints using a mechanical testing machine that simulated physiological movement with 10° rotation under increasing loads (100-400 N), measuring dissipated energy as a friction indicator across three conditions: native joints, artificially damaged cartilage (dried out), and relubricated joints with three different solutions (saline, fetal calf serum, and HA). The study found that cartilage damage dramatically increased joint friction compared to native joints, and this friction increased even more significantly under higher loads in damaged joints. Among the three lubricants tested, HA provided the greatest reduction in joint friction, achieving the lowest dissipated energy values and demonstrating superior lubricating properties compared to saline or fetal calf serum.
Diese biomechanische Studie untersuchte den Einfluss von Hyaluronsäure (HA) auf die intraartikuläre Reibung in vollständigen Gelenken, da bei Arthrose die HA-Konzentration und das Molekulargewicht in der Synovialflüssigkeit reduziert sind. Die Forscher testeten neun ovine Karpo-Metakarpalgelenke unter physiologischen Bewegungen (10° Rotation) mit ansteigender axialer Belastung (100-400 N) und verglichen die dissipierte Energie als Reibungsmaß zwischen nativen Gelenken, geschädigtem Knorpel und nach Relubrikation mit drei verschiedenen Schmierstoffen (NaCl, fetales Kälberserum, HA). Die Ergebnisse zeigten, dass Knorpelschäden die Reibung signifikant erhöhen (von 15,0 auf 74,4 MJ/Zyklus), während Relubrikation diese wieder deutlich reduziert (auf 23,6 MJ/Zyklus), wobei HA die niedrigsten Reibungswerte erzi
Cette étude biomécanique visait à évaluer l'effet lubrifiant de l'acide hyaluronique (AH) par rapport à d'autres solutions (NaCl, sérum de veau fœtal) sur la friction intra-articulaire dans des articulations complètes d'ovins. Les chercheurs ont utilisé neuf articulations carpo-métacarpiennes ovines montées sur une machine d'essai mécanique, simulant des mouvements physiologiques avec rotation de 10° sous charge axiale croissante (100-400 N), en mesurant l'énergie dissipée comme indicateur de friction. Les résultats montrent que les lésions cartilagineuses augmentent significativement la friction (de 15,0 à 74,4 mJ/cycle), mais que la relubrification restaure partiellement les propriétés mécaniques (23,6 mJ/cycle), l'acide hyaluronique démontrant les meilleures propriétés lubrifiantes (4,3 mJ/cycle) comparé aux autres solutions testées.
This study aimed to develop cartilage replacement materials by creating bilayer hydrogels that mimic the natural oriented hierarchical structure of articular cartilage. The researchers constructed anisotropic hydrogels with horizontal and vertical orientations, bonding them layer-by-layer to create a bilayer system with a load-bearing bottom layer and lubricating surface layer. The bilayer hydrogel achieved impressive mechanical properties, including high compressive strength (5.21 ± 0.45 MPa) and modulus (4.06 ± 0.31 MPa), while maintaining excellent lubrication with friction coefficients of 0.032 (hard/soft contact) and 0.028 (soft/soft contact) that closely match natural cartilage performance. The material also demonstrated exceptional fatigue resistance, withstanding repeated loading without crack formation, suggesting strong potential as a cartilage replacement material.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie zielte darauf ab, ein zweischichtiges Hydrogel zu entwickeln, das die hierarchische Struktur des natürlichen Gelenkknorpels nachahmt, um sowohl hohe Belastbarkeit als auch niedrige Reibung zu erreichen. Die Forscher konstruierten anisotrope Hydrogele mit horizontal und vertikal orientierten Strukturen, die schichtweise aufgebaut und miteinander verbunden wurden. Das resultierende zweischichtige Hydrogel zeigte eine beeindruckende Druckfestigkeit von 5,21 MPa und sehr niedrige Reibungskoeffizienten (0,032 bei hart/weich und 0,028 bei weich/weich Kontakt), die denen des natürlichen Knorpels nahekommen. Zusätzlich wies das Material eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit auf und könnte somit einen vielversprechenden Ansatz für knorpelähnliche Biomaterialien darstellen.
Cette étude visait à développer des hydrogels biomimétiques reproduisant la structure hiérarchique orientée du cartilage articulaire pour obtenir simultanément une faible friction et une haute capacité portante. Les chercheurs ont construit des hydrogels bicouches anisotropes en assemblant une couche inférieure à orientation verticale pour la résistance mécanique et une couche superficielle à orientation horizontale pour la lubrification. Les résultats montrent que ces hydrogels bicouches atteignent une résistance à la compression de 5,21 ± 0,45 MPa et des coefficients de friction remarquablement faibles (0,032 pour contact dur/mou et 0,028 pour contact mou/mou), comparables au cartilage naturel. Cette approche biomimétique ouvre des perspectives prometteuses pour le développement de substituts cartilagineux combinant haute résistance mécanique, propriétés tribologiques optimales et résistance à la fatigue.
This study aimed to develop a metabolomic profiling protocol for analyzing chondrocyte metabolism and understanding metabolic changes in joint disease and mechanical loading responses. The researchers describe methodological procedures for quantitatively measuring thousands of small molecule metabolites in chondrocytes and other synovial joint tissues and fluids using metabolomics techniques. The protocol enables comprehensive analysis of cellular biochemistry by detecting both metabolic products and reactants involved in chondrocyte function. This approach provides a new tool for investigating how metabolic alterations contribute to joint disease and how chondrocytes adapt metabolically to physiological stimuli like mechanical loading.
Diese Studie zielt darauf ab, ein Protokoll für die metabolomische Profilierung von Chondrozyten und anderen Geweben des Synovialgelenks zu entwickeln, um den Zellstoffwechsel des Knorpels besser zu verstehen. Die Metabolomik ermöglicht die quantitative Messung von Tausenden kleiner Moleküle (Metabolite), die als Produkte und Reaktanten zellulärer biochemischer Prozesse fungieren. Das beschriebene Verfahren erlaubt die Analyse von Stoffwechselveränderungen bei Krankheiten sowie metabolischen Anpassungen an physiologische Reize wie mechanische Belastung. Diese Methodik trägt wesentlich zum Verständnis muskuloskelettaler Systeme bei, insbesondere bezüglich der Rolle des Metabolismus bei der Aufrechterhaltung der Knorpelhomöostase.
Cette étude vise à développer un protocole de profilage métabolomique pour analyser le métabolisme des chondrocytes et d'autres tissus articulaires. La méthode proposée utilise la métabolomique, une technique émergente permettant la mesure quantitative de milliers de petites molécules métabolites impliquées dans la biochimie cellulaire. Le protocole décrit les procédures d'analyse métabolomique applicable aux chondrocytes ainsi qu'aux tissus et fluides de l'articulation synoviale. Cette approche permettra de mieux comprendre les altérations métaboliques pathologiques et les adaptations métaboliques aux stimuli physiologiques comme les contraintes mécaniques dans le système musculosquelettique.
This study investigated how the protein RAP2A functions as a mechanotransduction molecule in temporomandibular joint osteoarthritis (TMJOA), converting mechanical stress into cellular signaling in cartilage cells. The researchers used mouse models of TMJOA induced by abnormal bite patterns and genetically modified mice lacking RAP2A to examine cartilage degradation and cellular pathways. They found that RAP2A levels decreased as cartilage degraded, and mice without RAP2A developed severe cartilage degeneration and TMJOA through disrupted Hippo/YAP signaling pathways. The findings suggest that RAP2A is essential for maintaining healthy cartilage by regulating how chondrocytes respond to mechanical forces, potentially offering new targets for early TMJOA treatment.
Diese Studie untersuchte die Rolle des Proteins RAP2A bei der Entstehung von Kiefergelenkarthrose (TMJOA), da bisher unklar war, wie mechanischer Stress in Knorpelzellen in biologische Signale umgewandelt wird. Die Forscher verwendeten sowohl ein Mausmodell mit einseitigem anteriorem Kreuzbiss als auch genetisch veränderte Mäuse mit konditionellem RAP2A-Knockout und analysierten die Auswirkungen auf den Knorpelstoffwechsel. Die Ergebnisse zeigten, dass RAP2A bei Knorpelabbau abnimmt und über den Hippo/YAP-Signalweg die Knorpelhomöostase reguliert - der Verlust von RAP2A führte zu verstärkter Knorpeldegeneration und verändertem Chondrozyten-Phänotyp. Diese Erkenntnisse identifizieren RAP2A erstmals als wichtiges Mechanotransduktions-Molekül in Kiefergelenkknorpel und eröffnen neue therapeutische Ansätze für die Frühbehandlung
Cette étude visait à identifier le rôle de la protéine RAP2A dans la mécanotransduction des chondrocytes lors de l'arthrose de l'articulation temporo-mandibulaire (TMJOA). Les chercheurs ont utilisé un modèle murin d'occlusion croisée antérieure unilatérale et des souris knockout conditionnelles pour RAP2A, analysant la dégradation cartilagineuse et les voies de signalisation Hippo/YAP. Les résultats montrent que la perte de RAP2A aggrave la dégradation du cartilage et perturbe l'homéostasie des chondrocytes via la signalisation Hippo/YAP/SOX9, révélant RAP2A comme un commutateur moléculaire clé qui transforme les contraintes mécaniques excessives en signaux biologiques. Cette découverte ouvre des perspectives thérapeutiques ciblant RAP2A ou YAP pour traiter précocement la TMJOA.
This study investigated how structural changes in knee cartilage relate to mechanical function across different stages of osteoarthritis. The researchers analyzed 47 human femoral condyle cartilage samples, measuring proteoglycan content, collagen organization, and collagen content at different tissue depths, then correlated these with mechanical properties obtained through dynamic testing and mathematical modeling.
The key findings showed that in superficial cartilage, both proteoglycan loss and collagen network disorganization reduced the initial tension (pretension) of the collagen network, while proteoglycan loss specifically increased the nonlinear mechanical behavior of cartilage. Additionally, both structural changes increased cartilage viscosity, but proteoglycan loss affected viscosity during slow loading (0.005 Hz) while collagen disorganization affected viscosity during fast loading (1 Hz).
These results provide important insights into how the progressive breakdown of cartilage structure in osteoarthritis leads to altered mechanical function, with different components contributing to mechanical changes under different loading conditions.
Diese Studie untersuchte die Zusammenhänge zwischen Knorpelstruktur und mechanischen Eigenschaften in verschiedenen Stadien der Kniearthrose anhand von 47 menschlichen Femurkondylen-Proben. Die Forscher analysierten tiefenabhängig den Proteoglykan-Gehalt, die Kollagen-Netzwerk-Organisation und den Kollagen-Gehalt mittels verschiedener mikroskopischer und spektroskopischer Verfahren und korrelierten diese mit viskoelastischen Eigenschaften durch dynamische Belastungstests und biomechanische Modellierung. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Proteoglykan-Verlust und Kollagen-Desorganisation in der oberflächlichen Knorpelschicht die Vorspannung des Kollagen-Netzwerks reduzieren, wobei der Proteoglykan-Abbau zusätzlich das nichtlineare mechanische Verhalten verstärkt. Darüber hinaus erhöhen beide Degenerationsprozesse die Knorpelviskosität, jedoch bei unterschiedlichen Belastungsfrequenzen – Proteoglykan-Verl
Cette étude visait à caractériser les relations entre la structure et les propriétés mécaniques du cartilage fémoral humain à différents stades d'arthrose. Les chercheurs ont analysé 47 échantillons de cartilage en caractérisant la composition (contenu en protéoglycanes et collagène, organisation du réseau collagénique) et en évaluant les propriétés viscoélastiques par tests dynamiques sinusoïdaux et modélisation poroélastique renforcée par fibrilles. Les résultats montrent que dans le cartilage superficiel, la perte de protéoglycanes et la désorganisation du réseau collagénique réduisent la prétension du réseau collagénique, tandis que la dégradation des protéoglycanes augmente le comportement mécanique non-linéaire. L'étude révèle également que ces altérations structurelles augmentent la viscosité du cartilage à des fréquences de charge distinctes : la perte de protéoglycanes à basse fréquence (0,005 Hz) et la désorganisation collagénique à haute fréquence (1 Hz).
This review examined empirical joint contact mechanics (EJCM) measurement techniques used to understand how joint pathology and aging affect cartilage interactions and osteoarthritis risk. The authors comprehensively reviewed various measurement approaches including classical methods (radiography, dye staining, casting, pressure measurement), advanced imaging techniques (CT, MRI), stereophotogrammetry, and high-speed videoradiography. The review found that multiple complementary techniques are available to measure contact area, forces, and surface velocities in articulating joints, each with specific advantages for different research questions. The authors concluded that EJCM measurements provide valuable insights into cartilage health and degeneration, offering potential to guide and assess surgical, biological, and rehabilitative interventions for optimizing long-term joint function.
Diese Übersichtsarbeit untersucht empirische Methoden zur Messung der Gelenkkontaktmechanik (wie Kontaktfläche, Kräfte und Oberflächengeschwindigkeiten), um den Zusammenhang zwischen veränderten Gelenkmechaniken und dem Osteoarthritis-Risiko zu verstehen. Die Autoren analysierten verschiedene Messtechniken, darunter klassische Verfahren (Röntgenaufnahmen, Färbetechniken, Druckmessungen), Stereophotogrammetrie, Computertomographie, Magnetresonanztomographie und Hochgeschwindigkeits-Videoradiographie. Die Ergebnisse zeigen, dass diese empirischen Messansätze wichtige Einblicke in die Knorpelgesundheit und -degeneration liefern und dabei helfen, pathologiebedingte Veränderungen der Gelenkmechanik zu charakterisieren. Die Autoren betonen, dass solche Messungen entscheidend für die Entwicklung und Bewertung therapeutischer Interventionen (chirurgisch, biologisch, rehabilitativ) zur langfristigen Optimierung der Gelenk
Cette revue exhaustive vise à présenter les différentes approches de mesure empirique de la mécanique de contact articulaire (EJCM) pour comprendre l'impact des pathologies et du vieillissement sur les interactions cartilagineuses. Les auteurs analysent les techniques classiques (radiographie, coloration, moulage, mesure de pression) ainsi que les méthodes modernes (stéréophotogrammétrie, tomodensitométrie, IRM, vidéoradiographie haute vitesse). La revue souligne que ces mesures empiriques permettent d'identifier les modifications des patrons de contact articulaire associées au risque accru d'arthrose. Les perspectives d'avancement incluent l'intégration de paramètres comme les vitesses relatives, les contraintes de traction et la quantification de la forme des zones de contact pour optimiser les interventions thérapeutiques.
This study aimed to characterize the unique molecular profile of acetabular labrum tissue and understand how it responds to mechanical forces, which is crucial for developing effective labrum restoration treatments. The researchers used RNA sequencing to compare gene expression between bovine labrum and articular cartilage tissues, and tested how labrum tissue responds to combined compression and shearing forces over 5 days in culture.
The analysis revealed that labrum tissue has a distinct molecular signature with over 6,000 genes expressed differently compared to cartilage, particularly genes involved in extracellular matrix organization. When subjected to mechanical loading, the labrum tissue responded by increasing expression of key structural proteins (aggrecan, COMP, fibronectin, and PRG4), similar to how cartilage responds to mechanical stress, suggesting preserved tissue adaptation mechanisms despite the molecular differences between these tissues.
Diese Studie zielte darauf ab, die Genexpression des Hüftlabrums zu charakterisieren und dessen mechanobiologische Reaktion auf Belastung zu untersuchen. Mittels RNA-Sequenzierung wurde das Transkriptom von bovinem Labrum mit Gelenkknorpel verglichen, und Labrum-Explantate wurden 5 Tage mit und ohne mechanische Belastung kultiviert. Die Ergebnisse zeigten mehr als 6.000 signifikant unterschiedlich exprimierte Gene zwischen Labrum und Knorpel, wobei diese hauptsächlich mit der extrazellulären Matrix-Organisation assoziiert waren. Mechanische Belastung führte zur signifikanten Hochregulation wichtiger Matrix-Gene (ACAN, COMP, FN1, PRG4), was trotz der Transkriptom-Unterschiede ähnliche Anpassungsmechanismen wie im Knorpel andeutet.
Cette étude visait à caractériser le transcriptome du labrum acétabulaire et sa fonction mécanobiologique pour améliorer les stratégies de restauration tissulaire. Les chercheurs ont utilisé le RNA-seq pour comparer l'expression génique entre le labrum et le cartilage articulaire bovin, puis ont analysé la réponse du labrum à une stimulation mécanique combinant compression cyclique et cisaillement de surface pendant 5 jours. Plus de 6000 gènes étaient différentiellement exprimés entre le labrum et le cartilage, principalement associés à l'organisation de la matrice extracellulaire, établissant ainsi un profil d'expression génique unique pour le labrum sain. La stimulation mécanique a significativement augmenté l'expression de gènes clés de la matrice extracellulaire (ACAN, COMP, FN1, PRG4) sans affecter les marqueurs inflammatoires, suggérant que malgré les différences transcriptomiques, le labrum conserve des mécanismes d'adaptation mécanique similaires au cartilage.
This review aimed to examine the disease mechanisms affecting cartilage and bone in temporomandibular joint osteoarthritis (TMJ OA) and evaluate potential regenerative treatments. The authors conducted a literature review focusing on pathological changes in joint structures and therapeutic interventions tested in animal models. The study found that TMJ OA involves complex interactions between cartilage loss, bone remodeling, and multiple joint structures, with subchondral bone initially losing mass before becoming thick and stiff during repair attempts. Among regenerative therapies, platelet-rich plasma (PRP) and mesenchymal stem cells showed more promise for cartilage and bone repair than hyaluronic acid alone, though combining treatments may enhance therapeutic outcomes.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte die pathogenen Mechanismen der Osteoarthritis des Kiefergelenks (TMJ OA) mit Fokus auf Knorpel- und Knochenveränderungen sowie potenzielle regenerative Therapieansätze. Die Autoren analysierten die Literatur zu den molekularen und strukturellen Veränderungen bei TMJ OA, einschließlich Chondrozytenverlust, Abbau der extrazellulären Matrix und abnormalem subchondralen Knochenumbau. Die Ergebnisse zeigen, dass TMJ OA durch komplexe Wechselwirkungen zwischen Knorpeldegradation und subchondraler Knochenremodellierung charakterisiert ist, wobei initial Knochenmasseverlust auftritt, gefolgt von reparativen Prozessen mit Versteifung und Verdickung der Kondylenoberfläche. Bezüglich therapeutischer Optionen zeigten plättchenreiches Plasma (PRP) und mesenchymale Stammzellen vielversprechende regenerative Eigenschaften für Knorpel und Knochen, während Hyalur
Cette revue vise à décrire les mécanismes pathologiques impliquant le cartilage et l'os sous-chondral dans l'arthrose de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM), ainsi que les stratégies thérapeutiques régénératives potentielles. L'analyse de la littérature révèle que l'arthrose de l'ATM implique une perte chondrocytaire, une dégradation de la matrice extracellulaire et un remodelage osseux sous-chondral caractérisé initialement par une perte de masse osseuse, suivie de mécanismes réparatifs entraînant rigidité et épaississement de l'interface ostéochondrale condylienne. Les thérapies régénératives par plasma riche en plaquettes (PRP) et cellules souches mésenchymateuses (CSM) montrent des résultats prometteurs pour la réparation cartilagineuse et osseuse, tandis que l'acide hyaluronique semble plutôt potentialiser l'effet d'autres traitements en combinaison. Les auteurs concluent que le potentiel régénératif de ces approches thérapeutiques nécess
This exploratory study investigated how chemical modifications of ribosomal RNA (rRNA) regulate protein production in cartilage cells during osteoarthritis development. The researchers used sequencing techniques to analyze rRNA modifications in human cartilage cells exposed to osteoarthritic joint fluid, and then experimentally manipulated specific modification sites using gene editing and protein analysis methods. They discovered that osteoarthritic joint fluid causes specific changes in rRNA chemical modifications at five distinct sites, and when they reduced one particular modification (at site 5.8S-U14), it altered how ribosomes translate messenger RNA and specifically increased production of collagen type I protein. These findings reveal a previously unknown mechanism by which cartilage cells may contribute to osteoarthritis progression through ribosome-mediated changes in protein production.
Diese explorative Studie untersuchte, wie epitranskriptomische Modifikationen der ribosomalen RNA (rRNA) die Proteinregulation in Knorpelzellen bei Arthrose beeinflussen. Die Forschenden analysierten 2'-O-Methylierungsmuster der rRNA in primären humanen Gelenkknorpelzellen nach Exposition mit arthrotischer Synovialflüssigkeit mittels RiboMethSeq und verwendeten gentechnisch veränderte Zelllinien zur gezielten Manipulation spezifischer Modifikationsstellen. Die Ergebnisse zeigten, dass arthrotische Synovialflüssigkeit ortsspezifische Veränderungen im rRNA-Methylierungsmuster auslöst, wobei fünf differenziell methylierte Stellen identifiziert wurden. Die gezielte Reduktion der snoRNA SNORD71 führte zu veränderten Ribosomen-Translationsmodi und verstärkter COL1A1-Proteinsynthese, was einen neuartigen epitranskriptomischen Regulationsmechanismus in der Arthroseentwicklung aufzeigt.
Cette étude exploratoire visait à investiguer le rôle de l'hétérogénéité ribosomique basée sur les modifications épitranscriptomiques de l'ARN ribosomal (ARNr) dans la régulation de la traduction des chondrocytes articulaires humains et sa pertinence dans l'arthrose. Les chercheurs ont utilisé le séquençage RiboMethSeq pour analyser le profil de 2'-O-méthylation de l'ARNr dans des chondrocytes primaires exposés au liquide synovial arthrosique, complété par des expériences de délétion du snoRNA SNORD71 et d'analyse protéomique. L'exposition au liquide synovial arthrosique induit des modifications site-spécifiques du profil de 2'-O-méthylation de l'ARNr, notamment une diminution de 7,7% au site 5.8S-U14. Cette modification épitranscriptomique altère le mode de traduction ribosomique et favorise spécifiquement la traduction de l'ARNm COL1A1, conduisant à une augmentation de 1,7 fois de la protéine COL
This study aimed to measure the compressive stiffness of porcine meniscus tissue and determine how it varies based on testing direction, knee compartment location, and tissue region. Researchers used atomic force microscopy (AFM) to perform microscale compression tests on 72 meniscus samples organized into 8 groups, testing both circumferential and axial directions from medial/lateral compartments and inner/outer regions. The compressive modulus ranged from 0.75 to 4.00 MPa across all samples, with only testing direction showing a significant effect - the circumferential direction was stiffer than the axial direction. This directional difference reflects the meniscus's anisotropic structure, where circumferentially-oriented collagen fibers provide greater resistance to compression in that direction, supporting the tissue's role in load transmission within the knee joint.
Diese Studie untersuchte die biomechanischen Eigenschaften des Schweinsmeniskus mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM), um den Einfluss von Richtung, Kompartiment und Region auf das Kompressionsmodul zu bestimmen. Die Forscher analysierten Meniskusproben aus 8 verschiedenen Gruppen (axial/zirkumferenziell, medial/lateral, innen/außen) mit jeweils 9 Proben und verwendeten Kraft-Eindring-Kurven nach dem Hertz-Modell zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften. Das Kompressionsmodul variierte zwischen 0,75 und 4,00 MPa mit einem Durchschnittswert von 2,04±0,86 MPa, wobei nur die Richtung einen signifikanten Einfluss zeigte (zirkumferenziell > axial). Diese Anisotropie spiegelt die spezielle Kollagenfaseranordnung des Meniskus wider und ist entscheidend für dessen Lastübertragungsfähigkeit im Kniegelenk.
Cette étude visait à caractériser les propriétés biomécaniques du ménisque porcin en analysant l'effet de la direction (axiale vs circonférentielle), du compartiment (médial vs latéral) et de la région (interne vs externe). Les chercheurs ont utilisé la microscopie à force atomique (AFM) sur 72 échantillons répartis en 8 groupes pour mesurer le module de compression via des courbes force-indentation analysées avec le modèle de Hertz. Les résultats montrent un module de compression variant de 0,75 à 4,00 MPa (moyenne : 2,04±0,86 MPa), avec une anisotropie significative où la rigidité circonférentielle dépasse la rigidité axiale (p=0,024). Cette anisotropie reflète l'organisation particulière des fibres de collagène et explique la capacité du ménisque à transmettre les charges, fournissant des données micromécaniques essentielles pour comprendre la physiopathologie tissulaire et développer de nouvelles approches thérapeutiques.
This study investigated how synovial fluid from knee osteoarthritis patients affects adipose-derived stem cells (ADSCs) used in therapeutic treatments. The researchers treated cultured ADSCs with osteoarthritic synovial fluid and used DNA microarrays, RT-PCR, and Western blot analysis to examine gene expression changes, with specific focus on the FOSL1 gene through knockdown experiments using siRNA. The key finding was that synovial fluid significantly increased ADSC viability by upregulating the FOSL1 gene, and when FOSL1 was knocked down, both baseline cell viability and the protective effect of synovial fluid were reduced. These results suggest that creating conditions that enhance FOSL1 expression in ADSCs could improve the therapeutic effectiveness of stem cell treatments for knee osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, wie Synovialflüssigkeit von Kniearthrose-Patienten die Lebensfähigkeit von therapeutisch eingesetzten adipösen Stammzellen (ADSCs) beeinflusst. Die Forscher kultivierten ADSCs mit Synovialflüssigkeit und analysierten Genexpressionsveränderungen mittels DNA-Mikroarrays, RT-PCR und Western Blot, sowie durch gezielte FOSL1-Knockdown-Experimente mit siRNA. Die Ergebnisse zeigten, dass Synovialflüssigkeit die Zelllebensfähigkeit der ADSCs durch Hochregulation des Gens FOSL1 signifikant steigert, was durch verringerte Lebensfähigkeit bei FOSL1-Knockdown-Zellen bestätigt wurde. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die therapeutische Wirksamkeit von ADSC-Behandlungen bei Kniearthrose durch Optimierung der FOSL1-Expression weiter verbessert werden könnte.
Cette étude visait à déterminer l'effet du liquide synovial (LS) provenant de patients atteints de gonarthrose sur les cellules souches dérivées du tissu adipeux (ADSC) utilisées en thérapie cellulaire. Les chercheurs ont cultivé des ADSC en présence de LS pathologique, puis analysé leur viabilité cellulaire et l'expression génique par puces à ADN, RT-PCR et Western blot, complétés par des expériences de knockdown du gène FOSL1 par siRNA. Les résultats montrent que le LS augmente significativement la viabilité des ADSC via la surexpression du facteur de transcription FOSL1, dont l'inhibition abolit cet effet protecteur. Ces findings suggèrent que l'optimisation de l'expression de FOSL1 pourrait améliorer l'efficacité thérapeutique des ADSC dans le traitement de la gonarthrose.
This study aimed to develop a dual-function nanosystem that simultaneously provides joint lubrication and controlled anti-inflammatory drug delivery for osteoarthritis treatment. The researchers created biomimetic nanoparticles by grafting hyaluronic acid onto fluorinated graphene using dopamine chemistry, then loaded them with the anti-inflammatory drug diclofenac sodium (29.2% loading capacity) for near-infrared light-triggered release. The nanosystem reduced friction coefficients by 75% compared to water and demonstrated sustained lubrication under various conditions, while cell studies showed the particles were taken up by endocytosis and effectively reduced inflammation by promoting cartilage-building genes and suppressing cartilage-degrading enzymes. This biomimetic approach offers a promising strategy for synergistic osteoarthritis therapy by combining enhanced joint lubrication with controllable anti-inflammatory drug delivery.
Diese Studie zielte darauf ab, ein biomimetisches Nanosystem zu entwickeln, das sowohl die Gelenkschmierung verbessert als auch entzündungshemmende Medikamente kontrolliert freisetzt, um Arthrose synergistisch zu behandeln. Die Forscher verwendeten eine von Muschel-Adhäsionschemie inspirierte Dopamin-vermittelte Strategie, um Hyaluronsäure auf fluoriertes Graphen zu pfropfen und das entzündungshemmende Medikament Diclofenac-Natrium mit hoher Beladungskapazität (29,2%) einzubauen. Das entwickelte Nanosystem reduzierte den Reibungskoeffizienten um 75% im Vergleich zu Wasser und ermöglichte eine nahinfrarot-gesteuerte, kontrollierte Medikamentenfreisetzung. Zellexperimente bestätigten, dass das System die Arthrose-Progression durch Hochregulierung knorpelanaboler Gene und Herunterregulierung kataboler Proteasen sowie schmerzassoziierter Gene effektiv hemmt.
Cette étude vise à développer un nanosystème biomimétique combinant lubrification articulaire et libération contrôlée d'anti-inflammatoires pour traiter l'arthrose de manière synergique. Les chercheurs ont créé des feuillets de graphène fluoré modifiés par de l'acide hyaluronique via une stratégie médiée par la dopamine, permettant de charger le diclofénac sodique (29,2% de capacité) avec libération déclenchée par lumière proche infrarouge. Les résultats montrent une réduction de 75% du coefficient de friction par rapport à l'eau et une lubrification stable dans diverses conditions de travail. Les expériences cellulaires confirment l'absorption du nanosystème par endocytose et démontrent ses effets anti-inflammatoires par régulation positive des gènes anaboliques du cartilage et négative des protéases cataboliques et gènes liés à la douleur.
This study aimed to develop a hybrid hydrogel that could overcome the mechanical and tribological limitations of current hydrogel materials for cartilage repair applications. The researchers synthesized the hydrogel using chemical cross-linking and transesterification of glycerol ethoxylate (GE) and zwitterionic polysulfobetaine methacrylate (PSBMA), then tested its mechanical properties, friction characteristics, and biocompatibility through compression testing, tribological analysis, and cytotoxicity assays. The hybrid hydrogel demonstrated excellent compressive strength (3.50 MPa), remarkably low friction coefficient (μ ≈ 0.028) in soft-soft contact testing, and good biocompatibility with no cytotoxic effects. These findings suggest the GE-PSBMA hybrid hydrogel represents a promising biomaterial for cartilage replacement, combining the mechanical durability and low-friction properties essential for joint applications.
Diese Studie zielte darauf ab, ein Hybrid-Hydrogel zu entwickeln, das die mechanischen und tribologischen Eigenschaften von Gelenkknorpel nachahmt. Die Forscher synthetisierten das Hydrogel durch chemische Vernetzung von Glycerol-Ethoxylat (GE) und zwitterionischem Polysulfobetain-Methacrylat (PSBMA) und testeten dessen mechanische Eigenschaften, Reibungsverhalten und Biokompatibilität. Das entwickelte Hybrid-Hydrogel zeigte hervorragende Druckfestigkeit (3,50 MPa), niedrige Reibungskoeffizienten (μ ≈ 0,028) sowie gute Biokompatibilität ohne Zytotoxizität. Diese Eigenschaften machen das Material zu einem vielversprechenden Kandidaten für den Knorpelersatz in der regenerativen Medizin.
Cette étude visait à développer un hydrogel hybride combinant de bonnes propriétés mécaniques et tribologiques pour la réparation du cartilage articulaire. Les chercheurs ont synthétisé un hydrogel hybride à partir de glycérol éthoxylate (GE) et de polysulfobétaïne méthacrylate zwitterionique (PSBMA) par réticulation chimique et transestérification. Le matériau obtenu présente d'excellentes propriétés avec une résistance à la compression de ~3,50 MPa, un coefficient de friction très faible (μ ≈ 0,028) grâce à la formation d'une couche d'hydratation stable, et une biocompatibilité satisfaisante sans cytotoxicité. Ces résultats démontrent le potentiel de cet hydrogel hybride comme alternative prometteuse pour le remplacement du cartilage articulaire.
This study investigated how repetitive compression loading causes microscopic injuries in spinal cartilage endplates by testing different joint positions, loading durations, and compression forces. Researchers subjected 114 porcine cervical spine segments to cyclic compression testing under various conditions (flexed vs. neutral posture, 1000-5000 loading cycles, and different peak compression levels), then used specialized staining to identify four types of microinjuries in the cartilage and bone. The results showed that spinal posture influenced the type of microinjury that occurred—with avulsion and node injuries predominantly occurring in flexed positions while cartilage injuries were more common in neutral positions—and that longer loading duration significantly increased both the likelihood and size of microinjuries. These findings suggest that repetitive spinal loading, particularly over extended periods, can cause cumulative microscopic damage to the cartilage endplate, with the pattern of injury depending on spinal positioning during loading.
Diese In-vitro-Studie untersuchte die Entstehung von mikrostrukturellen Verletzungen in den Knorpel-Endplatten der Wirbelsäule durch zyklische Kompressionsbelastung. An 114 Schweine-Halswirbelsegmenten wurden verschiedene Gelenkpositionen (Flexion, neutral), Belastungsdauern (1000-5000 Zyklen) und Kompressionsvariationen (10-40%) getestet, wobei Mikroverletzungen mittels Immunfluoreszenz-Färbung für Kollagen I und II analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass Avulsions- und Knotenverletzungen hauptsächlich in Flexionshaltung auftraten (100% bzw. 90%), während Knorpelmikroverletzungen vermehrt in neutraler Position entstanden (82%). Die Belastungsdauer erwies sich als entscheidender Faktor sowohl für die Häufigkeit von Mikroverletzungen als auch für deren Größe, was wichtige Erkenntnisse für das Verständnis der mechanischen Entstehungsmechanismen von Endpla
Cette étude biomécanique in vitro a analysé l'incidence des microlésions du cartilage endplatéal vertébral induites par compression cyclique chez 114 unités spinales cervicales porcines, en évaluant l'influence de la posture articulaire (fléchie vs neutre), de la durée de charge (1000 à 5000 cycles) et de la variation de compression. Les microlésions ont été caractérisées par immunofluorescence (collagène I et II) et classées en quatre types : nodulaires, d'avulsion, cartilagineuses et pores circonférentiels. Les résultats montrent que la posture influence la distribution des types de lésions (100% des lésions d'avulsion et 90% des lésions nodulaires en flexion, 82% des lésions cartilagineuses en position neutre), avec une incidence d'avulsion significativement plus élevée dans les plateaux caudaux (92%). La durée de compression constitue un facteur déterminant pour l'incidence des microlésions et la taille des lésions, suggérant un rôle important de la fatigue mécanique dans l'initiation des pathologies end
This study compared the effects of intra-articular hyaluronic acid (HA) and platelet-rich plasma (PRP) injections on femoral cartilage thickness in 40 patients with chronic knee osteoarthritis. The researchers used a randomized controlled design, measuring cartilage thickness with ultrasonography and assessing clinical outcomes (pain, stiffness, function) using VAS and WOMAC scores over 6 months. Both treatments significantly improved pain and functional outcomes with no difference between groups, but only HA injections led to increased femoral cartilage thickness starting at 1 month and continuing through 6 months. The key finding suggests HA may have structural benefits for cartilage preservation that PRP does not provide, despite similar symptomatic improvements from both treatments.
Diese prospektive randomisierte Studie untersuchte die Auswirkungen von intraartikulären Hyaluronsäure (HA)- und plättchenreichem Plasma (PRP)-Injektionen auf die femorale Knorpeldicke bei 40 Patienten mit chronischer Kniearthrose. Die Forscher verwendeten Ultraschallmessungen zur Bestimmung der Knorpeldicke sowie VAS- und WOMAC-Scores zur Bewertung von Schmerz, Steifigkeit und Funktion über einen Zeitraum von 6 Monaten. Die Hauptergebnisse zeigten, dass beide Behandlungsansätze signifikante Verbesserungen bei Schmerz und Funktion bewirkten, jedoch nur die HA-Gruppe eine messbare Zunahme der femoralen Knorpeldicke aufwies, die bereits im ersten Monat begann und bis zum sechsten Monat anhielt. Zwischen den beiden Behandlungsmethoden konnte hinsichtlich der klinischen Parameter keine Überlegenheit festgestellt werden.
Cette étude prospective randomisée a comparé les effets des injections intra-articulaires d'acide hyaluronique (AH) et de plasma riche en plaquettes (PRP) sur l'épaisseur du cartilage fémoral chez 40 patients atteints de gonarthrose chronique. Les chercheurs ont utilisé l'échographie pour mesurer l'épaisseur cartilagineuse et évalué les symptômes par les échelles VAS et WOMAC sur 6 mois. Les résultats montrent que seul le groupe AH a présenté une augmentation significative de l'épaisseur du cartilage fémoral (médial, latéral et moyenne) dès le premier mois et maintenue jusqu'au 6ème mois, tandis que les deux traitements ont amélioré de manière équivalente la douleur, la raideur et la fonction sans différence significative entre eux.
This study aimed to develop a computational model that captures how mechanical forces and inflammation interact to regulate chondrocyte (cartilage cell) behavior in early osteoarthritis. The researchers created a network-based model incorporating 118 cellular components (receptors, signaling molecules, proteins) connected through 358 interactions, then tested how different mechanical loading and inflammatory conditions affect cell responses.
The model successfully predicted that normal physiological conditions promote healthy cartilage maintenance (anabolic state), while inflammatory signals and excessive mechanical loading drive cartilage breakdown (catabolic state), with 94% accuracy when compared to existing experimental data. Key findings revealed that inflammation has the strongest negative effect on chondrocyte health, followed by static compression, while anti-inflammatory treatments showed the most promise for intervention.
However, the model also indicated that restoring normal cartilage protein production remains challenging even with beneficial treatments, highlighting the complexity of cartilage repair in osteoarthritis.
Diese Studie entwickelte ein netzwerkbasiertes mathematisches Modell, um zu verstehen, wie mechanische Belastungen und Entzündungen die Chondrozyten-Regulation bei früher Osteoarthritis beeinflussen. Die Forscher erstellten ein dynamisches Modell mit 118 mechano-sensitiven Zellkomponenten (Rezeptoren, Transkriptionsfaktoren, Proteine) und 358 Verbindungen zwischen diesen, um die komplexen molekularen Interaktionen der Mechanotransduktion abzubilden. Das Modell zeigte, dass physiologische Bedingungen zu einem anabolen Zustand mit gesunden Chondrozyten-Markern (SOX9, CITED2) führen, während entzündliche und schädliche mechanische Belastungen einen katabolen Zustand mit osteoarthritischen Markern (NF-κB, RUNX2) auslösen. Die Sensitivitätsanalyse ergab, dass Entzündungen den stärksten schädlichen Einfluss auf den Chondrozyten-Stoffwechsel haben, wodurch anti-entzündliche Therapien als
Cette étude visait à développer un modèle réseau mécanosensible pour comprendre la régulation des chondrocytes dans l'arthrose précoce, intégrant les effets des charges mécaniques et de l'inflammation. Les chercheurs ont créé un système dynamique continu composé de 118 nœuds (récepteurs, messagers, facteurs de transcription) interconnectés par 358 liens dirigés, simulant les interactions moléculaires de la mécanotransduction chondrocytaire. Les résultats montrent que les conditions physio-osmotiques normales favorisent un état anabolique avec expression des marqueurs sains (SOX9, CITED2), tandis que l'inflammation et les charges mécaniques excessives induisent un profil catabolique avec activation de marqueurs arthrosiques (NF-κB, RUNX2). L'analyse de sensibilité révèle que l'inflammation exerce l'influence la plus forte sur le métabolisme chondrocytaire, suggérant que les thérapies anti-inflammatoires représentent l'approche la plus prometteuse, bien que la restauration de la production de protéines structurales reste un défi majeur.
This review examines recent developments in hydrogel-based synthetic cartilage designed to replace damaged articular cartilage in osteoarthritis patients. The authors conducted a comprehensive literature review focusing specifically on the lubrication and load-bearing properties of cartilage-like hydrogels, analyzing different formulations and their current limitations. The review highlights that hydrogels show promise as cartilage replacements due to their similar physical and chemical properties to natural articular cartilage, particularly their highly hydrated polymer chain structure. The authors conclude by discussing ongoing challenges and future research directions needed to develop effective hydrogel-based treatments for cartilage repair and regeneration.
Diese Übersichtsarbeit fasst die aktuellen Fortschritte bei hydrogelbasierten synthetischen Knorpelmaterialien zusammen, die als Ersatz für durch Arthrose geschädigten Gelenkknorpel entwickelt werden. Die Autoren analysierten systematisch verschiedene Hydrogel-Formulierungen und deren biomechanische Eigenschaften, wobei sie sich besonders auf die Schmierungs- und Belastungskapazitäten konzentrierten - zwei zentrale Funktionen des natürlichen Gelenkknorpels. Die Ergebnisse zeigen, dass Hydrogele aufgrund ihrer hohen Wassergehalte und vernetzten Polymerstrukturen vielversprechende Kandidaten für Knorpelersatzmaterialien darstellen, obwohl noch Limitationen bezüglich der mechanischen Eigenschaften bestehen. Die Arbeit identifiziert wichtige Forschungsrichtungen zur Verbesserung dieser Materialien für zukünftige klinische Anwendungen in der Knorpelreparatur und -regeneration.
Cette revue examine les progrès récents des hydrogels synthétiques développés pour remplacer le cartilage articulaire endommagé par l'arthrose. Les auteurs analysent les différentes formulations d'hydrogels et évaluent leurs propriétés biomécaniques, en se concentrant particulièrement sur leurs capacités de lubrification et de support de charge comparées au cartilage natif. L'étude révèle que les hydrogels, grâce à leurs chaînes polymères interconnectées et hautement hydratées, présentent des propriétés physico-chimiques similaires au cartilage articulaire naturel. Les auteurs identifient les limitations actuelles de ces biomatériaux et proposent des perspectives d'avenir pour optimiser leur utilisation dans la réparation et la régénération du cartilage articulaire.
This study investigated whether inhibiting the histone demethylase enzyme KDM6A could protect against osteoarthritis development by altering gene expression in cartilage cells. The researchers used genetically modified mice lacking KDM6A in cartilage cells, performed RNA and chromatin sequencing to analyze gene expression changes, and tested a KDM6A inhibitor drug (GSK-J4) in an osteoarthritis model. They found that removing or blocking KDM6A activity preserved cartilage-producing cell function, reduced osteoarthritis symptoms (including cartilage loss and bone changes), and improved joint mobility by increasing histone methylation marks that suppress harmful WNT10A signaling. The findings suggest that KDM6A inhibitors could be a potential therapeutic approach for treating osteoarthritis by maintaining healthy cartilage cell activity.
Diese Studie untersuchte, ob die Hemmung der Histon-Demethylase KDM6A die Entwicklung von Osteoarthritis beeinflusst. Die Forscher verwendeten chondrozyten-spezifische KDM6A-Knockout-Mäuse, in vitro Experimente mit entzündeten Chondrozyten sowie RNA- und Chromatin-Sequenzierung, um die molekularen Mechanismen zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass der Verlust von KDM6A die Osteoarthritis-Symptome deutlich milderte, die Chondrozyten-Aktivität und Glykosaminoglykan-Produktion steigerte und durch epigenetische H3K27me3-Modifikationen die WNT10A-Signalübertragung unterdrückte. Die therapeutische Anwendung eines KDM6A-Inhibitors (GSK-J4) bestätigte das knorpelschützende Potenzial dieser Strategie zur Behandlung von Osteoarthritis.
Cette étude visait à déterminer si la perte de fonction de la déméthylase d'histone KDM6A affectait le développement de l'arthrose. Les chercheurs ont utilisé des souris knockout spécifiques aux chondrocytes, des analyses transcriptomiques (RNA-seq) et de chromatine (ChIP-seq), ainsi que des tests in vitro sur chondrocytes inflammés et un traitement intra-articulaire avec l'inhibiteur GSK-J4. Les résultats montrent que la délétion de KDM6A atténue significativement les symptômes arthrosiques (perte de cartilage, formation d'ostéophytes, troubles de la marche) en préservant les marqueurs chondrocytaires (SOX9, collagène II, aggrécan) et la production de glycosaminoglycanes via la répression épigénétique H3K27me3 de WNT10A. Cette recherche met en évidence le potentiel thérapeutique des inhibiteurs de KDM6A comme approche chondroprotectrice pour prévenir la dégénérescence arthrosique.
This study aimed to critically analyze the research on two key proteins—lubricin and irisin—and their relationship to joint health and osteoarthritis, with a focus on exercise-based interventions. The researchers conducted a comprehensive literature review using multiple databases (PubMed, Web of Science, Google Scholar, and Scopus) to identify recent research on these proteins and their roles in cartilage homeostasis. The analysis revealed that lubricin, a joint-lubricating protein whose production increases with movement, is crucial for protecting cartilage surfaces, while irisin, an exercise-induced "sports hormone" released by muscle tissue, appears to have beneficial effects on joint tissue. The findings support the molecular basis for why exercise is consistently recommended for osteoarthritis treatment and provide new insights for developing targeted therapeutic approaches based on these exercise-responsive proteins.
Diese Studie zielte darauf ab, die Rolle von Lubricin und Irisin bei der Prävention und Behandlung von Osteoarthritis zu analysieren, mit besonderem Fokus auf bewegungsbasierte Therapieansätze. Die Autoren führten eine systematische Literaturrecherche in den Datenbanken PubMed, Web of Science, Google Scholar und Scopus durch, um aktuelle Forschungsergebnisse zu diesen beiden Proteinen und deren Zusammenhang mit gesundem und erkranktem Gelenkgewebe zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass Lubricin als entscheidendes Glykoprotein für die Knorpelschmierung und -integrität fungiert, dessen Expression durch Gelenkbewegung gesteigert wird, während Irisin als "Sporthormon" hauptsächlich durch muskuläre Kontraktion freigesetzt wird und beide Proteine wichtige Rollen in der Knorpelhomöostase spielen. Die Studie liefert neue Erkenntnisse über die molekularen Mechanismen, durch die körperliche Aktivität zur Osteoarthritis-Prävention
Cette étude vise à analyser de manière critique le rôle de la lubricine et de l'irisine dans la prévention et le traitement de l'arthrose, en se concentrant sur les stratégies d'exercice physique. Les auteurs ont effectué une revue de littérature en interrogeant les bases de données PubMed, Web of Science, Google Scholar et Scopus avec des mots-clés appropriés. Les résultats montrent que la lubricine, une glycoprotéine muqueuse essentielle à la lubrication articulaire dont l'expression augmente avec le mouvement, protège le cartilage en formant une couche lubrifiante et en inhibant l'adhésion cellulaire. L'irisine, surnommée "hormone du sport", est une myokine sécrétée par le muscle squelettique lors de l'exercice qui influence l'homéostasie cartilagineuse, soutenant ainsi les recommandations cliniques actuelles favorisant l'activité physique dans la prise en charge de l'arthrose.
This study investigated whether hypoxia preconditioning of mesenchymal stem cells (MSCs) enhances their therapeutic potential for cartilage repair compared to normal oxygen conditions. The researchers compared secreted factors and extracellular vesicles (EVs) from MSCs grown under hypoxic versus normal oxygen conditions using laboratory cell studies and a rat cartilage defect model. They found that hypoxia-conditioned MSC secretome and EVs were more effective at promoting cartilage repair and reducing joint inflammation, even at lower doses, through enhanced chondrocyte growth, migration, and matrix production while reducing inflammatory responses. The improved therapeutic effects were linked to changes in functional proteins, EV size, and specific microRNAs, suggesting that hypoxia preconditioning activates multiple beneficial molecular pathways for cartilage regeneration.
Diese Studie untersuchte, ob das Sekretom von mesenchymalen Stammzellen (MSCs), die unter Sauerstoffmangel (Hypoxie) vorkonditioniert wurden, die Knorpelregeneration verbessern kann. Die Forscher verglichen die Wirkung von Sekreten aus MSCs unter normalen und hypoxischen Bedingungen sowohl in Zellkulturversuchen als auch in einem Rattenmodell mit osteochondralen Defekten, wobei sie insbesondere die Rolle extrazellulärer Vesikel (EVs) analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass hypoxie-vorkonditionierte MSC-Sekrete und ihre EVs bereits in geringen Dosierungen die Reparatur kritischer osteochondraler Defekte signifikant förderten und Gelenkentzündungen reduzierten. Diese therapeutischen Effekte beruhten auf der Stimulation von Chondrozytenproliferation und -migration, der Hemmung von Entzündungsprozessen und Matrixabbau sowie Veränderungen in der Zusammensetzung funktioneller Proteine und spezifischer microRNAs in
Cette étude visait à comparer les effets paracrine du sécrétome de cellules souches mésenchymateuses (CSM) préconditionnées en normoxie versus hypoxie sur la régénération cartilagineuse. Les chercheurs ont utilisé des tests fonctionnels in vitro et un modèle de défaut ostéochondral chez le rat pour évaluer l'efficacité du milieu conditionné et des vésicules extracellulaires (VE). Les résultats démontrent que le sécrétome hypoxique et ses VE, même à faible dose, améliorent significativement la réparation des défauts ostéochondraux critiques, stimulent la prolifération et migration des chondrocytes, et réduisent l'inflammation articulaire par rapport aux conditions normoxiques. Cette efficacité supérieure s'explique par un enrichissement en protéines fonctionnelles et en micro-ARN spécifiques dans les VE hypoxiques, suggérant des voies moléculaires complexes impliquées dans la régénération cartilagineuse.
This review article examines the structure, function, and regulation of aggrecan and hyaluronan, two critical molecules in cartilage tissue. The authors synthesized current knowledge from biochemical and genetic studies to understand how these polyelectrolytes contribute to cartilage biomechanics and are regulated during development and disease. The key findings highlight that aggrecan's negatively charged glycosaminoglycans create osmotic swelling pressure that enables cartilage to absorb mechanical stress, while hyaluronan acts as a "metabolic rheostat" controlling chondrocyte responses during cartilage remodeling. The authors conclude that future therapeutic advances for osteoarthritis and cartilage engineering will require big data approaches to uncover novel regulatory mechanisms controlling these essential cartilage components.
Diese Übersichtsarbeit fasst das historische und aktuelle Wissen über Aggrecan und Hyaluronan als zentrale Polyelektrolyte des Knorpels zusammen. Die Autoren beschreiben mittels biochemischer und genetischer Ansätze die molekulare Organisation dieser Makromoleküle in der extrazellulären Matrix, wo Aggrecan-Moleküle über spezifische Domänen-Interaktionen mit Hyaluronan und Link-Proteinen zu hochmolekularen Aggregaten organisiert werden. Die hohe negative Ladungsdichte der Glykosaminoglykane ermöglicht die charakteristischen biomechanischen Eigenschaften des Knorpels durch Hydrophilie, osmotischen Quelldruck und Flexibilität, die gemeinsam mechanische Belastungen in Gelenken abfedern. Die Studie hebt zudem die Rolle von Hyaluronan als "metabolischen Rheostat" bei Chondrozyten-Antworten während Knorpelumbau hervor und schlägt Big-Data-Ansätze für zukünftige therapeutische Entwicklungen vor.
Cette étude de synthèse examine le rôle fondamental de l'aggrécane et de l'acide hyaluronique, deux polyélectrolytes essentiels du cartilage articulaire. Les auteurs compilent les connaissances historiques et actuelles obtenues par des approches biochimiques et génétiques sur le métabolisme de ces molécules et leur régulation cellulaire durant le développement squelettique et les pathologies articulaires. Les résultats soulignent que la haute densité de charges négatives des glycosaminoglycanes confère au cartilage ses propriétés biomécaniques uniques (hydrophilie, pression osmotique, flexibilité) permettant d'absorber les contraintes articulaires. Les auteurs proposent que les futures avancées thérapeutiques en ingénierie tissulaire et dans le traitement de l'arthrose bénéficieraient d'approches de "big data" et de bioinformatique pour découvrir de nouveaux mécanismes de régulation génique.
This study aimed to develop computational models to understand and predict cartilage degradation mechanisms following joint injury, with the goal of enabling personalized prognosis for post-traumatic osteoarthritis. The researchers used multiscale in silico (computer-based) modeling combined with experimental validation to test two proposed degradation mechanisms: biomechanically-driven degradation (caused by excessive mechanical stress/strain) and biochemically-driven degradation (caused by inflammatory cytokines). The modeling revealed that biomechanical degradation occurs locally around the injury site, while biochemical degradation from inflammation affects all exposed cartilage surfaces through synovial fluid. The authors propose this computational approach could be applied clinically for personalized treatment planning and prognosis prediction in patients with joint injuries.
Diese Studie zielte darauf ab, die Mechanismen der Knorpeldegradation nach Gelenkverletzungen zu charakterisieren und vorherzusagen, um personalisierte Prognosen für die posttraumatische Arthrose zu ermöglichen. Die Forscher verwendeten einen multiskaligen In-silico-Modellierungsansatz, ergänzt durch In-vitro- und In-vivo-Experimente, um zwei Degradationsmechanismen zu untersuchen: (1) biomechanisch getriebene Degradation durch übermäßige Belastung der Matrix und (2) biochemisch getriebene Degradation durch entzündliche Zytokine. Die Ergebnisse zeigten, dass biomechanisch bedingte Knorpeldegradation lokal auf die Schadensstelle begrenzt ist, während entzündungsbedingte Degradation über die Synovialflüssigkeit alle freien Knorpeloberflächen betrifft. Die entwickelte Modellierungsmethodik könnte zukünftig für personalisierte Prognosen und Behandlungsplanung bei Gelenkverletzungen eingesetzt werden.
Cette étude vise à développer des méthodes computationnelles pour prédire la dégradation du cartilage après une lésion articulaire et comprendre les mécanismes menant à l'arthrose post-traumatique. Les chercheurs ont utilisé une approche de modélisation in silico multi-échelle, complétée par des expériences in vitro et in vivo, pour analyser deux mécanismes de dégradation : biomécanique (contraintes excessives sur la matrice) et biochimique (diffusion de cytokines inflammatoires). Les résultats montrent que la dégradation biomécanique se concentre localement autour de la zone de dommage, tandis que l'inflammation via le liquide synovial affecte toutes les surfaces cartilagineuses libres. Cette méthodologie pourrait permettre à l'avenir un pronostic personnalisé et une planification thérapeutique individualisée pour les patients avec lésions articulaires.
This study aimed to optimize the production of therapeutic extracellular vesicles (EVs) from bone marrow mesenchymal stromal cells (BMSCs) for osteoarthritis treatment by testing different culture conditions. The researchers compared xeno-free supplement (XFS) medium versus fetal bovine serum (FBS) medium, and normal oxygen versus low oxygen (hypoxic) conditions, then tested the anti-inflammatory effects of the resulting EVs on cartilage cells and analyzed their microRNA content.
EVs produced using XFS medium showed significantly stronger anti-inflammatory effects compared to FBS-derived EVs, with hypoxic preconditioning enhancing therapeutic effectiveness in both cases. The XFS-derived EVs contained higher levels of protective microRNAs (including miR-145 and miR-214) that were shown to protect cartilage cells from inflammation and reduce production of harmful inflammatory molecules.
Diese Studie untersuchte, wie verschiedene Kulturbedingungen die therapeutische Wirksamkeit von extrazellulären Vesikeln (EVs) aus mesenchymalen Stromalzellen für die Osteoarthritis-Behandlung beeinflussen. Die Forscher verglichen ein xeno-freies Supplement (XFS) mit konventionellem fetalem Kälberserum (FBS) und testeten zusätzlich den Einfluss von Hypoxie (1% O₂) versus Normoxie (20% O₂) auf die EV-Produktion von Knochenmark-MSCs. Die Ergebnisse zeigten, dass EVs aus XFS-kultivierten Zellen eine deutlich stärkere entzündungshemmende Wirkung auf Chondrozyten hatten als FBS-EVs, wobei Hypoxie-Vorbehandlung in beiden Fällen die Wirksamkeit steigerte. Molekularanalysen identifizierten spezifische miRNAs (wie miR-145 und miR-214) in XFS-EVs, die chondroprotektive Eigenschaften besitzen und Entzündungsre
Cette étude vise à optimiser la production de vésicules extracellulaires (VE) thérapeutiques dérivées de cellules stromales mésenchymateuses (CSM) pour le traitement de l'arthrose, en testant différentes conditions de préconditionnement. Les chercheurs ont comparé l'effet d'un supplément sans xéno-antigènes (XFS) versus le sérum fœtal bovin conventionnel (FBS), sous conditions de normoxie ou d'hypoxie, sur la production de VE par des CSM de moelle osseuse et leur activité anti-inflammatoire sur des chondrocytes traités à l'IL-1α. Les résultats montrent que les VE produites en conditions XFS sous hypoxie présentent une activité anti-inflammatoire supérieure, avec une surexpression de miARN chondroprotecteurs (let-7b-5p, miR-17, miR-145, miR-214-3p, etc.) capables de réduire significativement les cytokines pro-inflammatoires. Cette approche XFS/hypoxie permet donc de produire des VE thérapeutiques plus efficaces tout en éliminant les risques de séc
This study aimed to develop an injectable hydrogel scaffold that mimics cartilage's extracellular matrix to support stem cell-based cartilage repair. The researchers created a hybrid hydrogel by cross-linking a silicon-containing polymer (POSS-PEEP) with modified hyaluronic acid, then tested its mechanical properties, biocompatibility, and ability to support human mesenchymal stem cell growth and differentiation into cartilage cells. The hydrogel demonstrated strong adhesion to cartilage tissue, resistance to repeated compression, and successfully supported stem cell survival and cartilage formation, with enhanced results when loaded with TGF-β growth factor. In rat studies, the scaffold significantly improved cartilage regeneration compared to controls, suggesting this injectable, biodegradable material could be a promising treatment for cartilage defects.
Diese Studie zielte darauf ab, ein injizierbares und biologisch abbaubares Hydrogel-Scaffold zu entwickeln, das die extrazelluläre Matrix von Knorpelgewebe nachahmt und mechanisch stabil genug für die Knorpelregeneration ist. Die Forscher synthetisierten ein organisch-anorganisches Hybrid-Hydrogel aus POSS-vernetztem Polyphosphat und Hyaluronsäure (POSS-PEEP/HA), welches mit humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs) und optional mit TGF-β beladen wurde. Das entwickelte Hydrogel zeigte verbesserte mechanische Eigenschaften durch POSS-Einbau, gute Biokompatibilität und enzymatische Abbaubarkeit, sowie die Fähigkeit zur Adhäsion an Knorpelgewebe und Resistenz gegen zyklische Kompression. In vivo-Experimente an Ratten demonstrierten, dass das mit hMSCs beladene POSS-PEEP/HA-Scaffold die Knorpelregeneration signifikant verbesserte, wobei die zusätzliche TGF-
Cette étude visait à développer un hydrogel hybride injectable pour la régénération du cartilage articulaire, capable de résister aux contraintes mécaniques cycliques tout en favorisant la différenciation des cellules souches. Les chercheurs ont synthétisé un scaffold biodégradable à base de POSS-polyphosphate et d'acide hyaluronique, puis ont évalué ses propriétés mécaniques, sa biocompatibilité et son efficacité thérapeutique avec des cellules souches mésenchymateuses humaines (hMSCs) et du TGF-β. Les résultats démontrent que ce scaffold hybride présente des propriétés mécaniques renforcées, une bonne adhésion au tissu cartilagineux et favorise significativement la régénération cartilagineuse in vivo chez le rat. L'incorporation du TGF-β améliore davantage l'effet thérapeutique en stimulant la différenciation chondrogénique des cellules encapsulées.
This study investigated how hyaluronan synthase-2 (HAS-2), an enzyme that produces hyaluronic acid, affects cartilage cell structure and osteoarthritis development. The researchers used chemical inhibition (4-methylumbelliferone) and genetic knockdown techniques to reduce HAS-2 expression in cartilage cells, then analyzed the effects using various molecular and imaging methods including PCR, microscopy, and tissue scoring. They found that reducing HAS-2 levels activated a cellular signaling pathway (RhoA/ROCK) that disrupted the internal skeleton of cartilage cells, caused abnormal cell shapes, promoted cell death, and led to cartilage breakdown. The findings suggest that maintaining adequate HAS-2 levels is crucial for healthy cartilage, and targeting this enzyme could offer new therapeutic approaches for preventing osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die Rolle der Hyaluronan-Synthase-2 (HAS-2) bei der Regulation des Chondrozyten-Zytoskeletts und der Knorpeldegeneration bei Arthrose. Die Forscher verwendeten 4-Methylumbelliferon und RNA-Interferenz zur HAS-2-Downregulation und analysierten die Auswirkungen mittels RT-qPCR, Western Blot, Konfokalmikroskopie, Durchflusszytometrie sowie immunhistochemischen Methoden. Die Ergebnisse zeigten, dass eine verminderte HAS-2-Expression den RhoA/ROCK-Signalweg aktiviert, morphologische Abnormalitäten verursacht, die Expression von Zytoskelett-Proteinen reduziert und Chondrozyten-Apoptose fördert. Die Studie legt nahe, dass HAS-2 als therapeutisches Target zur Verzögerung der Knorpeldegeneration und Prävention von Arthrose dienen könnte, warnt jedoch vor der klinischen Anwendung von 4-MU aufgrund seiner knorpelsch
Cette étude examine le rôle de la hyaluronane synthase-2 (HAS-2) dans la dégénérescence cartilagineuse et son impact sur le cytosquelette des chondrocytes. Les chercheurs ont utilisé le 4-méthylumbelliférone et l'interférence ARN pour inhiber HAS-2, puis analysé les effets par RT-qPCR, western blot, microscopie confocale et cytométrie de flux in vitro, ainsi que par immunohistochimie et score de Mankin in vivo. Les résultats montrent que la diminution d'expression de HAS-2 active la voie de signalisation RhoA/ROCK, provoque des anomalies morphologiques des chondrocytes, réduit l'expression des protéines du cytosquelette et favorise l'apoptose cellulaire, conduisant à la dégénérescence cartilagineuse. Cette recherche suggère que HAS-2 pourrait représenter une cible thérapeutique prometteuse pour prévenir la dégénérescence des chondrocytes et traiter précocement l'arthrose.
This study aimed to develop a targeted nanoparticle system for delivering dexamethasone specifically to inflammatory M1 macrophages in rheumatoid arthritis joints. The researchers created nanoparticles using hyaluronic acid and β-cyclodextrin with carbon dots as cross-linkers, taking advantage of hyaluronic acid's ability to target M1 macrophages and respond to the acidic, reactive oxygen species-rich environment of inflamed joints. The nanoparticles showed 3.7-fold higher uptake by M1 macrophages compared to normal macrophages and released dexamethasone within 24 hours in response to inflammatory conditions. In vivo testing demonstrated that the treatment accumulated in arthritic joints within 24 hours, reduced inflammation, and increased cartilage thickness to 0.45 mm, indicating effective therapeutic outcomes for rheumatoid arthritis.
Diese Studie zielte darauf ab, ein gezieltes Nanopartikel-System zur verbesserten Behandlung der rheumatoiden Arthritis zu entwickeln, das spezifisch M1-Makrophagen ansteuert und umgebungsabhängig Medikamente freisetzt. Die Forscher entwickelten Nanopartikel aus Hyaluronsäure und β-Cyclodextrin mit Carbon Dots als Vernetzer, die mit dem Entzündungshemmer Dexamethason beladen wurden. Die Nanopartikel zeigten eine 3,7-fach höhere Aufnahme in M1-Makrophagen im Vergleich zu normalen Makrophagen und setzten das Medikament innerhalb von 24 Stunden durch säure- und reaktive Sauerstoffspezies-abhängigen Abbau der Hyaluronsäure frei. In vivo-Experimente bestätigten eine erfolgreiche Anreicherung in rheumatischen Gelenken mit verbesserter Entzündungshemmung und Knorpelheilung, wobei die Knorpeldicke auf 0,45 mm anstieg.
Cette étude vise à développer un système de nanoparticules ciblant spécifiquement les macrophages M1 pour améliorer le traitement de la polyarthrite rhumatoïde. Les chercheurs ont créé des nanoparticules HCPC/DEX utilisant l'acide hyaluronique comme agent de ciblage et la β-cyclodextrine pour l'encapsulation de la dexaméthasone, avec des points quantiques carbonés comme agents de réticulation. Les résultats montrent que ces nanoparticules présentent une absorption cellulaire 3,7 fois supérieure dans les macrophages M1 comparés aux macrophages normaux, et libèrent le médicament de manière contrôlée en réponse à l'environnement inflammatoire acide et oxydant. Les expériences in vivo démontrent une accumulation efficace dans les articulations inflammées en 24h et une augmentation significative de l'épaisseur cartilagineuse à 0,45 mm, confirmant l'efficacité thérapeutique de cette approche innovante.
This study investigated whether reinforcing hydrogels with 3D-printed polycaprolactone (PCL) structures could improve cartilage tissue engineering outcomes under mechanical compression. The researchers tested chondrocyte-laden hydrogels with and without PCL reinforcement under different compression durations, measuring cell numbers and extracellular matrix (ECM) production including glycosaminoglycans and collagen types.
The results showed that while longer compression periods reduced cell numbers and ECM production in regular hydrogels, PCL reinforcement helped maintain higher cell numbers under mechanical loading. However, the reinforced constructs produced more fibrocartilage-like tissue (characterized by collagen type 1) rather than the desired hyaline cartilage (collagen type 2), suggesting that while structural integrity was improved, the quality of cartilage formed was compromised.
Diese Studie untersuchte, wie sich die Verstärkung von Hydrogelen mit 3D-gedruckten Polycaprolacton (PCL)-Strukturen auf die Leistung von Chondrozyten unter mechanischer Kompression auswirkt. Die Forscher testeten verschiedene Belastungsdauern und verglichen verstärkte mit unverstärkten Hydrogel-Konstrukten hinsichtlich Zellzahlen und Produktion extrazellulärer Matrix (ECM). Die Ergebnisse zeigten, dass PCL-verstärkte Hydrogele unter mechanischer Belastung höhere Zellzahlen und mehr ECM-Gehalt aufwiesen als unverstärkte Konstrukte, jedoch tendenziell mehr Faserknorpel-ähnliche (Kollagen Typ 1-positive) Matrix produzierten. Die Studie legt nahe, dass verstärkte Hydrogel-Konstrukte vielversprechend für die Knorpelregeneration sind, wobei weitere Optimierungen der mechanischen Eigenschaften erforderlich sind, um die Bildung von hyalinem Knorpel zu fördern.
Cette étude visait à évaluer l'impact de la durée de compression mécanique et du renforcement par structures en polycaprolactone (PCL) imprimées en 3D sur les performances des chondrocytes encapsulés dans des hydrogels pour l'ingénierie du cartilage. Les chercheurs ont comparé des hydrogels renforcés et non-renforcés soumis à différentes durées de compression, en analysant la survie cellulaire et la production de matrice extracellulaire (MEC). Les résultats montrent que le renforcement PCL améliore significativement le nombre de cellules et la production de MEC sous compression comparé aux hydrogels non-renforcés, bien que les constructions renforcées tendent à produire davantage de collagène de type 1 caractéristique du fibrocartilage. Ces hydrogels renforcés présentent un potentiel prometteur pour la régénération cartilagineuse in vivo, mais nécessitent des ajustements pour favoriser la formation de cartilage hyalin plutôt que fibrocartilagineux.
This study investigated whether cartilage wear is primarily caused by friction or by repetitive compression forces. Researchers tested immature bovine cartilage samples using two configurations: one with stationary contact (high friction, static compression) and another with migrating contact (low friction, repetitive compression), while controlling for contact pressure and sliding parameters. The key finding was that samples subjected to repetitive compression showed significantly greater surface damage and delamination between cartilage layers, despite experiencing much lower friction forces than the stationary contact group. These results suggest that cartilage wear is primarily driven by fatigue failure from cyclical compression rather than frictional forces, challenging conventional understanding of cartilage degradation mechanisms.
Diese Studie untersuchte, ob Gelenkknorpelverschleiß primär durch Reibung oder durch zyklische Kompression verursacht wird. Die Forscher testeten unreifen bovinen Gelenkknorpel in zwei verschiedenen Konfigurationen: einer stationären Kontaktfläche (SCA) mit statischer Kompression und hoher Reibung, sowie einer wandernden Kontaktfläche (MCA) mit repetitiver Kompression aber niedriger Reibung. Überraschenderweise zeigten die MCA-Proben trotz deutlich niedrigerer Reibungskoeffizienten (μ=0.020 vs. μ=0.084) signifikant mehr Oberflächenschäden und Delaminierung zwischen der oberflächlichen und mittleren Knorpelschicht. Diese Ergebnisse belegen, dass zyklische Kompression und nicht Reibung der Hauptfaktor für Knorpelverschleiß durch Ermüdungsversagen ist.
Cette étude visait à déterminer si l'usure du cartilage articulaire résulte principalement de forces de friction ou de fatigue par compression répétitive. Les chercheurs ont comparé deux configurations d'essai sur du cartilage bovin immature : une configuration à zone de contact stationnaire (SCA) produisant une compression statique, et une configuration à zone de contact migratoire (MCA) générant des charges compressives répétitives. Contrairement aux attentes, les échantillons MCA ont montré une usure significativement plus importante (déviation de surface R=0,125±0,095 mm) malgré un coefficient de friction plus faible (μ=0,020±0,008) comparé aux échantillons SCA (R=0,044±0,017 mm, μ=0,084±0,032). La microscopie en lumière polarisée a révélé une délamination entre les zones superficielle et moyenne du cartilage, confirmant que l'usure résulte principalement de la fatigue par compression cyclique plutôt que des forces de friction.
This study aimed to engineer an improved version of the SOX9 transcription factor to enhance the efficiency of converting other cell types into chondrocytes (cartilage cells) for potential therapeutic applications. The researchers used alanine-scanning mutagenesis to systematically modify critical amino acid residues in SOX9's DNA-binding domain and post-translational modification sites, then tested the variants' ability to reprogram mouse embryonic fibroblasts into chondrocytes. They discovered that a SOX9 variant with two specific mutations (H131A/K398A) significantly outperformed wild-type SOX9, showing enhanced DNA-binding activity, resistance to cellular modification processes that normally inhibit SOX9, and much stronger induction of cartilage-specific genes. This engineered SOX9 variant represents a promising tool for more efficient cartilage cell generation in regenerative medicine approaches.
Diese Studie zielte darauf ab, die Effizienz der direkten Reprogrammierung von somatischen Zellen zu Chondrozyten durch Optimierung des Transkriptionsfaktors SOX9 zu verbessern. Die Forscher führten eine systematische Alanin-Scanning-Mutagenese an funktionell kritischen Aminosäureresten in der HMG-Box und an posttranslationalen Modifikationsstellen von SOX9 durch. Sie identifizierten eine SOX9-Variante (H131A/K398A) mit Doppelmutationen, die eine signifikant erhöhte Expression chondrogener Gene bewirkte und embryonale Mausfibroblasten potent zu Chondrozyten reprogrammierte. Diese Variante zeigte eine verstärkte DNA-Bindungsaktivität im Vergleich zum Wildtyp-SOX9 und blieb in den Zellen unsumoyliert, was ihre verbesserte Funktion in der Knorpelzell-Induktion erklärt.
Cette étude vise à améliorer l'efficacité de la reprogrammation cellulaire pour générer des chondrocytes en quantité suffisante pour l'ingénierie du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé une approche de mutagenèse dirigée par substitution alanine sur des résidus fonctionnellement critiques de SOX9, ciblant particulièrement le domaine HMG et les sites de modifications post-traductionnelles. Ils ont découvert qu'un variant SOX9 doublement muté (H131A/K398A) présente une capacité significativement supérieure à induire la différenciation chondrocytaire à partir de fibroblastes embryonnaires murins, grâce à une liaison ADN renforcée et à l'absence de SUMOylation. Ces résultats démontrent le potentiel thérapeutique de ce variant optimisé pour la régénération cartilagineuse et établissent une stratégie prometteuse d'ingénierie des facteurs de reprogrammation.
This study investigated how cholesterol affects the mechanical strength of phospholipid bilayers that provide lubrication at cartilage surfaces in joints. The researchers used atomic force microscopy (AFM) to measure the force required to puncture bilayers made from two saturated phospholipids (DSPC and DPPC) with varying cholesterol concentrations (10% and 40%) in both water and salt solution. The key finding was that cholesterol significantly weakened the mechanical stability of both types of phospholipid bilayers in their solid-ordered phase, contrary to what might be expected for joint lubrication. This weakening effect was consistent across different experimental conditions, suggesting that cholesterol may compromise the protective function of these lipid layers under the high pressures experienced in joints.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von Cholesterol auf die mechanische Stabilität von Phospholipid-Doppelschichten, die als Grenzschmierschichten an Gelenkknorpeloberflächen fungieren. Mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) wurde systematisch die Durchbruchskraft gemessen, die erforderlich ist, um Doppelschichten aus gesättigten Phospholipiden (DSPC und DPPC) mit unterschiedlichen Cholesterolkonzentrationen (10% und 40%) zu durchstechen. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Cholesterol die mechanische Stabilität beider Phospholipid-Doppelschichten in der fest-geordneten Phase signifikant verringert, was unabhängig von experimentellen Parametern wie Spitzenradius, Material oder Belastungsgeschwindigkeit war. Diese Erkenntnisse tragen zum Verständnis der physiologischen Gelenkschmierung bei, da mechanisch robustere Lipidschichten eine bessere tribologische Leistung aufweisen.
Cette étude examine l'impact du cholestérol sur la stabilité mécanique des bicouches lipidiques qui forment les couches lubrifiantes à la surface du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé la spectroscopie de force par microscopie à force atomique (AFM) pour mesurer la force de perforation nécessaire pour traverser des bicouches de phospholipides saturés (DSPC et DPPC) contenant 10% ou 40% de cholestérol. Les résultats montrent que le cholestérol diminue significativement la stabilité mécanique des bicouches en phase solide-ordonnée, indépendamment des paramètres expérimentaux (rayon de pointe, matériau, vitesse de chargement). Ces findings suggèrent que le cholestérol pourrait compromettre l'efficacité de la lubrification articulaire en affaiblissant la robustesse mécanique des couches lipidiques protectrices.
This study investigated how massive rotator cuff tears affect PIEZO1 mechanosensitive ion channels in shoulder cartilage cells, aiming to identify potential therapeutic targets to prevent cartilage degeneration after rotator cuff repair. The researchers used a mouse model of massive rotator cuff tear and assessed chondrocyte responses to mechanical stress, PIEZO1 expression, and calcium signaling at 14 weeks post-injury, representing early cuff tear arthropathy. The study found that while PIEZO1 activation normally increases chondrocyte susceptibility to mechanical damage, massive rotator cuff tears actually caused significant downregulation of PIEZO1 expression and activity in shoulder cartilage cells. The authors suggest this unexpected decrease in PIEZO1 may result from reduced mechanical loading on the shoulder joint following rotator cuff tear, rather than the anticipated upregulation from altered biomechanics.
Diese Studie untersuchte die Rolle des mechanosensitiven Ionenkanals PIEZO1 in Knorpelzellen des Schultergelenks nach massiven Rotatorenmanschettenrissen bei Mäusen. Die Forscher analysierten sowohl die mechanische Empfindlichkeit von Chondrozyten durch chemische Aktivierung von PIEZO1 und TRPV4 als auch die PIEZO1-Expression und Kalziumsignalaktivität 14 Wochen nach der Verletzung. Die Ergebnisse zeigten, dass PIEZO1-Aktivierung die mechanische Vulnerabilität der Knorpelzellen erhöht, während nach massiven Rotatorenmanschettenrissen überraschenderweise eine signifikante Herunterregulierung der PIEZO1-Expression auftrat. Diese unerwartete Reduktion könnte durch die verminderte axiale Belastung des Gelenks nach der Entkopplung der Gelenkbiomechanik bedingt sein und liefert wichtige Erkenntnisse für therapeutische Ansätze zur Knorpelprotektion nach Rotatorenmanschetten
**Résumé :**
Cette étude visait à investiguer le rôle de PIEZO1, un canal calcique mécano-sensible, dans la réponse des chondrocytes de l'articulation gléno-humérale suite à une rupture massive de la coiffe des rotateurs chez la souris. Les chercheurs ont évalué la susceptibilité mécanique des chondrocytes par activation chimique spécifique et analysé l'expression de PIEZO1 dans un modèle murin d'arthropathie de coiffe 14 semaines post-lésion. Contrairement à leur hypothèse, les résultats montrent une diminution significative de l'expression et de l'activité fonctionnelle de PIEZO1 dans les chondrocytes après rupture massive, probablement due à la réduction des contraintes axiales consécutive au découplage articulaire gléno-huméral. Cette régulation négative de PIEZO1 pourrait représenter une cible thérapeutique potentielle pour atténuer la dégénérescence cartilagineuse après réparation de la coiffe des rotateurs.
This in vitro study investigated whether hyaluronic acid injections reduce knee joint friction in osteoarthritic joints under conditions that mimic normal walking. The researchers tested 12 human cadaveric knee joints (6 with mild and 6 with moderate osteoarthritis) using a pendulum setup that simulates gait conditions, as well as individual cartilage and meniscus samples in a specialized friction-testing device, comparing friction before and after hyaluronic acid treatment. Surprisingly, the study found that moderate osteoarthritis joints actually showed lower friction than mild osteoarthritis joints under certain loading conditions, contradicting the common assumption that joint degeneration increases friction. Most importantly, hyaluronic acid supplementation did not significantly reduce friction in either the whole joint or individual tissue tests, suggesting that the clinical benefits of these injections may not be due to improved joint lubrication as commonly believed.
Diese In-vitro-Studie untersuchte, ob Hyaluronsäure-Injektionen die Reibung im Kniegelenk bei fortschreitender Arthrose unter gangähnlichen Belastungen verbessern können. Die Forscher testeten zwölf menschliche Kadaver-Kniegelenke (aufgeteilt in mild und moderat arthrotische Gruppen) mit einem Pendulum-Aufbau sowie isolierte Knorpel- und Meniskusproben in einem Pin-on-Plate-Tribometer, jeweils vor und nach Hyaluronsäure-Supplementierung. Die Ergebnisse zeigten überraschenderweise, dass die Reibung nicht mit dem Grad der Arthrose anstieg und dass Hyaluronsäure weder in den Ganzkniegelenk-Tests noch in den isolierten Gewebeproben eine signifikante Reduktion der Reibung bewirkte. Die Studie stellt damit die biomechanische Grundlage der Viskosupplementation mit Hyaluronsäure zur Reibungsreduktion in arthrotischen Kniegelenken in Frage.
Cette étude in vitro a évalué l'impact de la supplémentation en acide hyaluronique sur la friction articulaire du genou lors de la progression de l'arthrose, en utilisant douze genoux cadavériques humains répartis en groupes d'arthrose légère et modérée. Les chercheurs ont utilisé un système de pendule passif pour tester les articulations entières dans des conditions simulant la marche, ainsi qu'un tribomètre dynamique pour analyser les échantillons de cartilage et de ménisque avec du liquide synovial synthétique. Les résultats montrent que la friction des tissus articulaires du genou n'augmente pas avec la progression de la dégénérescence arthrosique. De plus, la viscosupplémentation par acide hyaluronique n'entraîne pas de diminution initiale de la friction articulaire du genou, remettant en question ce mécanisme d'action supposé du traitement.
This study investigated how cartilage degeneration affects friction properties under realistic walking conditions, addressing gaps in previous research that used non-physiological loading. The researchers used a dynamic tribometer to test friction between cartilage-cartilage and cartilage-glass pairings under stance and swing phase conditions, comparing mildly versus severely degenerated human cartilage samples classified using international standards. The key finding was that severely degenerated cartilage showed significantly higher friction than mildly degenerated cartilage only when tested against glass, while cartilage-cartilage pairings showed minimal differences between degeneration levels. The authors conclude that cartilage-glass testing may not accurately represent in vivo conditions and recommend using physiological material pairings and gait-like loading for more clinically relevant cartilage friction studies.
Diese Studie untersuchte das Reibungsverhalten von degeneriertem menschlichem Knorpel unter realistischen Gangbedingungen, da bisherige Studien die charakteristischen Belastungen und Geschwindigkeiten beim Gehen nicht berücksichtigten. Mit einem dynamischen Pin-on-Plate-Tribometer wurden zwei Materialpaarungen getestet: Knorpel gegen Knorpel und Knorpel gegen Glas, jeweils mit synthetischer Synovialflüssigkeit als Schmiermittel, wobei die Knorpelproben nach der ICRS-Klassifikation in leicht und schwer degenerierte Gruppen eingeteilt wurden. Das wichtigste Ergebnis war, dass bei der Paarung Knorpel gegen Glas schwer degenerierte Proben signifikant höhere Reibungskoeffizienten zeigten als leicht degenerierte, während bei Knorpel-gegen-Knorpel-Paarungen nur geringe Unterschiede auftraten. Die Autoren empfehlen daher für In-vitro-Studien die Verwendung gangähnlicher Belast
Cette étude vise à quantifier le comportement frictionnel du cartilage humain dégénéré dans des conditions représentatives des phases d'appui et d'oscillation de la marche. Les chercheurs ont utilisé un tribomètre dynamique pin-on-plate pour tester les propriétés de friction de cartilage légèrement et sévèrement dégénéré (classification ICRS) selon deux configurations : cartilage contre cartilage et cartilage contre verre, avec du liquide synovial synthétique comme lubrifiant. Les résultats montrent que les échantillons sévèrement dégénérés présentent une friction significativement plus élevée uniquement dans la configuration cartilage-verre, tandis que la configuration cartilage-cartilage ne révèle que des tendances légères. Cette étude souligne l'importance d'utiliser des conditions d'essai physiologiquement pertinentes et des appariements de matériaux appropriés pour l'évaluation préclinique des dispositifs médicaux.
This study aimed to develop a biomimetic hydrogel treatment for meniscus injuries that could protect cartilage and maintain joint function during movement. The researchers created a friction-responsive hydrogel containing drug-loaded nanoliposomes with diclofenac sodium (anti-inflammatory) and kartogenin (cartilage regeneration promoter) that could be injected into injured meniscus tissue. The hydrogel's key innovation was its ability to release nanoliposomes in response to joint friction during movement, which then formed lubricating layers while simultaneously delivering therapeutic drugs to reduce inflammation and promote cartilage repair. In rat studies, the hydrogel injection effectively improved exercise performance and protected articular cartilage, demonstrating its potential as a clinical treatment for meniscal injuries.
Diese Studie zielte darauf ab, ein vom Meniskus inspiriertes Hydrogel zu entwickeln, das Gelenkknorpel nach Meniskusverletzungen schützt und die Bewegungsleistung verbessert. Die Forscher entwickelten ein selbstschmierendes, reibungsresponsives Hydrogel mit eingelagerten Nanoliposomen, die Diclofenac-Natrium (entzündungshemmend) und Kartogenin (knorpelregenerierend) enthalten und diese Wirkstoffe bei mechanischer Belastung freisetzen. In Tierversuchen an Ratten zeigte das injizierbare Hydrogel günstige mechanische Eigenschaften, Ermüdungsresistenz und verlängerte Abbauzeit. Die Behandlung führte zu einer effektiven Verbesserung der Bewegungsleistung und einem besseren Schutz des Gelenkknorpels, was das Hydrogel als vielversprechenden therapeutischen Ansatz für Meniskusverletzungen ausweist.
Cette étude visait à développer un hydrogel auto-lubrifiant inspiré du ménisque pour protéger le cartilage articulaire et améliorer la performance physique après une lésion méniscale. Les chercheurs ont conçu un hydrogel injectable contenant des nanoliposomes chargés en diclofénac sodique (anti-inflammatoire) et kartogénine (régénération cartilagineuse), qui se libèrent de manière friction-dépendante pour former des couches d'hydratation lubrifiantes. Les expérimentations chez le rat ont démontré que l'injection de cet hydrogel améliore efficacement les performances à l'exercice et protège le cartilage articulaire. Cette approche thérapeutique innovante présente un potentiel prometteur pour le traitement des lésions méniscales et la prévention de l'arthrose post-traumatique.
This study aimed to develop an injectable hydrogel with dual therapeutic functions for osteoarthritis treatment, specifically targeting both inflammation and joint lubrication problems. The researchers synthesized a hydrogel (HPP) by modifying hyaluronic acid with 3-aminophenylboronic acid and crosslinking it with polyvinyl alcohol to create a dynamic covalent network. The resulting hydrogel demonstrated the ability to scavenge harmful reactive oxygen species (which cause inflammation and cartilage damage) while simultaneously providing lubrication to reduce joint wear and tear. The dual dynamic crosslinked structure gave the hydrogel injectable, self-healing, and lubricating properties, offering a promising new approach for osteoarthritis therapy that addresses multiple disease mechanisms simultaneously.
Diese Studie zielte darauf ab, ein innovatives injizierbares Hydrogel mit dualer Funktion zur Behandlung von Osteoarthritis zu entwickeln, das sowohl entzündungshemmende als auch gelenkschmierende Eigenschaften besitzt. Die Forscher synthetisierten ein Hydrogel aus modifizierter Hyaluronsäure (3-Aminophenylboronsäure-modifiziert) und Polyvinylalkohol (PVA), das durch dynamische kovalente Bindungen vernetzt wird und dadurch injizierbare, selbstheilende Eigenschaften erhält. Das entwickelte HPP-Hydrogel kann reaktive Sauerstoffspezies (ROS) abfangen und somit oxidativen Stress reduzieren, während es gleichzeitig als Gelenkschmiermittel fungiert, um Abnutzung zu verringern. Diese duale Funktionalität bietet einen vielversprechenden neuen Therapieansatz für Osteoarthritis, der sowohl die Entzündungsreaktion hemmt als auch die mechanischen Eigenschaften des Gelenks verbessert.
Cette étude vise à développer un hydrogel injectable bifonctionnel pour le traitement de l'arthrose, ciblant à la fois l'inflammation et la lubrification articulaire. Les chercheurs ont synthétisé un hydrogel (HPP) en réticulant de l'acide hyaluronique modifié par l'acide 3-aminophénylboronique avec de l'alcool polyvinylique (PVA), créant une structure à liaisons covalentes dynamiques. Ce biomatériau présente des propriétés d'auto-guérison et d'injectabilité tout en offrant une double fonction thérapeutique : la neutralisation des espèces réactives de l'oxygène (ROS) pour réduire l'inflammation et la fourniture de propriétés lubrifiantes pour protéger le cartilage articulaire. Cette approche innovante ouvre de nouvelles perspectives pour le traitement de l'arthrose en combinant efficacement effets anti-inflammatoires et protection mécanique.
This study aimed to characterize the mechanical and biochemical properties of porcine hip cartilage across different ages and weight-bearing regions to improve preclinical models for cartilage research. The researchers harvested cartilage samples from the femoral head and acetabulum of pigs at three developmental stages (fetal, juvenile, and adult), then performed mechanical stress-relaxation testing and analyzed collagen and glycosaminoglycan (GAG) content through biochemical assays and histological staining. The key finding was that juvenile pigs had the strongest mechanical properties, with 2-8 times higher stiffness and up to 14 times higher viscosity compared to fetal cartilage, while collagen content was highest in non-weight-bearing regions and GAG content varied by location and age. These results provide important baseline data for researchers using porcine models to study hip cartilage injuries and diseases.
Diese Studie zielte darauf ab, die mechanischen und biochemischen Eigenschaften von Gelenkknorpel im Schweinehüftgelenk in verschiedenen Altersstadien und belastungsabhängigen Regionen zu charakterisieren. Die Forscher analysierten Knorpelproben aus Femurkopf und Acetabulum von fetalen, juvenilen und adulten Schweinen mittels biomechanischer Stresstests, biochemischer Analysen (Kollagen- und Glykosaminoglykan-Gehalt) sowie histologischen Färbungen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass juvenile Tiere durchgehend die höchsten mechanischen Eigenschaften aufwiesen, mit 2,2- bis 7,6-fach erhöhten Relaxationsmoduln im Vergleich zu fetalem Knorpel, während sich gewichtsbelastete und nicht-gewichtsbelastete Regionen mechanisch nicht signifikant unterschieden. Diese Erkenntnisse liefern wichtige Referenzwerte für die Entwicklung und Validierung präklinischer Schweinemodelle zur Erforschung von Hüftknorpelpathologien.
Cette étude visait à caractériser les propriétés mécaniques et biochimiques du cartilage articulaire de hanche porcine en fonction de l'âge et des zones de mise en charge, afin d'optimiser les modèles précliniques porcins pour l'étude des pathologies cartilagineuses. Les chercheurs ont analysé des explants de cartilage provenant de la tête fémorale et de l'acétabulum de porcs fœtaux, juvéniles et adultes par des tests mécaniques de relaxation en compression, des analyses biochimiques du collagène et des glycosaminoglycanes (GAG), et des analyses histologiques. Les résultats montrent que le cartilage juvénile présente les meilleures propriétés mécaniques (augmentation de 2,2 à 7,6 fois du module de relaxation par rapport au cartilage fœtal), avec des variations significatives dans la distribution du collagène et des GAG selon l'âge et la localisation anatomique. Cette caractérisation fournit une base de référence essentielle pour le développement de modèles précliniques porcins validés pour l'étude des pathologies du cartilage de hanche.
This pilot study evaluated whether a custom-made knee-unloading orthosis could improve symptoms and slow disease progression in younger patients with knee osteoarthritis as an alternative to more invasive treatments. Ten patients (median age 57) wore the orthosis for 60 days during weight-bearing activities, with clinical outcomes assessed using WOMAC and VAS pain scores up to 24 months, and structural changes measured via joint space width and MRI cartilage volume at 12 and 24 months. The orthosis significantly improved function (18-31 point WOMAC improvement) and reduced pain (41-56 point VAS improvement) at most follow-up timepoints compared to baseline. However, no improvements in joint space width or cartilage volume were detected, indicating the orthosis provided symptomatic relief without slowing structural disease progression.
**Zusammenfassung:**
Diese Pilotstudie untersuchte die Wirksamkeit einer individuell angepassten Knie-Orthese zur Entlastung bei 10 Patienten mit Kniearthrose (mittleres Alter 57 Jahre), die das Hilfsmittel 60 Tage lang während belastender Aktivitäten trugen. Die klinischen Outcomes wurden mittels WOMAC- und VAS-Scores über 24 Monate verfolgt, während strukturelle Veränderungen durch Gelenkspaltmessung (KIDA) und MRT-basierte Knorpelvolumenanalyse erfasst wurden. Die Ergebnisse zeigten signifikante und anhaltende Verbesserungen der Gelenkfunktion (WOMAC-Verbesserung 18-31 Punkte) und Schmerzreduktion (VAS-Verbesserung 41-56 Punkte) über den gesamten Nachbeobachtungszeitraum. Allerdings konnten keine strukturellen Verbesserungen des Knorpels oder des Gelenkspalts nachgewiesen werden, was darauf hindeutet, dass
Cette étude pilote a évalué l'efficacité d'une orthèse de décharge du genou portée pendant 60 jours chez 10 patients relativement jeunes (âge médian 57 ans) souffrant d'arthrose symptomatique du genou, comme alternative non invasive à la distraction articulaire. Les participants ont utilisé une orthèse sur mesure lors des activités de mise en charge pendant deux mois, avec un suivi clinique et radiologique jusqu'à 24 mois. Les résultats montrent une amélioration significative et durable de la fonction (score WOMAC amélioré de 18-31 points) et de la douleur (échelle visuelle analogique améliorée de 41-56 points) à tous les temps de suivi sauf à 24 mois pour la fonction. Cependant, aucune amélioration des paramètres structuraux (largeur de l'interligne articulaire, volume cartilagineux en IRM) n'a été observée, suggérant un bénéfice symptomatique sans effet sur la progression de la maladie.
This literature review examined how the actin cytoskeleton regulates proteoglycan 4 (PRG4) production in superficial zone chondrocytes of articular cartilage. The researchers conducted a comprehensive literature search focusing on PRG4 regulation and how actin organization controls the superficial zone chondrocyte phenotype. The review found that PRG4, which is crucial for joint lubrication and cartilage protection, is strongly regulated by the actin cytoskeleton in isolated superficial zone chondrocytes, with both biochemical and mechanical stimuli potentially influencing this process through actin signaling pathways. The authors concluded that while actin-based regulation of PRG4 shows therapeutic potential for treating post-traumatic osteoarthritis, the mechanisms in native cartilage cells remain poorly understood and require further research.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte die Regulation von Proteoglykan 4 (PRG4) durch das Aktin-Zytoskelett in Chondrozyten der oberflächlichen Zone des Gelenkknorpels. Die Autoren führten eine umfassende Literaturrecherche zu PRG4 und der Regulation des Chondrozyten-Phänotyps durch Aktin-Organisation durch. Die Ergebnisse zeigen, dass PRG4 stark durch das Aktin-Zytoskelett reguliert wird und sowohl biochemische als auch mechanische Stimuli diese Regulation über Aktin-Signalwege beeinflussen können. Die Studie schlussfolgert, dass ein besseres Verständnis der Aktin-basierten PRG4-Regulation neue molekulare Ziele für Arthrose-Therapien identifizieren könnte, wobei weitere Forschung in nativen Zellkontexten erforderlich ist.
Cette étude de revue de littérature vise à comprendre comment le cytosquelette d'actine régule la production de protéoglycane 4 (PRG4) dans les chondrocytes de la zone superficielle du cartilage articulaire. Les auteurs ont réalisé une recherche bibliographique approfondie sur PRG4 et la régulation du phénotype des chondrocytes de zone superficielle par l'organisation de l'actine. Les résultats montrent que PRG4 est fortement régulé par le cytosquelette d'actine dans les chondrocytes isolés, et que les stimuli biochimiques et mécaniques peuvent converger vers la signalisation du cytosquelette d'actine pour réguler PRG4. Les auteurs concluent que cette régulation reste insuffisamment comprise dans le contexte natif et nécessite des investigations supplémentaires pour développer de nouvelles approches thérapeutiques ciblant l'arthrose post-traumatique.
This study investigated how elevated calcium ion levels in osteoarthritic joints affect the lubricating properties of key synovial fluid components. The researchers used atomic force microscopy (AFM) to measure friction, imaging, and force interactions of hyaluronic acid (HA), lubricin, and their combination in the presence of varying calcium concentrations (5-30 mM). The results showed that calcium ions significantly impaired the lubrication ability of both HA alone and HA-lubricin combinations, particularly under low loading conditions. The mechanism appears to involve changes in the hydration properties of these lubricating molecules rather than structural damage or altered binding interactions, providing new insights into how bone demineralization in osteoarthritis may contribute to cartilage degradation through compromised joint lubrication.
Diese Studie untersuchte, wie erhöhte Kalziumkonzentrationen in der Synovialflüssigkeit bei Arthrose-Patienten die Gelenkschmierung beeinträchtigen. Die Forscher verwendeten Rasterkraftmikroskopie (AFM), um die Reibungseigenschaften von Hyaluronsäure (HA), Lubricin und deren Kombination bei verschiedenen Kalziumkonzentrationen (5-30 mM) zu messen. Die Ergebnisse zeigten, dass Kalziumionen die Schmierfähigkeit von HA und HA-Lubricin-Komplexen drastisch reduzierten, wobei dieser Effekt hauptsächlich durch Veränderungen der Hydratation der oberflächengebundenen Schichten verursacht wird. Diese Arbeit liefert erstmals experimentelle Belege für den Zusammenhang zwischen Knochendemineralisation und Knorpelabbau bei Arthrose-Entstehung.
Cette étude vise à élucider le mécanisme par lequel les ions calcium, dont les concentrations sont élevées dans le liquide synovial lors de l'arthrose due à la déminéralisation cartilagineuse, affectent les propriétés lubrifiantes de l'acide hyaluronique (AH) et de la lubricine. Les chercheurs ont utilisé la microscopie à force atomique (AFM) pour mesurer la friction, l'imagerie et les forces normales de distance sur l'AH, la lubricine et leur complexe en présence de différentes concentrations d'ions calcium (5, 15 et 30 mM). Les résultats démontrent que les ions calcium éliminent efficacement les capacités lubrifiantes de l'AH et du complexe AH-lubricine, particulièrement sous faibles charges, et que cette détérioration résulte probablement de modifications de l'hydratation des couches liées à la surface plutôt que de changements structuraux ou morphologiques. Cette recherche fournit les premières preuves expérimentales du lien entre déminéralisation osseuse et dégradation du cartilage articulaire dans l'arthrose précoce
This study aimed to develop a biomimetic polymer that could simultaneously provide joint lubrication and deliver anti-inflammatory drugs for osteoarthritis treatment. The researchers created a brush-like lubricant by grafting poly(2-methyl-2-oxazoline) branches onto hyaluronic acid backbone through ring-opening and graft polymerization, then loaded it with drugs using its multi-branched structure for self-assembly. The biomimetic lubricant demonstrated excellent lubrication properties with a friction coefficient of 0.036 (comparable to natural synovial fluid) due to hydration layer formation at the cartilage interface, and achieved effective drug release with up to 77.8% release rate over 72 hours. This dual-function approach offers a promising new strategy for osteoarthritis treatment by addressing both the mechanical lubrication deficit and targeted drug delivery challenges in joint therapy.
Diese Studie zielte darauf ab, ein biomimetisches Polymer zu entwickeln, das sowohl die Gelenkschmierung verbessert als auch Medikamente kontrolliert freisetzen kann, um die Behandlung der Osteoarthritis zu optimieren. Die Forscher synthetisierten ein bürstenähnliches Molekül durch Pfropfung von Poly(2-Methyl-2-Oxazoline)-Seitenketten auf Hyaluronsäure und testeten dessen Reibungsverhalten an Knorpeloberflächen sowie die Arzneimittelfreisetzung in vitro. Das entwickelte biomimetische Lubricin zeigte exzellente Schmiereigenschaften mit einem minimalen Reibungskoeffizienten von 0,036 (vergleichbar mit natürlicher Synovialflüssigkeit) und erreichte eine maximale Medikamentenfreisetzung von 77,8% nach 72 Stunden. Diese Dual-Funktions-Strategie bietet einen vielversprechenden neuen Ansatz für die Osteoarthritis-Therapie, da sie die Limitationen herkömmlicher Hyaluronsäure-Injekt
Cette étude visait à développer un lubrifiant biomimétique à base de polymères pour traiter l'arthrose, combinant lubrification articulaire et libération contrôlée de médicaments. Les chercheurs ont synthétisé une lubricine biomimétique en structure de brosse en greffant des chaînes de poly(2-méthyl-2-oxazoline) sur l'acide hyaluronique par polymérisation par ouverture de cycle, permettant l'encapsulation de médicaments anti-inflammatoires. Les tests de friction sur cartilage articulaire ont démontré d'excellentes propriétés lubrifiantes avec un coefficient de friction minimal de 0,036 (proche du liquide synovial naturel) grâce à la formation d'une couche d'hydratation, tandis que les études de libération in vitro ont montré une capacité de libération médicamenteuse atteignant 77,8% à 72 heures. Cette approche bifonctionnelle offre une nouvelle stratégie thérapeutique prometteuse pour le traitement de l'arthrose en surmontant les limitations des traitements actuels par acide hyaluronique et anti-inflammatoires oraux.
This study investigated whether apoptotic extracellular vesicles (apoEVs) from mesenchymal stem cells grown under low-oxygen conditions could enhance cartilage repair compared to those from normal oxygen conditions. The researchers tested these hypoxic apoEVs (H-apoEVs) in laboratory experiments measuring cell growth and movement, then delivered them using a 3D-printed scaffold and modified gelatin carrier into joint cavities of animal models. H-apoEVs showed superior ability to promote stem cell proliferation and migration, and to favorably modify immune cell responses compared to regular apoEVs. When delivered via the scaffold system, H-apoEVs significantly enhanced cartilage regeneration by boosting endogenous stem cell activity and creating a better healing environment in the joint.
Diese Studie untersuchte, ob apoptotische extrazelluläre Vesikel (ApoEVs) aus hypoxisch vorkonditionierten mesenchymalen Stammzellen die Knorpelregeneration verbessern können. Die Forscher isolierten ApoEVs aus Fettgewebe-stammzellen unter Sauerstoffmangel (H-ApoEVs) und testeten deren Wirkung in vitro auf Zellproliferation, Migration und Immunmodulation, bevor sie diese mittels eines modifizierten Gelatine-Hydrogels und 3D-gedruckten Gerüsts in Gelenke einbrachten. Die Ergebnisse zeigten, dass H-ApoEVs im Vergleich zu normoxischen ApoEVs eine verstärkte Stammzellaktivität und M2-Makrophagenpolarisation bewirkten. Das entwickelte Trägersystem mit H-ApoEVs führte zu einer signifikant verbesserten Knorpelreparatur durch Aktivierung endogener Stammzellen und Schaffung eines regenerationsförderlichen Mikromilieus.
Cette étude visait à évaluer si les vésicules extracellulaires apoptotiques (apoEVs) dérivées de cellules souches mésenchymateuses cultivées en conditions hypoxiques (H-apoEVs) présentent une efficacité supérieure pour la réparation cartilagineuse par rapport à celles cultivées en normoxie. Les chercheurs ont testé in vitro les effets des H-apoEVs sur la prolifération et migration des cellules souches ainsi que sur la polarisation des macrophages, puis ont développé un système de délivrance utilisant un scaffold d'ECM imprimé en 3D combiné à une matrice de gélatine modifiée. Les résultats démontrent que les H-apoEVs améliorent significativement la prolifération et migration des cellules souches ainsi que la polarisation M2 des macrophages, et que leur délivrance via le système scaffold favorise la régénération ostéochondrale en stimulant l'activité des cellules souches endogènes et en modulant la réponse immunitaire locale. Cette approche combinant préconditionnement hypoxique et système de délivrance par scaffold représente une stratégie prometteuse pour la rég
This study investigated whether osteoarthritis-like cartilage damage affects the tissue's natural lubrication mechanisms during realistic sliding conditions. The researchers used enzymatic digestion to simulate OA-related changes in bovine cartilage samples, then tested their tribological behavior using a convergent stationary contact area (CSCA) configuration that mimics in vivo joint sliding. Surprisingly, they found that damaged cartilage maintained the same low friction coefficients and fluid recovery capabilities as healthy cartilage during sliding, suggesting that cartilage's natural lubrication system remains functional even after OA-like degradation. However, the damaged cartilage experienced significantly greater tissue strains during initial loading, indicating that excessive deformation rather than friction-related wear may be the primary mechanical factor driving OA progression.
Diese Studie untersuchte, wie sich Osteoarthritis-ähnliche Veränderungen der Knorpeleigenschaften auf die Gelenkschmierung unter physiologischen Gleitbedingungen auswirken. Die Forscher verwendeten enzymatisch behandelten Rinderknorpel, um OA-bedingte Gewebeveränderungen zu simulieren, und testeten dessen tribomechanische Eigenschaften in einem biofidelen Gleitmodell (CSCA-Konfiguration). Überraschenderweise zeigten sich keine Unterschiede in der gleitungsvermittelten Flüssigkeitswiederherstellung oder den Reibungskoeffizienten zwischen gesundem und OA-ähnlichem Knorpel, was darauf hindeutet, dass die natürliche Gelenkschmierung auch bei degeneriertem Knorpel erhalten bleibt. Die Haupterkenntnis war jedoch, dass OA-ähnlicher Knorpel während der Lastaufbringung deutlich höhere Gewebsdehnungen akkumulierte, was nahelegt, dass erhöhte Gewebsspannungen - und nicht reibungsbedingte
Cette étude vise à évaluer l'impact des modifications mécaniques du cartilage similaires à celles observées dans l'arthrose sur la lubrification articulaire dans des conditions de glissement bioréalistes. Les chercheurs ont utilisé une configuration expérimentale CSCA (Convergent Stationary Contact Area) pour tester du cartilage bovin mature après digestion enzymatique simulant les changements arthrosiques, en mesurant la réhydratation tribologique et les coefficients de friction. Les résultats montrent que le cartilage dégradé conserve des capacités de récupération fluidique et de lubrification similaires au cartilage sain lors du glissement (μ <0,02 dans le PBS et <0,005 dans le liquide synovial), mais accumule davantage de déformations tissulaires totales. Cette recherche suggère que l'accumulation excessive de contraintes mécaniques, plutôt que la détérioration de la lubrification ou l'usure par friction, pourrait être le principal médiateur biomécanique de la pathologie arthrosique.
This study aimed to develop an injectable cartilage-coating composite that could provide sustained protection and treatment for osteoarthritis, addressing the limitation of current therapies that only offer temporary pain relief without halting disease progression. The researchers created a composite material (HDC) combining hyaluronic acid, decellularized cartilage matrix, and specialized linker polymers, which was tested in a rat osteoarthritis model. The composite demonstrated the ability to coat and adhere to cartilage surfaces, forming a protective barrier that reduces friction during joint movement while gradually releasing nutrients to support cartilage cell function. The treatment showed promise as an effective cell-free approach for osteoarthritis by promoting cartilage matrix production and slowing disease progression in the animal model.
Diese Studie zielte darauf ab, ein injizierbares Knorpel-beschichtendes Kompositmaterial (HDC) aus Hyaluronsäure, dezellularisierter Knorpelmatrix und speziellen Linker-Polymeren zur zellfreien Osteoarthritis-Behandlung zu entwickeln. Die Forscher testeten das Material hinsichtlich seiner Fähigkeit zur Knorpeloberflächenbeschichtung, Langzeitretention und biologischen Wirksamkeit in einem Rattenmodell. Das HDC-Komposit bildete erfolgreich eine schützende und schmierende Schicht auf der Knorpeloberfläche, die als physikalische Barriere gegen Entzündungsfaktoren wirkte und gleichzeitig durch graduelle Nährstofffreisetzung die Chondrozytenfunktion unterstützte. Die Behandlung führte zur Wiederherstellung der Zellfunktion, verstärkter knorpelspezifischer Matrixproduktion und einer Verlangsamung der Osteoarthritis-Progression im Tiermodell.
Cette étude visait à développer un composite injectable capable de protéger durablement le cartilage articulaire et de ralentir la progression de l'arthrose. Les chercheurs ont créé un matériau composite (HDC) associant l'acide hyaluronique, une matrice cartilagineuse décellularisée et des polymères de liaison spécifiques, testé dans un modèle murin d'arthrose. Le composite forme un revêtement protecteur et lubrifiant à la surface du cartilage, agissant comme une barrière physique contre les facteurs inflammatoires tout en réduisant les frictions articulaires. De plus, il libère progressivement des nutriments qui nourrissent les chondrocytes, favorisant la récupération de leur fonction cellulaire et la production de matrice cartilagineuse spécifique.
This study investigated whether blocking interleukin-8 (IL-8), an inflammatory protein, could slow osteoarthritis progression in a rabbit model. Researchers surgically induced osteoarthritis in rabbits by cutting the anterior cruciate ligament, then treated the animals with injections of an IL-8-blocking antibody directly into the joint, comparing results to hyaluronic acid treatment. The IL-8-blocking antibody was more effective than hyaluronic acid at reducing cartilage damage, joint inflammation, swelling, and bone marrow changes, while also improving limb function and lowering IL-8 levels in joint tissues. These findings suggest that targeting IL-8 with antibody therapy may offer a promising new treatment approach for osteoarthritis, though further research is needed to optimize the treatment and confirm long-term safety.
Diese Studie untersuchte das therapeutische Potenzial eines Interleukin-8 (IL-8) neutralisierenden monoklonalen Antikörpers zur Behandlung von Osteoarthritis. Die Forscher verwendeten ein Kaninchenmodell mit chirurgisch induzierter Osteoarthritis durch Durchtrennung des vorderen Kreuzbandes und verglichen die intraartikuläre Injektion des IL-8-Antikörpers mit Hyaluronsäure als Positivkontrolle. Die Behandlung mit dem IL-8-Antikörper zeigte eine stärkere Verlangsamung der Osteoarthritis-Progression als Hyaluronsäure, mit verbesserter Knorpelreparatur, reduzierter Synovitis und Gelenkerguss sowie besserer Gliedmaßenfunktion. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass IL-8-neutralisierende Antikörper vielversprechende therapeutische Kandidaten für die Osteoarthritis-Behandlung darstellen, wobei weitere Studien zur Mechanismusaufklärung und Langzeitsicherheit erforderlich sind.
**Résumé :**
Cette étude visait à évaluer le potentiel thérapeutique d'un anticorps monoclonal neutralisant l'interleukine-8 (IL-8) dans le traitement de l'arthrose. Les chercheurs ont utilisé un modèle de lapins avec arthrose induite par section du ligament croisé antérieur, comparant l'injection intra-articulaire de l'anticorps anti-IL-8 à l'acide hyaluronique comme contrôle positif. L'anticorps neutralisant l'IL-8 s'est montré supérieur à l'acide hyaluronique, démontrant une réduction plus marquée de la progression arthrosique avec diminution de la synovite, de l'épanchement articulaire, de l'œdème médullaire et amélioration de la fonction du membre inférieur. Ces résultats suggèrent que le ciblage thérapeutique de l'IL-8 représente une approche prometteuse pour freiner l'inflammation et favoriser la réparation cartilagineuse dans l'arthrose.
This study aimed to develop a novel method for measuring the poroelastic mechanical properties of mouse articular cartilage by using cell death patterns as an indicator of tissue strain. The researchers subjected mouse cartilage-bone samples to constant loading using a custom device and measured cell death areas over time, then used inverse finite element modeling to calculate mechanical properties from the inferred strain values. They found that cell death area increased linearly with tissue strain over time due to poroelastic creep, allowing them to accurately infer strain from cell death measurements. The method successfully determined poroelastic material properties consistent with previous studies, providing a valuable new approach for studying cartilage mechanics in transgenic mouse models where traditional mechanical testing is challenging due to the tissue's small size.
Diese Studie zielte darauf ab, zu testen, ob die poroelastischen mechanischen Eigenschaften von Mausknorpel durch Analyse der belastungsinduzierten Zelltodmuster bestimmt werden können. Die Forscher setzten Knorpel-auf-Knochen-Explantate aus verschiedenen anatomischen Bereichen konstanten Belastungsbedingungen durch eine inkongruente Oberfläche aus und maßen die Zelltodareale über die Zeit. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zelltodareale linear mit der Gewebedehnung korrelierten, welche aufgrund des poroelastischen Kriechens zeitabhängig zunahm. Mithilfe inverser Finite-Elemente-Modellierung konnten die Forscher aus den Zelltodmessungen erfolgreich die poroelastischen Materialeigenschaften des Mausknorpels berechnen, was eine neue Methode zur mechanischen Charakterisierung kleiner Knorpelproben darstellt.
Cette étude visait à développer une méthode innovante pour mesurer les propriétés mécaniques poroélastiques du cartilage articulaire murin, difficiles à quantifier en raison de sa faible épaisseur (~50 microns). Les chercheurs ont soumis des explants de cartilage murin à des charges constantes et ont analysé la relation entre la mort cellulaire induite par la charge et la déformation tissulaire au fil du temps. Les résultats montrent une corrélation linéaire entre l'aire de mort cellulaire et la déformation tissulaire, permettant d'utiliser la mort cellulaire comme indicateur de la déformation. Cette approche, combinée à une modélisation par éléments finis inverse, a permis de déterminer avec succès les propriétés poroélastiques du cartilage murin, ouvrant la voie à l'étude des facteurs génétiques régulant les propriétés mécaniques du cartilage.
This study aimed to evaluate proximal fibular osteotomy (PFO) as an alternative treatment for reducing knee pain in patients with severe medial compartment knee osteoarthritis. The researchers treated 14 patients (aged 62-82 years) with severe gonarthrosis by surgically removing a 1 cm bone fragment from the fibula, located 7 cm below the fibular head, in a 30-minute procedure. All patients showed excellent results at 6-month follow-up, with significant pain reduction and improved knee movement and quality of life. The authors conclude that PFO may be a viable treatment option for medial knee osteoarthritis, but emphasize that larger studies are needed before it can be recommended for routine clinical use.
Diese Studie untersuchte die proximale Fibulaosteotomie (PFO) als alternative Behandlungsmethode für Patienten mit medialer Kniegelenkarthrose. Bei 14 Patienten (Alter 62-82 Jahre) mit schwerer Gonarthrose (Kellgren-Lawrence Grad III/IV) wurde eine Fibulaosteotomie 7 cm distal des Fibulakopfes mit Resektion eines 1 cm langen Knochenfragments durchgeführt. Die Nachuntersuchungen über 6 Monate zeigten bei allen Patienten eine deutliche Schmerzreduktion, verbesserte Kniebeweglichkeit und erhöhte Lebensqualität. Die Autoren schlussfolgern, dass die PFO eine vielversprechende, minimal-invasive Option für die mediale Kniegelenkarthrose darstellt, jedoch weitere Studien erforderlich sind, um ihren Stellenwert im Behandlungsalgorithmus zu bestimmen.
Cette étude vise à évaluer l'ostéotomie fibulaire proximale (OFP) comme traitement alternatif de la gonarthrose du compartiment médial. Les auteurs ont traité 14 patients âgés de 62 à 82 ans présentant une gonarthrose sévère (grade III-IV selon Kellgren-Lawrence) par résection d'un fragment osseux de 1 cm au niveau de la fibula, à 7 cm de la tête fibulaire. Tous les patients ont présenté d'excellents résultats à 6 mois avec une réduction significative de la douleur, une amélioration de la mobilité articulaire et de la qualité de vie. L'OFP apparaît comme une option thérapeutique prometteuse pour la gonarthrose médiale, bien que des études complémentaires soient nécessaires pour définir sa place dans l'algorithme thérapeutique.
This systematic review aimed to comprehensively evaluate the current state of knowledge regarding the mechanical behavior of human osteochondral (OC) units, which include articular cartilage and underlying bone layers that work together to absorb forces and enable smooth joint motion. The authors conducted a PRISMA-compliant systematic search focusing on experimental studies of human lower-limb joint tissues, using a multi-criteria decision-making method to assess study quality and highlight findings from robust research approaches.
The review found that current research predominantly focuses on knee joints and articular cartilage, with limited studies on hip, ankle, and bone components, particularly subchondral bone. Compression and indentation testing are the most commonly used experimental methods, though no standardized testing protocols exist for OC tissues, and most studies examine individual tissue layers rather than the integrated OC unit response.
The authors conclude that future research should prioritize integrated approaches that simultaneously evaluate how multiple OC tissues work together, combining techniques like imaging, mechanical testing, and computational modeling, with the ultimate goal of developing non-invasive methods for clinical diagnosis and treatment monitoring.
Diese systematische Übersichtsarbeit zielte darauf ab, den aktuellen Wissensstand über das mechanische Verhalten der menschlichen osteochondralen Einheit bis 2022 zusammenzufassen. Die Autoren führten eine systematische Literaturrecherche nach PRISMA-Standards durch und wendeten ein Multi-Kriterien-Bewertungsverfahren an, um qualitativ hochwertige Studien zu identifizieren, die experimentell das mechanische Verhalten osteochondraler Gewebe der unteren Extremitäten untersuchten. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Forschung hauptsächlich auf Kniegelenk und Gelenkknorpel konzentriert, wobei Kompression und Indentation die häufigsten Testmethoden darstellen und das Fibrillen-Netzwerk-verstärkte poro-viskoelastische Modell zum Standard für Knorpelbeschreibung geworden ist. Die Studie identifizierte jedoch wichtige Forschungslücken, insbesondere das Fehlen integrierter Ansätze zur gleichzeitigen Bewertung aller osteochondralen Gewebe und die
Cette revue systématique avait pour objectif d'analyser l'état des connaissances sur le comportement biomécanique de l'unité ostéochondrale humaine, comprenant le cartilage articulaire et les os sous-chondral et trabéculaire. Les auteurs ont conduit une recherche systématique selon les standards PRISMA, en se concentrant sur les études expérimentales des tissus ostéochondraux des articulations portantes du membre inférieur, et ont appliqué une méthode d'aide à la décision multicritère pour évaluer quantitativement la qualité des études. Les résultats révèlent que la recherche se concentre principalement sur le genou et le cartilage articulaire, utilisant majoritairement des tests de compression et d'indentation, avec des modèles poro-viscoélastiques renforcés par un réseau de fibrilles pour le cartilage et des modèles plus simples pour les tissus minéralisés. L'étude souligne le besoin critique de développer des approches intégrées multidisciplinaires pour évaluer simultanément la réponse globale de l'unité ostéochondrale et les interactions entre ses différents tissus, avec comme dé
This study investigated fluid transport between bone and cartilage, which may be disrupted in osteoarthritis development. Using bovine osteochondral cores in a two-chamber bioreactor system, researchers tested whether 3 kDa dextran tracers could move from bone to cartilage under different loading conditions (no load, preload only, or cyclic compression at 5% or 10% strain). The study successfully demonstrated that 3 kDa molecules can transport from bone to cartilage, representing larger molecules than previously shown to cross this tissue interface. Additionally, the magnitude of cyclic compression influenced the amount of tracer that reached the cartilage compartment, suggesting that mechanical loading affects osteochondral fluid transport.
Diese Studie untersuchte den Flüssigkeitstransport zwischen Knochen und Knorpel, da Veränderungen in diesem Transport zur Entwicklung von Osteoarthrose beitragen könnten. Die Forscher verwendeten osteochondrale Proben aus Rinderfemura in einem Zwei-Kammer-Bioreaktor und testeten den Transport von 3 kDa Dextran-Tracern unter verschiedenen Belastungsbedingungen (keine Last, Vorlast oder zyklische Kompression mit 5±2% oder 10±2% Dehnung). Die Ergebnisse zeigten, dass ein Transport von Knochen zu Knorpel mit 3 kDa Molekülen stattfindet - größere Moleküle als bisher berichtet - und dass die Tracer-Konzentration im Knorpelkompartiment signifikant von der Dehnungsgröße beeinflusst wurde. Diese Erkenntnisse zum osteochondralen Flüssigkeitstransport in gesunden Geweben sind wichtig für das Verständnis der Pathomechanismen der Osteoarthrose.
Cette étude visait à évaluer le transport de fluide de l'os vers le cartilage en utilisant des traceurs moléculaires de 3 kDa et à examiner l'influence de différentes conditions de charge mécanique. Les chercheurs ont utilisé un système ex vivo avec des carottes ostéochondrales bovines placées dans un bioréacteur à deux compartiments, soumises à diverses conditions (absence de charge, pré-charge seule, ou compression cyclique à 5±2% ou 10±2% de déformation). Les résultats démontrent que le transport de molécules de 3 kDa de l'os vers le cartilage est possible, avec des concentrations de traceur significativement plus élevées au pic par rapport aux concentrations initiales et d'équilibre, et que l'amplitude de la déformation influence ce transport. Cette recherche établit des données de référence sur le transport ostéochondral chez les tissus sains, essentielles pour comprendre les mécanismes pathologiques de l'arthrose.
This review examines how mitochondrial hormesis (mitohormesis) could be leveraged to prevent and treat bone and cartilage degeneration in conditions like osteoarthritis, disc degeneration, and osteoporosis. The authors conducted a comprehensive literature review analyzing the molecular mechanisms of mitohormesis, which is a protective cellular response where low-dose stressors trigger mitochondrial adaptations through ROS generation, protein stress responses, mitochondrial dynamics, and cellular cleanup processes. The review identifies that mitochondrial dysfunction contributes significantly to musculoskeletal tissue degeneration through oxidative damage, but strategic activation of mitohormesis pathways can restore cellular health. The authors highlight promising therapeutic approaches including mechanical stimulation, dietary interventions, controlled hypoxia, and low-dose compounds that can trigger beneficial mitochondrial stress responses to protect bone and cartilage tissues.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Rolle der mitochondrialen Hormesis (Mitohormesis) bei der Entstehung und Behandlung von Knochen- und Knorpeldegeneration. Die Autoren analysierten die aktuellen Erkenntnisse zu den Effektormolekülen und regulatorischen Netzwerken der Mitohormesis sowie die zugrundeliegenden Mechanismen mitochondrialer Dysfunktion bei degenerativen Erkrankungen wie Osteoarthritis, Bandscheibendegeneration und Osteoporose. Die Hauptergebnisse zeigen, dass niedrigdosierte Stressoren über verschiedene Signalwege (ROS-Bildung, mitochondriale Dynamik, Mitophagie) adaptive Stressantworten auslösen können, die zur Wiederherstellung der zellulären Homöostase beitragen. Als vielversprechende therapeutische Ansätze werden mechanische Stimulation, intermittierende Diätrestriktionen, hypoxische Präkonditionierung und niedrigdosierte toxische Substanzen identifiziert, die Mitohormesis aktivieren und degenerative
Cette revue examine le potentiel thérapeutique de l'hormèse mitochondriale (mitohormèse) dans la prévention et le traitement de la dégénérescence osseuse et cartilagineuse. L'étude analyse les mécanismes moléculaires par lesquels des stress de faible intensité activent des réponses adaptatives mitochondriales via la production d'espèces réactives de l'oxygène, les réactions de protéines mal repliées, les peptides dérivés mitochondriaux, les changements dynamiques mitochondriaux et la mitophagie. Les auteurs identifient plusieurs interventions prometteuses capables de déclencher la mitohormèse, notamment la stimulation mécanique, les restrictions alimentaires intermittentes, le préconditionnement hypoxique et l'exposition à de faibles doses de composés toxiques. Ces approches pourraient constituer des stratégies thérapeutiques innovantes pour ralentir la progression de l'arthrose, de la dégénérescence discale intervertébrale et de l'ostéoporose.
This study investigated how cyclic compressive loading (CCL) affects the differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) into meniscal cells when grown in a 3D atelocollagen-based scaffold. The researchers extracted MSCs from meniscus, synovium, and cartilage tissues, cultured them in the scaffold, applied mechanical compression for 7 days, and analyzed gene expression changes using RNA sequencing. The results showed that mechanical loading significantly altered gene expression patterns, upregulating key cartilage-related genes (SOX9, TGFB1, PRG4) and promoting MSC differentiation toward mature meniscal cells. These findings demonstrate that mechanical stimulation enhances meniscal tissue regeneration and provides important insights for developing scaffold-based treatments for meniscal repair.
Diese Studie untersuchte, wie zyklische Kompressionsbelastung (CCL) die Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) zu Meniskuszellen in einem Atelocollagen-basierten Meniskusersatz beeinflusst. Die Forscher extrahierten MSCs aus Meniskus, Synovium und Gelenkknorpel, kultivierten sie dreidimensional und setzten sie 7 Tage lang CCL aus, bevor sie die Genexpressionsprofile mittels RNA-Sequenzierung analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass CCL signifikante Transkriptom-Veränderungen induzierte, insbesondere eine Hochregulation chondrozyten-relevanter Gene wie SOX9, TGFB1 und PRG4, was zur Differenzierung der Meniskus-Vorläuferzellen zu reifen Meniskuszellen führte. Die Studie demonstriert das Potenzial mechanischer Stimulation für die Meniskusregeneration und liefert wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung von Atelocollagen-basierten Meniskusers
Cette étude visait à évaluer l'impact de la charge compressive cyclique (CCL) sur la différenciation méniscale de cellules souches mésenchymateuses (CSM) cultivées dans un substitut méniscal à base d'atélocollagène. Les chercheurs ont extrait des CSM du ménisque, de la synoviale et du cartilage articulaire, les ont cultivées en 3D et soumises à une CCL pendant 7 jours, puis ont comparé leurs transcriptomes par RNA-seq. Les résultats montrent que la CCL induit des changements transcriptomiques significatifs avec une surexpression de gènes liés aux chondrocytes (SOX9, TGFB1, PRG4) et favorise la différenciation des progéniteurs méniscaux vers un phénotype de cellules méniscales matures. Cette recherche démontre le potentiel de la stimulation mécanique pour optimiser la régénération méniscale dans les biomatériaux d'ingénierie tissulaire.
This study aimed to develop a biomimetic nanosystem that could simultaneously provide joint lubrication and anti-inflammatory effects for osteoarthritis treatment. The researchers created a core-shell nanostructure by grafting hyaluronic acid onto a metal organic framework using a dopamine-mediated strategy, inspired by both human synovial fluid and mussel adhesion mechanisms. The nanosystem demonstrated excellent performance, reducing friction coefficients by 75% over 7,200 cycles while maintaining stability, achieving 99% drug loading capacity, and responding to near-infrared light by heating to 55°C for controlled drug release. Cell experiments confirmed the system's anti-inflammatory effects, showing downregulation of cartilage-degrading enzymes and pain-related genes while promoting cartilage-building gene expression, suggesting this approach could offer a promising synergistic therapy for osteoarthritis.
Diese Studie zielte darauf ab, ein biomimetisches Nanosystem zu entwickeln, das sowohl die Gelenkschmierung verbessert als auch entzündungshemmend wirkt, um Osteoarthritis synergistisch zu behandeln. Die Forscher entwickelten eine Dopamin-vermittelte Strategie, um Hyaluronsäure kontrolliert auf die Oberfläche von Metall-organischen Gerüststrukturen zu pfropfen, wodurch ein Kern-Schale-System mit hoher Arzneimittelbeladung (99%) und photothermischen Eigenschaften entstand. Das System reduzierte den Reibungskoeffizienten um 75% über mehr als 7200 Zyklen hinweg und zeigte in Zellexperimenten eine nachhaltige Medikamentenfreisetzung sowie eine kontrollierte Aufnahme durch Endozytose. Die anti-inflammatorischen Ergebnisse belegten, dass das Nanosystem katabole Proteasen und schmerzassoziierte Gene herunterreguliert, während knorpelanabole Gene hochreguliert werden, was eine vielversprechende Strategie für die praktische OA
Cette étude vise à développer un nanosystème biomimétique pour traiter l'arthrose en combinant lubrification articulaire et propriétés anti-inflammatoires. Les chercheurs ont créé une structure cœur-coquille en greffant de l'acide hyaluronique sur un framework métallo-organique via une stratégie médiée par la dopamine, inspirée des propriétés lubrifiantes du liquide synovial et de l'adhésion des moules. Le système présente une capacité de chargement médicamenteux de 99%, réduit le coefficient de friction de 75% pendant plus de 7200 cycles, et démontre une réponse photothermique atteignant 55°C sous lumière proche infrarouge. Les expériences cellulaires confirment que le nanosystème régule positivement les gènes anaboliques du cartilage tout en inhibant les protéases cataboliques et les gènes liés à la douleur, offrant ainsi une approche thérapeutique synergique prometteuse pour l'arthrose.
This review examines PRG4-expressing chondroprogenitor cells located in the superficial zone of articular cartilage, which are important for joint health because they produce lubricin (a lubricating protein) and help maintain cartilage structure. The authors compiled findings from studies using genetic labeling technologies to track these cells and their descendants during joint development and cartilage injury. Key findings show that these PRG4-positive progenitor cells are essential for cartilage formation and maintenance, and their loss leads to cartilage degeneration, bone abnormalities, and abnormal bone formation. The review highlights the therapeutic potential of these cells for treating cartilage damage, given that cartilage has limited natural healing capacity.
Diese Übersichtsarbeit untersucht PRG4-exprimierende Chondroprogenitor-Zellen in der oberflächlichen Zone des Gelenkknorpels und ihre Bedeutung für die Gelenkfunktion und therapeutische Anwendungen. Die Autoren analysierten vorhandene Studien, die genetische Zellmarkierungstechnologien und transgene Modelle verwendeten, um diese Vorläuferzellen in vivo zu charakterisieren und ihr Schicksal während der Gelenkentwicklung und bei Knorpelschäden zu verfolgen. Die Ergebnisse zeigen, dass PRG4-positive Progenitorzellen essentiell für die Aufrechterhaltung der Gelenkstruktur und -funktion sind, da sie Lubricin/PRG4 zur Reibungsreduzierung produzieren. Das Verschwinden dieser Vorläuferzellen führt zu degenerativen Veränderungen im Gelenkknorpel, subchondralen Knochenanomalien und ektoper Ossifikation, was ihre zentrale Rolle in der Knorpelhomöostase und als potenzielle therapeutische Zielstruktur unter
Cette revue examine le rôle des cellules progénitrices exprimant PRG4 (lubricine) situées dans la zone superficielle du cartilage articulaire, qui représentent une option thérapeutique prometteuse en raison de la faible capacité régénérative du cartilage. Les auteurs analysent les données obtenues par des technologies de marquage génétique permettant de caractériser ces cellules in vivo et de suivre leur descendance lors du développement articulaire et des lésions cartilagineuses. Les résultats montrent que ces progéniteurs PRG4+ sont essentiels pour maintenir la structure et la fonctionnalité articulaire, leur disparition entraînant des modifications du cartilage hyalin, des anomalies de l'os sous-chondral et des ossifications ectopiques. Cette synthèse souligne l'importance cruciale de ces cellules dans la formation postnatale du cartilage articulaire et son homéostasie, ouvrant des perspectives pour de futures recherches thérapeutiques.
This study aimed to develop an improved 3D culture system for investigating how cartilage cells (chondrocytes) respond to mechanical forces, specifically focusing on whether chondrocytes could develop their protective surrounding matrix (pericellular matrix or PCM) in culture. The researchers cultured human and bovine chondrocytes in alginate beads with vitamin C, then transferred them to stiff agarose gels for mechanical testing, using immunofluorescence, Western blots, and metabolomic profiling to analyze the results. They found that chondrocytes cultured in alginate beads for 7 days successfully developed a robust PCM containing key proteins (collagen VI and II) and maintained their cartilage cell characteristics. When these PCM-equipped cells were mechanically compressed in agarose, they showed distinct metabolic responses compared to cells without PCM, demonstrating that this new culture system better mimics natural cartilage conditions for studying how mechanical forces affect cartilage cell behavior.
Diese Studie zielte darauf ab, ein neuartiges 3D-Kultursystem zu entwickeln, um die Mechanotransduktion von Chondrozyten unter physiologischen Bedingungen zu untersuchen. Die Forscher kultivierten primäre humane und bovine Chondrozyten zunächst in Alginat-Beads mit Natriumascorbat, um eine perizelluläre Matrix (PCM) zu entwickeln, und untersuchten anschließend deren metabolische Antwort auf dynamische Kompression in Agarose mittels Metabolomik. Die Ergebnisse zeigten, dass Chondrozyten in diesem System eine robuste PCM mit Kollagen VI und II entwickeln und ihren Phänotyp beibehalten. Unter mechanischer Stimulation wiesen die mit PCM ausgestatteten Chondrozyten deutlich veränderte Stoffwechselprofile auf, was dieses Kultursystem als vielversprechendes Modell für die Erforschung der Chondrozyten-Mechanotransduktion unter physiologischen Bedingungen etabliert.
Cette étude visait à développer un système de culture 3D innovant permettant d'étudier la mécanotransduction des chondrocytes en présence d'une matrice péricellulaire (PCM) endogène. Les chercheurs ont cultivé des chondrocytes humains et bovins dans des billes d'alginate avec de l'ascorbate de sodium, puis les ont transférés dans de l'agarose physiologiquement rigide pour analyser leur réponse métabolique à la compression dynamique par profilage métabolomique. Les résultats montrent que cette approche permet aux chondrocytes de développer une PCM robuste riche en collagène VI tout en conservant leur phénotype, et révèle des modifications métaboliques distinctes induites par la compression mécanique. Ce modèle offre un outil prometteur pour étudier les mécanismes de réponse des chondrocytes aux contraintes mécaniques dans des conditions physiologiques.
This comprehensive review examined how mechanical loading and orthobiologic therapies could work together to treat post-traumatic osteoarthritis (PTOA). The authors analyzed existing preclinical animal studies and human clinical trials focusing on orthobiologic treatments including platelet-rich plasma (PRP), bone marrow aspirate, and mesenchymal stem cells. The review found that dynamic mechanical loading (such as running) plays a crucial role in maintaining cartilage health by influencing how cartilage cells behave, and may enhance the effectiveness of orthobiologic treatments. The authors propose that combining mechanical loading with orthobiologic therapies could potentially slow or reverse PTOA progression, though optimal loading patterns for clinical use after joint injury still need to be determined.
Diese umfassende Übersichtsarbeit untersucht das Potenzial der Kombination von mechanischer Gelenkbelastung mit orthobiologischen Therapien zur Behandlung der posttraumatischen Arthrose (PTOA). Die Autoren analysierten sowohl präklinische Tierstudien als auch klinische Humanstudien zu orthobiologischen Interventionen wie plättchenreichem Plasma (PRP), Knochenmarkaspirat und mesenchymalen Stammzellen. Die Hauptergebnisse zeigen, dass dynamische mechanische Belastung (z.B. durch Laufen) das Chondrozytenverhalten positiv beeinflusst und entscheidend für die Gelenkknorpelgesundheit ist. Die Autoren hypothetisieren, dass die Integration von Mechanotransduktionswegen mit orthobiologischen Behandlungsstrategien einen Schlüssel zur Verlangsamung oder sogar Umkehrung der PTOA-Progression darstellen könnte.
Cette revue examine l'efficacité des thérapies orthobiologiques (plasma riche en plaquettes, aspirat de moelle osseuse, cellules souches mésenchymateuses) dans le traitement de l'arthrose post-traumatique (PTOA), en analysant les études précliniques animales et cliniques humaines. Les auteurs explorent comment la charge mécanique articulaire, notamment la course à pied, pourrait améliorer les résultats thérapeutiques en activant les voies de mécanotransduction des chondrocytes. Les résultats suggèrent que la charge dynamique est essentielle pour la santé du cartilage articulaire et pourrait ralentir ou inverser la progression de la PTOA. L'étude propose qu'une approche combinée intégrant stimulation mécanique et thérapies orthobiologiques représente une stratégie prometteuse pour prévenir ou traiter la PTOA, bien que les protocoles de charge optimaux restent à définir en pratique clinique.
This study investigated how reduced mechanical loading affects cartilage cells by examining the metabolic changes in human chondrocytes exposed to simulated microgravity conditions. The researchers encapsulated chondrocytes in agarose gel to mimic the natural cartilage environment and used a rotating wall vessel bioreactor to simulate microgravity conditions experienced during spaceflight. Metabolomic analysis identified 497 significantly altered metabolites, revealing changes in protein synthesis, energy metabolism, nucleotide metabolism, and oxidative processes in response to simulated microgravity. Importantly, these metabolic changes resembled patterns found in early osteoarthritis, suggesting that even short-term exposure to reduced mechanical loading (such as during spaceflight) may initiate processes that could lead to joint degeneration.
Diese Studie untersuchte die metabolischen Veränderungen in menschlichen Knorpelzellen unter simulierter Schwerelosigkeit, um die Risiken für Osteoarthritis bei Astronauten zu bewerten. Die Forscher kapselten humane Chondrozyten in Agarose-Gel ein und setzten sie mittels eines rotierenden Bioreaktors simulierter Mikrogravitation aus, wobei sie anschließend eine globale metabolomische Analyse durchführten. Von 1205 detektierten Metaboliten zeigten 497 signifikante Veränderungen, die hauptsächlich Proteinsynthese, Energiestoffwechsel, Nukleotidmetabolismus und oxidativen Katabolismus betrafen. Die beobachteten metabolischen Verschiebungen ähnelten frühen osteoarthritischen Profilen in humaner Synovialflüssigkeit, was darauf hindeutet, dass bereits kurzzeitige Schwerelosigkeit zur Entstehung von Arthrose beitragen könnte.
Cette étude visait à évaluer les risques de développement d'arthrose chez les astronautes exposés à la microgravité en analysant les réponses métaboliques des chondrocytes humains. Les chercheurs ont encapsulé des chondrocytes dans un gel d'agarose mimant la matrice péricellulaire cartilagineuse, puis les ont exposés à une microgravité simulée à l'aide d'un bioréacteur à paroi rotative avant de réaliser un profilage métabolomique global. L'analyse a révélé 497 métabolites significativement modifiés, avec des changements métaboliques touchant la synthèse protéique, le métabolisme énergétique, le métabolisme des nucléotides et le catabolisme oxydatif. Ces modifications métaboliques induites par la microgravité étaient cohérentes avec les profils métabolomiques précoces de l'arthrose observés dans le liquide synovial humain, suggérant qu'une exposition même brève à la microgravité pourrait favoriser le développement d'arthrose.
This study aimed to develop and test a gellan gum hydrogel scaffold loaded with Boswellia serrata extract (BSE) as a cartilage substitute that could reduce inflammation while promoting cartilage repair. The researchers incorporated BSE either directly into the hydrogel or loaded it into clay particles (LDH) to improve drug delivery and mechanical properties, then tested the materials using various analytical techniques and cultured human mesenchymal stem cells on the scaffolds. The BSE-loaded scaffolds successfully reduced key inflammatory markers (COX2, PGE2, IL1β) while enhancing cartilage-forming genes (collagen type 2 and aggrecan), with proteomics analysis confirming these anti-inflammatory effects. The results suggest these composite scaffolds could effectively control inflammation at the injury site while supporting cartilage healing, making them promising candidates for cartilage repair applications.
Diese Studie zielte darauf ab, ein Gellan-Gum-Hydrogel mit Boswellia serrata-Extrakt (BSE) als multifunktionalen Knorpelersatz zu entwickeln, der sowohl entzündungshemmende Eigenschaften als auch die Knorpelregeneration fördern soll. Die Forscher verwendeten schichtförmige Doppelhydroxid-Tonmineralien (LDH) als Trägersystem für den BSE und charakterisierten die Komposite mittels verschiedener physikochemischer, mechanischer und biologischer Methoden, einschließlich Zellkulturstudien mit mesenchymalen Stammzellen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass BSE-beladene Komposite erfolgreich proinflammatorische Marker (COX2, PGE2, IL1β) herunterregulieren und gleichzeitig die Knorpeldifferenzierung durch Hochregulation von Kollagen II und Aggrecan fördern. Die Proteomikstudien bestätigten eine anti-inflammatorische Proteinexpression, was das Potenzial dieser Biomaterialien für die gezi
Cette étude visait à développer un hydrogel composite à base de gomme gellane chargé d'extrait de Boswellia serrata (BSE) pour la régénération cartilagineuse. Les chercheurs ont incorporé le BSE soit directement, soit via une argile hydroxyde double lamellaire (LDH), puis ont évalué les propriétés physicochimiques, mécaniques et biologiques des composites sur des cellules souches mésenchymateuses humaines. Les résultats montrent que ces biomatériaux sont cytocompatibles et induisent une modulation anti-inflammatoire significative (diminution de COX2, PGE2, IL1β et augmentation d'IL10) tout en favorisant la chondrogenèse (surexpression de COL2 et ACAN). Ces composites chargés en BSE représentent donc une approche prometteuse pour moduler in situ l'inflammation tout en préservant la cicatrisation cartilagineuse.
This study investigated how the degradation of lubricating molecules in synovial fluid affects cartilage cell responses to mechanical loading after injury. The researchers used an ex vivo model where cartilage explants were subjected to impact injury followed by continuous articulation in different lubricating baths: healthy synovial fluid, saline, or synovial fluid with degraded hyaluronic acid or lubricin (key lubricating molecules). They then measured cell death, cellular stress markers, and local shear strain patterns using fluorescent staining and confocal elastography. The results demonstrated that when hyaluronic acid or lubricin were degraded in synovial fluid, middle-zone cartilage cells experienced significantly more damage and higher shear strain loads, while also becoming more sensitive to mechanical loading, suggesting a direct link between synovial fluid quality and cartilage cell vulnerability to post-traumatic osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte, wie der Abbau von Schmiermolekülen in der Synovialflüssigkeit die Reaktion von Chondrozyten auf mechanische Belastung beeinflusst und zur posttraumatischen Arthrose beiträgt. Die Forscher verwendeten ein ex-vivo-Modell mit Knorpelexplantaten, die einem schnellen Impact und kontinuierlicher Artikulation in verschiedenen Schmierbädern (gesunde Synovialflüssigkeit, PBS, enzymatisch behandelte Synovialflüssigkeit) ausgesetzt wurden, wobei Zelltod, Caspase-Aktivität und Scherstrain mittels konfokaler Elastographie gemessen wurden. Die Hauptergebnisse zeigen, dass der enzymatische Abbau von Hyaluronsäure oder Lubricin in der Synovialflüssigkeit zu signifikant erhöhten Schäden an Chondrozyten der mittleren Zone und verstärkten Scherstrain-Belastungen führt. Zusätzlich verändert sich die Sensitivität der Chondrozyten gegenüber mechanischer Belastung, was einen wicht
Cette étude visait à déterminer comment la dégradation des molécules lubrifiantes du liquide synovial influence la sensibilité des chondrocytes aux contraintes mécaniques dans un modèle d'arthrose post-traumatique. Les chercheurs ont utilisé un modèle ex vivo où des explants de cartilage subissaient un impact suivi d'une articulation continue dans différents milieux : liquide synovial sain, PBS, ou liquide synovial traité par hyaluronidase ou trypsine pour dégrader respectivement l'acide hyaluronique et la lubricine. Les résultats montrent que la dégradation de ces macromolécules lubrifiantes augmente significativement les dommages aux chondrocytes de la zone moyenne et les magnitudes de contrainte de cisaillement, tout en modifiant la sensibilité cellulaire au chargement mécanique. Cette recherche éclaire les mécanismes par lesquels l'altération du liquide synovial contribue à la pathogenèse de l'arthrose post-traumatique.
This study compared the chondrogenic (cartilage-forming) potential of two different stem cell sources with distinct HOX gene expression patterns: dental pulp stem cells (DPSCs, HOX-negative) and bone marrow mesenchymal stromal cells (BMSCs, HOX-positive). The researchers differentiated both cell types into cartilage using 3D pellet cultures with a two-step protocol, testing the effects of cobalt chloride preconditioning (which mimics low oxygen conditions) through morphological, biochemical, and immunohistochemical analyses.
DPSCs showed superior chondrogenic differentiation after cobalt chloride treatment, producing significantly more collagen II and glycosaminoglycans (key cartilage components) while expressing less collagen X (a marker of undesirable hypertrophic cartilage). In contrast, BMSCs showed increased collagen II but also elevated collagen X levels, with no improvement in glycosaminoglycan production. The findings suggest that DPSCs' unique HOX-negative expression pattern contributes to better cartilage differentiation potential, making them promising candidates for cartilage regeneration therapies.
Diese Studie untersuchte, welche mesenchymalen Stammzellen sich besser für die Knorpelregeneration eignen, indem zwei Zellquellen mit unterschiedlichen HOX-Genexpressionsmustern verglichen wurden. Zahnpulpa-Stammzellen (DPSCs, HOX-negativ) und Knochenmark-Stromazellen (BMSCs, HOX-positiv) wurden in 3D-Pellets zu Chondrozyten differenziert und mit Kobaltchlorid als Hypoxie-nachahmendem Wirkstoff vorkonditioniert. Die Ergebnisse zeigten, dass vorkonditionierte DPSCs signifikant höhere Kollagen-II- und Glykosaminoglykan-Spiegel sowie niedrigere hypertrophe Kollagen-X-Marker aufwiesen, während BMSCs weniger vorteilhafte Reaktionen zeigten. Die Studie schlussfolgert, dass DPSCs aufgrund ihrer höheren Plastizität und ihres einzigartigen HOX-negativen Expressionsmusters vielversprechendere Kandidaten für zukünftige Knorpel
Cette étude compare le potentiel chondrogénique de deux sources de cellules souches mésenchymateuses ayant des profils d'expression génique HOX distincts : les cellules souches de pulpe dentaire (DPSC, HOX-négatives) et les cellules stromales de moelle osseuse (BMSC, HOX-positives). Les chercheurs ont différencié ces cellules en chondrocytes dans des sphéroïdes 3D selon un protocole en deux étapes, avec un préconditionnement au chlorure de cobalt (mimétique d'hypoxie), puis ont évalué l'efficacité par des analyses morphologiques, histochimiques et biochimiques. Les résultats montrent que les DPSC préconditionnées produisent significativement plus de collagène II et de glycosaminoglycanes, avec moins de collagène X (marqueur hypertrophique), contrairement aux BMSC qui présentent une réponse moins favorable. Ces données suggèrent une plasticité supérieure des DPSC liée à leur profil HOX-négatif, en faisant des candidates prometteuses pour la thérapie cellulaire du cartilage.
This review examines the mechanical and frictional properties of articular cartilage in osteoarthritis and evaluates cartilage repair approaches from a biomechanical perspective. The authors conducted a literature review focusing on how osteoarthritis affects cartilage structure and mechanical function, and analyzed the mechanical outcomes of various cartilage repair techniques as alternatives to total joint replacement. The study found that osteoarthritis causes significant changes to cartilage's macro- and microstructure, leading to increased friction and reduced load-bearing capacity that accelerates further tissue degradation. The review concludes that while numerous cartilage repair techniques have been developed, none have successfully restored the mechanical properties of native hyaline cartilage, highlighting the critical need to address biomechanical factors in addition to biological aspects of cartilage repair.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die mechanischen und Reibungseigenschaften von Gelenkknorpel bei Arthrose sowie die biomechanischen Ergebnisse verschiedener Knorpelreparaturverfahren. Die Autoren führten eine Literaturanalyse durch, um sowohl die strukturellen Veränderungen des Knorpels bei Arthrose als auch die mechanischen Eigenschaften bestehender Behandlungsansätze zu bewerten. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Arthrose zu erhöhter Reibung und verringerter Belastbarkeit des Knorpels führt, was eine weitere Gewebedegradation beschleunigt. Obwohl verschiedene gelenkerhaltende Therapien entwickelt wurden, konnte bisher keine Behandlung die mechanischen Eigenschaften von gesundem Hyalinknorpel vollständig wiederherstellen, weshalb die Berücksichtigung biomechanischer Aspekte bei der Entwicklung von Reparaturverfahren von entscheidender Bedeutung ist.
Cette revue examine les propriétés mécaniques et frictionnelles du cartilage articulaire dans le contexte de l'arthrose, une cause majeure de handicap chez les populations vieillissantes. L'étude analyse les modifications structurelles du cartilage induites par l'arthrose qui altèrent ses propriétés biomécaniques, notamment l'augmentation de la friction et la réduction de la capacité portante, accélérant ainsi la dégradation tissulaire. Les auteurs passent en revue les différentes techniques de réparation cartilagineuse disponibles, en se concentrant particulièrement sur leurs résultats mécaniques plutôt que sur les seuls aspects biologiques. Cette approche vise à mieux comprendre comment restaurer efficacement la fonction articulaire et réduire la douleur, étant donné que les propriétés mécaniques sont cruciales pour la résistance du cartilage aux charges continues.
This study investigated whether synovial fluid protects articular cartilage from fatigue failure caused by repetitive compressive forces during joint movement. The researchers used a sliding contact test where a glass lens moved against bovine cartilage samples immersed in different concentrations of synovial fluid, PBS control solution, or diluted mixtures, measuring damage rates over 24-72 hours of cyclic loading (up to 16,200 cycles). The results showed that pure synovial fluid provided the best protection, with no samples damaged at 24 hours and only 2 of 8 samples damaged at 72 hours, while all PBS control samples failed within 24 hours. The findings demonstrate that synovial fluid concentration directly correlates with cartilage protection, with lower concentrations leading to progressively higher failure rates and surface roughness, supporting the hypothesis that a major function of synovial fluid is preventing cartilage fatigue damage from repetitive joint loading.
Diese Studie untersuchte die Hypothese, dass Synovialflüssigkeit (SF) eine wichtige Schutzfunktion gegen Knorpelermüdungsschäden durch zyklische Kompressionsbelastung hat. Die Forscher testeten bovinen Knorpel unter reziproker Gleitbewegung in verschiedenen Lösungen (reine SF, PBS-Pufferlösung und SF/PBS-Verdünnungen) über 24-72 Stunden mit bis zu 16.200 Zyklen. Die Ergebnisse zeigten eine deutliche konzentrationsabhängige Schutzwirkung der Synovialflüssigkeit: Während alle Proben in reiner PBS-Lösung bereits nach 24 Stunden Schäden aufwiesen, blieben Knorpelproben in unverdünnter SF größtenteils intakt und zeigten signifikant geringere Oberflächenrauigkeit. Diese Befunde bestätigen die zentrale Rolle der Synovialflüssigkeit beim Schutz des Gelenkknorpels vor mechanischer Ermüdung unter wiederholter Belastung.
Cette étude examine le rôle du liquide synovial (LS) dans la prévention de la fatigue du cartilage articulaire sous charge compressive cyclique. Les chercheurs ont testé des échantillons de cartilage bovin soumis à un glissement réciproque pendant 24 à 72 heures dans différents milieux : liquide synovial pur, solution saline (PBS), et dilutions de LS à 50% et 25%. Les résultats montrent une protection dose-dépendante du LS : tous les échantillons en PBS ont présenté des dommages après 24h, tandis que le LS pur n'a causé aucun dommage à 24h et seulement 2/8 échantillons endommagés à 72h, avec une rugosité de surface significativement réduite. Cette étude démontre que le liquide synovial joue un rôle protecteur majeur contre la défaillance par fatigue du cartilage sous contraintes mécaniques répétées.
This study aimed to develop hyaluronic acid-based microparticles that could provide both lubrication and anti-inflammatory drug delivery for treating temporomandibular joint osteoarthritis (TMJOA). The researchers created these microparticles by chemically modifying hyaluronic acid with 3-aminophenylboronic acid, allowing the particles to self-assemble and encapsulate drugs through special chemical bonds. Laboratory testing showed the microparticles had excellent lubrication properties, could scavenge harmful free radicals, and protected cartilage cells from oxidative damage. In animal studies, injection of the drug-loaded microparticles into the joint effectively reduced bone damage, decreased inflammation, and promoted cartilage matrix regeneration, suggesting this approach could be a promising treatment for TMJOA.
Diese Studie zielte darauf ab, Hyaluronsäure-basierte Mikropartikel zur Behandlung der Kiefergelenksarthrose (TMJOA) zu entwickeln, die sowohl schmierende als auch entzündungshemmende Eigenschaften besitzen. Die Forscher stellten die Mikropartikel durch Selbstorganisation von modifizierter Hyaluronsäure her und testeten ihre Wirksamkeit sowohl in Zellkulturen als auch in Tiermodellen. Die Ergebnisse zeigten, dass die medikamentenbeladenen Mikropartikel hervorragende Schmiereigenschaften aufweisen, Knorpelzellen vor oxidativem Stress schützen und antioxidative sowie antibakterielle Aktivität besitzen. In vivo-Experimente bestätigten, dass die intraartikuläre Injektion der Mikropartikel osteoporose-ähnliche Schäden lindert, Entzündungsreaktionen unterdrückt und die Matrixregeneration bei TMJOA fördert.
Cette étude vise à développer des microparticules à base d'acide hyaluronique pour traiter l'arthrose de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) en combinant propriétés lubrifiantes et effets anti-inflammatoires. Les microparticules sont préparées par auto-assemblage d'acide hyaluronique modifié avec de l'acide 3-aminophénylboronique, permettant l'encapsulation de médicaments contenant des groupes diol via des liaisons ester boronate dynamiques. Les résultats in vitro démontrent d'excellentes propriétés de lubrification, une activité antioxydante et un effet cytoprotecteur sur les chondrocytes en conditions de stress oxydatif. Les expériences in vivo confirment que l'injection intra-articulaire de ces microparticules chargées en médicament réduit efficacement les dommages ostéoarthritiques, supprime la réponse inflammatoire et favorise la régénération matricielle dans l'ATM.
This study investigated whether preconditioning mesenchymal stem cells (MSCs) from knee fat pads with TNF-α could improve exosome production and therapeutic effectiveness for osteoarthritis treatment. The researchers exposed infrapatellar fat pad MSCs to TNF-α, harvested the resulting exosomes, and tested them in an osteoarthritis mouse model using intra-articular injections, while analyzing molecular pathways through gene sequencing, protein analysis, and proteomics. TNF-α preconditioning significantly increased exosome production from MSCs by activating the PI3K/AKT pathway and upregulating autophagy proteins, and these enhanced exosomes showed superior joint protection in mice compared to regular MSC exosomes. The improved therapeutic effects were linked to increased levels of LRP1 protein in the preconditioned exosomes, which provided better cartilage protection.
Diese Studie untersuchte, ob eine Vorkonditionierung von mesenchymalen Stammzellen aus dem infrapatellaren Fettkörper (IPFP-MSCs) mit dem Entzündungsfaktor TNF-α sowohl die Exosomen-Produktion als auch deren therapeutische Wirksamkeit bei Osteoarthritis verbessert. Die Forscher analysierten die Exosomen-Sekretion mittels Transkriptom-Sequenzierung, qPCR und Western Blot, testeten die therapeutische Wirkung in einem Maus-Osteoarthritis-Modell und führten proteomische Analysen durch. Die Ergebnisse zeigten, dass TNF-α-Vorkonditionierung die Exosomen-Produktion über den PI3K/AKT-Signalweg und ATG16L1-Hochregulation signifikant steigerte und gleichzeitig die therapeutische Wirksamkeit durch erhöhte LRP1-Expression in den Exosomen verbesserte. Die intraartikuläre Verabreichung der vorbehandelten Exosomen führte zu einer überlegenen Verbesserung der Gelenkp
Cette étude visait à optimiser la production et l'efficacité thérapeutique des exosomes dérivés de cellules souches mésenchymateuses du coussinet adipeux infrapatellaire (IPFP-MSCs) pour le traitement de l'arthrose, en utilisant un préconditionnement au TNF-α. Les chercheurs ont analysé la sécrétion d'exosomes par séquençage transcriptomique, q-PCR et Western blot, puis ont testé l'efficacité thérapeutique dans un modèle murin d'arthrose par injection intra-articulaire. Le préconditionnement au TNF-α a significativement augmenté la production d'exosomes via l'activation de la voie PI3K/AKT et la surexpression d'ATG16L1, tout en améliorant leur efficacité thérapeutique grâce à l'enrichissement en LRP1, une protéine chondroprotectrice. Cette approche de préconditionnement inflammatoire représente une méthode prometteuse pour optimiser la thérapie par exosomes dans le traitement de l'arthrose.
This study aimed to determine the thermal properties of agarose hydrogels used in chondrocyte culture and assess whether mechanical loading could cause significant temperature changes that might affect cell behavior. The researchers measured thermal conductivity using a custom device based on ASTM C177 standards, determined specific heat capacity through differential scanning calorimetry, and calculated the free convection coefficient of phosphate-buffered saline using computational modeling combined with experimental data. They found that 4.5% agarose hydrogels have thermal properties (specific heat capacity: 2.85 J/g°C, thermal conductivity: 0.121 W/mK) similar to articular cartilage, and demonstrated that cyclical mechanical loading produces negligible temperature increases in these samples. These findings confirm that agarose hydrogels not only mimic the mechanical stiffness of cartilage but also its thermal behavior, making them suitable biomimetic materials for in vitro cartilage research without concerns about heat-induced artifacts from mechanical testing.
Diese Studie zielte darauf ab, die thermischen Eigenschaften von Agarose-Hydrogelen zu bestimmen, die häufig für 3D-Zellkulturen von Chondrozyten verwendet werden. Die Forscher verwendeten ASTM C177-konforme Messgeräte zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit und Differenzkalorimetrie für die spezifische Wärmekapazität von 4,5% Agarose-Hydrogelen, ergänzt durch 2D-Wärmeleitungssimulationen in MATLAB. Die ermittelten Werte (Wärmeleitfähigkeit: 0,121 W/mK; spezifische Wärmekapazität: 2,85 J/g°C) zeigten große Ähnlichkeit zu den thermischen Eigenschaften von artikulärem Knorpel. Die Ergebnisse belegen, dass zyklische mechanische Belastung vernachlässigbare Temperaturanstiege verursacht und dass Agarose-Hydrogele sowohl die mechanischen als auch thermischen Eigenschaften der perizellulären Matrix von Knorpel adäquat
Cette étude visait à caractériser les propriétés thermiques des hydrogels d'agarose à 4,5% utilisés pour la culture 3D de chondrocytes, afin d'analyser la production potentielle de chaleur lors de stimulations expérimentales. Les chercheurs ont utilisé un dispositif personnalisé basé sur la norme ASTM C177 pour mesurer la conductivité thermique, la calorimétrie différentielle à balayage pour la capacité thermique spécifique, et des simulations de conduction thermique 2D sous MATLAB. Les résultats montrent que l'agarose présente une capacité thermique spécifique de 2,85 J/g°C et une conductivité thermique de 0,121 W/mK, valeurs similaires à celles du cartilage articulaire (3,20 J/g°C et 0,21 W/mK). Ces propriétés thermiques confirment que les charges cycliques appliquées aux échantillons génèrent des augmentations de température négligeables, validant l'utilisation de l'agarose 4,5% comme modèle biomimétique du cartilage pour les études in vitro.
This study aimed to develop an improved scaffold for cartilage repair by combining 3D-printed poly(glycerol sebacate) (PGS) with a collagen-hyaluronic acid matrix to mimic natural cartilage properties. The researchers created composite scaffolds with hierarchical pores and tested their mechanical properties, degradation rates, and biological performance using rat mesenchymal stem cells over 28 days. The composite scaffold achieved mechanical properties similar to native cartilage (167.0 kPa compressive modulus) with excellent fatigue resistance, while maintaining structural stability for 4 weeks before degrading in a controlled manner. Cell studies showed the scaffold enhanced cell attachment and viability, promoted effective conversion of stem cells into cartilage-producing cells, and stimulated abundant cartilage-like tissue formation, suggesting strong potential for clinical cartilage repair applications.
Diese Studie zielte darauf ab, ein biomimetisches Composite-Scaffold für die verbesserte Reparatur von Knorpeldefekten zu entwickeln und zu charakterisieren. Die Forscher kombinierten ein 3D-gedrucktes Poly(Glycerol-Sebacat)-Gerüst mit einer pro-chondrogenen Kollagen Typ I/II-Hyaluronsäure-Matrix, um ein Scaffold mit hierarchischer Porosität herzustellen. Das entwickelte Composite-Scaffold zeigte knorpelähnliche mechanische Eigenschaften (Kompressionsmodul: 167,0 kPa), ausgezeichnete Ermüdungsresistenz und eine mit der Knorpelregeneration abgestimmte Abbaurate über 4 Wochen. In vitro-Tests mit mesenchymalen Stammzellen demonstrierten eine verbesserte Zellviabilität, erhöhte Beladungseffizienz und eine effektive Chondrogenese mit reichlicher Knorpelmatrix-Ablagerung bis Tag 28.
Cette étude visait à développer un échafaudage composite biomimétique pour améliorer la réparation des défauts cartilagineux, en combinant les propriétés mécaniques du poly(glycérol sébacate) imprimé en 3D avec les capacités pro-chondrogéniques d'une matrice collagène I/II-acide hyaluronique. L'échafaudage composite a démontré des propriétés mécaniques similaires au cartilage natif (module de compression de 167 kPa), une excellente résistance à la fatigue, et une dégradation linéaire maintenant la stabilité structurelle pendant les 4 premières semaines critiques de régénération. Les tests in vitro avec des cellules souches mésenchymateuses de rat ont révélé une efficacité de chargement cellulaire accrue, une meilleure viabilité cellulaire, et une chondrogenèse de haute qualité avec dépôt abondant de matrice cartilagineuse jusqu'au 28ème jour. Ces résultats positionnent cet échafaudage comme un candidat prometteur pour la réparation des défauts cartilagineux grâce à ses propri
This study evaluated a 3D printed scaffold made from collagen type II, silk fibroin, and hyaluronic acid (CSH) as a potential biomaterial for cartilage tissue engineering. The researchers characterized the scaffold's physical properties (porosity, pore structure, hydrophilicity), mechanical behavior (compressive strength and viscoelastic properties), and biological compatibility using chondrocyte cell cultures. The CSH scaffold demonstrated favorable characteristics including 85% porosity, good pore connectivity, appropriate mechanical properties (36.5 kPa compressive modulus), and excellent support for chondrocyte attachment and growth, particularly under dynamic loading conditions. The findings suggest this 3D printed CSH scaffold could serve as an effective biomaterial platform for articular cartilage regeneration applications.
Diese Studie untersuchte die Eignung eines 3D-gedruckten CSH-Scaffolds (Kollagen Typ II/Seidenfibroin/Hyaluronsäure) für das Knorpel-Tissue-Engineering. Die Forscher charakterisierten die mechanischen Eigenschaften und Biokompatibilität des Scaffolds durch Analyse der Porenstruktur, Hydrophilie, mechanischen Parameter und Zellkulturexperimente mit Chondrozyten. Das CSH-Scaffold zeigte eine poröse Netzwerkstruktur (85% Porosität), einen Elastizitätsmodul von 36,54 kPa und ausgezeichnete viskoelastische Eigenschaften, die durch etablierte Kriech- und Spannungsrelaxationsmodelle beschrieben wurden. Die Biokompatibilitätstests bestätigten eine sehr gute Zelladhäsion und -proliferation von Chondrozyten, insbesondere unter dynamischen Kompressionsbedingungen, was das Scaffold als vielversprechenden Kandidaten für die Knorpelregeneration ausweist.
Cette étude vise à évaluer l'applicabilité d'un scaffold imprimé en 3D composé de collagène de type II, fibroïne de soie et acide hyaluronique (CSH) pour l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire. Les chercheurs ont caractérisé les propriétés mécaniques du scaffold et testé sa biocompatibilité avec des chondrocytes en culture. Les résultats montrent que le scaffold CSH présente une structure poreuse tridimensionnelle uniforme (porosité de 85%), des propriétés mécaniques appropriées (module élastique de 36,54 kPa) et un comportement viscoélastique bien modélisé. Les tests de biocompatibilité démontrent une excellente adhésion et prolifération des chondrocytes, particulièrement sous contrainte mécanique dynamique, suggérant un potentiel prometteur pour la régénération du cartilage articulaire.
This study investigated how high tibial osteotomy (HTO) surgery affects knee joint biology in patients with osteoarthritis by examining changes in synovial fluid biomarkers and MRI findings one year after surgery. The researchers analyzed synovial fluid samples and 3T MRI scans from 26 patients with symptomatic knee osteoarthritis before and after HTO, measuring multiple cytokines and growth factors while assessing joint inflammation and cartilage quality on imaging. One year after HTO surgery, patients showed reduced inflammatory signaling pathways (including decreased IL-6, TNF-α, and IL-1β), decreased joint effusion and inflammation on MRI, and improved cartilage T2 relaxation times indicating better cartilage composition. The findings suggest that correcting abnormal knee loading through HTO surgery leads to sustained improvements in joint inflammation and cartilage health, supporting the concept that mechanical factors play a crucial role in osteoarthritis progression and treatment.
Diese explorative Studie untersuchte die mechanobiologischen Veränderungen nach hoher Tibiaosteotomie (HTO) bei 26 Patienten mit symptomatischer Kniearthrose und Varusfehlstellung. Die Forscher analysierten Synovialflüssigkeits-Biomarker mittels Multiplex-Assays und MRT-Parameter (Erguss-Synovitis-Volumen und T2-Knorpelrelaxationszeit) vor und ein Jahr nach der Operation. Ein Jahr nach HTO zeigten sich reduzierte Entzündungsmarker (IL-6, TNF-α, IL-1β) und verstärkte anabole Prozesse (EGF, PDGF-BB, FGF-2) in der Synovialflüssigkeit, begleitet von einer signifikanten Abnahme des Erguss-Synovitis-Volumens und der T2-Relaxationszeit des medialen tibiofemorale Knorpels. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Verbesserung der Kniebelastung durch HTO langfristig zu einer günstigen Veränderung der Gelenkphy
Cette étude exploratoire visait à analyser les changements dans la physiologie articulaire du genou après ostéotomie tibiale haute (HTO) en examinant les biomarqueurs du liquide synovial et les marqueurs IRM chez 26 patients avec arthrose symptomatique. Les méthodes incluaient des aspirations de liquide synovial, des IRM 3T avant et un an après HTO, avec dosage de cytokines par tests multiplex et analyse des voies biologiques par GSEA. Les résultats montrent une diminution significative de l'enrichissement des voies pro-inflammatoires (Toll-like receptor, TNF-α) avec réduction des cytokines inflammatoires (IL-6, TNF-α, IL-1β) et augmentation des facteurs de croissance (EGF, PDGF-BB, FGF-2), accompagnée d'une diminution du volume d'épanchement synovitique (-2811 mm³) et du temps de relaxation T2 du cartilage. Ces findings suggèrent qu'une amélioration de la charge mécanique du genou peut produire des bénéfices durables sur la physiologie articulaire à un an, avec réduction de l'
This study investigated whether combining pyrocarbon (PYC) biomaterial with mechanical loading could improve scaffold-free cartilage tissue engineering using mouse chondrocytes. The researchers cultured chondrocyte droplets between PYC surfaces and applied cyclic compression (0.5 Hz frequency, 100 μm amplitude) for 17 days using a custom bioreactor. The combination of PYC biomaterial and mechanical stimulation produced the best results, generating tissue constructs with cartilage-like matrix components (glycosaminoglycans, type II collagen, aggrecan) and mechanical properties similar to natural cartilage (low elasticity, high viscosity). Importantly, the engineered tissues showed no signs of unwanted calcium deposits or hypertrophic maturation, suggesting successful maintenance of the healthy chondrocyte phenotype.
Diese Studie untersuchte die Entwicklung von knorpelähnlichem Gewebe mittels eines gerüstfreien Verfahrens unter Verwendung von Pyrocarbon (PYC) als Biomaterial und mechanischer Stimulation. Primäre Maus-Chondrozyten wurden zwischen PYC-Oberflächen kultiviert und über 17 Tage zyklischer uniaxialer Kompression (0,5 Hz, 100 μm Amplitude) in einem speziell entwickelten Bioreaktor ausgesetzt. Die histologischen und immunhistochemischen Analysen zeigten, dass PYC die Expression knorpeltypischer Matrixkomponenten (Glykosaminoglykane, Kollagen Typ II, Aggrecan) förderte, wobei die dynamischen Bedingungen zu dichteren und kohäsiveren Konstrukten führten. Die Kombination aus PYC-Biomaterial und mechanischer Stimulation erzeugte Konstrukte mit niedrigerer Elastizität und höherer Viskosität, wodurch ein erhöhter Dämpfungsfaktor erreicht wurde, der den mechanischen Eigenschaften von natürlichem
Cette étude visait à développer un cartilage artificiel sans scaffold en utilisant des chondrocytes murins primaires, en combinant un biomatériau de pyrocarbone (PYC) et une stimulation mécanique cyclique. Les chercheurs ont cultivé les cellules entre deux surfaces de PYC espacées de 500 μm et appliqué une compression uniaxiale cyclique (0,5 Hz, amplitude de 100 μm) pendant 17 jours dans un bioréacteur développé spécifiquement. Les résultats montrent que le PYC favorise l'expression des composants matriciels cartilagineux (glycosaminoglycanes, collagène de type II, aggrécane), tandis que la stimulation mécanique améliore la densité et la cohésion des construits. La combinaison optimale PYC-stimulation dynamique a produit des tissus avec des propriétés viscoélastiques proches du cartilage articulaire naturel, sans signes de maturation hypertrophique des chondrocytes.
This study aimed to comprehensively characterize the tensile, compressive, and frictional properties of human knee cartilage across different joint surfaces and examine how these properties relate to cartilage degeneration. The researchers tested 155 tensile samples and 40 osteochondral plugs from 5 human tibiofemoral joints, measuring mechanical properties and grading cartilage health using the OARSI classification system. Key findings revealed distinct site-specific differences: the medial femur was more compliant in tension compared to the lateral femur, the lateral tibia had lower compressive stiffness than femoral surfaces, and the medial tibia showed higher initial friction than femoral condyles. While compressive properties worsened with increasing cartilage degeneration, tensile and friction properties showed no significant correlation with degeneration grade, suggesting these mechanical changes occur at different stages of cartilage breakdown.
Diese Studie zielte darauf ab, die Zug-, Druck- und Reibungseigenschaften von Gelenkknorpel an verschiedenen Stellen des Tibiofemoralgelenks zu charakterisieren und deren Zusammenhang mit Knorpeldegeneration zu untersuchen. Die Forscher untersuchten Knorpelproben von fünf menschlichen Kniegelenken mittels Zugversuchen (155 Proben) und osteochondralen Stanzen (40 Proben), wobei sie die mechanischen Eigenschaften bestimmten und nach OARSI-Graden klassifizierten. Die Ergebnisse zeigten deutliche standortspezifische Unterschiede: der mediale Femur war zugbelastungstoleranter als der laterale, die laterale Tibia wies einen niedrigeren Kompressionsmodul auf, und die mediale Tibia hatte höhere Reibungskoeffizienten im Vergleich zu den femoralen Kondylen. Während nur die Kompressionseigenschaften mit zunehmendem OARSI-Grad verschlechterten, blieben Zug- und Reibungseigensch
Cette étude visait à caractériser et comparer les propriétés tensionnelles, compressives et frictionnelles du cartilage articulaire humain dans différentes zones de l'articulation tibio-fémorale, et à établir leurs relations avec la dégénérescence cartilagineuse. Les chercheurs ont analysé 155 échantillons de traction et 40 plugs ostéochondraux provenant de 5 articulations tibio-fémorales humaines, en évaluant les propriétés mécaniques et les grades OARSI par modèles mixtes linéaires et corrélations de Spearman. Les résultats révèlent des différences site-spécifiques significatives : le fémur médial était plus compliant et visqueux en tension, le tibia latéral présentait un module d'équilibre plus faible en compression, et le tibia médial montrait un coefficient de friction initial plus élevé. Seules les propriétés compressives étaient corrélées à la dégénérescence (grade OARSI), contrairement aux propriétés tensionnelles et frictionnelles, suggérant des adaptations mécaniques spécifiques aux contraintes de chargement de chaque surface
This study investigated how simulated weightlessness affects knee cartilage and quadriceps muscle structure in rats using a tail suspension model that mimics conditions in bedridden patients. The researchers used 30 rats (20 suspended, 10 controls) and employed multiple techniques including transmission electron microscopy, MRI T2 mapping, ELISA testing, and nanoindentation to examine changes at 14 and 28 days. The findings revealed progressive damage with weightlessness exposure: early mitochondrial and endoplasmic reticulum damage in both cartilage and muscle (day 14), followed by severe structural deterioration, increased joint inflammation, reduced cartilage elasticity and hardness, and decreased type II collagen-positive cells by day 28. The study demonstrates that weightlessness causes significant musculoskeletal deterioration through cellular damage mechanisms, leading to accelerated cartilage degeneration that worsens over time.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen simulierter Schwerelosigkeit auf die Ultrastruktur von Knieknorpel und Quadrizepsmuskel bei Ratten mittels Schwanzaufhängung über 14 und 28 Tage. Die Forscher verwendeten Transmissionselektronenmikroskopie, MRT-T2-Mapping, biomechanische Nanoindentation und ELISA-Analysen zur Bewertung struktureller Veränderungen, Entzündungsmarker und mechanischer Eigenschaften. Die Ergebnisse zeigten bereits nach 14 Tagen mitochondriale Schäden in Knorpel und Muskel, reduzierte Muskel-Mitochondrienaktivität und erhöhte Entzündungsfaktoren im Synovialfluid, die sich bis Tag 28 deutlich verschlechterten. Schwerelosigkeit führte zu progressiver Knorpeldegeneration mit verringertem Elastizitätsmodul und Härte, Oberflächenschäden und reduzierter Kollagen-II-Expression, was die klinische Relevanz für langzeitbettlägerige
Cette étude visait à analyser les effets de la microgravité simulée sur l'ultrastructure du cartilage du genou et du muscle quadriceps chez le rat. Les chercheurs ont utilisé un modèle de suspension caudale sur 30 rats pendant 14 et 28 jours, en combinant microscopie électronique à transmission, IRM T2 mapping, analyses ELISA et évaluations biomécaniques par nanoindentation. Les résultats révèlent des dommages mitochondriaux progressifs dans le cartilage et le muscle, une inactivation des mitochondries musculaires, une augmentation de l'inflammation intra-articulaire, ainsi qu'une diminution significative du module élastique et de la dureté du cartilage. L'environnement de microgravité entraîne donc une dégénérescence cartilagineuse accélérée associée à des altérations structurelles et fonctionnelles du système musculosquelettique.
This study investigated how reduced mechanical loading from microgravity affects cartilage cell metabolism and osteoarthritis risk in astronauts. The researchers encapsulated human chondrocytes (cartilage cells) in agarose gel to mimic the natural cartilage environment, then exposed these constructs to simulated microgravity for four days using a rotating wall vessel bioreactor before analyzing metabolic changes with mass spectrometry. The analysis identified 497 significant metabolic changes out of 1,205 detected features, with key alterations in glutathione, nitrogen, histidine, vitamin B6, and sugar metabolism pathways related to protein synthesis, energy production, and oxidative stress. Importantly, these microgravity-induced metabolic changes closely resembled patterns previously observed in early osteoarthritis, suggesting that even short-term exposure to reduced mechanical loading may initiate osteoarthritic processes and could potentially be detected through synovial fluid analysis in astronauts.
Diese Studie untersuchte, wie sich simulierte Schwerelosigkeit auf den Stoffwechsel von Knorpelzellen auswirkt und ob dies das Osteoarthritis-Risiko bei Astronauten erhöhen könnte. Die Forscher kultivierten menschliche Chondrozyten in Agarose-Gel-Konstrukten, die die Knorpel-Mikroumgebung nachahmen, und setzten diese vier Tage lang in einem Rotating Wall Vessel Bioreaktor simulierter Mikrogravitation aus, bevor sie eine umfassende metabolomische Analyse mittels Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie durchführten. Die Ergebnisse zeigten signifikante Veränderungen in 497 Stoffwechselprodukten, insbesondere in Bereichen wie Glutathion-, Stickstoff- und Histidin-Metabolismus sowie Proteinsynthese und Energiestoffwechsel. Bemerkenswert ist, dass diese metabolischen Veränderungen denen bei früher Osteoarthritis ähnelten, was darauf hindeutet, dass bereits kurzzeitige Schwere
Cette étude visait à évaluer les risques de développement d'arthrose chez les astronautes exposés à la microgravité en analysant les réponses métaboliques des chondrocytes humains. Les chercheurs ont encapsulé des chondrocytes dans un gel d'agarose mimant l'environnement cartilagineux et les ont exposés à une microgravité simulée pendant 4 jours à l'aide d'un bioréacteur rotatif, puis ont analysé 1205 caractéristiques métaboliques par chromatographie liquide-spectrométrie de masse. L'exposition à la microgravité a induit des modifications métaboliques significatives dans les voies du glutathion, de l'azote, de l'histidine et des aminosucres, affectant la synthèse protéique, le métabolisme énergétique et le catabolisme oxydatif. Ces profils métaboliques étaient similaires à ceux observés dans le liquide synovial de patients arthrosiques, suggérant qu'une exposition courte à la microgravité pourrait déclencher des processus pathologiques menant à l'arthrose.
This cadaver study investigated whether ankle ligament dimensions could predict cartilage degeneration in nearby joints. The researchers measured six different ankle ligaments in 50 feet from 45 Japanese cadavers and assessed whether talonavicular joint surfaces showed signs of degeneration through visual inspection. Only the width of the calcaneofibular ligament (CFL) was significantly different between feet with and without talonavicular joint degeneration, with wider ligaments associated with cartilage damage. A CFL width greater than 8.7 mm could predict talonavicular joint degeneration with 75% sensitivity and 83% specificity, suggesting that ligament widening may occur as a compensatory response to joint deterioration.
Diese Kadaverstudie untersuchte den Zusammenhang zwischen der Morphologie von Sprunggelenksbändern und der Degeneration von Gelenkflächen bei 50 Füßen japanischer Kadaver. Die Forscher maßen Länge, Breite und Dicke von sechs verschiedenen Bändern und bewerteten makroskopisch die Degeneration der talonavikulären Gelenkfläche. Als Hauptergebnis zeigte sich, dass nur die Breite des Ligamentum calcaneofibulare (CFL) signifikant mit der talonavikulären Gelenkdegeneration korrelierte - mit einer Sensitivität von 75% und Spezifität von 83,3% bei einem Grenzwert von 8,7 mm Breite. Die Studie belegt somit, dass eine verbreiterte CFL-Morphologie als Indikator für eine talonavikuläre Arthrose dienen kann.
Cette étude cadavérique visait à clarifier la relation entre la morphologie ligamentaire et la dégénérescence des surfaces articulaires dans les articulations de la cheville. Les chercheurs ont mesuré les dimensions de six ligaments chez 50 pieds de cadavres japonais et ont évalué macroscopiquement la dégénérescence de la surface articulaire talo-naviculaire. Seule la largeur du ligament calcanéo-fibulaire (LCF) différait significativement entre les groupes avec et sans dégénérescence (p < 0,001), avec une valeur seuil de 8,7 mm offrant une sensibilité de 75% et une spécificité de 83,3%. Ces résultats suggèrent qu'un LCF élargi constitue un indicateur fiable de dégénérescence de la surface articulaire talo-naviculaire.
This study aimed to develop an injectable hydrogel that could withstand the demanding mechanical environment of joints while promoting cartilage regeneration. The researchers created a dual-crosslinked hydrogel combining oxidized hyaluronic acid, modified hyaluronic acid, oxidized chondroitin sulfate, and decellularized cartilage matrix that forms through both dynamic and covalent crosslinking mechanisms. The hydrogel demonstrated excellent mechanical properties including self-healing ability, responsiveness to shear forces, and lubrication characteristics that mimic natural cartilage behavior. Animal testing showed the material successfully promoted cartilage repair with lubrication properties nearly equivalent to healthy cartilage, while also showing good biocompatibility and ability to support cell migration and stem cell differentiation.
Diese Studie zielte darauf ab, ein scherkraftresponsives und schmierendes Hydrogel für die Gelenkknorpelregeneration zu entwickeln, das den dynamischen Belastungen im Gelenk standhalten kann. Die Forscher entwickelten ein injizierbares, dual-vernetztes Hydrogel aus oxidierter Hyaluronsäure (OHA), modifizierter Hyaluronsäure (HA-ADH), oxidiertem Chondroitinsulfat (OCHS) und dezellularisierter extrazellulärer Matrix (DECMMA), wobei die dynamische Vernetzung durch Aldehyd-Amino-Reaktionen und die kovalente Vernetzung durch DECMMA erfolgte. Das Hydrogel zeigte hervorragende mechanische Eigenschaften mit Injizierbarkeit und Selbstheilungsfähigkeit, während die DECMMA-Fasern unter Scherkraft ausrichtbar waren und dem Material schmierende Eigenschaften verliehen. In vitro- und in vivo-Experimente bestätigten die Biokompatibilität, die Förderung der Chondrozytenmigration und Stammzelldiffer
Cette étude visait à développer un hydrogel injectable répondant aux contraintes mécaniques élevées de l'environnement articulaire pour la régénération du cartilage. Les chercheurs ont fabriqué un hydrogel à double réticulation combinant l'acide hyaluronique oxydé, le sulfate de chondroïtine oxydé, l'acide hyaluronique greffé à l'adipique dihydrazide et une matrice extracellulaire décellularisée méthacrylée (DECMMA). L'hydrogel présente des propriétés d'auto-guérison, de réactivité au cisaillement et de lubrification grâce à l'alignement des fibres de DECMMA sous contrainte mécanique. Les expérimentations in vitro et in vivo ont démontré une excellente biocompatibilité, une promotion de la migration chondrocytaire et de la différenciation des cellules souches, avec une réparation cartilagineuse dont les propriétés lubrifiantes approchent celles du cartilage normal.
This case report evaluated the effectiveness of heparin-conjugated fibrin hydrogel implantation for treating localized cartilage defects in knee osteoarthritis. The researchers followed a 46-year-old male patient for one year after hydrogel implantation, monitoring outcomes through functional tests, MRI imaging, and adverse event assessment. The study found that the hydrogel successfully integrated into the defect site and promoted formation of hyaline-like cartilage tissue, leading to improved knee cartilage condition. MRI comparisons between pre-treatment and one-year post-surgery confirmed the effectiveness of this regenerative treatment approach.
Diese Fallstudie untersuchte die Wirksamkeit eines Heparin-konjugierten Fibrin-Hydrogels zur Behandlung lokaler Knorpeldefekte bei Kniearthrose. Bei einem 46-jährigen Mann mit einem lokalisierten Knorpeldefekt wurde das Hydrogel implantiert und der Patient über ein Jahr mittels Funktionstests, MRT-Bildgebung und Nebenwirkungsmonitoring nachverfolgt. Die Ergebnisse zeigten eine erfolgreiche Einheilung des Hydrogels mit Remodeling zu hyalin-ähnlichem Knorpel und deutlicher Verbesserung des geschädigten Knieknorpels. Der Vergleich der MRT-Aufnahmen vor dem Eingriff und nach einem Jahr bestätigte die Effektivität dieser Technologie zur Knorpelregeneration.
Cette étude de cas rapporte l'utilisation d'un hydrogel de fibrine conjugué à l'héparine pour traiter les défauts cartilagineux localisés dans l'arthrose du genou. Les auteurs ont suivi un patient de 46 ans pendant une année après l'implantation, en réalisant des tests fonctionnels, des IRM de contrôle et une surveillance des effets secondaires. Les résultats montrent que l'hydrogel s'est intégré avec succès et a conduit à un remodelage cartilagineux de type hyalin, améliorant l'état du cartilage endommagé. La comparaison des images IRM pré- et post-opératoires à 1 an confirme l'efficacité de cette approche thérapeutique innovante.
This study aimed to measure friction coefficients in osteoarthritic cartilage using patient-specific synovial fluid under different loading conditions to identify which conditions produce the highest friction. The researchers tested cartilage samples from six knee replacement patients using a specialized friction testing device, applying four different loading patterns that mimic daily activities like walking. The key finding was that stance phase loading (when weight is on the leg during walking) initially produced the lowest friction but showed the largest increase over time (+276%), while swing phase loading (when the leg moves forward) maintained consistently low friction. Despite the diseased state of the cartilage and synovial fluid, the lubrication system still provided effective friction reduction, suggesting that osteoarthritic synovial fluid retains some protective properties.
Diese Studie untersuchte die Reibungskoeffizienten von degeneriertem menschlichem Knorpel unter verschiedenen Belastungsbedingungen, um herauszufinden, welche Belastungen die höchste Reibung verursachen. Die Forscher verwendeten Knorpelproben von sechs Patienten mit Kniegelenkersatz und testeten diese mit patientenspezifischer Synovialflüssigkeit in einem Tribometer unter vier physiologischen Belastungsregimen, die alltägliche Aktivitäten simulierten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Standphasen-Belastung initial die niedrigste Reibung aufwies, aber über die Zeit den stärksten Anstieg um 276% verzeichnete, während bei Schwungphasen-Belastung die Reibung konstant niedrig blieb. Die Studie demonstrierte, dass arthrotische Synovialflüssigkeit trotz Erkrankung ausreichend ist, um niedrige Knorpelreibung zu gewährleisten, wobei die Reibungseigenschaften stark von der Belastungsart abhängen
Cette étude visait à quantifier les coefficients de friction du cartilage arthrosique humain lubrifié avec du liquide synovial spécifique au patient sous quatre régimes de charge différents pour identifier ceux causant la friction la plus élevée. Les chercheurs ont utilisé des échantillons de plateaux tibiaux et de liquide synovial de six patients subissant une arthroplastie totale du genou, testés sur un tribomètre cartilage-verre sous des conditions de charge physiologiques. Les résultats montrent que la charge prolongée en phase d'appui génère la plus forte augmentation de friction dépendante du temps (+276%), tandis que la phase oscillante maintient une friction faible et stable. L'étude révèle également que le liquide synovial arthrosique reste suffisant pour assurer une lubrification efficace du cartilage dégénéré.
This study investigated how different levels of mechanical compression affect both tissue-building (anabolic) and tissue-breakdown (catabolic) processes in cartilage cells grown in laboratory constructs. The researchers embedded bovine cartilage cells in agarose gel and applied varying levels of dynamic compression (0-15% strain) for different durations, then measured anabolic activity using radioactive tracers and catabolic activity through enzyme levels. The key finding was that low-to-moderate compression (2.5-5% strain) promoted beneficial tissue growth with minimal breakdown, while high compression (15% strain) caused harmful effects by reducing tissue synthesis and increasing destructive enzyme activity. This research highlights the importance of optimizing mechanical loading parameters in cartilage tissue engineering, as the amount of compression can determine whether the response helps or hinders cartilage development.
Diese Studie untersuchte, wie dynamische Kompression sowohl die aufbauenden (anabolen) als auch abbauenden (katabolen) Stoffwechselprozesse in Knorpelzellen beeinflusst. Die Forscher kultivierten bovine Chondrozyten in Agarose-Gelen und setzten sie verschiedenen Kompressionsstärken (0-15%) aus, wobei sie die Anabolismus-Marker ([³H]-Prolin und [³⁵S]-Sulfat-Einbau) und die Katabolismus-Aktivität (MMP-13) analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass niedrige bis moderate Kompression (2,5-5%) die anabole Aktivität steigerte bei minimaler katabolen Antwort, während hohe Kompression (15%) zu verstärktem Abbau und reduzierter Knorpelmatrix-Synthese führte. Diese Erkenntnisse unterstreichen die Bedeutung optimierter mechanischer Belastungsprotokolle für das Tissue Engineering von Knorpelgewebe.
Cette étude visait à évaluer l'effet simultané de la compression dynamique sur les processus anaboliques et cataboliques dans des construits d'ingénierie tissulaire cartilagineux. Les chondrocytes bovins encapsulés dans des gels d'agarose ont été soumis à différents niveaux de déformation compressive (0-15%) pendant 20 ou 60 minutes, avec évaluation de l'anabolisme par incorporation de [³H]-proline et [³⁵S]-sulfate, et du catabolisme par l'activité enzymatique de MMP-13. Les résultats montrent que les déformations faibles à modérées (2,5% et 5%) stimulent l'activité anabolique avec une réponse catabolique minimale, tandis que les déformations élevées (15%) induisent un catabolisme accru et réduisent l'anabolisme, confirmant l'importance d'optimiser les paramètres mécaniques pour l'ingénierie du cartilage. Cette recherche souligne la nécessité d'évaluer simultanément les deux processus métaboliques pour optimiser les propriétés des cartilages artificiels.
I'm unable to provide a summary of this research as the abstract is not available (marked as "NA"). The title indicates this is a correction to a study that examined how different intensities of treadmill running affect lubricin metabolism in rat knee cartilage. Lubricin is an important protein that helps lubricate joints during movement. To provide an accurate summary of the study's objectives, methods, and findings, I would need access to the actual abstract or full correction text. If you can provide the abstract content, I'd be happy to create the requested summary for clinicians and researchers.
Ich kann leider keine Zusammenfassung erstellen, da nur der Titel zur Verfügung steht und kein Abstract bereitgestellt wurde (Abstract: NA). Der Titel deutet auf eine Korrektur einer Studie hin, die den intensitätsabhängigen Effekt von Laufbandtraining auf den Lubricin-Stoffwechsel im Gelenkknorpel von Ratten untersuchte. Lubricin ist ein wichtiges Schmiermittelprotein in Gelenken, das für die reibungslose Gelenkfunktion essentiell ist. Für eine vollständige Zusammenfassung von Studienziel, Methoden und Ergebnissen wäre das ursprüngliche Abstract der korrigierten Publikation erforderlich.
Je ne peux pas rédiger un résumé concis de cette étude car seul le titre est fourni, indiquant qu'il s'agit d'une correction d'article, et le résumé est marqué comme "NA" (non disponible).
Pour produire un résumé informatif portant sur l'objectif de l'étude, les méthodes utilisées et les résultats principaux concernant l'effet dose-dépendant de la course sur tapis roulant sur le métabolisme de la lubricine dans le cartilage articulaire de rat, j'aurais besoin du contenu complet du résumé original.
Pourriez-vous fournir le résumé de l'article original ou le contenu de la correction ?
This study evaluated the effectiveness and safety of a single injection of cross-linked high-molecular-weight hyaluronic acid (90 mg) for treating knee osteoarthritis. The researchers conducted a prospective observational study with 50 patients aged 18-65, measuring various clinical outcomes including knee function, pain, mobility, and psychological well-being at 3, 6, and 12 months post-injection. Results showed statistically significant improvements in clinical scores at 3 and 6 months, with benefits declining by 12 months, while functional and psychological improvements remained significant throughout the entire follow-up period. The treatment was well-tolerated with only injection site pain reported as a side effect, supporting its use as an effective option for managing mild-to-moderate knee osteoarthritis.
Diese prospektive Beobachtungsstudie untersuchte die Wirksamkeit und Sicherheit einer einmaligen intraartikulären Injektion von quervernetzter hochmolekularer Hyaluronsäure (DIART ONE 90 mg) bei 50 Patienten mit Kniearthrose. Die Forscher verwendeten verschiedene klinische Scores, darunter den KOOS als primären Endpunkt sowie Schmerz-, Funktions- und Lebensqualitätsmessungen als sekundäre Parameter über 12 Monate. Die Ergebnisse zeigten statistisch signifikante klinische Verbesserungen nach 3 und 6 Monaten, wobei der Nutzen nach 12 Monaten nachließ, während funktionelle und psychologische Vorteile über den gesamten Studienzeitraum anhielten. Als einzige Nebenwirkung traten Injektionsschmerzen auf, weshalb die Autoren das Präparat als effektive Behandlungsoption für leichte bis moderate Kniearthrose bewerten.
Cette étude prospective a évalué l'efficacité et la sécurité de l'acide hyaluronique réticulé de haut poids moléculaire (DIART ONE 90 mg) administré par injection intra-articulaire unique chez 50 patients âgés de 18 à 65 ans souffrant d'arthrose du genou. Les chercheurs ont utilisé plusieurs échelles d'évaluation dont le score KOOS comme critère principal, avec un suivi à 3, 6 et 12 mois. Les résultats montrent une amélioration statistiquement significative des scores cliniques à 3 et 6 mois (avec diminution du bénéfice à 12 mois), tandis que les bénéfices fonctionnels et psychologiques persistent jusqu'à 12 mois, sans effets secondaires notables hormis une douleur transitoire au site d'injection. Cette approche thérapeutique s'avère donc efficace et sûre pour la prise en charge de l'arthrose légère à modérée du genou.
This study investigated how the substrate used during hydrogel formation affects the frictional properties of tissue-engineered cartilage and chondrocyte behavior under mechanical loading. The researchers photocrosslinked gelatin methacryloyl and hyaluronic acid methacrylate hydrogels on different substrates (hydrophobic polytetrafluoroethylene versus glass) and tested their tribological properties and cellular responses to biaxial loading that mimics joint movement. Hydrogels formed on hydrophobic substrates showed significantly lower friction coefficients, better self-lubrication through water exudation, and reduced crosslinking density compared to those formed on glass. When chondrocyte-laden low-friction hydrogels were subjected to mechanical loading, they developed superior hyaline cartilage tissue, demonstrating that substrate choice during hydrogel crosslinking is crucial for optimizing cartilage regeneration outcomes.
Diese Studie untersuchte, wie verschiedene Vernetzungssubstrate die Reibungseigenschaften von Hydrogelen für die Knorpelregeneration beeinflussen. Die Forscher verwendeten Gelatine-Methacryloyl- und Hyaluronsäure-Methacrylat-Hydrogele, die auf hydrophoben (Polytetrafluorethylen) versus hydrophilen (Glas) Substraten photovernetzt und anschließend biaxialer mechanischer Belastung ausgesetzt wurden. Hydrogele, die auf hydrophoben Substraten vernetzt wurden, zeigten deutlich niedrigere Reibungskoeffizienten und bessere Selbstschmierung durch Wasserabgabe. Unter mechanischer Stimulation entwickelten sich in den reibungsarmen Konstrukten hochwertigerer hyaliner Knorpel, was die klinische Bedeutung der Substratauswahl für die Knorpelregeneration unterstreicht.
Cette étude vise à évaluer l'impact du substrat de réticulation sur les propriétés tribologiques des hydrogels et leur influence sur le comportement des chondrocytes sous contrainte mécanique. Les chercheurs ont photocroisé des hydrogels de gélatine méthacryloyl et d'acide hyaluronique méthacrylate sur différents substrats (polytétrafluoroéthylène hydrophobe vs verre) et analysé leurs propriétés de friction ainsi que la réponse cellulaire à la stimulation biaxiale. Les hydrogels réticulés sur substrat hydrophobe présentent des surfaces plus hydratées et lubrifiantes avec des coefficients de friction réduits, facilitant l'auto-lubrification par exsudation d'eau. Cette réduction de friction favorise la formation d'un cartilage hyalin de qualité supérieure lors du chargement biaxial intermittent, démontrant l'importance du choix du substrat de réticulation pour l'ingénierie tissulaire du cartilage.
This study investigated whether preconditioning adipose-derived stem cells (ADSCs) with green tea compound EGCG or microRNA-92a could enhance their therapeutic effectiveness for treating rheumatoid arthritis compared to standard ADSCs.
Researchers used both laboratory cell studies and a rat model of arthritis, testing different treatment groups including untreated rats, arthritis-only rats, and rats receiving various types of preconditioned or standard ADSCs.
The results showed that preconditioning ADSCs with either EGCG or microRNA-92a significantly improved joint swelling, bone health, immune infiltration, and cartilage damage compared to standard ADSC treatment, with these benefits working through a specific molecular pathway (KLF4/IL-17/MMP-2). These preconditioned stem cells demonstrated superior anti-inflammatory and cartilage repair effects, suggesting they could offer a promising enhanced stem cell therapy approach for rheumatoid arthritis treatment.
Diese Studie untersuchte, ob mit Grüntee-EGCG und miR-92a vorkonditionierte Adipose-derived Stammzellen (ADSCs) eine verbesserte Therapie der rheumatoiden Arthritis (RA) ermöglichen. Die Forscher verwendeten sowohl In-vitro-Zellmodelle als auch ein Kollagen-induziertes Arthritis-Rattenmodell, wobei verschiedene Behandlungsgruppen mit unkonditionierten und vorkonditionierten Stammzellen verglichen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass EGCG- und miR-92a-vorkonditionierte ADSCs signifikant bessere therapeutische Effekte erzielten als unkonditionierte Zellen, einschließlich reduzierter Gelenkentzündung, verbesserter Knorpelregeneration und Modulation des KLF4/IL-17/MMP-2-Signalwegs. Diese Befunde deuten darauf hin, dass die Vorkonditionierung von Stammzellen ein vielversprechender Ansatz zur Verbesserung der zellbasierten RA-Therapie
Cette étude a évalué l'efficacité thérapeutique des cellules souches dérivées du tissu adipeux (ADSCs) préconditionnées avec l'EGCG du thé vert et le miR-92a dans le traitement de la polyarthrite rhumatoïde (PR). Les chercheurs ont utilisé des modèles in vitro et in vivo sur des rats avec arthrite induite par le collagène, comparant les effets des ADSCs préconditionnées versus non-conditionnées. Les résultats démontrent que le préconditionnement avec l'EGCG et le miR-92a améliore significativement la viabilité cellulaire via la voie CXCR4/p-AKT et réduit l'inflammation articulaire, l'infiltration immunitaire et la dégradation cartilagineuse par modulation de l'axe KLF4/IL-17/MMP-2. Ces ADSCs préconditionnées présentent un potentiel thérapeutique supérieur aux cellules non-conditionnées pour la régénération cartilagineuse dans la PR.
This study aimed to develop a cell-free approach for articular cartilage repair using engineered exosomes delivered via 3D bioprinted scaffolds. The researchers preconditioned synovial mesenchymal stem cells with growth differentiation factor 5 (GDF-5) to produce enhanced exosomes (G-exos), which were then incorporated into glycyrrhizic acid/hyaluronic acid scaffolds using digital light processing bioprinting. The GDF-5 preconditioning enriched the exosomes with miR-383-3p, which promoted cartilage formation by activating the KDM2A/SOX2 signaling pathway in target cells. In rat studies, the bioprinted scaffolds containing G-exos significantly enhanced cartilage regeneration and improved the joint cavity microenvironment compared to controls, offering a promising cell-free therapeutic strategy for cartilage defect repair.
Diese Studie zielte darauf ab, die Knorpelregeneration durch GDF-5-vorkonditionierte Exosomen aus mesenchymalen Stammzellen zu verbessern. Die Forscher konditionierten synoviale mesenchymale Stammzellen mit Wachstumsdifferenzierungsfaktor 5 (GDF-5) vor, um therapeutisch wirksamere Exosomen (G-Exos) zu erzeugen, die anschließend mittels 3D-Bioprinting in ein Glycyrrhizinsäure/Hyaluronsäure-Gerüst eingebettet wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass G-Exos über den miR-383-3p/KDM2A/SOX2-Signalweg die Chondrogenese fördern und die biogedruckten Scaffolds sowohl in vitro als auch in vivo (Rattenmodell) eine signifikante Knorpelregeneration bewirkten. Diese zellfreie Strategie stellt einen vielversprechenden Ansatz für die Reparatur von Gelenkknorpeldefekten dar.
Cette étude visait à développer une stratégie de régénération cartilagineuse sans cellules en utilisant des exosomes de cellules souches mésenchymateuses préconditionnées par le facteur de différenciation de croissance 5 (GDF-5). Les chercheurs ont intégré ces exosomes enrichis en miR-383-3P (G-Exos) dans des scaffolds d'acide hyaluronique imprimés en 3D par bioimpression DLP, démontrant que les G-Exos activent la voie de signalisation KDM2A/SOX2 pour promouvoir la chondrogenèse. Les scaffolds GA/HA/G-Exos ont montré des propriétés biologiques significatives in vitro et ont efficacement favorisé la régénération du cartilage articulaire chez le rat Sprague-Dawley. Cette approche offre une stratégie prometteuse de médecine régénérative pour la réparation des défauts cartilagineux via des scaffolds biologiques fonctionnalisés par des exosomes.
This study investigated whether a topical gel containing ibuprofen nanocrystals combined with glucosamine sulfate could provide anti-inflammatory and cartilage-protective effects in knee osteoarthritis. Researchers developed the nanocrystal gel formulation and tested it using skin permeation studies, followed by evaluation in a rat model of osteoarthritis through X-rays, tissue analysis, and molecular markers. The nanocrystal gel showed 1.87-fold better skin penetration compared to regular ibuprofen gel and demonstrated significant improvements in cartilage regeneration, reduced osteophyte formation, and restoration of cartilage thickness and glycosaminoglycan levels. Additionally, the treatment substantially reduced key inflammatory markers (COX-2, TNF-α, IL-1β) and collagen degradation markers, suggesting this combination approach could offer a promising topical treatment for knee osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte das therapeutische Potenzial eines neuartigen Glucosamin-Sulfat-verstärkten Ibuprofen-Nanokristall-Gels (IBU-GS-NCS Gel) zur Behandlung experimenteller Kniearthrose. Die Forscher entwickelten Nanokristalle mittels Anti-Lösungsmittel-Präzipitation und testeten das formulierte Gel sowohl in vitro (Hautpermeation an Rattenhaut) als auch in vivo (Arthrose-Rattenmodell) mit radiologischen, histologischen und molekularbiologischen Analysemethoden. Das IBU-GS-NCS Gel zeigte eine 1,87-fach erhöhte Hautpermeation im Vergleich zu herkömmlichem Ibuprofen-Gel und demonstrierte in behandelten Ratten eine deutliche Knorpelregeneration sowie signifikante Reduktionen der Entzündungsmarker COX-2, TNF-α und IL-1β. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Nanokristall-Formulierung sowohl entzündungshemmende als auch kn
Cette étude avait pour objectif d'évaluer le potentiel anti-inflammatoire et chondroprotecteur d'un gel polymère contenant des nanocristaux d'ibuprofène enrichis au sulfate de glucosamine (IBU-GS-NCS gel) dans un modèle expérimental d'arthrose du genou chez le rat. Les chercheurs ont développé les nanocristaux par précipitation anti-solvant puis ont testé la formulation in vitro (perméation cutanée) et in vivo sur des rats arthrosiques, en analysant les paramètres radiographiques, histologiques et les biomarqueurs inflammatoires par Western blot. Les résultats montrent une perméation cutanée améliorée (1,87 fois supérieure), une régénération du cartilage articulaire visible radiographiquement, une restauration de l'épaisseur cartilagineuse et des niveaux de glycosaminoglycanes, ainsi qu'une réduction significative des marqueurs inflammatoires (COX-2, TNF-α, IL-1β) par rapport au contrôle positif. Cette formulation présente donc un potentiel prometteur comme traitement topique modificateur de mala
This study investigated how elevated contact stresses (simulating obesity-related joint loading) affect cartilage's ability to recover fluid during movement and maintain proper lubrication. The researchers used a specialized testing system (CSCA) to apply different contact stress levels (0.2-0.8 MPa) to sheep knee cartilage samples while measuring fluid recovery during sliding motion and friction coefficients.
The key findings showed that higher contact stresses significantly impaired the cartilage's ability to rehydrate (recover fluid) during movement, leading to greater tissue compression over time. However, surprisingly, the elevated contact stresses did not affect cartilage's excellent lubricating properties within the tested range.
These results suggest that obesity likely compromises cartilage function primarily through increased tissue compression and strain rather than through poor lubrication, providing new insights into how excess body weight may contribute to osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte, wie erhöhte Kontaktspannungen (simuliert durch Adipositas-bedingte Belastungen) die Rehydrierung und Schmierung von Gelenkknorpel während der Bewegung beeinflussen. Die Forscher verwendeten ovines Kniegelenkknorpel-Explantate und testeten diese unter verschiedenen Kontaktspannungen (0,2-0,8 MPa) mit einem speziellen biomechanischen Testverfahren (CSCA). Die Hauptergebnisse zeigten, dass erhöhte Kontaktspannungen die aktivitätsbedingte Rehydrierung des Knorpels signifikant beeinträchtigen und zu verstärkter Kompression führen, jedoch überraschenderweise die außergewöhnlichen Schmiereigenschaften des Knorpels nicht negativ beeinflussen. Diese Befunde deuten darauf hin, dass Adipositas primär durch mechanische Kompression und Deformation des Knorpelgewebes - und nicht durch verschlechterte Reibungseigenschaften - zur Knorpeldysfunktion und erhöhtem Arthrose-
Cette étude visait à élucider l'impact des contraintes de contact élevées (simulant l'obésité) sur la réhydratation tribologique et la fonction lubrifiante du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé une approche de test CSCA (Convergent Stationary Contact Area) sur des explants de cartilage ovin, en analysant l'effet de différentes contraintes de contact (0,2-0,8 MPa) sur la récupération de fluide interstitiel et la lubrification durant l'articulation à haute vitesse. Les résultats montrent que les contraintes de contact élevées compromettent significativement la capacité de réhydratation tribologique du cartilage, mais n'affectent pas ses propriétés lubrifiantes remarquables. Ces findings suggèrent que l'obésité altère directement la fonction du cartilage articulaire principalement par la compression/déformation tissulaire plutôt que par une perte de lubrification, identifiant ainsi la contrainte mécanique comme moteur principal du dysfonctionnement cartilagineux dans l'arthrose.
This study investigated how chondrocytes (cartilage cells) respond in real-time to repeated mechanical compression, addressing a gap in understanding due to previous technical limitations in capturing live cellular responses during loading. The researchers used high-speed imaging to measure changes in cell volume, shape, and surface area at peak stress and relaxation points during cyclic compression of cartilage tissue. Key findings showed that chondrocyte volume initially fluctuated dramatically during the first 20 loading cycles (increasing up to 4% under load, decreasing up to 8% during unloading), but these fluctuations stabilized and returned to baseline after approximately 100 cycles. The study revealed that cells primarily changed in width and depth rather than height, with surface area changes being smaller than volume changes, suggesting protective mechanisms against cell membrane damage during mechanical stress.
Diese Studie untersuchte das Verhalten von Chondrozyten (Knorpelzellen) während zyklischer mechanischer Belastung mittels hochauflösender Bildgebungstechniken in Echtzeit. Die Forscher entwickelten ein Protokoll zur Erfassung von Zellvolumen, -form und -oberfläche während kritischer Momente maximaler und minimaler Gewebespannung. Die Ergebnisse zeigten, dass das Chondrozytenvolumen in den ersten 20 Belastungszyklen zyklisch schwankte (Zunahme um bis zu 4% bei Belastung, Abnahme um bis zu 8% bei Entlastung), sich jedoch nach etwa 100 Zyklen stabilisierte und zu Grundwerten zurückkehrte. Diese Erkenntnisse verdeutlichen die Bedeutung dynamischer Umgebungen für das Verständnis der zellulären Biomechanik von Knorpelgewebe und liefern wichtige Einblicke in die Mechanotransduktion von Chondrozyten.
Cette étude visait à caractériser le comportement des chondrocytes in situ durant une charge dynamique cyclique en compression grâce à des techniques d'imagerie haute vitesse. Les chercheurs ont développé un protocole pour capturer en temps réel les modifications de volume, de forme et de surface cellulaire aux moments critiques de contrainte tissulaire maximale et minimale. Les résultats montrent que le volume des chondrocytes fluctue de manière cyclique durant les 20 premiers cycles (augmentation jusqu'à 4% en charge, diminution jusqu'à 8% en décharge), puis se stabilise vers les valeurs de base après environ 100 cycles. Ces variations volumétriques s'accompagnent de déformations oscillatoires en largeur et profondeur, tandis que la surface cellulaire varie moins (<2%), suggérant un mécanisme de protection contre la rupture membranaire.
This study investigated whether different cell surface receptors activated during mechanical loading of cartilage cells (chondrocytes) control the same or distinct sets of genes in response to mechanical stimuli. The researchers used tissue-engineered cartilage made from mouse and human chondrocytes, applied dynamic compression, and tested the effects of blocking FGFR signaling or using cells lacking β1 integrins. They found that load-activated FGFR and β1 integrin receptors target distinct subsets of mechano-response genes—FGFR signaling controlled genes like FOSL1, ITGA5, NGF, TIMP1, BMP2, PTGS2, and DUSP5 (depending on species and developmental stage), while β1 integrins specifically regulated INHBA expression. This discovery that different mechanical sensors control unique gene programs could enable targeted pharmacological approaches to modify how cartilage cells respond to loading, with potential applications for osteoarthritis treatment and cartilage repair strategies.
Diese Studie untersuchte, ob verschiedene Oberflächenrezeptoren von Chondrozyten bei mechanischer Belastung unterschiedliche Gene aktivieren oder ob sie auf dieselben Zielgene wirken. Die Forscher verwendeten tissue-engineerten Knorpel aus murinen und humanen Chondrozyten, den sie dynamischer Kompression mit oder ohne FGFR-Hemmung aussetzten, sowie β1-Integrin-defiziente Chondrozyten zum Vergleich. Die Ergebnisse zeigten, dass belastungsaktivierte FGFR-Signalwege und β1-Integrine spezifische, unterschiedliche Gensets regulieren - FGFR kontrollierte Gene wie FOSL1, ITGA5, BMP2 und PTGS2, während β1-Integrine hauptsächlich INHBA-Expression steuerten. Diese Erkenntnisse eröffnen neue Möglichkeiten für pharmakologische Interventionen zur gezielten Modulation der Chondrozyten-Mechanoantwort mit therapeutischem Potenzial für Osteoarthritis-Behandlungen.
Cette étude visait à déterminer si la signalisation FGF/FGFR et les intégrines β1, activées par la charge mécanique, contrôlent les mêmes gènes de méchano-réponse ou des sous-ensembles distincts chez les chondrocytes. Les chercheurs ont utilisé du néocartilage tissulaire généré à partir de chondrocytes murins et humains, soumis à une compression dynamique non confinée avec ou sans inhibition du FGFR, ainsi que des chondrocytes déficients en intégrine β1. Les résultats montrent que la signalisation FGFR activée par la charge contrôle l'activation d'ERK et régule spécifiquement certains gènes (FOSL1, ITGA5, NGF, TIMP1 chez la souris ; BMP2, PTGS2, DUSP5 chez l'homme), tandis que les intégrines β1 contrôlent distinctement l'expression d'INHBA. Cette identification de gènes cibles spécifiques aux différents récepteurs mécanosensibles ouvre des perspectives thérapeutiques prometteuses pour la modulation
This study aimed to develop a synthetic patch that could rapidly repair focal cartilage lesions in load-bearing joints to prevent progressive cartilage degeneration. The researchers created a two-layer (di-block) patch combining a hydrogel layer that mimics cartilage mechanical properties with a porous titanium scaffold layer that integrates with underlying bone, then tested it in rabbit and canine models compared to a control patch made of ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE). The hydrogel-titanium (Gel-Ti) patch successfully restored load-bearing function and promoted cartilage repair, while the UHMWPE control patch caused progressive cartilage destruction. The Gel-Ti patch demonstrated protective effects on surrounding cartilage, maintained its mechanical properties over time, and showed good long-term safety, offering a promising approach for treating focal cartilage defects before they progress to widespread joint damage.
Diese Studie zielte darauf ab, einen biomimetischen Hydrogel-Titan-Scaffold (Gel-Ti) Patch für die schnelle Reparatur fokaler lastragender Knorpelläsionen zu entwickeln, um eine progressive Knorpeldegeneration zu verhindern. Der zweischichtige Patch besteht aus einer Hydrogelschicht mit knorpelähnlichen mechanischen Eigenschaften und einer porösen Titanschicht, die über eine robuste Grenzfläche miteinander verbunden sind und die Integration mit dem subchondralen Knochen ermöglichen. In Kaninchen- und Hundemodellen zeigte der Gel-Ti Patch eine effektive und schnelle Reparatur lastragender Knorpeldefekte mit chondroprotektiven Effekten und langfristiger Sicherheit, im Gegensatz zu herkömmlichen UHMWPE-Patches, die progressive Knorpelzerstörung verursachten. Diese Entwicklung bietet einen vielversprechenden Ansatz zur sofortigen Wiederherstellung der Belastbarkeit fokaler Knorpelschäden und könnte damit die weitere Verschlechterung von Kn
Cette étude visait à développer un patch bi-couches hydrogel-titane (GEL-TI) pour la réparation rapide des lésions cartilagineuses focales en zone portante. Le dispositif biomimétique combine une couche d'hydrogel aux propriétés mécaniques comparables au cartilage natif et une couche de scaffold en titane poreux favorisant l'intégration osseuse sous-chondrale. Les tests sur modèles animaux (lapins et chiens) ont démontré une réparation efficace et rapide des défauts cartilagineux, contrairement aux patchs en polyéthylène qui induisaient une destruction cartilagineuse progressive. Le patch GEL-TI présente des effets chondroprotecteurs durables et une sécurité à long terme, offrant une approche prometteuse pour restaurer rapidement la fonction portante du cartilage et prévenir la progression vers l'arthrose.
This study aimed to develop and evaluate crosslinked chitosan-based scaffolds containing hyaluronic acid for articular cartilage reconstruction applications. The researchers created freeze-dried, porous scaffolds by crosslinking chitosan and hyaluronic acid with oxidized maltodextrin, then comprehensively tested their physical, mechanical, and biological properties using techniques including swelling studies, degradation tests, mechanical analysis, and cytotoxicity assays. The crosslinked scaffolds demonstrated improved mechanical stiffness, reduced swelling, and slower degradation rates compared to non-crosslinked versions, confirming that oxidized maltodextrin was an effective crosslinking agent. The scaffolds also showed promising drug delivery capabilities, no cytotoxicity, and overall enhanced stability and functionality, making them potentially suitable candidates for cartilage tissue engineering applications.
Diese Studie zielte darauf ab, gefriergetrocknete Hydrogele basierend auf Chitosan (CHT) und Hyaluronsäure (HA) für die Knorpelrekonstruktion zu entwickeln und zu bewerten. Die Forscher vernetzten die Chitosan-basierten Gele mit oxidiertem Maltodextrin (MDO) vor der Gefriertrocknung und analysierten anschließend die physikochemischen und mechanischen Eigenschaften der porösen Gerüste mittels verschiedener Testverfahren. Die vernetzten Gerüste zeigten reduzierte Quellung, langsamere Abbauprozesse und erhöhte Steifigkeit im Vergleich zu unvernetzten Kontrollen, wodurch MDO als effektiver Vernetzer bestätigt wurde. Zusätzlich demonstrierten die Gerüste erfolgreiche Arzneimittelfreisetzung (Ciprofloxacin), keine Zytotoxizität und verbesserte mechanische Eigenschaften, was sie zu vielversprechenden Kandidaten für das Knorpel-Tissue-Engineering macht.
Cette étude visait à développer et évaluer des scaffolds poreux à base de chitosane (CHT) et d'acide hyaluronique (HA) réticulés par la maltodextrine oxydée (MDO) pour la reconstruction du cartilage articulaire. Les chercheurs ont fabriqué ces scaffolds par lyophilisation et ont analysé leurs propriétés physicochimiques, mécaniques, de gonflement, de dégradation et de biocompatibilité, ainsi que leur capacité à délivrer la ciprofloxacine comme agent thérapeutique. Les résultats montrent que la réticulation par MDO améliore significativement la rigidité des scaffolds, réduit leur gonflement et ralentit leur dégradation enzymatique et acide, tout en préservant leur biocompatibilité et leur capacité de libération contrôlée de médicaments. Ces scaffolds CHT:HA réticulés présentent donc des propriétés mécaniques et une stabilité renforcées, les rendant prometteurs pour l'ingénierie tissulaire du cartilage.
This study developed an organ-on-chip platform to investigate how excessive mechanical loading contributes to osteoarthritis by recreating the natural strain gradients across cartilage and underlying bone tissue. The researchers engineered composite microtissues containing both cartilage and mineralized subchondral layers, then applied controlled compression forces that mimic tissue-specific loading patterns found in human joints, followed by single-cell RNA sequencing to analyze cellular responses.
Key findings showed that excessive loading increased calcium crystal release (similar to what occurs in osteoarthritis patients) and revealed how the mineralized layer supports specific cartilage cell populations involved in disease progression. The platform successfully captured clinically relevant changes in cellular pathways related to protein production and cell death, demonstrating its potential as a human model for studying early osteoarthritis mechanisms and identifying new therapeutic targets.
Diese Studie zielte darauf ab, eine Organ-auf-Chip-Plattform zu entwickeln, um die mechanischen Belastungen an der osteochondralen Grenzschicht zu simulieren und deren Rolle bei der Osteoarthrose-Entstehung zu untersuchen. Die Forscher konstruierten ein osteochondrales Einheits-Chip-System mit zusammengesetzten Knorpel-Knochen-Mikrogeweben, das gewebespezifische Kompressionsbelastungen ermöglicht und analysierten die Reaktionen mittels Einzelzell-RNA-Sequenzierung. Bei übermäßiger mechanischer Belastung zeigten sich klinisch relevante Veränderungen wie eine erhöhte Kalziumkristall-Freisetzung, veränderte Ribosomen-Biogenese und aktivierte Apoptose-Signalwege, wie sie auch bei Osteoarthrose-Patienten beobachtet werden. Das entwickelte Modell bietet somit eine wertvolle Plattform zur Erforschung der molekularen Mechanismen der mechanisch induzierten Knorpeldegeneration und zur Identifizierung
Cette étude visait à développer un modèle organ-on-chip pour étudier les liens mécanistiques entre la surcharge mécanique et l'initiation de l'arthrose au niveau de l'interface ostéochondrale. Les chercheurs ont conçu une plateforme OCU-on-chip (unité ostéochondrale) permettant d'appliquer des compressions contrôlées et spécifiques aux tissus, reproduisant les gradients de contrainte entre le cartilage hyalin et la couche sous-chondrale minéralisée. Les résultats montrent qu'une charge hyperphysiologique induit une libération accrue de cristaux de calcium (similaire aux patients arthrosiques) et révèlent, par séquençage ARN unicellulaire, le rôle de la couche sous-chondrale dans le maintien des sous-populations chondrocytaires impliquées dans l'arthrose. Cette plateforme reproduit fidèlement les modifications transcriptionnelles observées cliniquement et constitue un outil prometteur pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques dans la dégénérescence cartilagineuse.
This retrospective study examined whether combining extracorporeal shock wave therapy (ESWT) with hyaluronic acid (HA) injections could improve outcomes for patients experiencing pain after microfracture surgery for small osteochondral lesions of the ankle bone (talus). The researchers treated 42 patients who developed walking pain 4-8 weeks post-surgery with five weekly sessions of ESWT followed by HA injections, then assessed pain (VAS scores) and ankle function (AOFAS scores) before treatment, six weeks after completion, and at final follow-up. Results showed significant improvements in both pain (from 7.16 to 2.11 on the VAS scale) and ankle function scores (from 67.78 to 93.54 on the AOFAS scale), with similar benefits regardless of when post-surgical pain began. The combination therapy appears to effectively reduce post-microfracture pain and accelerate recovery of ankle function.
Diese retrospektive Fallstudie untersuchte die Wirksamkeit einer kombinierten Therapie aus extrakorporaler Stoßwellentherapie (ESWT) und Hyaluronsäure-Injektionen zur Behandlung von Belastungsschmerzen nach arthroskopischer Mikrofrakturierung bei osteochondralen Läsionen des Talus. 42 Patienten mit postoperativen Gehschmerzen erhielten fünf wöchentliche ESWT-Sitzungen gefolgt von intraartikulären Hyaluronsäure-Injektionen, wobei Schmerz (VAS) und Funktionsfähigkeit (AOFAS-Score) vor Behandlungsbeginn, sechs Wochen nach Abschluss und bei der finalen Nachuntersuchung evaluiert wurden. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Reduktion des VAS-Scores von 7,16 ± 1,54 auf 2,11 ± 1,09 und eine Verbesserung des AOFAS-Scores von 67,78 ± 13,87 auf 93,54
Cette étude rétrospective évalue l'efficacité de la combinaison microfracture arthroscopique, thérapie par ondes de choc extracorporelles (ESWT) et injections d'acide hyaluronique pour traiter les lésions ostéochondrales du talus de moins de 1,5 cm. Quarante-deux patients présentant des douleurs post-opératoires à l'appui ont reçu 5 séances hebdomadaires d'ESWT suivies d'injections intra-articulaires d'acide hyaluronique (2,0-2,5 ml). Les résultats montrent une amélioration significative du score VAS (de 7,16 ± 1,54 à 2,11 ± 1,09) et du score AOFAS (de 67,78 ± 13,87 à 93,54 ± 4,10) au suivi final. Cette approche combinée permet de réduire significativement les douleurs à l'appui post-microfracture et favorise la récupération fonctionnelle précoce de l'articulation.
This mini-review examines how oxygen imbalances contribute to osteoarthritis (OA) progression and explores potential therapeutic strategies targeting joint oxygen environments. The authors synthesized current literature on oxygen dynamics in cartilage, focusing on the mechanisms by which disrupted oxygen gradients affect chondrocyte function and cartilage health in both age-related and post-traumatic OA. The review identifies that oxygen dysregulation impairs chondrocyte metabolism, increases harmful reactive oxygen species production, and disrupts key cellular signaling pathways (HIF-1α), all contributing to cartilage breakdown. The authors highlight promising therapeutic approaches including oxygen-sensing nanoparticles, ROS-responsive scaffolds, and oxygen-generating biomaterials that could enable stage-specific treatments by restoring proper oxygen balance in joint tissues.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die zentrale Rolle der Sauerstoffverfügbarkeit bei der Entstehung und dem Fortschreiten von Arthrose (OA), wobei sowohl degenerative als auch posttraumatische Formen betrachtet werden. Die Autoren analysieren systematisch die komplexen Sauerstoffdynamiken im avaskulären Knorpelgewebe, das auf ein streng reguliertes hypoxisches Milieu angewiesen ist, sowie die Auswirkungen von Sauerstoffungleichgewichten auf den Chondrozytenstoffwechsel und die HIF-1α-Signalwege. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Störungen der Sauerstoffhomöostase - sowohl durch verminderte als auch erhöhte Sauerstoffspannung - zu verstärkter ROS-Produktion und Knorpeldegeneration führen können. Darüber hinaus werden innovative therapeutische Ansätze wie sauerstoffsensitive Nanopartikel, ROS-responsive Gerüstmaterialien und sauerstoffgenerierende Biomaterialien als vielversprechende stadienspez
Cette mini-revue examine le rôle critique de l'équilibre en oxygène dans l'homéostasie du cartilage et la progression de l'arthrose (OA). Les auteurs analysent comment la dysrégulation de l'environnement hypoxique naturel du cartilage articulaire - maintenu par des gradients d'oxygène issus de la diffusion depuis le liquide synovial - peut perturber le métabolisme des chondrocytes et altérer la signalisation HIF-1α dans l'arthrose dégénérative et post-traumatique. L'étude révèle que les déséquilibres d'oxygène augmentent la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) et contribuent à la dégénérescence cartilagineuse. Les auteurs identifient des stratégies thérapeutiques émergentes prometteuses, incluant des nanoparticules sensibles à l'oxygène et des biomatériaux générateurs d'oxygène, qui visent à moduler l'environnement oxygéné articulaire pour des thérapies spécifiques au stade de l'arthrose.
This prospective observational study compared two different linear hyaluronic acid (HA) formulations for treating knee osteoarthritis in 70 patients over a 6-month follow-up period. Patients received three intra-articular injections and were assessed using multiple outcome measures including knee function (KOOS), pain scores (VAS), mobility tests, and quality of life questionnaires at 3 and 6 months post-treatment. Both HA formulations (Hyalubrix 30 mg/2 mL and Diart 1.8%/2 mL) showed statistically significant improvements in clinical scores at 3 months compared to controls, with no significant side effects reported. The study concluded that both HA formulations are safe and effective treatment options for knee osteoarthritis, providing benefits for pain relief, functional improvement, and emotional well-being.
Diese prospektive Beobachtungsstudie untersuchte die Wirksamkeit und Sicherheit von zwei verschiedenen linearen Hyaluronsäure-Formulierungen (Hyalubrix 30 mg/2 ml und Diart 1,8%/2 ml) bei 70 Patienten mit Kniearthrose. Die Patienten erhielten drei intraartikuläre Injektionen und wurden über 6 Monate nachverfolgt, wobei funktionelle Parameter (KOOS-Score, VAS-Schmerzskala), Mobilität und Lebensqualität evaluiert wurden. Beide Hyaluronsäure-Präparate zeigten nach 3 Monaten statistisch signifikante Verbesserungen aller klinischen Parameter im Vergleich zur Kontrollgruppe, ohne relevante Nebenwirkungen. Die Studie belegt, dass beide HA-Formulierungen sichere und effektive Therapieoptionen für die Kniearthrose darstellen und positive Effekte auf Schmerzreduktion, Funktion und emotionales Wohlbefinden haben.
Cette étude prospective observationnelle a comparé l'efficacité et la sécurité de deux formulations d'acide hyaluronique linéaire (Hyalubrix 30 mg/2 mL et Diart 1,8%/2 mL) chez 70 patients atteints de gonarthrose. Les patients ont reçu trois injections intra-articulaires et ont été évalués à 3 et 6 mois post-traitement à l'aide du score KOOS (critère principal) et de mesures secondaires incluant l'EVA, des tests fonctionnels et des échelles de qualité de vie. Les résultats montrent une amélioration statistiquement significative des scores cliniques à 3 mois pour les deux formulations d'acide hyaluronique comparativement au groupe contrôle, sans effets secondaires notables. Les deux formulations représentent donc des options thérapeutiques sûres et efficaces pour la prise en charge de la gonarthrose, avec des bénéfices sur la douleur, la fonctionnalité et le bien-être émotionnel.
This review examines how dysfunction in osteocytes (bone cells) and their communication networks contributes to osteoarthritis development and progression. The authors analyzed current literature on osteocyte mechanotransduction (how cells sense and respond to mechanical forces) and the lacunar-canalicular system - the tiny channels through which osteocytes communicate within subchondral bone. Key findings reveal that disrupted osteocyte communication impairs the bone's ability to adapt to mechanical loading, potentially initiating or worsening osteoarthritis, with specific genes like KINDLIN-2, PIEZO1, and NETRIN-1 identified as promising therapeutic targets. The review proposes that targeting these osteocyte communication pathways using advanced approaches combining mechanobiology, RNA-based therapies, and nanotechnology could lead to more effective osteoarthritis treatments.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Rolle von Osteozyten und deren Kommunikationsnetzwerken in der Pathogenese der Osteoarthritis (OA), mit besonderem Fokus auf die Mechanotransduktion und das lakunär-kanalikuläre System im subchondralen Knochen. Die Autoren analysierten systematisch die mechanosensitiven Strukturen der Osteozyten und identifizierten dysregulierte Gene im lakunär-kanalikulären System, die zur OA-Entstehung und -Progression beitragen. Als Hauptergebnis werden neue molekulare Zielstrukturen wie Kindlin-2, PIEZO1 und Netrin-1 vorgestellt, die vielversprechende therapeutische Ansatzpunkte darstellen. Die Studie schlägt einen multi-target Therapieansatz vor, der Mechanobiologie, RNA-basierte Therapien und Nanotechnologie integriert, um innovative OA-Behandlungsstrategien zu entwickeln.
Cette revue examine le rôle des ostéocytes et de leur système lacuno-canaliculaire (LCS) dans la pathogenèse de l'arthrose, en se concentrant sur leur fonction de mécanotransduction dans l'os sous-chondral. Les auteurs analysent comment la désorganisation des ostéocytes et du LCS perturbe la communication intercellulaire et contribue à l'initiation et la progression de l'arthrose. L'étude identifie des cibles génétiques et moléculaires émergentes, notamment Kindlin-2, PIEZO1 et Netrin-1, comme potentiels leviers thérapeutiques. Les auteurs proposent une approche multi-cibles intégrant la mécanobiologie, les thérapies à base d'ARN et les nanotechnologies pour développer de nouveaux traitements de l'arthrose.
This review examined the development of lubricating nano/micro particles as a potential therapy for osteoarthritis (OA), focusing on how to restore the lubrication function that fails when cartilage degenerates. The authors analyzed the pathological mechanisms behind lubrication failure in OA and reviewed current clinical interventions, with particular emphasis on natural biological lubricants and recent advances in particle-based treatments. Key findings highlight that OA involves a cycle where cartilage damage leads to inflammatory changes in synovial fluid composition, which reduces lubrication and increases joint friction, further accelerating cartilage breakdown. The review concludes that rational design of lubricating nano/micro particles—considering factors like material selection, particle characteristics, surface modifications, and drug delivery integration—offers promising new approaches for OA treatment by directly addressing the underlying lubrication failure.
Diese Übersichtsarbeit untersucht das Potenzial von schmierenden Nano- und Mikropartikeln als innovative Therapieoption für die Osteoarthritis-Behandlung. Die Autoren analysieren systematisch die pathophysiologischen Mechanismen des Schmierungsversagens bei Osteoarthritis und bewerten aktuelle klinische Interventionen, wobei sie sich besonders auf natürliche biologische Schmierstoffe konzentrieren. Als Hauptergebnis werden aktuelle Fortschritte in der Entwicklung schmierender Nanopartikel dargestellt, mit besonderem Fokus auf Materialauswahl, Partikelgröße, Oberflächenmodifikation und die Integration von Wirkstofffreisetzungsstrategien. Die Studie bietet neue Perspektiven für die rationale Entwicklung und Anwendung dieser Partikel zur Wiederherstellung der Gelenkschmierung bei Osteoarthritis-Patienten.
Cette revue vise à analyser les mécanismes de défaillance de la lubrification articulaire dans l'arthrose et à évaluer le potentiel thérapeutique des nanoparticules et microparticules lubrifiantes. Les auteurs examinent les interventions cliniques actuelles basées sur les lubrifiants biologiques naturels et analysent les récents développements dans la conception de particules lubrifiantes, en considérant les paramètres critiques comme la sélection des matériaux, la taille, la forme et les modifications de surface. L'étude souligne que la restauration d'une lubrification efficace du cartilage est cruciale pour traiter l'arthrose, car la dégradation du cartilage altère la composition du liquide synovial et augmente la friction articulaire. Cette revue propose de nouvelles perspectives pour le développement rationnel de systèmes de délivrance de médicaments à base de nano/microparticules lubrifiantes destinés au traitement de l'arthrose.
This study investigated whether β-sitosterol preconditioning could improve the therapeutic potential of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) for osteoarthritis treatment by enhancing their resistance to oxidative stress. The researchers tested β-sitosterol's effects on BMSCs and chondrocytes in laboratory conditions, measuring cell survival, gene expression, oxidative stress markers, and mitochondrial function, then evaluated cartilage repair in a rabbit osteoarthritis model using histological analysis. β-sitosterol significantly improved BMSC survival, increased expression of cartilage-building genes (COL2A1 and aggrecan) while reducing cartilage-degrading enzyme (MMP13), and protected against oxidative damage and mitochondrial dysfunction. BMSCs pretreated with β-sitosterol showed enhanced ability to promote cartilage regeneration in the animal model, suggesting this compound could improve stem cell-based therapies for osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte das Potenzial von β-Sitosterol zur Verbesserung der antioxidativen Kapazität von Stammzellen für die Osteoarthritis-Therapie. Die Forscher testeten die schützenden Effekte von β-Sitosterol auf Knochenmarksstammzellen (BMSCs) und Chondrozyten unter oxidativem Stress in vitro sowie die therapeutische Wirksamkeit in einem Kaninchen-Osteoarthritis-Modell durch histologische und immunhistochemische Analysen. Die Ergebnisse zeigten, dass β-Sitosterol die Zellviabilität signifikant erhöhte, die Expression knorpelspezifischer Gene (COL2A1, Aggrecan) steigerte, die Matrixdegradation (MMP13) hemmte und die Mitochondrienfunktion unter oxidativem Stress schützte. BMSCs, die mit β-Sitosterol vorbehandelt wurden, demonstrierten eine verbesserte Knorpelregeneration im Tiermodell, was auf das therapeutische Potenzial dieser Substanz für stammzellbasierte Osteoarthritis-
Cette étude a évalué le potentiel du β-sitostérol pour améliorer la résistance au stress oxydatif des cellules souches mésenchymateuses de moelle osseuse (BMSC) et des chondrocytes dans le contexte de l'arthrose. Les chercheurs ont analysé la viabilité cellulaire, l'expression génique, les marqueurs de stress oxydatif et la fonction mitochondriale in vitro, puis testé l'efficacité thérapeutique dans un modèle d'arthrose chez le lapin. Les résultats montrent que le préconditionnement au β-sitostérol améliore significativement la viabilité des BMSC, régule positivement l'expression de COL2A1 et d'agrécane tout en inhibant MMP13, et protège la fonction mitochondriale contre le stress oxydatif. Cette approche de préconditionnement des BMSC au β-sitostérol démontre un potentiel thérapeutique prometteur pour la régénération cartilagineuse dans l'arthrose grâce à ses propriétés antioxydantes et chondroprotectrices.
This study investigated whether platelet-rich plasma (PRP) pre-conditioning could improve the ability of umbilical cord-derived mesenchymal stem cells (UC-MSCs) to adhere to damaged cartilage and enhance cartilage repair. The researchers used in vitro adhesion assays to test MSC binding to cartilage components, analyzed integrin β1 expression and activation, and evaluated cartilage healing in a rat osteochondral defect model over 4 weeks. PRP pre-conditioning significantly increased MSC adhesion to cartilage matrix components by 4.1-fold compared to controls, primarily through increased quantity and activation of integrin β1, a key cell adhesion protein. In the animal model, combining UC-MSCs with PRP resulted in superior cartilage repair scores compared to MSCs alone, suggesting that PRP enhances the therapeutic potential of stem cell therapy by improving cell engraftment at the injury site.
Diese Studie untersuchte, wie Thrombozytenreiches Plasma (PRP) die Adhäsion von Nabelschnur-mesenchymalen Stammzellen (UC-MSCs) an Knorpelgewebe verbessert und dadurch die Knorpelregeneration fördert. Die Forscher führten In-vitro-Adhäsionstests mit verschiedenen Knorpelmatrix-Komponenten durch und analysierten die Expression und Aktivierung von Integrin β1, gefolgt von Experimenten an einem Rattenmodell mit osteochondralen Defekten. Die Ergebnisse zeigten, dass PRP-Vorbehandlung die Adhäsion der MSCs an Kollagen und degeneratives Knorpelgewebe um das 4,1-fache steigerte, hauptsächlich durch erhöhte Menge und Aktivierung von Integrin β1. Im Tiermodell führte die Kombination aus UC-MSCs und PRP zu signifikant besseren histologischen Scores für die Knorpelregeneration im Vergleich zur Kontrollgruppe, was das therapeutische Potenzial dieser Kombinationstherapie unter
Cette étude visait à évaluer comment le plasma riche en plaquettes (PRP) améliore l'adhésion des cellules souches mésenchymateuses du cordon ombilical (UC-MSCs) à la matrice extracellulaire cartilagineuse et leur efficacité thérapeutique. Les chercheurs ont utilisé des tests d'adhésion in vitro sur différents composants de la matrice (collagènes, fibronectine, acide hyaluronique) et un modèle de défaut ostéochondral chez le rat, en analysant l'expression et l'activation de l'intégrine β1 par RT-PCR et Western blot. Les résultats montrent que le pré-conditionnement par PRP augmente significativement l'adhésion des UC-MSCs (multiplication par 4,1 sur le collagène de type II) via l'activation de l'intégrine β1, et améliore la régénération cartilagineuse in vivo avec des scores histologiques O'Driscoll supérieurs de 1,2 fois par rapport au groupe contrôle. Cette approche combinée PRP/UC-MSCs présente donc un potentiel thérapeutique
This study investigated whether MXene nanosheets could improve the delivery and therapeutic effects of quercetin, a natural compound with cartilage-protective properties, for osteoarthritis treatment. The researchers loaded quercetin onto porous Ti₃C₂Tₓ MXene nanosheets and tested the system both in IL-1β-stimulated mouse cartilage cells and in a surgical mouse model of osteoarthritis using intra-articular injections. The MXene-delivered quercetin showed significantly enhanced protective effects compared to free quercetin, including better cell survival, reduced cell death, decreased oxidative stress, and prevention of ferroptosis (a type of cell death) in cultured cells. In the mouse osteoarthritis model, the MXene-quercetin treatment more effectively preserved cartilage structure and prevented cartilage cell death than quercetin alone, suggesting this nanotechnology approach could improve osteoarthritis therapy.
Diese Studie untersuchte, ob MXene-Nanoträger die therapeutische Wirksamkeit von Quercetin bei der Behandlung von Osteoarthritis (OA) verbessern können. Die Forscher beluden zweidimensionale Ti₃C₂Tₓ MXene-Nanoblättchen mit Quercetin und testeten diese sowohl an IL-1β-stimulierten Gelenkknorpelzellen in vitro als auch in einem Maus-OA-Modell mit intraartikulärer Injektion. Die Ergebnisse zeigten, dass MXene-verkapseltes Quercetin im Vergleich zu freiem Quercetin signifikant bessere chondroprotektive Effekte erzielte, einschließlich verbesserter Zellviabilität, reduzierter Apoptose und oxidativem Stress sowie einer wirksameren Hemmung der Ferroptose. In vivo konnte die MXene-Quercetin-Behandlung die Knorpelintegrität bei OA-Mäusen besser erhalten als die Behandlung mit freiem Quercetin.
Cette étude visait à améliorer l'efficacité thérapeutique de la quercétine contre l'arthrose en utilisant des nanofeuilles de MXene comme système de délivrance ciblée. Les chercheurs ont encapsulé la quercétine dans des nanofeuilles poreuses de Ti₃C₂Tₓ MXene et ont évalué leurs effets sur des chondrocytes articulaires de souris stimulés par l'IL-1β ainsi que dans un modèle murin d'arthrose par déstabilisation du ménisque médial. Les résultats montrent que le système MXene-quercétine améliore significativement la viabilité cellulaire, réduit l'apoptose et le stress oxydatif, et inhibe la ferroptose par rapport à la quercétine libre. In vivo, ce nanosystème préserve mieux l'intégrité cartilagineuse, suggérant que les MXenes constituent des nanovecteurs biocompatibles prometteurs pour optimiser la délivrance de composés chondroprotecteurs.
This study aimed to develop an improved extracellular matrix (ECM) for cartilage repair by preconditioning mesenchymal stem cells with inflammatory cytokines before harvesting their ECM. The researchers tested three inflammatory factors (interleukin 6, tumor necrosis factor alpha, and interferon gamma) and evaluated the resulting ECM materials in laboratory experiments. The key finding was that interferon gamma-preconditioned ECM (IFN-γ-ECM) was most effective, supporting cartilage cell survival by restoring their energy metabolism and promoting the recruitment and conversion of stem cells into cartilage cells through specific molecular pathways. This cytokine-activated ECM approach offers a promising new strategy for cartilage repair that could avoid complications associated with current treatment methods.
Diese Studie zielte darauf ab, eine extrazelluläre Matrix (ECM) aus mesenchymalen Stammzellen durch Vorbehandlung mit entzündlichen Zytokinen zu optimieren, um die Knorpelreparatur zu verbessern. Die Forscher behandelten Stammzellen mit Interleukin-6, Tumornekrosefaktor-alpha und Interferon-gamma (IFN-γ) vor und untersuchten die resultierende ECM in In-vitro-Experimenten hinsichtlich ihrer Wirkung auf Chondrozyten-Homöostase und Stammzelldifferenzierung. Die Ergebnisse zeigten, dass insbesondere die IFN-γ-behandelte ECM die mitochondriale Energiestoffwechsel der Chondrozyten wiederherstellt und die Rekrutierung sowie chondrogene Differenzierung endogener Stammzellen über die Aktivierung der Integrin/PI3K/AKT- und SMAD2/3-Signalwege fördert. Diese zytokinstimulierte ECM stellt somit einen vielversprechenden Ansatz für die azelluläre Kn
Cette étude vise à développer une matrice extracellulaire (MEC) optimisée dérivée de cellules souches mésenchymateuses pour améliorer la réparation cartilagineuse. Les chercheurs ont préconditionné les cellules souches avec des cytokines inflammatoires (IL-6, TNF-α, et IFN-γ) avant de produire la MEC, puis ont évalué ses effets sur l'homéostasie des chondrocytes et la différenciation chondrogénique in vitro. Les résultats montrent que la MEC préconditionnée à l'IFN-γ restaure le métabolisme énergétique mitochondrial des chondrocytes, recrute les cellules souches endogènes et facilite leur différenciation chondrogénique via les voies de signalisation intégrine/PI3K/AKT et SMAD2/3. Cette approche présente un potentiel prometteur pour la reconstruction acellulaire de greffons cartilagineux en surmontant les limitations des stratégies actuelles.
This study aimed to understand how mechanical and inflammatory mechanisms drive cartilage degradation after joint injury by developing computational models to predict aggrecan loss in post-traumatic osteoarthritis. The researchers created computer models of cartilage that incorporated strain-induced cell damage, enzyme release, fluid flow effects, and aggrecan production, then validated these models against experiments using bovine knee cartilage subjected to injurious overloading followed by physiological cyclic loading. The models successfully matched experimental data and revealed that areas near cartilage lesions experienced 14% greater aggrecan loss after 12 days of normal loading compared to unloaded conditions, with this loss driven primarily by fluid flow and destructive enzyme activity. Importantly, the models also showed protective responses in deeper cartilage layers, where increased aggrecan production occurred despite damage at the surface, providing new insights that could guide personalized rehabilitation and treatment strategies.
Diese Studie zielte darauf ab, die mechanoentzündlichen Mechanismen zu verstehen, die nach Knorpelverletzungen zum Verlust von Aggrecan (einem wichtigen Knorpelbestandteil) führen und somit die Entwicklung einer posttraumatischen Arthrose fördern. Die Forschenden entwickelten ein zeitabhängiges Computermodell, das mechanische Belastung, Zellschädigung und biologische Reaktionen simuliert, und validierten es durch Vergleich mit Experimenten an jungem Rinderknorpel, der zunächst schädigend überlastet und dann physiologisch zyklisch belastet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass das Modell die experimentellen Daten gut widerspiegelte und einen um 14 Prozentpunkte verstärkten Aggrecan-Verlust in läsionsnahen Bereichen nach 12 Tagen physiologischer Belastung vorhersagte, wobei Flüssigkeitsströmung und proteolytische Enzyme als Haupttreiber identifiziert wurden. Gleichzeitig wurden in tieferen Knorpelschichten trotz oberfl
Cette étude visait à développer un modèle computationnel pour comprendre les mécanismes mécanoinflammatoires responsables de la perte d'aggrécan dans le cartilage articulaire après un traumatisme. Les chercheurs ont créé des modèles de cartilage poro-hyperélastique renforcé de fibrilles, simulant une surcharge traumatique initiale (50% de déformation compressive) suivie d'un chargement cyclique physiologique, puis ont comparé les résultats aux données expérimentales sur cartilage bovin. Les modèles ont reproduit fidèlement les observations expérimentales et ont révélé une perte d'aggrécan 14% plus importante près des lésions après 12 jours de chargement physiologique, causée principalement par l'écoulement de fluide et l'activité des aggrécanases protéolytiques. Cette avancée dans la compréhension des mécanismes d'adaptation cartilagineuse pourrait guider le développement de thérapies personnalisées, notamment les protocoles de rééducation et les construits d'ingénierie tissulaire.
This study investigated whether exosomes from infrapatellar fat pad stem cells could be enhanced with nicotinamide mononucleotide (NMN) priming to create a more effective treatment for knee osteoarthritis. The researchers tested these enhanced exosomes (called EXO^NMN) in laboratory cultures of human cartilage cells and in a mouse model of osteoarthritis, using various molecular and imaging techniques to assess their effects.
The NMN-primed exosomes significantly improved cartilage cell survival and function while reducing harmful inflammatory factors and oxidative stress by approximately 50-60%. In mice with induced osteoarthritis, the enhanced exosomes preserved cartilage structure, reduced joint inflammation, and decreased key inflammatory markers without causing side effects.
The therapeutic effects worked through activation of a specific cellular pathway (GAS6-MERTK-PI3K/AKT), suggesting these enhanced exosomes could serve as a targeted, disease-modifying treatment for osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte das therapeutische Potenzial von Nicotinamid-Mononukleotid (NMN)-behandelten Exosomen aus Mesenchymalen Stammzellen des infrapatellaren Fettkörpers als neuartige Therapie für Kniearthrose. Die Forscher charakterisierten diese modifizierten Exosomen (ExoNMN) mittels Nanopartikel-Tracking und testeten ihre Wirkung sowohl in IL-1β-stimulierten humanen Chondrozyten als auch in einem Papain-induzierten Arthrose-Mausmodell. Die Ergebnisse zeigten, dass ExoNMN über die Aktivierung des GAS6-MerTK-PI3K/AKT-Signalwegs deutliche entzündungshemmende, antioxidative und knorpelschützende Effekte ausübten - mit einer 51%igen Reduktion reaktiver Sauerstoffspezies und 60%iger Verringerung der Apoptose in vitro. Im Tiermodell führte die intraartikuläre Gabe zu verbesserter Knorpelarchitektur
Cette étude a évalué le potentiel thérapeutique d'exosomes dérivés de cellules souches mésenchymateuses du coussinet adipeux infrapatellaire et pré-conditionnées avec du nicotinamide mononucléotide (NMN) dans le traitement de l'arthrose. Les chercheurs ont testé ces exosomes modifiés (ExoNMN) sur des chondrocytes humains stimulés par IL-1β et dans un modèle murin d'arthrose induite par papaïne, en analysant leurs effets via des approches transcriptomiques et histologiques. Les résultats montrent que les ExoNMN améliorent significativement la viabilité et la prolifération des chondrocytes, réduisent les facteurs cataboliques (MMP2, MMP9) et le stress oxydatif (51% de réduction), tout en préservant l'architecture cartilagineuse et diminuant l'inflammation synoviale chez la souris. Ces effets protecteurs s'exercent principalement via l'activation de la voie de signalisation GAS6-MERTK-PI3K/AKT, positionnant cette approche comme une nan
This study investigated whether passive hydrotherapy (water-based therapy without active swimming) could protect joints as effectively as swimming in a mouse model of osteoarthritis. Researchers induced osteoarthritis in mice using knee surgery, then compared groups receiving hydrotherapy, swimming, or no treatment over 4-8 weeks, analyzing joint tissues and protein expression patterns. Both hydrotherapy and swimming successfully preserved cartilage structure and prevented muscle wasting, though neither intervention prevented bone deterioration beneath the cartilage. The protective effects appeared to involve reduced mechanical stress on joints during water exposure and changes in cellular signaling pathways (integrin αV and TGF-β), suggesting hydrotherapy could be a valuable low-impact treatment option for osteoarthritis patients who cannot perform traditional exercise.
Diese Studie untersuchte, ob Hydrotherapie ähnliche gelenkschützende Effekte wie Schwimmen bei Arthrose aufweist. Die Forscher verwendeten ein Mausmodell mit chirurgisch induzierter Kniearthrose und verglichen über 4-8 Wochen drei Gruppen: Kontrolle, Hydrotherapie und Schwimmen (jeweils 30 Min/Sitzung, zweimal täglich, 5 Tage/Woche). Beide Interventionen bewahrten die Knorpelstruktur und verhinderten Muskelatrophie, jedoch ohne Einfluss auf die subchondrale Knochendegeneration. Die chondroprotektiven Effekte werden möglicherweise durch reduzierte Gelenkbelastung im Wasser und die damit verbundene Modulation von Integrin αV- und TGF-β/SMAD2/3-Signalwegen vermittelt, was Hydrotherapie als vielversprechende nicht-pharmakologische Behandlungsoption für Arthrose-Patienten mit eingeschränkter Belastbarkeit etabliert.
Cette étude visait à évaluer si l'hydrothérapie passive offre des effets protecteurs articulaires comparables à la natation dans un modèle murin d'arthrose induite par déstabilisation du ménisque médial. Les souris ont été randomisées en trois groupes (contrôle, hydrothérapie, natation) et soumises à des interventions aquatiques pendant 4 à 8 semaines, avec analyses histopathologiques du cartilage, de l'os sous-chondral et du muscle quadriceps. Les résultats montrent que l'hydrothérapie et la natation préservent efficacement la structure cartilagineuse et préviennent l'atrophie musculaire, possiblement via la modulation des voies de mécanotransduction impliquant l'intégrine αV et TGF-β/SMAD2/3. L'hydrothérapie représente ainsi une stratégie thérapeutique non-pharmacologique prometteuse pour ralentir la progression de l'arthrose, particulièrement chez les patients incapables de réaliser des exercices conventionnels à fort impact.
This review examined the potential of human amniotic membrane as a therapeutic option for articular cartilage regeneration, addressing a critical challenge in musculoskeletal medicine. The authors analyzed the structure and properties of amniotic membrane, its processing methods (including decellularization), and various application forms such as sheets, injectable preparations, and 3D scaffolds. The review identified key beneficial properties of amniotic membrane including low immune rejection, anti-inflammatory effects, ability to carry cells, growth factor expression, and cartilage-protective qualities. The findings suggest that amniotic membrane represents a promising natural biomaterial for tissue engineering approaches to cartilage repair, supported by evidence from clinical trials.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte das Potenzial der humanen Amnionmembran (AM) als biologisches Material für die Regeneration von Gelenkknorpel im Rahmen des Tissue Engineering. Die Autoren analysierten systematisch die Struktur des Gelenkknorpels, verschiedene Verarbeitungs- und Dezellularisierungsmethoden der Amnionmembran sowie deren häufigste Anwendungsformen (Membranen, injizierbare Formen und 3D-Strukturen). Die Hauptergebnisse zeigen, dass Amnionmembranen aufgrund ihrer geringen Immunogenität, entzündungshemmenden Eigenschaften, Fähigkeit zur Zellbeladung und Expression verschiedener Wachstumsfaktoren vielversprechende Eigenschaften für die Knorpelregeneration besitzen. Die Übersicht bestätigt das therapeutische Potenzial von Amnionmembranen in der Knorpelregeneration, wie auch durch klinische Studien belegt wird.
Cette revue examine le potentiel thérapeutique de la membrane amniotique humaine pour la régénération du cartilage articulaire, un défi majeur en médecine musculo-squelettique. Les auteurs analysent la littérature concernant les propriétés biologiques de la membrane amniotique (faible immunogénicité, effet anti-inflammatoire, expression de facteurs de croissance) et ses différentes formes d'application (feuillet, forme injectable, structures 3D). L'étude met en évidence les avantages de ce biomatériau naturel comme support d'ingénierie tissulaire pour la réparation cartilagineuse. Cette revue souligne le potentiel clinique prometteur de la membrane amniotique, étayé par des études précliniques et des essais cliniques.
This study aimed to develop an improved 3D culture system for studying how cartilage cells (chondrocytes) respond to mechanical forces, specifically by creating conditions where cells develop their natural protective matrix layer. The researchers cultured human and bovine chondrocytes in alginate beads with vitamin C for 7 days to promote pericellular matrix (PCM) formation, then transferred them to physiologically stiff agarose gels and applied mechanical compression while analyzing metabolic changes. The key finding was that chondrocytes pre-cultured in alginate successfully developed a robust PCM containing key proteins (collagen VI and II) and maintained their cartilage cell characteristics, unlike standard monolayer cultures. This novel two-step culture approach provides a more physiologically relevant model for studying mechanotransduction in cartilage, as evidenced by distinct metabolic responses to compression that better mimic in vivo conditions.
Diese Studie zielte darauf ab, ein neuartiges 3D-Kultursystem zu entwickeln, um die Mechanotransduktion von Chondrozyten unter physiologischen Bedingungen zu untersuchen. Die Forscher kultivierten primäre humane und bovine Chondrozyten zunächst in Alginat-Kugeln mit Natriumascorbat, um die Entwicklung einer perizelluläre Matrix (PCM) zu fördern, und untersuchten anschließend mittels Metabolomik die Reaktion auf mechanische Kompression in Agarose-Gelen. Die Ergebnisse zeigten, dass Chondrozyten in diesem System erfolgreich eine robuste PCM mit Kollagen VI und II entwickelten und bei mechanischer Stimulation deutliche metabolische Veränderungen aufwiesen. Das etablierte Kultursystem ermöglicht somit erstmals die Untersuchung der Chondrozyten-Mechanotransduktion in Anwesenheit einer endogenen PCM unter physiologisch relevanten Bedingungen.
Cette étude visait à développer un système de culture 3D innovant permettant d'étudier la mécanotransduction des chondrocytes en présence d'une matrice péricellulaire (PCM) endogène. Les chercheurs ont cultivé des chondrocytes humains et bovins dans des billes d'alginate avec de l'ascorbate de sodium, puis les ont transférés dans de l'agarose de rigidité physiologique pour analyser leur réponse métabolique à la compression dynamique par profilage métabolomique. Les résultats montrent que cette approche permet aux chondrocytes de développer une PCM robuste riche en collagène VI tout en conservant leur phénotype, et révèlent des changements métaboliques distincts en réponse à la stimulation mécanique comparés aux cellules en monocouche. Ce modèle représente un outil prometteur pour étudier les mécanismes de mécanotransduction des chondrocytes dans des conditions se rapprochant de la physiologie in vivo.
This study investigated how substance P (SP) deficiency and exercise intensity interact to influence osteoarthritis progression in mice with surgically induced joint damage. Researchers compared wild-type and SP-deficient mice subjected to moderate or intense treadmill exercise for eight weeks after destabilization of the medial meniscus surgery, using histological scoring, atomic force microscopy, high-resolution imaging, and serum analysis to assess joint changes.
The key finding was that SP-deficient mice undergoing intense exercise maintained normal cartilage stiffness and structure, unlike other groups that developed cartilage degeneration. However, SP deficiency also caused unwanted effects including meniscal ossification, subchondral bone thickening, and elevated inflammatory markers in blood.
The results suggest SP has dual roles in osteoarthritis - its absence may protect cartilage from mechanical stress but promotes harmful bone changes and systemic inflammation, positioning SP as a potential therapeutic target that requires careful consideration of these competing effects.
Diese Studie untersuchte, wie sich ein Mangel des Neuropeptids Substanz P (SP) in Kombination mit unterschiedlichen Trainingsintensitäten auf die Osteoarthritis-Progression auswirkt. Die Forscher induzierten Arthrose in Wildtyp- und SP-defizienten Mäusen durch chirurgische Meniskusdestabilisation und setzten die Tiere anschließend moderatem oder intensivem Laufbandtraining aus, bevor sie Knorpeldegeneration, Knochenveränderungen und Entzündungsmarker analysierten. Die Hauptergebnisse zeigten, dass SP-defiziente Mäuse unter intensivem Training eine bessere Knorpelsteifigkeit und -morphologie aufwiesen, jedoch gleichzeitig verstärkte Meniskusverknöcherung und subchondrale Knochensklerose entwickelten. Die Studie verdeutlicht die duale Rolle von Substanz P in der Arthrose-Pathogenese und positioniert das Neuropeptid als potentielles therapeutisches Ziel für belastungsinduzierte Gelenkerkrankungen.
Cette étude visait à examiner comment la déficience en substance P (SP) et l'intensité de l'exercice interagissent pour influencer la progression de l'arthrose dans un modèle chirurgical murin. Les chercheurs ont induit l'arthrose chez des souris wild-type et déficientes en SP par déstabilisation du ménisque médial, puis les ont soumises à un exercice modéré ou intense pendant huit semaines, en évaluant la dégénération cartilagineuse par histologie, la rigidité par microscopie à force atomique, et la morphologie osseuse par nano-CT. Les résultats montrent que les souris déficientes en SP soumises à un exercice intense présentaient une préservation de la rigidité et de la morphologie du cartilage, mais aussi une ossification méniscale ectopique et une sclérose de l'os sous-chondral accrues. Cette recherche révèle le rôle dual de la SP dans la pathogenèse arthrosique, protégeant le cartilage du stress mécanique tout en favorisant les altérations osseuses, positionnant cette neuropeptide comme cible thérapeutique potentielle.
This study aimed to develop a novel mRNA microsphere vaccine to treat elderly-onset rheumatoid arthritis by reducing excessive DNA sensing that drives inflammatory aging. The researchers created a dual-component delivery system using microfluidic technology, combining TREX1 mRNA-loaded lipid nanoparticles with DNase I-loaded polydopamine nanoparticles, all encapsulated within hyaluronic acid microspheres for sustained release. The vaccine successfully increased TREX1 enzyme expression, reduced harmful cytoplasmic DNA accumulation, and suppressed overactive DNA-sensing pathways that trigger inflammation. In aged rats with rheumatoid arthritis, the treatment significantly reduced joint swelling, inflammation, and cartilage/bone damage, suggesting this approach could offer a promising new strategy for managing age-related inflammatory joint disease.
Diese Studie zielte darauf ab, eine mRNA-Mikrosphären-basierte Therapie zur Behandlung der altersbedingten rheumatoiden Arthritis (EORA) zu entwickeln, indem die übermäßige Aktivierung von DNA-Erkennungsmechanismen gehemmt wird. Die Forscher konstruierten ein komplexes Trägersystem aus TREX1-mRNA-beladenen Lipid-Nanopartikeln und DNase I-beladenen Polydopamin-Nanopartikeln, die in Hyaluronsäure-Mikrosphären eingebettet wurden, um sowohl intrazelluläre als auch extrazelluläre DNA-Ansammlungen abzubauen. In einem Rattenmodell der altersbedingten Arthritis führte die Behandlung zu einer signifikanten Reduktion von Gewebeschwellungen, synovialer Entzündung und Knorpel-/Knochenzerstörung durch Unterdrückung des cGAS-STING-Signalwegs und Förderung der Immuntoleranz. Diese innovative Vakzin-Strategie stellt einen vielversprech
Cette étude visait à développer un vaccin à base de microsphères d'ARNm pour traiter la polyarthrite rhumatoïde du sujet âgé (EORA) en inhibant la suractivation des mécanismes de détection de l'ADN cytoplasmique. Les chercheurs ont utilisé la microfluidique pour créer des microsphères d'acide hyaluronique contenant des nanoparticules lipidiques chargées d'ARNm TREX1 et des nanoparticules de polydopamine chargées de DNase I, permettant une libération soutenue et une dégradation synergique de l'ADN cytoplasmique. Le traitement a significativement augmenté l'expression de TREX1 dans les cellules présentatrices d'antigènes, supprimé la voie de signalisation cGAS-STING et modulé la différenciation des lymphocytes T CD4+. Dans un modèle de rat âgé atteint de polyarthrite rhumatoïde, cette approche vaccinale a considérablement réduit l'œdème des tissus mous, l'inflammation synoviale et la destruction du cartil
This study investigated how gait changes in osteoarthritis (OA) affect friction in articular cartilage. The researchers tested 48 porcine cartilage samples across four groups (healthy controls and two OA models with different types of cartilage damage) using a tribometer that applied four different gait patterns: normal gait, reduced walking speed, altered loading, and OA-specific gait combining both alterations.
In healthy cartilage, all gait patterns produced similar friction levels, but in degenerated cartilage, the OA-specific gait pattern significantly increased friction coefficients compared to normal gait. The findings suggest that the combination of altered loading and slower walking speed characteristic of OA gait disrupts normal cartilage lubrication mechanisms, potentially contributing to disease progression and supporting the potential value of gait retraining in OA management.
Diese Studie untersuchte, wie gangspezifische Veränderungen bei Arthrose die Reibungseigenschaften von Gelenkknorpel beeinflussen. Die Forscher testeten 48 Knorpelproben von Schweinen in vier verschiedenen Zuständen (intakt, mechanisch geschädigt, enzymatisch abgebaut, Kontrolle) mit einem dynamischen Tribometer unter vier verschiedenen Gangmustern (normaler Gang, reduzierte Gehgeschwindigkeit, veränderte Standphasenbelastung, arthrosespezifischer Gang). Die Hauptergebnisse zeigten, dass intakter Knorpel bei allen Gangmustern ähnliche Reibungswerte aufwies, während bei degeneriertem Knorpel der arthrosespezifische Gang zu signifikant höheren Reibungskoeffizienten führte (μ > 0,03 vs. μ > 0,01 bei normalem Gang). Die Studie legt nahe, dass Gangumschulungen in der Arthrose-Prävention und -behandlung wichtig sein könnten, um die tribologische Funktion des Gelenkknorpels zu erhalten.
Cette étude vise à évaluer l'impact des altérations de la marche associées à l'arthrose sur les propriétés frictionnelles du cartilage articulaire porcin, comparant des échantillons intacts et dégénératifs. Les chercheurs ont utilisé un tribomètre dynamique pour tester quatre profils de marche différents sur 48 échantillons de cartilage répartis en groupes témoin et arthrosique (avec dégradation mécanique ou enzymatique). Les résultats montrent que la marche spécifique à l'arthrose (combinant une phase d'appui altérée et une vitesse réduite) augmente significativement la friction uniquement dans le cartilage dégénéré (μ > 0,03 vs μ > 0,01 pour la marche normale), sans effet sur le cartilage intact. Cette augmentation de friction pourrait perturber les mécanismes de lubrification biphasique et contribuer à la pathogenèse arthrosique, suggérant l'intérêt de la rééducation de la marche dans la prise en charge conservatrice de l'arthrose.
This review examines the diverse roles of proteoglycans (PGs) in intervertebral disc structure and function, with particular focus on three recently identified PGs and their potential therapeutic applications. The authors conducted a comprehensive analysis of 19 identified IVD proteoglycans, examining their structural properties, cellular regulatory functions, and contributions to tissue homeostasis. The study highlights that while aggrecan provides weight-bearing properties and small leucine-rich PGs organize collagen assembly, three PGs have especially important functions: perlecan stabilizes tissue and promotes cell communication during development and repair, bikunin protects tissue and aids hyaluronan stabilization, and lubricin likely lubricates collagen fibers during spinal movement while potentially regulating inflammation. The research suggests that PG fragments generated during normal tissue breakdown may have bioactive properties useful for developing new disc repair and regenerative therapies.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die vielfältigen Funktionen von Proteoglykanen (PGs) in der Bandscheibe und deren Rolle bei der Gewebehomöostase. Die Autoren analysierten die strukturellen und funktionellen Eigenschaften von 19 identifizierten Bandscheiben-PGs, mit besonderem Fokus auf drei kürzlich charakterisierte PGs: Perlecan, Bikunin und Lubricin. Die Ergebnisse zeigen, dass diese PGs nicht nur mechanische Eigenschaften wie Druckfestigkeit und Schmierung bereitstellen, sondern auch komplexe zelluläre Regulationsfunktionen übernehmen - von der Zellproliferation und -differenzierung bis hin zur Entzündungskontrolle. Darüber hinaus entstehen bei der normalen Gewebeumbildung bioaktive PG-Fragmente, die potenzielle therapeutische Anwendungen für Gewebereparatur und regenerative Prozesse bieten könnten.
Cette revue examine les rôles multifonctionnels des protéoglycanes (PGs) du disque intervertébral dans la stabilisation tissulaire et la régulation cellulaire pour maintenir l'homéostasie discale. L'étude analyse la structure et les fonctions de 19 PGs identifiés dans le disque intervertébral, en se concentrant particulièrement sur trois PGs récemment caractérisés : le perlécane, la bikunine et la lubricine. Les résultats montrent que ces protéoglycanes contribuent non seulement aux propriétés biomécaniques du disque (résistance, viscoélasticité, lubrification) mais régulent également la prolifération cellulaire, la différenciation et la communication cellule-matrice extracellulaire. La fragmentation naturelle de ces PGs génère des fragments bioactifs prometteurs pour les applications de réparation tissulaire et de médecine régénérative.
This study aimed to develop a novel delivery system to improve stem cell-based cartilage repair by preventing the common problems of hypertrophy and fibrosis that limit therapeutic outcomes. The researchers created ETK, a dual-factor delivery system using elastin-like protein (ELP) to co-deliver TGF-β1 and kartogenin (KGN), and tested its effects on stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED) both in laboratory cultures and in vivo experiments. The system successfully formed nanoparticles that enhanced stem cell proliferation and cartilage formation while significantly reducing expression of type X collagen, a marker of unwanted cartilage hypertrophy. When combined with a biocompatible hydrogel scaffold, the ETK system effectively promoted new cartilage formation and prevented hypertrophy in animal models, demonstrating its potential as an improved approach for cartilage tissue engineering.
Diese Studie zielte darauf ab, ein innovatives Zwei-Faktoren-Abgabesystem (E-TK) zu entwickeln, das mesenchymale Stammzellen aus menschlichen Milchzähnen (SHED) zur Knorpelregeneration lenkt und dabei unerwünschte Hypertrophie und Fibrose verhindert. Die Forscher entwickelten ein auf Elastin-ähnlichen Proteinen basierendes System, das sowohl TGF-β1 als auch Kartogenin (KGN) freisetzt und dieses in ein Hyaluronsäure-Hydrogel einbetteten. Die Ergebnisse zeigten, dass das E-TK-System erfolgreich die chondrogene Differenzierung von SHED-Zellen förderte und gleichzeitig die Expression von Typ-X-Kollagen - einem Marker für Knorpelhypertrophie - signifikant unterdrückte. In vivo-Studien bestätigten, dass das E-TK-Hydrogel die Bildung neuen Knorpelgewebes effektiv unterstützte und dabei Hypertrophie verhinderte.
Cette étude vise à développer un système de délivrance de facteurs (ETK) pour améliorer la transplantation de cellules souches mésenchymateuses en traitant les problèmes d'hypertrophie et de fibrose du cartilage régénéré. Les chercheurs ont créé un système basé sur une protéine élastine-like (ELP) co-délivrant le TGF-β1 et la kartogénine (KGN), puis l'ont incorporé dans un hydrogel d'acide hyaluronique pour encapsuler des cellules souches de dents de lait (SHED). Les résultats montrent que ce système ETK-HAMA favorise efficacement la différenciation chondrogénique des SHED tout en supprimant significativement l'expression du collagène de type X, marqueur de l'hypertrophie cartilagineuse. Cette approche innovante démontre un potentiel thérapeutique prometteur pour la régénération cartilagineuse contrôlée sans hypertrophie indésirable.
This review examines recent advances in understanding articular cartilage structure and developing new repair strategies, focusing on the extracellular matrix (ECM) and collagen organization that enable cartilage to withstand joint stresses. The authors synthesized current literature on cartilage biomechanics, collagen remodeling processes, and emerging biomaterial technologies designed to mimic native cartilage properties. Key findings include the identification of type III collagen as an important regulator of early cartilage remodeling and potential biomarker for osteoarthritis progression, along with new insights into how mechanical loading and enzyme activity together affect collagen breakdown in disease. The review highlights promising next-generation biomaterials such as viscoelastic hydrogels and anisotropic scaffolds that better replicate the complex mechanical properties of natural cartilage for improved repair outcomes.
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, aktuelle Fortschritte in der Kollagen-Netzwerk-Umgestaltung und extrazellulärer Matrix-Mechanik zur Entwicklung neuer Ansätze für die Gelenkknorpelreparatur zu synthetisieren. Die Autoren analysierten die tiefenabhängige Architektur von Kollagen (hauptsächlich Typ II) und dessen Wechselwirkung mit Proteoglykanen, wobei sie besonders die Rolle von Typ III-Kollagen als Regulator früher Knorpelumbauprozesse und möglichen Biomarker für Osteoarthritis-Progression untersuchten. Die Hauptergebnisse zeigen, dass die synergistischen Effekte mechanischer Belastung und enzymatischer Degradation entscheidend für die Kollagen-Integrität sind, und dass neuartige Biomaterialien wie viskoelastische Hydrogele und anisotrope Gerüststrukturen vielversprechende Ansätze zur Nachbildung der nativen Knorpeleigenschaften bieten. Diese Erkenntnisse eröffnen neue Wege für trans
Cette revue vise à synthétiser les avancées récentes dans la compréhension de la dynamique de la matrice extracellulaire du cartilage articulaire et son potentiel pour la réparation tissulaire. Les auteurs analysent l'organisation hiérarchique du collagène (principalement de type II), l'interaction avec les protéoglycanes, et le rôle émergent du collagène de type III comme régulateur du remodelage précoce et biomarqueur potentiel de l'arthrose. L'étude met en évidence les effets synergiques de la charge mécanique et de la dégradation enzymatique sur l'intégrité du collagène, ainsi que les innovations en biomatériaux incluant des hydrogels viscoélastiques et des échafaudages anisotropes. Ces développements ouvrent de nouvelles perspectives prometteuses pour les thérapies régénératives du cartilage en reproduisant l'anisotropie native et les propriétés mécaniques multi-échelles du tissu.
This study aimed to develop a dual-function nanosystem combining anti-inflammatory and joint lubrication properties for rheumatoid arthritis treatment. The researchers created mesoporous silica nanoparticles loaded with the anti-inflammatory drug diclofenac and coated with hyaluronic acid for lubrication (MSN@DCF-HA), then tested the system's drug release properties, biocompatibility, and therapeutic effects in a rat model of rheumatoid arthritis. The nanoparticles showed sustained drug release in acidic conditions and demonstrated excellent biocompatibility with no significant toxicity. In the rat study, the dual-function system significantly reduced paw swelling, inflammatory markers, and bone damage compared to controls, suggesting that combining anti-inflammatory medication with joint lubrication in a single treatment offers a promising new approach for rheumatoid arthritis therapy.
Diese Studie zielte darauf ab, ein duales Nanosystem (MSN@DCF-HA) zu entwickeln, das gleichzeitig entzündungshemmende und gelenkschmierende Eigenschaften für die Behandlung der rheumatoiden Arthritis besitzt. Die Forscher entwickelten mesoporöse Silika-Nanopartikel, die das entzündungshemmende Medikament Diclofenac einschlossen und mit Hyaluronsäure beschichtet wurden, wobei die Wirksamkeit in vitro und in einem Rattenmodell für rheumatoide Arthritis getestet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass das Nanosystem eine kontrollierte Medikamentenfreisetzung in saurer Umgebung ermöglichte und in den behandelten Ratten zu einer signifikanten Reduktion von Pfotenschwellung, Entzündungsfaktoren und Knochenschäden führte, ohne erkennbare Toxizität zu verursachen. Diese innovative Doppelfunktion aus Entzündungshemmung durch Diclofenac und Gelenkschmierung durch Hyaluronsäure st
Cette étude visait à développer un nanosystème thérapeutique combinant propriétés anti-inflammatoires et lubrifiantes pour le traitement de la polyarthrite rhumatoïde (PR). Les chercheurs ont synthétisé des nanoparticules de silice mésoporeuse (MSN@DCF-HA) encapsulant le diclofénac comme anti-inflammatoire et recouvertes d'acide hyaluronique pour la lubrification articulaire, puis ont évalué leur efficacité sur un modèle de rats PR. Les résultats démontrent une libération contrôlée du médicament en milieu acide, une réduction significative de l'œdème des pattes, des facteurs inflammatoires et des lésions osseuses, sans toxicité notable. Ce nanosystème bifonctionnel représente une stratégie thérapeutique prometteuse pour la PR en combinant action anti-inflammatoire et protection articulaire.
This randomized controlled trial investigated whether pulsed electromagnetic field (PEMF) therapy could improve muscle strength, cartilage structure, and physical function in 60 patients with refractory mild-to-moderate knee osteoarthritis. Participants received either active PEMF or sham treatment for 30 minutes, three times weekly over 8 weeks, with outcomes measured at baseline, immediately post-treatment, and at 6 and 12 months follow-up. The study found that PEMF therapy significantly improved knee extension strength compared to placebo at 6 months (72% vs 25% increase from baseline), but showed no benefits for knee flexion strength, muscle mass, cartilage thickness, joint space width, or patient-reported outcomes. These results suggest PEMF may help address quadriceps weakness in knee osteoarthritis patients, though it does not appear to influence cartilage structure or broader functional outcomes.
Diese randomisierte, placebokontrollierte Studie untersuchte die Wirksamkeit einer 8-wöchigen Therapie mit gepulsten elektromagnetischen Feldern (PEMF) bei 60 Patienten mit therapieresistenter, leicht- bis mittelgradiger Kniearthrose. Die Teilnehmer erhielten über 8 Wochen dreimal wöchentlich entweder eine 30-minütige PEMF-Behandlung oder eine Scheinbehandlung, wobei Muskelkraft, Muskelmasse, Knorpeldicke, Gelenkspaltweite und funktionelle Parameter bis zu 12 Monate nachverfolgt wurden. Die PEMF-Therapie führte zu einer signifikanten Verbesserung der Knieextensionskraft (72% Zunahme vs. 25% in der Kontrollgruppe) 6 Monate nach der Behandlung, zeigte jedoch keine Effekte auf Knorpelstruktur, Muskelmasse oder funktionelle Outcomes. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass PEMF-Therapie spezifisch die Extensorenschwä
Cette étude randomisée en double aveugle contre placebo a évalué l'efficacité de la thérapie par champs électromagnétiques pulsés (PEMF) chez 60 patients âgés de 50 ans et plus souffrant de gonarthrose légère à modérée réfractaire. Les participants ont reçu soit un traitement PEMF soit un traitement placebo pendant 30 minutes, 3 fois par semaine sur 8 semaines, avec un suivi à 6 et 12 mois post-intervention. Les résultats montrent que la thérapie PEMF améliore significativement la force musculaire des extenseurs du genou à 6 mois (+72% vs +25% pour le groupe placebo), mais n'influence pas la force des fléchisseurs, la masse musculaire maigre, l'épaisseur cartilagineuse, l'espace articulaire ou les fonctions physiques. Cette approche thérapeutique présente donc un potentiel limité mais prometteur pour traiter spécifiquement la faiblesse des extenseurs du genou dans cette population à haut risque.
This study investigated whether pre-exposing cartilage to mild oxidative stress could protect it from damage caused by abnormal mechanical loading, which is implicated in osteoarthritis development. The researchers treated porcine cartilage explants with varying concentrations of tert-butyl hydrogen peroxide (TBHP) at different frequencies, then subjected them to damaging compression cycles while measuring cell death, metabolic activity, and gene expression changes. Pre-treatment with 100 μM TBHP applied four times provided the best protection, significantly improving cell survival, reducing harmful proteoglycan loss, and upregulating protective genes like catalase while downregulating the cartilage-degrading enzyme MMP-3. These findings suggest that controlled oxidative conditioning can strengthen cartilage's natural defenses against mechanical injury, potentially offering insights for developing protective therapies for joint degeneration.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte, ob eine Vorkonditionierung mit Oxidantien Knorpelgewebe vor mechanisch induzierten Schäden schützen kann. Porcine Knorpelexplantate wurden wiederholt mit subletalen Konzentrationen von tert-Butyl-Hydrogenperoxid (TBHP) behandelt, bevor sie schädigender axialer Kompression ausgesetzt wurden. Die Vorkonditionierung mit 100 μM TBHP (viermalige Anwendung) verbesserte signifikant die Zellviabilität nach mechanischer Belastung, reduzierte Proteoglykanverluste und modulierte die Genexpression wichtiger antioxidativer Enzyme wie Katalase sowie von HIF-1α. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine kontrollierte Oxidantienexposition die antioxidativen Abwehrmechanismen von Chondrozyten stärken und somit deren Resistenz gegen mechanische Schädigungen erhöhen kann.
Cette étude examine si un préconditionnement oxydant peut protéger le cartilage articulaire des dommages mécaniques liés à l'arthrose. Les chercheurs ont traité des explants de cartilage porcin avec du peroxyde de tert-butyle (TBHP) à différentes concentrations non-létales avant de les soumettre à une compression axiale simulant un stress mécanique anormal. Le préconditionnement optimal (100 μM TBHP appliqué quatre fois) a significativement amélioré la viabilité cellulaire post-compression, réduit les pertes de protéoglycanes et modifié l'expression génique en augmentant la catalase et HIF-1α tout en diminuant MMP-3. Ces résultats démontrent qu'une exposition répétée à de faibles concentrations d'oxydants peut renforcer les défenses antioxydantes des chondrocytes et réduire leur susceptibilité aux dommages mécaniques.
This study investigated whether combining acellular PLGA scaffolds with treadmill exercise could improve osteochondral repair in a minipig model. Researchers created cartilage defects in both high and low weight-bearing regions of 18 minipig knees, treating half with PLGA scaffolds and comparing outcomes between exercised (30-minute daily treadmill sessions) and sedentary groups over 6 months. The combination of PLGA scaffolds plus exercise produced the best results, generating smooth articular surfaces with hyaline-like cartilage tissue, high-quality cellular organization, and superior histological scores compared to exercise alone, scaffold alone, or untreated defects. Importantly, this beneficial effect was observed in both high and low weight-bearing joint regions, suggesting that combining biomaterial scaffolds with controlled exercise rehabilitation could be an effective treatment strategy for cartilage repair.
Diese Proof-of-Concept-Studie untersuchte, ob die Kombination aus zellfreien PLGA-Scaffolds und Laufbandtraining die osteochondrale Regeneration in einem Minischwein-Modell verbessert. An 18 Knien von 9 Minischweinen wurden kritische osteochondrale Defekte sowohl in hoch- als auch niedrigbelasteten Regionen gesetzt, wobei eine Gruppe mit PLGA-Scaffolds behandelt und anschließend einem 30-minütigen Laufbandprogramm unterzogen wurde, während die Kontrollgruppe sedentär blieb. Nach 6 Monaten zeigte die Kombinationstherapie (PLGA + Training) die besten Ergebnisse mit glatter Gelenkoberfläche, hyalinähnlichem Knorpelgewebe, optimaler Integration und den höchsten histologischen Scores in beiden Defektregionen. Die Studie belegt, dass zellfreie PLGA-Scaffolds in Verbindung mit kontrolliertem Training eine vielversprechende therapeutische Strategie für die osteochondrale Reparatur darstellen.
Cette étude de preuve de concept visait à évaluer l'efficacité combinée d'implants acellulaires en PLGA (acide poly(lactique-co-glycolique)) et d'exercices de réhabilitation sur tapis roulant pour la réparation ostéochondrale. L'expérimentation a été menée sur 18 genoux de miniporcs avec des défauts ostéochondraux de taille critique dans des zones de charge élevée et faible, comparant quatre groupes : exercice + PLGA, exercice seul, PLGA seul, et défaut vide sans traitement. Après 6 mois, le groupe combinant PLGA et exercice a montré une régénération cartilagineuse supérieure avec formation de tissu hyalin, intégration ostéochondrale optimale, et les meilleurs scores histologiques dans les deux régions articulaires. Cette approche thérapeutique combinée représente donc une strategie prometteuse pour la réparation ostéochondrale, applicable tant aux zones de forte qu'à celles de faible contrainte mécanique.
This study investigated how different mechanical loading patterns affect cartilage metabolism by examining glycosaminoglycan (GAG) and protein synthesis in dog cartilage samples. Researchers applied static or cyclic compression to cartilage plugs for 2 hours, then measured synthesis rates using radioactive tracers, comparing results to unloaded controls from the same joints. The key finding was that loading pattern dramatically influenced cartilage metabolism: static stress and slow cyclic loading (60 seconds on/off) suppressed GAG synthesis to 30-60% of control levels, while faster cyclic loading (4 seconds on/11 seconds off) actually increased GAG synthesis by 34%. These metabolic changes were not due to altered nutrient diffusion, suggesting that cartilage cells respond differently to various mechanical loading frequencies, with implications for understanding how joint activity affects cartilage health and repair.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von statischer und zyklischer mechanischer Belastung auf den Stoffwechsel von Gelenkknorpel in vitro. Knorpelproben aus Femurkondylen von gesunden Hunden wurden zwei Stunden lang unterschiedlichen Belastungsprotokollen ausgesetzt, bevor die Synthese von Glykosaminoglykanen (GAG) und Proteinen mittels radioaktiver Markierung gemessen wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass statische Belastung und langsame zyklische Belastung (60s an/60s aus) die GAG-Synthese auf 30-60% der Kontrolle reduzierten, während schnelle zyklische Belastung (4s an/11s aus) die GAG-Synthese um 34% steigerte. Diese Befunde deuten darauf hin, dass die Frequenz mechanischer Belastung entscheidend für anabole versus katabole Reaktionen im Knorpelstoffwechsel ist.
Cette étude visait à examiner l'influence des contraintes mécaniques statiques et cycliques sur le métabolisme du cartilage articulaire in vitro. Des cylindres de cartilage de condyles fémoraux de chiens ont été soumis à différents protocoles de charge pendant 2 heures, puis incubés avec des marqueurs radioactifs pour mesurer la synthèse de glycosaminoglycanes (GAG) et de protéines. Les résultats montrent que les contraintes statiques et cycliques longues (60s on/60s off) suppriment la synthèse de GAG à 30-60% des valeurs contrôles, tandis qu'un cycle court (4s on/11s off) stimule cette synthèse de 34%. Ces modifications métaboliques ne semblent pas dues à des changements de diffusion des nutriments, suggérant un effet direct de la fréquence de sollicitation mécanique sur l'activité cellulaire du cartilage.
This study investigated how dynamic compression affects the biological activity of cartilage tissue by testing calf cartilage samples under various compression patterns with different strengths, speeds, and frequencies. The researchers used specialized chambers to compress small cartilage disks while measuring their mechanical properties and tracked cartilage cell activity by monitoring the uptake of radioactive markers for protein and glycosaminoglycan (cartilage matrix component) production. The study identified a critical frequency (0.001 Hz) that separates two distinct mechanical behaviors: at higher frequencies, even small compressions (1-5%) stimulated cartilage biosynthesis by 20-40%, while at lower frequencies, larger compressions were needed to achieve similar stimulation. These findings provide important insights into how mechanical loading can promote cartilage health and repair, with potential applications for optimizing rehabilitation therapies like continuous passive motion treatment.
Diese Studie untersuchte die biosynthetische Antwort von Kalbsknorpel-Explantaten auf dynamische Kompression unter verschiedenen Amplituden, Wellenformen und Frequenzen. Die Forscher entwickelten zwei Kulturkammern für uniaxiale Kompression und maßen die Glykosaminoglykan-Synthese mittels ³⁵S-Sulfat-Inkorporation sowie die Proteinsynthese über ³H-Prolin-Inkorporation. Die Ergebnisse zeigten eine charakteristische Grenzfrequenz von 0,001 Hz, die zwei unterschiedliche biomechanische Regime trennt: Bei höheren Frequenzen stimulierten bereits geringe Dehnungen von 1-5% die Biosynthese um 20-40%, während bei niedrigeren Frequenzen größere Kompressionen (>5%) erforderlich waren, um ähnliche stimulierende Effekte zu erzielen. Die Studie liefert wichtige Erkenntnisse für das Verständnis der Mechanismen, durch die dynamische Kompression die Chondrozyten-Biosynthese moduliert, und bietet eine methodische
Cette étude examine la réponse biosynthétique d'explants de cartilage articulaire de veau soumis à une compression dynamique en faisant varier l'amplitude, la forme d'onde et la fréquence. Les chercheurs ont utilisé deux chambres de culture permettant la compression uniaxiale non confinée radialement, avec évaluation de la synthèse de glycosaminoglycanes (incorporation de 35S-sulfate) et de protéines (incorporation de 3H-proline). Les résultats révèlent une fréquence caractéristique de 0,001 Hz séparant deux régimes distincts : aux hautes fréquences (0,01-1 Hz), des déformations oscillatoires de seulement 1-5% stimulent la biosynthèse de 20-40%, tandis qu'aux basses fréquences, des compressions plus importantes sont nécessaires pour obtenir un effet stimulateur. Cette recherche établit un cadre méthodologique pour comprendre les mécanismes physiques et biologiques par lesquels la compression dynamique module l'activité des chondrocytes, avec des applications potentielles pour l'évaluation in vitro des thérapies de mobilisation passive continue.
This study investigated how tumor necrosis factor alpha (TNF-α) and epidermal growth factor (EGF) regulate cartilage-degrading enzymes (collagenase and stromelysin) in adult pig joint cartilage cells. The researchers used cell culture techniques and molecular analyses to measure enzyme production, gene expression, and transcription rates in response to these growth factors. The key finding was that TNF-α, an inflammatory molecule found in arthritic joints, strongly stimulated the production of both cartilage-degrading enzymes, while EGF had minimal effect despite being effective in other cell types. These results suggest that TNF-α may contribute to cartilage breakdown in arthritis by promoting the release of matrix-degrading enzymes from cartilage cells themselves.
Diese Studie untersuchte, wie TNF-alpha und EGF die Expression von knorpelabbauenden Enzymen (Kollagenase und Stromelysin) in Gelenkknorpelzellen regulieren. Die Forscher kultivierten adulte Schweine-Chondrozyten und analysierten mittels mRNA-Messung, Enzymaktivitätstests und Transkriptionsanalysen die Wirkung beider Faktoren. Die Ergebnisse zeigten, dass TNF-alpha - ein bei rheumatoider Arthritis erhöhter Entzündungsmediator - die Produktion beider matrixabbauender Enzyme stark stimulierte, während EGF nur minimale Effekte hatte. Diese Befunde legen nahe, dass TNF-alpha eine wichtige Rolle beim Knorpelabbau bei Arthritis spielt und dass die Regulation von Metalloproteasen in Chondrozyten anders funktioniert als in Fibroblasten.
Cette étude examine la régulation de la collagénase et de la stromélysine par le TNF-α et l'EGF dans des chondrocytes articulaires porcins adultes en culture monocouche. Les chercheurs ont utilisé des analyses de transcription par "nuclear run-on", des mesures d'activité enzymatique et d'immunoprécipitation pour évaluer l'expression génique et protéique de ces métalloprotéases matricielles. Les résultats montrent que le TNF-α stimule puissamment l'accumulation d'ARNm et l'activité de ces enzymes dégradatrices via une augmentation de la transcription détectable dès 2 heures, contrairement à l'EGF qui n'induit qu'une stimulation minimale. Ces données suggèrent que le TNF-α pourrait contribuer à la dégradation du cartilage articulaire dans les arthropathies chroniques en stimulant la production de métalloprotéases par les chondrocytes.
This study investigated how rabbit articular chondrocytes (RAC) express different transforming growth factor-beta (TGF-β) receptors depending on their cell cycle phase. The researchers used varying serum concentrations (2% vs 10% fetal calf serum) to create different proliferation states and performed receptor binding assays on both mixed and synchronized cell populations. They found that slowly dividing cells (enriched in G0/G1 phase) had 60% more high-affinity TGF-β receptors compared to rapidly dividing cells, with synchronized G0/G1 cells showing a single high-affinity receptor type while S-phase cells expressed only lower-affinity receptors. These findings demonstrate that chondrocytes dynamically regulate their TGF-β receptor expression throughout the cell cycle, which may explain the dual growth-promoting and growth-inhibiting effects of TGF-β on cartilage cells.
Diese Studie untersuchte, wie sich die Expression von TGF-β1-Rezeptoren in Kaninchen-Gelenkknorpelzellen (RAC) in Abhängigkeit von der Zellzyklusphase verändert. Die Forscher verwendeten Bindungsstudien mit radioaktiv markiertem TGF-β1 und analysierten Zellpopulationen unter verschiedenen Serumkonzentrationen (2% vs. 10% fetales Kälberserum) sowie synchronisierte Zellen in spezifischen Zellzyklusphasen (G0/G1 vs. S-Phase). Die Hauptergebnisse zeigen, dass langsam proliferierende Zellen (G0/G1-Phase) eine 60% höhere Anzahl hochaffiner TGF-β1-Rezeptoren exprimieren im Vergleich zu aktiv teilenden Zellen, wobei sich auch die Rezeptorbindungscharakteristika unterscheiden. Diese Befunde erklären die zuvor beobachteten unterschiedlichen Wachstumseffekte von TGF-β1 auf Knorpelzellen und verdeutlichen die zellzyklusabhängige
Cette étude examine l'expression des récepteurs au TGF-β1 par les chondrocytes articulaires de lapin (RAC) selon les phases du cycle cellulaire. Les chercheurs ont utilisé des analyses de liaison par radiomarquage et la synchronisation cellulaire pour caractériser les systèmes de récepteurs à haute affinité dans différentes conditions de culture (2% vs 10% de sérum fœtal de veau). Les résultats révèlent que les cellules en phase G0/G1 expriment significativement plus de récepteurs de très haute affinité (60% d'augmentation) comparativement aux cellules en phase S, avec des profils de liaison distincts selon la phase du cycle cellulaire. Cette variation d'expression des récepteurs au TGF-β1 explique les effets bifunctionnels (inhibition vs stimulation) de ce facteur de croissance sur la prolifération des chondrocytes selon leur état de division.
This study investigated whether intra-articular hyaluronan injections could improve cartilage health in sheep with early osteoarthritis induced by meniscus removal. Researchers compared two hyaluronan preparations with different molecular weights (high MW: DHA vs lower MW: AHA) given weekly for 5 weeks, then analyzed cartilage composition and proteoglycan metabolism using tissue culture and biochemical assays. The high molecular weight hyaluronan (DHA) showed some beneficial effects, including reduced proteoglycan loss from femoral cartilage and altered proteoglycan metabolism, though both treatments reduced proteoglycan synthesis compared to saline controls. The authors concluded that the observed metabolic changes likely resulted from increased joint loading in treated animals rather than direct cellular effects of hyaluronan.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen zweier Hyaluronsäure-Präparate (AHA und DHA) mit unterschiedlichen Molekulargewichten auf die Knorpelzusammensetzung und den Proteoglykan-Stoffwechsel bei früher Arthrose im Schafmodell. Die Forscher führten bei Schafen eine mediale Meniskektomie durch, behandelten die Tiere 16 Wochen später fünf Wochen lang wöchentlich intraartikulär mit den HA-Präparaten und analysierten anschließend Knorpelproben mittels Ex-vivo-Kultivierung und biochemischen Methoden. Die Ergebnisse zeigten, dass beide HA-Präparate die Proteoglykan-Biosynthese reduzierten, wobei das höhermolekulare DHA einen stärkeren Effekt hatte als AHA, und gleichzeitig die Proteoglykan-Extraktierbarkeit im medialen Femurknorpel verringerte. Die Autoren schlossen daraus, dass diese Veränderungen wahrscheinlich auf eine erhöhte Gelenkbelastung
Cette étude a évalué les effets de deux préparations d'acide hyaluronique (HA) de poids moléculaires différents sur la composition du cartilage et le métabolisme des protéoglycanes dans un modèle ovin d'arthrose précoce induite par méniscectomie médiale. Les chercheurs ont administré les préparations HA par voie intra-articulaire pendant 5 semaines et ont analysé la biosynthèse des protéoglycanes marqués au ³⁵S, leur libération dans le milieu de culture, ainsi que l'extractabilité des protéoglycanes cartilagineux. Les résultats montrent que les deux préparations HA ont réduit la biosynthèse des protéoglycanes, avec un effet plus marqué pour la préparation à haut poids moléculaire (DHA), suggérant que cette diminution résulte d'une augmentation de la charge articulaire plutôt que d'un effet direct sur le métabolisme des chondrocytes.
This study investigated how compressive loading affects the production of key cartilage components (proteins, proteoglycans, and fibronectin) in dog cartilage samples. The researchers applied various compression levels (0.025-1.2 MPa) to cartilage explants using both single 18-hour cycles and intermittent loading over multiple days, then measured synthesis rates and tissue composition.
The main findings showed that a single compression cycle temporarily suppressed the synthesis of all measured components, with greater suppression at higher loads, but synthesis rates recovered or even exceeded normal levels within 24 hours after load removal. Importantly, while single loading cycles were inhibitory, intermittent compression over longer periods helped maintain normal cartilage water content compared to unloaded samples, which became increasingly hydrated over time in culture.
These results suggest that while acute compression temporarily reduces cartilage biosynthesis, intermittent loading may be beneficial for maintaining normal cartilage structure and composition.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von Druckbelastung auf die Biosynthese wichtiger Knorpelbestandteile in Hundeknorpel-Explantaten. Die Forscher setzten die Gewebeproben einmaligen oder wiederholten Kompressionszyklen mit Drücken von 0,025-1,2 MPa aus und analysierten die Synthese von Gesamtprotein, Proteoglykanen und Fibronektin. Einmalige 18-stündige Kompression hemmte die Synthese aller untersuchten Komponenten dosisabhängig, wobei sich die Syntheserate nach Entlastung innerhalb von 24 Stunden wieder erholte oder sogar die Kontrollwerte überstieg. Intermittierende Belastung über mehrere Zyklen zeigte jedoch positive Effekte, indem sie das normale Verhältnis von Trocken- zu Feuchtgewicht im Knorpel aufrechterhielt und damit der natürlichen Gewebedegradation in Kultur entgegenwirkte.
Cette étude examine l'effet de charges compressives cycliques et statiques sur la synthèse des composants matriciels du cartilage articulaire canin. Les explants de cartilage ont été soumis à des contraintes uniaxiales de 0,025-1,2 MPa en compression non confinée, avec mesure de la synthèse des protéines totales, protéoglycanes et fibronectine. Les résultats montrent qu'un cycle unique de compression (18h) inhibe la synthèse de tous ces composants de manière dose-dépendante non-linéaire, avec récupération partielle ou complète dans les 24h suivant la décharge. Contrairement à la compression statique, la compression intermittente cyclique préserve le contenu normal en protéoglycanes et prévient l'augmentation pathologique de la teneur en eau observée dans les explants non chargés, suggérant un rôle bénéfique de la charge mécanique cyclique dans le maintien de l'homéostasie cartilagineuse.
This study aimed to characterize zymosan-induced arthritis in rats as a model for evaluating joint inflammation and cartilage damage. Researchers injected 2 mg of zymosan into rat joints and monitored inflammation markers, cartilage metabolism, and proteoglycan synthesis over 20 days, comparing results with IL-1β injections. The zymosan injection produced acute inflammation (swelling, pain, fever) followed by chronic joint damage, including decreased cartilage proteoglycan synthesis initially and significant cartilage proteoglycan depletion by day 20. The model successfully combined early inflammatory processes with longer-term cartilage destruction, making it suitable for testing drugs that protect cartilage from damage.
Diese Studie untersuchte die Charakteristika einer Zymosan-induzierten Arthritis im Rattenmodell und deren Auswirkungen auf Gelenkentzündung und Knorpelstoffwechsel. Eine einmalige intraartikuläre Injektion von 2 mg Zymosan führte zu akutem periartikulärem Ödem, gefolgt von subakuter erosiver Synovitis, wobei die Entzündungsreaktion mit reduzierter Laufaktivität, Fieber und verminderter Proteoglykansynthese einherging. Die Hauptergebnisse zeigten, dass nach 20 Tagen ein synovialer Pannus zu einer deutlichen Depletion des Proteoglykangehalts im Gelenkknorpel führte, während eine Kontrollbehandlung mit IL1β zwar ähnliche frühe Effekte, aber keine Knorpelschädigung verursachte. Das Zymosan-Modell kombiniert somit prostaglandin-abhängige Prozesse (Ödem, Schmerz, Fieber) mit IL1-vermittelten Knorpelstoffwech
Cette étude visait à caractériser les effets de l'arthrite induite par le zymosan sur l'inflammation articulaire et le métabolisme cartilagineux chez le rat. Une injection intra-articulaire unique de 2 mg de zymosan a été administrée, et les paramètres inflammatoires, comportementaux et métaboliques du cartilage ont été évalués sur 20 jours. Les résultats montrent que le zymosan provoque un œdème périarticulaire aigu suivi d'une synovite érosive subaiguë, avec diminution initiale de la synthèse des protéoglycanes et déplétion marquée du contenu en protéoglycanes du cartilage articulaire au jour 20. Ce modèle combine des processus précoces dépendants des prostaglandines (œdème, douleur, fièvre) avec des effets liés à l'IL-1 sur le métabolisme cartilagineux, offrant ainsi un outil pertinent pour l'évaluation de médicaments chondroprotecteurs.
This study investigated how fluid-induced mechanical forces affect cartilage cells (chondrocytes) grown in laboratory cultures. The researchers applied controlled shear stress (1.6 Pa) using a cone viscometer to human and bovine chondrocytes for 24-72 hours, then measured changes in cell shape and metabolic activity.
The mechanical stimulation caused chondrocytes to elongate and align with the direction of fluid flow after 48-72 hours, while also doubling the production of glycosaminoglycans (key cartilage matrix components) and increasing the size of newly formed proteoglycans. Additionally, shear stress dramatically increased prostaglandin E2 release (10-20 fold) and boosted levels of tissue inhibitor of metalloproteinase (9-fold), while having minimal effects on cartilage-degrading enzymes.
These findings demonstrate that cartilage cells directly respond to mechanical forces by altering their shape and increasing production of cartilage-building molecules, suggesting that physical loading plays a crucial role in maintaining healthy cartilage in living joints.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von Flüssigkeitsscherkräften auf die Morphologie und den Stoffwechsel von Gelenkchondrozyten in vitro. Mittels Kegelviskometer wurden humane und bovine Chondrozyten-Monolayer-Kulturen über 24-72 Stunden einer definierten Scherkraft von 1,6 Pa ausgesetzt. Die mechanische Stimulation führte zu einer charakteristischen Zellausrichtung und verdoppelte die Glykosaminoglykan-Synthese, während gleichzeitig die Prostaglandin E2-Freisetzung um das 10-20-fache und die mRNA-Expression des Metalloproteinase-Inhibitors TIMP um das 9-fache anstieg. Die Ergebnisse zeigen, dass Chondrozyten direkt auf mechanische Stimulation reagieren und unterstützen die Hypothese, dass mechanische Belastung die Knorpelhomöostase in vivo direkt beeinflusst.
Cette étude a examiné les effets des forces de cisaillement induites par un fluide sur la morphologie et le métabolisme des chondrocytes articulaires cultivés en monocultures à haute densité. Les chercheurs ont appliqué un cisaillement de 1,6 Pa pendant 24 à 72 heures sur des chondrocytes humains et bovins à l'aide d'un viscosimètre à cône. Les résultats montrent que le cisaillement provoque un allongement et un alignement cellulaire, stimule la synthèse de glycosaminoglycanes par un facteur 2, augmente la libération de prostaglandine E2 de 10 à 20 fois, et induit une surexpression de 9 fois de l'ARNm du TIMP (inhibiteur tissulaire des métalloprotéinases). Cette recherche démontre que les chondrocytes répondent directement à la stimulation mécanique, suggérant un rôle important des contraintes mécaniques dans l'homéostasie cartilagineuse in vivo.
This study investigated how anatomical location and exercise affect the biomechanical properties of cartilage in horses' third carpal bones. Researchers compared 6 exercised horses (30 minutes, 3x weekly) with 6 non-exercised horses using creep indentation testing at 12 cartilage sites to measure material properties including aggregate modulus, permeability, and Poisson's ratio. The results showed that cartilage stiffness (aggregate modulus) varied significantly by location within the joint but was not affected by exercise, while exercise increased cartilage permeability at all sites and increased Poisson's ratio specifically at high-load bearing areas. These findings suggest that both anatomical location and exercise influence cartilage biomechanics, with site-specific property differences potentially explaining why cartilage lesions develop at particular locations within the horse's midcarpal joint.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von Gelenkposition und Training auf die biomechanischen Eigenschaften des Gelenkknorpels am dritten Karpalknochen von Pferden. Zwölf Pferde wurden in zwei Gruppen aufgeteilt (trainiert vs. nicht-trainiert), und die Knorpeleigenschaften wurden mittels Kriechverformungstest an 12 verschiedenen Stellen des Knochens gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Gelenkposition einen signifikanten Einfluss auf den Aggregatmodul hatte, wobei dorsale und intermediäre Bereiche weichere Eigenschaften aufwiesen als palmare Bereiche. Training erhöhte die Permeabilität des Knorpels an allen Messstellen und das Poisson-Verhältnis speziell an palmaren Stellen, was darauf hindeutet, dass sowohl anatomische Lokalisation als auch Belastung die Knorpelbiomechanik beeinflussen und möglicherweise die ortsspezifische Entstehung von Knorpelschäden erklären können.
Cette étude visait à évaluer l'influence de la localisation anatomique and de l'exercice sur les propriétés biomécaniques du cartilage articulaire du troisième os carpien équin. Les chercheurs ont comparé 6 chevaux exercés (30 minutes, 3 fois/semaine) à 6 chevaux sédentaires, en analysant les propriétés biphasiques du cartilage par tests d'indentation sur 12 sites par os. Les résultats montrent que la localisation anatomique influence significativement le module d'agrégation du cartilage, tandis que l'exercice augmente la constante de perméabilité sur tous les sites et le ratio de Poisson spécifiquement sur la face palmaire de la facette radiale. Ces différences biomécaniques locales corrèlent avec la spécificité anatomique des lésions cartilagineuses observées dans l'articulation médiocarpienne équine.
This study investigated how mechanical forces affect interleukin-6 (IL-6) production in cartilage cells, comparing normal and osteoarthritic conditions. The researchers used Northern blot analysis to measure IL-6 gene expression and applied fluid-induced shear stress to cultured human chondrocytes to simulate mechanical loading. They found that while normal chondrocytes don't naturally produce IL-6, osteoarthritic chondrocytes do, and applying mechanical shear stress to normal chondrocytes dramatically increased IL-6 production by 4-fold at 1 hour and 10-15 fold at 48 hours. The findings suggest that abnormal mechanical loading in joints may contribute to the elevated IL-6 levels seen in osteoarthritic cartilage, providing insight into how mechanical factors influence inflammation in joint disease.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Scherkräfte die Expression von Interleukin-6 (IL-6) in normalen menschlichen Gelenkknorpelzellen beeinflussen. Mittels Northern Blot-Analyse wurde gezeigt, dass IL-6 mRNA in arthrotischen Chondrozyten natürlicherweise exprimiert wird, während normale Knorpelzellen zunächst kein IL-6 produzieren. Die Anwendung von Flüssigkeits-induziertem Scherstress auf normale Chondrozyten führte zu einer 4-fachen Steigerung der IL-6 mRNA nach einer Stunde und einer 10-15-fachen Erhöhung nach 48 Stunden, wobei auch die IL-6 Proteinkonzentration im Kulturmedium um das 9-10-fache anstieg. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die erhöhte IL-6 Expression bei Arthrose teilweise durch veränderte mechanische Belastung des Knorpelgewebes verursacht werden könnte.
Cette étude visait à examiner l'effet du stress de cisaillement induit par les fluides sur l'expression de l'interleukine-6 (IL-6) dans les chondrocytes humains normaux in vitro. Les chercheurs ont utilisé des analyses par Northern blot pour mesurer l'ARNm de l'IL-6 dans des cultures primaires de chondrocytes soumises à des contraintes mécaniques de cisaillement. Les résultats montrent que si l'IL-6 est exprimée dans les chondrocytes arthrosiques mais pas dans les chondrocytes normaux, l'application de stress de cisaillement augmente l'expression de l'ARNm de l'IL-6 de 4 fois à 1 heure et de 10-15 fois à 48 heures, avec une augmentation correspondante de 9-10 fois des niveaux protéiques. Ces données suggèrent que l'expression accrue d'IL-6 dans le cartilage arthrosique pourrait résulter en partie d'altérations de la charge mécanique tissulaire.
This study investigated how static compression affects cartilage cell structure and their production of aggrecan, a key cartilage protein. The researchers applied continuous compression to cartilage tissue samples and used radioactive labeling to track aggrecan synthesis, while measuring changes in cell and nucleus dimensions using specialized microscopy techniques.
The main findings showed that compression reduced overall aggrecan production and created uneven patterns of synthesis throughout the tissue that weren't present in uncompressed samples. Additionally, cells and their nuclei became flattened in the direction of compression (matching the tissue deformation) while maintaining their width, and these structural changes strongly correlated with the reduced aggrecan synthesis, suggesting that cell deformation may directly influence the cell's ability to produce this important cartilage component.
Diese Studie untersuchte, wie statische Kompression die Aggrekan-Synthese und Zellstruktur in Knorpelgewebe beeinflusst. Die Forscher verwendeten quantitative Autoradiographie und stereologische Methoden, um sowohl die Aggrekan-Produktion als auch Zell- und Kernvolumen in komprimierten Knorpelscheiben zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass statische Kompression die Aggrekan-Synthese insgesamt reduzierte und eine räumliche Heterogenität in der Synthese induzierte, die direkt mit den mechanischen Randbedingungen korrelierte. Gleichzeitig verformten sich Chondrozyten und ihre Zellkerne proportional zur Gewebekompression, wobei die starke Korrelation zwischen strukturellen Veränderungen und reduzierter Aggrekan-Synthese auf spezifische intrazelluläre Signalwege als Antwort auf mechanische Belastung hinweist.
Cette étude avait pour objectif d'identifier les mécanismes cellulaires de réponse à la charge mécanique en analysant les modifications structurelles des chondrocytes et la synthèse d'agrécane dans le cartilage comprimé statiquement. Les chercheurs ont utilisé l'autoradiographie quantitative pour localiser l'agrécane nouvellement synthétisé et des outils stéréologiques pour mesurer les dimensions cellulaires et nucléaires dans des explants de cartilage comprimés. Les résultats montrent une réduction globale de la synthèse d'agrécane avec une hétérogénéité spatiale induite par la compression, accompagnée d'une déformation proportionnelle des cellules et des noyaux dans la direction de compression. La forte corrélation observée entre les changements locaux de synthèse d'agrécane et les altérations structurelles cellulaires suggère l'existence de voies de transduction mécanosensibles spécifiques dans la réponse biosynthétique des chondrocytes.
This study investigated whether repeated mechanical impact could cause damage to living cartilage that resembles changes seen in osteoarthritis. The researchers subjected canine cartilage explants to cyclical impacts of varying intensities (0-50 MPa) for 30 minutes, then monitored the tissue in culture for up to 10 days using multiple assessment methods including radiosulfate incorporation, swelling tests, and magnetic resonance imaging. The results showed that even relatively low impact forces (5-10 MPa) caused subtle but measurable damage to the cartilage matrix, while higher forces caused visible damage, and by 10 days post-impact, the cartilage exhibited osteoarthritis-like changes including increased water content, fibronectin accumulation, and compromised structural integrity. The findings suggest that normal cartilage has limited ability to withstand repeated mechanical impacts, which may contribute to the development of osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, ob wiederholte Stoßbelastungen lebenden Gelenkknorpel schädigen und arthrose-ähnliche Veränderungen hervorrufen können. Hundknorpel-Explantate wurden 30 Minuten lang alle 5 Sekunden mit Druckspitzen von bis zu 50 MPa belastet und anschließend bis zu 10 Tage in Kultur gehalten. Die Ergebnisse zeigten bereits bei niedrigen Belastungen (5-10 MPa) subtile Schäden, während höhere Belastungen (20-50 MPa) zu sichtbaren Knorpelschäden führten, erkennbar an erhöhter Schwellung, gesteigerter Wasserdiffusion und vermehrter Fibronektin-Akkumulation. Diese arthrose-ähnlichen Veränderungen deuten darauf hin, dass die physikalische Festigkeit von normalem Knorpel dessen Widerstandsfähigkeit gegen zyklische Stoßbelastungen begrenzt.
Cette étude visait à déterminer si des impacts répétés pouvaient endommager le cartilage vivant et induire des changements biologiques similaires à ceux de l'arthrose. Les chercheurs ont soumis des explants de cartilage canin à des impacts cycliques allant jusqu'à 50 MPa (un impact toutes les 5 secondes pendant 30 minutes), puis ont analysé les échantillons en culture pendant 10 jours. Les résultats montrent que même des impacts relativement faibles (5-10 MPa) provoquent des dommages subtils détectables par un gonflement ionique accru et une augmentation de l'auto-diffusion de l'eau, tandis que les impacts plus élevés causent des dommages visibles. Dix jours après l'impact, une accumulation de fibronectine et une augmentation du contenu en eau ont été observées, suggérant que ces changements de type arthrosique reflètent les limites de résistance du cartilage normal aux contraintes mécaniques cycliques.
This study investigated how mechanical stress affects the production of different cartilage proteins (proteoglycans) in normal sheep knee joints and in early osteoarthritis following meniscus removal. The researchers used radioactive labeling to track the synthesis of aggrecan, biglycan, and decorin in cartilage samples from eight different weight-bearing regions, comparing normal joints to joints 6 months after meniscectomy. In normal joints, high-stress cartilage areas produced less total proteoglycan but more decorin compared to low-stress regions, and also released more breakdown products. After meniscus removal, the newly high-stress cartilage areas showed increased production of biglycan and decorin alongside increased breakdown of aggrecan, suggesting that abnormal mechanical loading triggers early osteoarthritic changes in cartilage protein metabolism.
Diese Studie untersuchte den Einfluss mechanischer Belastung auf die Synthese verschiedener Proteoglykane (Aggrecan, Biglycan und Decorin) in gesundem Gelenkknorpel und in frühen Stadien der Osteoarthritis. Die Forscher analysierten Knorpelexplantate aus acht verschiedenen belastungstragenden Regionen von Schafkniegelenken vor und sechs Monate nach Meniskektomie mittels Chromatographie und Gelelektrophorese. In normalen Gelenken synthetisierten hochbelastete Knorpelregionen signifikant weniger Proteoglykane insgesamt, aber mehr Decorin im Vergleich zu weniger belasteten Bereichen. Nach der Meniskektomie zeigten die betroffenen Knorpelregionen eine erhöhte Biosynthese von Biglycan und Decorin sowie einen verstärkten Abbau von Aggrecan, was darauf hindeutet, dass veränderte mechanische Belastung zu frühen osteoarthritischen Veränderungen im Chondrozyten-Phänotyp führt.
Cette étude avait pour objectif d'examiner le métabolisme des protéoglycanes aggrécan, biglycan et décorin dans le cartilage articulaire de différentes zones de charge de genoux ovins normaux et après méniscectomie induisant des changements arthrosiques précoces. Les chercheurs ont utilisé des explants de cartilage de huit régions différentes, analysant la synthèse de protéoglycanes marqués au [35S] par chromatographie et électrophorèse, et quantifiant les résultats par autoradiographie. Les résultats montrent que dans les articulations contrôles, le cartilage exposé à des contraintes mécaniques élevées synthétise significativement moins de protéoglycanes globalement mais plus de décorin, tandis qu'après méniscectomie, les cartilages tibiaux et fémoraux latéraux présentent une biosynthèse élevée de biglycan et décorin accompagnée d'un catabolisme accru de l'aggrécan. Ces données suggèrent qu'une expression phénotypique altérée des protéoglycanes par les chondrocytes en réponse à des charges mécaniques anormales constitue un évén
This study investigated whether lifelong intense exercise damages articular cartilage by comparing dogs that exercised on treadmills while carrying heavy loads (130% body weight) for over 10 years against sedentary controls. The researchers used comprehensive assessment methods including visual joint inspection, microscopic examination, cartilage thickness measurements, and mechanical testing of the knee cartilage. The results showed no differences between exercised and control dogs in joint structure, cartilage appearance, thickness, or mechanical properties, with no evidence of injury or degeneration in either group. These findings suggest that regular weight-bearing exercise throughout life does not harm healthy articular cartilage or predispose joints to degeneration.
Diese Studie untersuchte, ob lebenslange intensive Belastung zu Knorpeldegeneration in Hundegelenken führt. Elf Hunde trainierten 527 Wochen lang täglich 75 Minuten auf einem Laufband mit Gewichtswesten (130% des Körpergewichts), während zehn Kontrollhunde normale Käfigaktivität hatten. Die anschließende Analyse der Kniegelenke mittels Lichtmikroskopie, Dickenmessung und biomechanischen Tests zeigte keine Unterschiede zwischen den Gruppen bezüglich Knorpelstruktur, -dicke oder mechanischen Eigenschaften. Die Ergebnisse belegen, dass regelmäßige intensive Belastung bei gesunden Gelenken nicht zu strukturellen oder mechanischen Knorpelveränderungen führt, die eine Gelenkdegeneration begünstigen würden.
Cette étude visait à déterminer si un exercice intensif à long terme provoque une dégénérescence du cartilage articulaire chez le chien. Onze chiens ont été soumis à un protocole d'exercice sur tapis roulant pendant 527 semaines (75 minutes, 5 jours/semaine, à 3 km/h) en portant des vestes pesant 130% de leur poids corporel, comparés à 10 chiens témoins en cage. L'analyse histologique, morphométrique et biomécanique du cartilage tibial n'a révélé aucune différence significative entre les groupes, sans signe de lésion articulaire, fibrillation cartilagineuse ou modification des propriétés mécaniques. Ces résultats démontrent qu'un exercice régulier en charge tout au long de la vie ne provoque pas d'altérations structurelles ou mécaniques du cartilage articulaire susceptibles de conduire à une dégénérescence articulaire chez des articulations saines.
This study developed an in vitro model to investigate how mechanical loading affects proteoglycan metabolism in intact articular cartilage from dog humeral heads. The researchers used a condom barrier to maintain tissue hydration and applied intermittent compressive stresses (2.1, 3.3, and 6.4 MPa) for 2 hours, followed by an 18-hour recovery period, measuring proteoglycan synthesis using radioactive sulfate incorporation. The key finding was a biphasic response to loading: moderate stress (2.1 MPa) increased proteoglycan synthesis by 40%, intermediate stress (3.3 MPa) had no effect, while high stress (6.4 MPa) decreased synthesis by 45%, with no significant changes in proteoglycan degradation at any load level. This demonstrates that cartilage response to mechanical loading is dose-dependent, with beneficial effects at physiological loads but detrimental effects at excessive loads.
Diese Studie entwickelte ein In-vitro-Modell zur Untersuchung der Auswirkungen von Druckbelastung auf Proteoglykane in anatomisch intaktem Gelenkknorpel von Hundehumerusköpfen. Die Forscher verwendeten eine spezielle Kondom-Abdeckung zur Kontrolle der Hydratation und applizierten intermittierende Druckbelastungen (4s an/16s aus) mit verschiedenen Kontaktspannungen (2,1 MPa, 3,3 MPa und 6,4 MPa) über 20 Stunden. Die Ergebnisse zeigten eine dosisabhängige Reaktion der Proteoglykansynthese: Bei niedriger Belastung (2,1 MPa) stieg die Syntheserate um 40%, bei mittlerer Belastung (3,3 MPa) blieb sie unverändert und bei hoher Belastung (6,4 MPa) sank sie um 45%, gemessen durch ³⁵S-Sulfat-Inkorporation. Der Abbau von Proteoglykanen wurde durch die verschiedenen Belastungen nicht signifikant beeinf
Cette étude visait à caractériser les effets de la compression mécanique sur la synthèse des protéoglycanes dans le cartilage articulaire intact. Les chercheurs ont développé un modèle in vitro utilisant des têtes humérales de chien isolées et protégées par un préservatif pour maintenir l'hydratation, puis ont appliqué des contraintes de compression intermittente (2,1 à 6,4 MPa) pendant 2 heures suivies de 18 heures d'observation. Les résultats montrent une relation dose-dépendante : une augmentation de 40% de la synthèse des protéoglycanes à faible contrainte (2,1 MPa), aucun changement à contrainte modérée (3,3 MPa), et une diminution de 45% à contrainte élevée (6,4 MPa), sans modification significative du taux de dégradation. Cette étude démontre que le cartilage articulaire présente une réponse anabolique optimale aux contraintes mécaniques modérées, avec des effets délétères sous contraintes excessives.
This study investigated how mechanical compression affects chondrocytes (cartilage cells) that have been transplanted onto cartilage surfaces, which is relevant for cartilage repair therapies. The researchers transplanted bovine chondrocytes onto prepared cartilage disks, allowed them to attach for either 1 hour or 4 days, then applied compressive loads and measured proteoglycan synthesis (a key indicator of cartilage formation) and cell retention. The key findings showed that compression significantly inhibited proteoglycan synthesis by 68% in newly attached cells (1-hour) and 45% in well-attached cells (4-day), while also causing substantial cell loss in the newly attached group but not in the well-attached group. Importantly, the inhibitory effects were reversible, with cells showing enhanced synthesis after load removal, suggesting that while immediate compression may be detrimental to transplanted chondrocytes, the effects are temporary and proper cell attachment time is crucial for success.
Diese In-vitro-Studie untersuchte den Einfluss mechanischer Kompression auf transplantierte Chondrozyten zur Knorpelreparatur. Bovine Chondrozyten wurden auf lyophilisierte Knorpelscheiben aufgebracht und nach unterschiedlichen Anheftungszeiten (1 Stunde vs. 4 Tage) einer statischen Kompression von 0,24-0,72 MPa für 16 Stunden ausgesetzt, wobei die Proteoglykansynthese mittels [35S]Sulfat-Inkorporation und die Zellretention durch [3H]Thymidin-markierte Zellen gemessen wurden. Die Kompression hemmte die Proteoglykansynthese um 68% nach 1-stündiger und um 45% nach 4-tägiger Anheftung, während die Zellablösung nur bei kurzer Anheftungszeit auftrat (bis zu 35% Verlust). Zwei Tage nach Druckentlastung zeigten die Zellen eine 41%ige Stimulation der Proteoglykansynthese, was auf eine reversible metabolische Hemmung hinweist
Cette étude in vitro examine l'effet de la compression statique sur la biosynthèse de protéoglycanes par des chondrocytes transplantés à la surface du cartilage articulaire. Les chercheurs ont transplanté des chondrocytes bovins sur des disques de cartilage lyophilisé, avec des périodes d'attachement de 1 heure ou 4 jours, puis ont appliqué une compression de 0,24-0,72 MPa pendant 16 heures. Les résultats montrent que la compression inhibe significativement la synthèse de protéoglycanes (68% après 1 heure d'attachement, 45% après 4 jours) et provoque un délogement dose-dépendant des cellules faiblement attachées, bien que cet effet inhibiteur soit réversible avec une stimulation de 41% observée 2 jours après la levée de la contrainte. Ces findings suggèrent que l'optimisation de la pression d'ajustement des construits cellulaires dans les défauts cartilagineux pourrait influencer la réparation intégrative du cartilage.
This study aimed to develop methods for quantitatively measuring how cartilage cells (chondrocytes) respond biologically to mechanical loading. The researchers used cultured cartilage tissue explants as experimental models, which allowed them to precisely control both mechanical forces and biological conditions that might affect cellular behavior. The work established foundational methods for assessing cartilage's biological response to controlled mechanical stimuli. This approach creates a platform for future research investigating how cartilage responds to mechanical loading in combination with other biological factors like inflammatory molecules and growth factors.
Diese Studie zielte darauf ab, quantitative Methoden zur Messung der biologischen Antwort von Knorpelgewebe auf mechanische Belastung zu entwickeln. Die Forscher verwendeten kultivierte Gewebeexplantate als Modellsystem, um die Reaktionen von Chondrozyten auf kontrollierte mechanische Stimuli unter definierten Bedingungen zu untersuchen. Das präsentierte methodische Rahmenwerk ermöglicht die systematische Bewertung der zellulären Antworten auf mechanische Verformung und schafft die Grundlage für weiterführende Untersuchungen. Diese Methodik soll künftig auch die Erforschung von Knorpelreaktionen unter zusätzlichen biologischen Faktoren wie Zytokinen und Wachstumsfaktoren ermöglichen.
Cette étude vise à développer des méthodes pour mesurer quantitativement la réponse biologique du cartilage à la déformation mécanique, en se concentrant sur les chondrocytes intégrés dans la matrice extracellulaire. Les chercheurs utilisent un modèle d'explants de tissu cartilagineux en culture, qui permet de contrôler précisément les variables mécaniques et biologiques influençant le comportement cellulaire. Cette approche établit les bases méthodologiques pour évaluer la réponse biologique du cartilage aux stimuli mécaniques contrôlés et pour explorer ultérieurement l'interaction entre la stimulation mécanique et d'autres facteurs comme les cytokines (IL-1β) et les facteurs de croissance (TGF-β, IGF). Ce paradigme expérimental offre un outil précieux pour comprendre la mécanobiologie du cartilage et optimiser les stratégies thérapeutiques.
This study investigated how continuous cyclic mechanical loading affects the release of newly synthesized proteoglycans (PGs) from mature bovine cartilage. The researchers applied 1 MPa cyclic compression at 1 Hz for 24 hours to cartilage explants and measured the release of radioactively labeled PGs, comparing live explants with and without protease inhibitors to explants with killed cells. The key finding was that continuous cyclic loading reduced PG release by up to 50% in live explants, with similar reductions observed even in killed explants, indicating the effect was independent of cellular activity. The authors concluded that mechanical loading primarily reduces PG release by decreasing interstitial porosity in the cartilage matrix, thereby limiting the pathways through which PGs can escape, rather than through changes in cellular metabolism.
Diese Studie untersuchte, wie kontinuierliche zyklische mechanische Belastung die Freisetzung von neu synthetisierten Proteoglykanen (PGs) aus reifem Rindergelenkknorpel beeinflusst. Die Forscher belasteten lebensfähige Knorpelexplantate 24 Stunden lang kontinuierlich mit 1 MPa zyklischem Stress bei 1 Hz Frequenz und maßen die Freisetzung markierter (³⁵SO₄) Proteoglykane vor, während und nach der Belastung, wobei sie lebende mit abgetöteten Explantaten verglichen. Die kontinuierliche zyklische Belastung reduzierte die PG-Freisetzung in lebenden Explantaten um bis zu 50% im Vergleich zu unbelasteten Kontrollen, wobei dieser Effekt unabhängig vom Zellstoffwechsel auftrat. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass mechanische Belastung die PG-Freisetzung primär durch Verringerung der interstitiellen Porosität hemmt, wodurch der Transportweg für
Cette étude visait à évaluer l'effet d'une charge mécanique cyclique continue sur la libération de protéoglycanes (PG) nouvellement synthétisés du cartilage articulaire bovin mature. Les chercheurs ont appliqué une contrainte cyclique de 1 MPa à 1 Hz pendant 24 heures sur des explants de cartilage vivants et morts, en mesurant la libération de PG marqués au ³⁵SO₄ avant, pendant et après l'application de la charge. Les résultats montrent que la charge cyclique continue réduit significativement la libération de PG de 50% par rapport aux explants non chargés, et ce indépendamment du métabolisme cellulaire puisque l'effet était observé même sur les explants morts. Cette inhibition de la libération des PG par la charge mécanique s'expliquerait principalement par une diminution de la porosité interstitielle à travers laquelle les protéoglycanes peuvent s'échapper de la matrice cartilagineuse.
This study investigated which mechanical factors stimulate cartilage cells to produce aggrecan, a key protein that maintains cartilage structure and function. The researchers applied cyclic compression to cartilage disk samples at different frequencies (0.01 Hz and 0.1 Hz) and used radioactive labeling to precisely map where aggrecan production increased, then compared these patterns to computer predictions of mechanical forces within the tissue. At low frequency loading, aggrecan production increased uniformly throughout the cartilage, while at higher frequency loading, increases occurred only at the outer edges of the disk samples. The study found that areas with high interstitial fluid flow consistently matched the regions where aggrecan production was stimulated, supporting the theory that fluid movement within cartilage tissue is a key mechanism by which mechanical loading promotes cartilage health and repair.
Diese Studie untersuchte, welche mechanischen Faktoren in Knorpelgewebe die Produktion von Aggrecan, dem Hauptproteoglykan der Knorpelmatrix, während zyklischer Belastung stimulieren. Die Forscher belasteten Knorpelexplantate mit unterschiedlichen Frequenzen (0,01 Hz und 0,1 Hz) über 23 Stunden und maßen die Aggrecan-Synthese mittels quantitativer Autoradiographie mit hoher räumlicher Auflösung, während sie gleichzeitig die lokalen physikalischen Parameter durch ein poroelastisches Modell vorhersagten. Bei 0,01 Hz zeigte sich eine gleichmäßige Stimulation der Aggrecan-Synthese im gesamten Gewebe, während bei 0,1 Hz nur periphere Bereiche betroffen waren. Die Ergebnisse zeigten eine deutliche Korrelation zwischen Gebieten mit hohen interstitiellen Flüssigkeitsgeschwindigkeiten und verstärkter Aggrecan-Produktion, was die wichtige Rolle des belastungsinduzierten Flü
Cette étude visait à identifier les facteurs physiques cellulaires responsables de la stimulation de la synthèse d'agrécane (principal protéoglycane de la matrice cartilagineuse) lors du chargement mécanique cyclique du cartilage. Les chercheurs ont analysé la synthèse d'agrécane avec une résolution spatiale de 0,1 mm dans des disques de cartilage explantés soumis à une compression cyclique, puis ont comparé ces données aux facteurs physiques locaux prédits par un modèle poroélastique. Les résultats montrent qu'à 0,01 Hz, la stimulation de la synthèse d'agrécane était uniforme, tandis qu'à 0,1 Hz, elle était localisée aux régions périphériques correspondant aux zones de forte vélocité du fluide interstitiel. Cette étude confirme le rôle clé du flux de fluide interstitiel induit par la charge mécanique dans la stimulation de la production d'agrécane lors du chargement dynamique du cartilage.
This study aimed to investigate whether collagenase damages the collagen network during acute joint inflammation and how this affects cartilage's response to mechanical stress. The researchers developed a monoclonal antibody (9A4) that specifically detects collagen fragments produced when collagenase cuts type II collagen, then tested it in hamsters with LPS-induced joint inflammation followed by 6 months of wheel running exercise. The antibody successfully identified collagenase-induced collagen damage in inflamed joints, while healthy cartilage showed no staining. Importantly, while normal cartilage remained unaffected by prolonged exercise, all animals with prior collagen damage developed cartilage breakdown, with half progressing to complete cartilage failure and bone-on-bone contact.
Diese Studie untersuchte, ob das Kollagennetzwerk während akuter Entzündungen durch Kollagenasen geschädigt wird, indem ein monoklonaler Antikörper (9A4) entwickelt wurde, der spezifisch das durch Kollagenase-Spaltung von Typ-II-Kollagen entstehende C-terminale Neoepitop erkennt. Der 9A4-Antikörper zeigte hohe Spezifität für kollagenase-gespaltenes Kollagen und färbte nur geschädigtes, nicht aber intaktes Knorpelgewebe an. In Hamstern mit LPS-induzierter Gelenkentzündung konnte mittels 9A4-Färbung Kollagenschädigung nachgewiesen werden, und nach 6-monatiger Laufradbelastung entwickelten alle Tiere mit geschädigtem Kollagen Knorpelfibrillationen, während die Hälfte sogar komplettes Knorpelversagen mit Knochenfreilegung zeigte. Die Ergebnisse demonstrieren, dass bereits geringe entzündungsbedingte Kollagenschäden
Cette étude visait à déterminer si le réseau de collagène est compromis par les collagénases lors d'inflammation aiguë en développant un anticorps monoclonal (9A4) spécifique du néoépitope C-terminal généré par le clivage du collagène de type II par les collagénases. L'anticorpe 9A4 a démontré une spécificité élevée pour détecter ce néoépitope de clivage sans reconnaître le collagène natif intact, avec un marquage positif observé dans le cartilage articulaire de hamsters lors d'inflammation induite par LPS intra-articulaire. Après 6 mois d'exercice sur roue, le cartilage normal est resté intact tandis que le cartilage présentant des dommages collagéniques détectés par 9A4 a développé une fibrillation chez tous les animaux et une éburnation osseuse chez la moitié d'entre eux. Ces résultats suggèrent que la détection précoce des dommages collagéniques par l'anticorps 9A4 peut prédire la susceptibilité du cartilage à la dég
This study aimed to develop a biomechanical model that could capture the nonlinear mechanical behaviors of cartilage that previous biphasic models failed to explain in unconfined compression tests. The researchers created a fibril-reinforced poroelastic model that treats cartilage as having three distinct components: collagen fibrils (modeled as springs that only resist tension), a proteoglycan matrix, and fluid with mobile ions, then used finite element analysis to simulate step-wise compression and relaxation cycles on cartilage disks. The model successfully reproduced key experimental observations including strong stress relaxation and compression-dependent stiffening that occurs when cartilage is compressed to different levels. This advancement allows researchers to better understand how individual cartilage components respond to mechanical loading, which could improve knowledge of cartilage remodeling and disease processes.
Diese Studie zielte darauf ab, ein biomechanisches Modell für Knorpel zu entwickeln, das die experimentell beobachteten nichtlinearen Verhaltensweisen von Knorpel erfassen kann und die Auswirkungen der Kollagenfibrillen-Verstärkung zu untersuchen. Die Forscher verwendeten ein fibrillen-verstärktes poroelastisches Modell und simulierten mittels Finite-Elemente-Verfahren eine Sequenz von 10-20 Kompressions-/Relaxationsschritten an Knorpelscheiben in uniaxialer, nicht-eingeschränkter Geometrie. Das entwickelte Modell konnte erfolgreich das starke Relaxationsverhalten und die kompressionsabhängige Versteifung von Knorpel beschreiben, welche mit herkömmlichen biphasischen Modellen schwer zu erfassen waren. Die Ergebnisse zeigten einzigartige Modellmerkmale, wie die Veränderung der Matrix-Spannung von Zug- zu Druckspannung in radialer Richtung aufgrund der distinkten Fibrillen, was zu einem besseren
Cette étude vise à développer un modèle biomécanique du cartilage capable de reproduire les comportements non-linéaires observés expérimentalement et d'analyser le rôle du renforcement par les fibrilles de collagène. Les chercheurs ont modélisé le cartilage comme un solide saturé de fluide renforcé par un réseau fibrillaire élastique, en simulant des séquences de compression/relaxation par éléments finis sur des échantillons cylindriques en géométrie non-confinée. Le modèle poroélastique à renforcement fibrillaire reproduit avec succès la relaxation importante et le raidissement dépendant du niveau de compression observés expérimentalement, permettant de distinguer les rôles spécifiques des fibrilles de collagène. Ces résultats offrent une meilleure compréhension des réponses physiologiques individuelles des constituants du cartilage aux charges externes et de leur implication dans le remodelage et la pathologie cartilagineuse.
This study aimed to review and classify acute injuries affecting joint cartilage and underlying bone surfaces, which are common causes of long-term joint problems. The authors used a combination of arthroscopic examination and MRI imaging techniques (including specialized sequences like short tau inversion recovery and gradient-echo) to evaluate different types of articular surface injuries. They found that these injuries typically occur parallel to the joint surface and can be classified into two main categories: those with intact cartilage (bone bruises and subchondral impaction) versus those with disrupted cartilage (chondral and osteochondral fractures). The study emphasizes that MRI, when used with appropriate imaging sequences, can accurately distinguish between these injury types and guide treatment decisions for what should be considered as damage to a single anatomical unit comprising cartilage, subchondral bone plate, and underlying cancellous bone.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte akute Verletzungen der Gelenkflächen, einschließlich chondraler, osteochondraler und subchondraler Frakturen, die eine häufige Ursache chronischer Behinderungen nach Gelenkverletzungen darstellen. Die Autoren entwickelten ein Klassifikationssystem basierend auf direkter Inspektion (Arthroskopie) und bildgebenden Verfahren (insbesondere MRT), wobei zwischen Läsionen mit intaktem und geschädigtem Knorpel unterschieden wird. Die Studie zeigt, dass konventionelle Röntgenaufnahmen und MRT die relevantesten diagnostischen Informationen liefern, wobei spezielle MRT-Sequenzen (STIR, T1- und T2-gewichtete sowie Gradienten-Echo-Sequenzen) eine präzise Klassifikation der verschiedenen akuten Gelenkflächenläsionen ermöglichen. Diese bildgebende Charakterisierung bietet wichtige therapeutische Orientierung für die Behandlung von Impaktionsverletzungen der Gelenkflächen.
Cette étude vise à examiner les mécanismes, la classification et l'imagerie des lésions aiguës des surfaces articulaires, incluant les fractures chondrales, ostéochondrales et sous-chondrales. Les auteurs proposent une classification basée sur l'arthroscopie et l'IRM, distinguant les lésions avec cartilage intact (impaction sous-chondrale, contusions osseuses) de celles avec cartilage rompu (lésions chondrales et ostéochondrales). L'étude souligne que le cartilage hyalin, la plaque osseuse sous-chondrale et l'os spongieux sous-chondral forment une unité anatomique fonctionnelle. L'IRM, utilisant des séquences STIR, T1 et T2 pondérées ainsi que l'écho de gradient, permet une classification précise de ces lésions et guide efficacement les décisions thérapeutiques.
This study investigated how different loading conditions damage cartilage and the subsequent biological responses that may lead to osteoarthritis. Researchers subjected canine cartilage samples to either repeated impacts or smooth compression at various stress levels, rates, and durations, then monitored compositional and metabolic changes over 10 days in culture.
The study found that cartilage damage required specific threshold conditions: repeated impacts with at least 2.5 MPa peak stress, 30 MPa/sec stress rate, and 2+ minutes duration, while smooth compression caused no damage even at much higher stresses (20 MPa). Impact-damaged cartilage showed persistent increases in water content (indicating matrix breakdown) and elevated synthesis of fibronectin (22-47%) and proteoglycans (41-104%), along with substantial collagen denaturation (11-70%) particularly near the surface and deep zones.
These findings demonstrate that cartilage damage is critically dependent on the rate and nature of loading rather than just peak stress levels, and that impact damage triggers biological responses characteristic of early osteoarthritis that persist well beyond the initial injury.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung Knorpelschäden verursacht und welche biochemischen Veränderungen daraufhin auftreten. Die Forscher setzten Knorpelproben von Hunden wiederholten Stößen oder gleichmäßigen Kompressionen aus und analysierten die strukturellen und metabolischen Veränderungen über einen Zeitraum von bis zu 10 Tagen. Die Ergebnisse zeigten, dass Knorpelschäden kumulative Effekte wiederholter Stöße mit mindestens 2,5 MPa Spitzenstress und 30 MPa/s Belastungsrate erfordern, wobei geschädigter Knorpel einen erhöhten Wassergehalt, verstärkte Fibronektin- und Proteoglykansynthese sowie vermehrt denaturierte Kollagene aufwies. Diese Veränderungen ähnelten frühen Stadien der Arthrose und deuten darauf hin, dass mechanische Stöße die Entstehung degenerativer Gelenkerkrankungen initiieren können.
Cette étude avait pour objectif d'analyser les effets cumulatifs des contraintes mécaniques sur la matrice du cartilage articulaire et d'identifier les changements biosynthétiques post-lésionnels. Les chercheurs ont soumis des explants de cartilage canin à des impacts répétés ou des compressions progressives (jusqu'à 20 MPa à 0,3 Hz pendant 120 minutes), puis ont analysé les modifications compositionnelles et métaboliques sur 10 jours de culture. Les résultats montrent que les dommages matriciels nécessitent des impacts répétés d'au moins 2,5 MPa avec un taux de contrainte ≥30 MPa/sec pendant ≥2 minutes, et se caractérisent par une augmentation persistante de la teneur en eau (1,9-3,8%), une synthèse accrue de fibronectine (22-47%) et de protéoglycanes (41-104%), ainsi qu'une dénaturation du collagène (11-70%). Ces modifications, localisées principalement en surface et en zone profonde, reproduisent les caractéristiques de l'arthrose précoce, suggérant que les impacts répétés peuvent init
This study investigated whether chondrocytes (cartilage cells) release ATP in response to mechanical loading and whether this ATP contributes to pyrophosphate formation in cartilage. The researchers used porcine chondrocyte pellet cultures and applied cyclic compression while measuring ATP levels in the culture medium using biochemical assays and chromatography.
The key findings showed that mechanical loading caused a 5-12 fold increase in ATP release from chondrocytes, though cells became desensitized to continued loading within 60 minutes. The released ATP was rapidly broken down into pyrophosphate, and the ATP release appeared to be a regulated cellular process rather than simply cell damage. The authors suggest this mechanically-stimulated ATP release may serve as a signaling mechanism for chondrocytes and could contribute to calcium pyrophosphate crystal formation in joint diseases.
Diese Studie untersuchte, ob Chondrozyten (Knorpelzellen) bei mechanischer Belastung ATP freisetzen und ob dabei anorganisches Pyrophosphat entsteht. Die Forscher kultivierten Chondron-Pellets aus Schweine-Gelenkknorpel und maßen ATP-Konzentrationen in Ruhe sowie unter zyklischer Kompression mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung die ATP-Freisetzung um das 5-12-fache steigerte, wobei die Zellen nach wiederholter Stimulation eine Desensibilisierung aufwiesen und das freigesetzte ATP rasch zu Pyrophosphat hydrolysiert wurde. Die Studie legt nahe, dass ATP als extrazellulärer Signalstoff bei mechanischer Belastung fungiert und möglicherweise zur Entstehung von Kalziumpyrophosphat-Kristallablagerungen in Gelenkerkrankungen beiträgt.
Cette étude visait à déterminer si l'ATP est libéré par les chondrocytes lors d'une stimulation mécanique et si sa dégradation génère du pyrophosphate inorganique dans des cultures de granules de chondrons porcins. Les chercheurs ont mesuré les concentrations d'ATP dans le milieu de culture de cellules au repos et sous compression cyclique (7,5 et 15 kPa à 0,5 Hz), et ont analysé l'hydrolyse de l'ATP par chromatographie liquide haute performance. Les résultats montrent que la compression cyclique augmente la libération d'ATP de 5 à 12 fois par rapport aux niveaux de base, avec une désensibilisation progressive des chondrocytes à la charge, et que l'ATP exogène est rapidement hydrolysé en pyrophosphate. Cette libération d'ATP mécanodépendante pourrait jouer un rôle dans la signalisation extracellulaire des chondrocytes et constituer une source de pyrophosphate impliquée dans les maladies de dépôt de cristaux de pyrophosphate de calcium dihydraté.
This study aimed to compare knee cartilage thickness between highly trained triathletes and sedentary individuals using advanced MRI imaging techniques. The researchers used quantitative MRI with 3D reconstruction to measure cartilage thickness across different knee joint surfaces in 9 male triathletes (training 10+ hours weekly for 3+ years) and 9 inactive male controls. The results showed high individual variation in cartilage thickness in both groups, with triathletes having slightly thicker cartilage in some areas (patella, femoral trochlea, lateral femoral condyle) but thinner cartilage in others (medial femoral condyle and tibial plateaus), though none of these differences reached statistical significance. These findings were surprising given that other tissues like muscle and bone show clear adaptive responses to mechanical loading, suggesting cartilage may respond differently to exercise stress than previously expected.
Diese Studie untersuchte mittels quantitativer Magnetresonanztomographie die Knorpeldicke im Kniegelenk von Triathleten im Vergleich zu körperlich inaktiven Personen. Die Forscher analysierten die rechten Kniegelenke von neun männlichen Triathleten (≥10 Stunden Training/Woche über mindestens 3 Jahre) und neun inaktiven männlichen Probanden (<1 Stunde körperliche Aktivität/Woche) mit einer validierten fettunterdrückten Gradientenecho-Sequenz und dreidimensionaler Knorpelrekonstruktion. Die Ergebnisse zeigten hohe interindividuelle Variabilität der Knorpeldicke in beiden Gruppen, wobei Triathleten tendenziell dickeren Knorpel in Patella, Trochlea und lateralem Femurkondylus aufwiesen, jedoch dünneren Knorpel im medialen Femurkondylus und den Tibiaplateus - diese Unterschiede erreichten jedoch keine statistische Signifikanz. Diese Befunde sind überraschend, da
Cette étude visait à comparer l'épaisseur du cartilage articulaire du genou entre des triathlètes et des volontaires sédentaires à l'aide d'IRM quantitative. Les chercheurs ont analysé le genou droit de 9 triathlètes masculins (10h d'entraînement/semaine depuis ≥3 ans) et 9 hommes inactifs (<1h d'activité/semaine) par IRM avec séquence gradient-écho et reconstruction 3D du cartilage. Les résultats montrent une forte variabilité inter-individuelle dans l'épaisseur cartilagineuse, avec des valeurs légèrement plus élevées chez les triathlètes au niveau de la patella, de la trochlée fémorale et du condyle fémoral latéral, mais plus faibles au niveau du condyle fémoral médial et des plateaux tibiaux, sans différence statistiquement significative. Ces résultats surprennent car ils contrastent avec l'adaptation fonctionnelle observée dans d'autres tissus musculo-squelettiques comme l'os et le muscle qui répondent plus clairement aux contraintes mécaniques.
This study investigated whether applying mechanical loading to tissue-engineered cartilage could improve its mechanical properties to better match natural cartilage. The researchers used a custom bioreactor to apply cyclic compression (10% strain at 1 Hz) to chondrocyte-seeded agarose gels for 3 hours daily over 4 weeks, comparing results to unloaded control samples. Dynamic loading produced dramatically superior mechanical properties, with a 6-fold increase in stiffness (aggregate modulus) compared to controls and a 21-fold increase from baseline values. The loaded samples also contained significantly more cartilage matrix components (glycosaminoglycans and collagen) than controls, demonstrating that physiological mechanical stimulation enhances cartilage tissue engineering outcomes.
Diese Studie untersuchte, ob dynamische mechanische Belastung die Matrixproduktion von Chondrozyten in Agarose-Scaffolds verbessert und funktionelleres Knorpelgewebe erzeugt als unter statischen Bedingungen. Die Forscher verwendeten einen speziell entwickelten Bioreaktor, um Chondrozyten-besiedelte Agarose-Scheiben über 4 Wochen mit 10% Kompression bei 1 Hz zu belasten (3×1 Stunde täglich, 5 Tage/Woche). Die dynamisch belasteten Konstrukte zeigten nach 28 Tagen einen sechsfach höheren Gleichgewichts-Aggregatmodul im Vergleich zu den Kontrollen (100 vs. 15 kPa) sowie signifikant erhöhte Gehalte an Glykosaminoglykanen und Hydroxyprolin. Diese Ergebnisse belegen, dass physiologische mechanische Stimulation die biomechanischen und biochemischen Eigenschaften von tissue-engineertem Knorpel deutlich verbessert.
Cette étude visait à tester l'hypothèse que l'application de charges dynamiques à des niveaux de déformation physiologiques améliore la production de matrice par les chondrocytes dans des gels d'agarose pour créer un tissu cartilagineux plus fonctionnel. Les chercheurs ont utilisé un bioréacteur pour appliquer une compression dynamique (10% de déformation, 1 Hz, 3 heures/jour, 5 jours/semaine pendant 4 semaines) sur des disques d'agarose ensemencés de chondrocytes. Les résultats ont montré que la stimulation mécanique a produit une augmentation de 6 fois du module d'agrégation à l'équilibre par rapport aux témoins sans contrainte (100 vs 15 kPa), ainsi qu'une augmentation significative des contenus en glycosaminoglycanes sulfatés et en hydroxyproline. Cette approche d'ingénierie tissulaire fonctionnelle démontre donc que les charges mécaniques physiologiques sont essentielles pour développer un cartilage artificiel aux propriétés biomécaniques améliorées.
This study investigated how mechanical compression affects the growth of transplanted cartilage cells (chondrocytes) that are used to repair joint cartilage defects. The researchers transplanted bovine chondrocytes onto cartilage surfaces and applied static compressive stress (0.06-0.4 MPa) for 24 hours at different time points, then measured cell proliferation using DNA synthesis markers. Without compression, transplanted chondrocytes proliferated rapidly, increasing 4-fold over 5 days, but applying compression dramatically inhibited cell division by 70-87% compared to unloaded controls, with this suppressive effect persisting even after load removal. These findings suggest that mechanical forces during cartilage repair procedures may significantly control transplanted cell growth, potentially explaining why some cartilage transplantation treatments result in tissue overgrowth.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Kompression die Proliferation transplantierter Chondrozyten in einem ex vivo Modell beeinflusst. Die Forscher transplantierten bovine Chondrozyten auf devitalisiertes Knorpelgewebe und applizierten statischen Kompressionsstress (0,06-0,4 MPa) für 24 Stunden zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Transplantation. Ohne mechanische Belastung proliferierten die transplantierten Chondrozyten stark (4-fache Zellzahlerhöhung), während bereits geringe statische Kompression die DNA-Synthese um 70-87% hemmte und diese Hemmung auch nach Entlastung bestehen blieb. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die mechanische Umgebung in vivo einen erheblichen Einfluss auf das Wachstum transplantierter Chondrozyten haben könnte und möglicherweise das gelegentliche Gewebeüberwachstum bei Knorpeltransplantationen erklärt.
Cette étude avait pour objectif de caractériser la réponse proliférative des chondrocytes transplantés sur cartilage dévitalisé sous compression statique dans un modèle ex vivo. Les chondrocytes bovins adultes ont été transplantés à la surface de cartilage dévitalisé (250 000 cellules/cm²) et soumis à différents niveaux de contrainte compressive statique (0,06-0,4 MPa) pendant 24 heures à 1 et 4 jours post-transplantation. Les résultats montrent que sans contrainte mécanique, le nombre de cellules augmente de façon quadruple en 5 jours, tandis que l'application d'une compression statique inhibe la synthèse d'ADN de 70 à 87% par rapport aux contrôles non chargés, avec un effet persistant après suppression de la charge. Ces données suggèrent que l'environnement mécanique in vivo pourrait significativement moduler la prolifération des chondrocytes transplantés et expliquer certains cas de surcroissance tissulaire observés cliniquement.
This review examines biological treatment approaches for damaged joint cartilage, motivated by cartilage's poor natural healing capacity and the risk of progression to osteoarthritis. The authors analyzed existing treatment methods that aim to restore joint function and prevent further cartilage deterioration. While some biological treatments showed promising results in clinical studies, the review found no controlled comparative studies between different methods available at the time. The authors concluded that further research is needed to establish the effectiveness and appropriate clinical indications for these cartilage repair treatments.
Diese Übersichtsarbeit untersucht biologische Behandlungsansätze für Gelenkknorpelschäden, die aufgrund der fehlenden Selbstheilungsfähigkeit des Knorpels zu schwerwiegenden Funktionseinschränkungen und Arthrose führen können. Die Autoren analysieren verschiedene therapeutische Methoden, die entwickelt wurden, um die Gelenkfunktion zu restaurieren und weitere Knorpeldegeneration zu verhindern. Einige dieser biologischen Behandlungsverfahren zeigten vielversprechende Ergebnisse in klinischen Studien, jedoch fehlen zum Zeitpunkt der Publikation kontrollierte Vergleichsstudien zwischen den verschiedenen Methoden. Die Arbeit betont die Notwendigkeit weiterer Forschung zur Etablierung der Wirksamkeit und Behandlungsindikationen dieser innovativen Therapieansätze.
Cette étude examine les traitements biologiques des lésions du cartilage articulaire, dont la capacité d'autoréparation est très limitée après traumatisme. L'objectif est d'évaluer les différentes méthodes thérapeutiques développées pour restaurer la fonction articulaire et prévenir la dégénérescence cartilagineuse vers l'arthrose. Bien que certaines approches biologiques montrent des résultats prometteurs en clinique, l'analyse révèle un manque d'études contrôlées comparatives pour établir leur efficacité respective. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer les indications optimales de ces traitements.
This review article examines the diagnostic imaging approaches for both acute and chronic osteochondral lesions affecting the talus (ankle bone). The authors focus on conventional radiography and MRI as the primary imaging modalities, proposing an MRI classification system that distinguishes between lesions with intact versus disrupted cartilage. For acute injuries, the study identifies three main types of impaction-related damage: subchondral microfractures (bone bruises), osteochondral fractures, and isolated cartilage fractures. For chronic lesions like osteochondritis dissecans (OCD), the authors present a two-stage MRI classification system where Stage I lesions show intact cartilage and contrast enhancement, while Stage II lesions demonstrate cartilage defects, fluid accumulation, large cysts, or displaced fragments that typically require surgical intervention.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die bildgebende Diagnostik von akuten und chronischen osteochondralen Läsionen des Talus, einschließlich subchondraler Mikrofrakturen, osteochondraler Frakturen und Osteochondrosis dissecans (OCD). Die Autoren analysieren die radiologischen Befunde mittels konventioneller Röntgendiagnostik und MRT und stellen eine MRI-Klassifikation vor, die zwischen Läsionen mit intaktem und geschädigtem Knorpel unterscheidet. Die Ergebnisse zeigen, dass konventionelle Radiographie und MRT die relevantesten Informationen liefern, wobei MRT besonders entscheidend für die Stadieneinteiling ist. Für die Therapieentscheidung wird eine zweistufige MRT-Klassifikation vorgeschlagen: Stadium I (intakter Knorpel, Kontrastmittelanreicherung) versus Stadium II (Knorpeldefekte, Flüssigkeit um Fragmente, Zysten >5mm, dislozierte Fragmente), wobei Stadium II-Läsionen eine operative Behandlung erfordern.
Cette étude de revue examine l'imagerie diagnostique des lésions ostéochondrales aiguës et chroniques du talus, incluant les microfractures sous-chondrales, les fractures ostéochondrales et les fractures cartilagineuses isolées. Les auteurs analysent l'apport de la radiographie conventionnelle et de l'IRM, en proposant une classification IRM basée sur l'intégrité du cartilage pour les lésions aiguës. Pour l'ostéochondrose disséquante (OCD), forme chronique de ces lésions, l'IRM permet un staging précis : le stade I présente un cartilage intact avec rehaussement de contraste, tandis que le stade II montre des défects cartilagineux, du liquide péri-lésionnel ou des kystes >5mm, nécessitant une prise en charge chirurgicale. Cette approche d'imagerie multimodale guide efficacement les décisions thérapeutiques en fonction de la sévérité et du caractère aigu ou chronique des lésions ostéochondrales talaires.
This study investigated how mechanical trauma leads to cartilage damage and cell death, which contributes to post-traumatic arthritis. The researchers used bovine and human cartilage samples subjected to mechanical loading in laboratory experiments, along with an in vivo rabbit model where patellar cartilage was impacted, to measure cell death (apoptosis) and matrix breakdown (glycosaminoglycan release). The key finding was that mechanical injury significantly increased chondrocyte apoptosis from 1% in controls to 15% in impacted tissue, and this cell death was associated with increased matrix degradation. Importantly, treatment with a caspase inhibitor (Z-VAD.FMK) reduced both cell death and matrix breakdown, suggesting that preventing chondrocyte apoptosis could be a therapeutic target for limiting cartilage damage after joint trauma.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen mechanischer Knorpelverletzung, Chondrozyten-Apoptose und Matrixabbau zur Entwicklung neuer Therapieansätze für posttraumatische Arthritis. Die Forscher verwendeten bovine, humane und Kaninchen-Knorpelexplantate, die traumatischen mechanischen Belastungen ausgesetzt wurden, und analysierten anschließend die Zellviabilität, Apoptoserate und Glykosaminoglykan-Freisetzung. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Erhöhung der Chondrozyten-Apoptose von 1% auf 15% nach mechanischer Verletzung, wobei die pharmakologische Hemmung von Caspasen die Apoptose reduzierte und gleichzeitig den Matrixabbau verminderte. Diese Erkenntnisse identifizieren die Caspase-Inhibition als vielversprechenden therapeutischen Ansatz zur Prävention von traumatischen Knorpelschäden und der Entwicklung sekundärer Osteoarthritis.
Cette étude visait à déterminer l'effet des traumatismes mécaniques sur la viabilité des chondrocytes et la dégradation de la matrice cartilagineuse dans le contexte de l'arthrose post-traumatique. Les chercheurs ont utilisé des explants de cartilage bovin et humain soumis à des charges mécaniques traumatiques, ainsi qu'un modèle in vivo chez le lapin, pour mesurer l'apoptose cellulaire et la libération de glycosaminoglycanes. Les résultats montrent une augmentation significative de l'apoptose des chondrocytes après traumatisme mécanique (de 1% à 15% in vivo), et que l'inhibition pharmacologique des caspases réduit cette apoptose (de 34% à 25%) ainsi que la dégradation matricielle. Cette approche identifie une nouvelle stratégie thérapeutique potentielle pour limiter les lésions cartilagineuses traumatiques et prévenir le développement d'arthrose secondaire.
This study investigated how mechanical loading affects cartilage growth and metabolism at different developmental stages by comparing glycosaminoglycan biosynthesis and cell proliferation in fetal, calf, and adult bovine cartilage samples from various tissue depths. The researchers applied controlled static compression (84 kPa) and dynamic compression (200 kPa at 0.01 Hz) to cartilage explants for 24 hours, then measured glycosaminoglycan synthesis and DNA synthesis as indicators of cartilage growth. Static loading inhibited both glycosaminoglycan and DNA synthesis across all cartilage samples, while adding dynamic loading provided some beneficial effects—specifically increasing glycosaminoglycan synthesis by 20% in calf cartilage from middle-deep zones compared to static loading alone. The findings demonstrate that cartilage responds differently to static versus dynamic mechanical forces depending on developmental stage and tissue depth, with glycosaminoglycan synthesis and cell proliferation being regulated independently by mechanical stimuli.
Diese Studie untersuchte, wie sich statische und dynamische mechanische Belastung auf das Knorpelwachstum in verschiedenen Entwicklungsstadien auswirkt. Die Forscher analysierten die Glykosaminoglykan-Biosynthese und Zellproliferation in Knorpelproben von fötalen, juvenilen und adulten Rindern aus verschiedenen Gelenkknorpeltiefen unter kontrollierten Druckbelastungen (statisch: 84 kPa; dynamisch: zusätzlich 200 kPa bei 0,01 Hz). Statische Belastung hemmte sowohl die Glykosaminoglykan- als auch die DNA-Synthese in allen Proben, während dynamische Belastung die Glykosaminoglykan-Produktion in juvenilem Knorpel aus mittleren bis tiefen Zonen um 20% steigerte, aber die DNA-Synthese in fötalem und juvenilem oberflächlichem Knorpel zusätzlich um etwa 50% supprimierte. Die Ergebnisse zeigen, dass mechanische Belastung die beiden Wachstumsparameter
Cette étude visait à comparer les réponses de biosynthèse des glycosaminoglycanes et de prolifération cellulaire du cartilage bovin fœtal, de veau et adulte soumis à des charges compressives statiques et dynamiques contrôlées. Les explants de cartilage, prélevés à différentes profondeurs de la surface articulaire, ont été soumis à une compression statique (84 kPa) pendant 24 heures, avec ou sans superposition d'une charge dynamique (200 kPa, 0,01 Hz). Les résultats montrent que la compression statique inhibe la synthèse des glycosaminoglycanes et de l'ADN dans tous les échantillons, tandis que l'ajout d'une charge dynamique stimule la biosynthèse des glycosaminoglycanes de 20% dans le cartilage de veau des zones moyennes-profondes et supprime davantage la synthèse d'ADN (~50%) dans les cartilages fœtal et de veau de surface. Cette étude démontre que la synthèse des glycosaminoglycanes et de l'ADN sont régulées indépendamment par les contraintes mécaniques et que les répon
This study investigated how mechanical deformation of cartilage tissue affects the production of key cartilage components by chondrocytes (cartilage cells). The researchers used a specialized shear loading technique on bovine cartilage samples that allowed them to isolate the effects of cell and matrix deformation from fluid flow, applying controlled shear strains of 1-3% at frequencies ranging from 0.01-1.0 Hz while measuring biosynthesis using radiolabeled tracers. The results showed that shear loading significantly stimulated chondrocyte activity, increasing protein synthesis by approximately 50% and proteoglycan synthesis by approximately 25% across all tested frequencies. These findings demonstrate that mechanical deformation of cells and their surrounding matrix alone—without the fluid flow typically associated with cartilage compression—is sufficient to trigger chondrocyte responses that promote cartilage maintenance and repair.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Scherdeformation die Biosynthese in Knorpelgewebe beeinflusst, um die Mechanotransduktion von Chondrozyten besser zu verstehen. Die Forscher verwendeten bovine Knorpelexplantate, die mit sinusförmiger Scherbelastung (1-3% Dehnung, 0,01-1,0 Hz) stimuliert wurden, wobei Proteoglykan- und Proteinsynthese mittels Radiomarkierung und quantitativer Autoradiographie gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass Scherbelastung die Proteinsynthese um etwa 50% und die Proteoglykansynthese um etwa 25% steigerte, mit relativ gleichmäßigen Biosynthese-Mustern im gesamten Explantat. Diese Befunde belegen, dass Chondrozyten auf mechanische Deformation von Zellen und extrazellulärer Matrix reagieren können, auch ohne makroskopischen Flüssigkeitsstrom, was neue Einblicke in die mechanischen Regulationsmechanismen des Knorpelstoffwechsels li
Cette étude visait à examiner l'effet des déformations cellulaires et matricielles sur la biosynthèse des chondrocytes, en utilisant un chargement en cisaillement pour découpler l'écoulement fluidique de la déformation tissulaire. Les chercheurs ont appliqué des contraintes de cisaillement sinusoïdales (1-3% d'amplitude) à différentes fréquences (0,01-1,0 Hz) sur des explants de cartilage bovin, puis mesuré la synthèse de protéoglycanes et de protéines par incorporation de radiomarqueurs et autoradiographie quantitative. Les résultats montrent que le chargement en cisaillement stimule significativement la synthèse protéique (~50%) et des protéoglycanes (~25%) sur toute la gamme de fréquences testées, avec des patterns de biosynthèse uniformes dans les explants. Cette étude démontre que les chondrocytes peuvent répondre aux contraintes de cisaillement par des voies de mécanotransduction impliquant la déformation cellulaire et de la matrice péricellulaire, indépendamment de l'écoulement fluidique macroscopique.
This study investigated how mechanical loading affects cartilage cell survival and tissue structure in bovine cartilage samples subjected to static or repetitive (cyclic) loading at physiological stress levels (1 MPa) for 1-72 hours. The researchers used fluorescent staining, electron microscopy, and histological analysis to assess cell death, tissue morphology, and matrix integrity across different cartilage zones.
The key findings showed that prolonged mechanical loading selectively damaged cells in the superficial cartilage layer, with static loading causing cell death faster (3 hours) than cyclic loading (6 hours), while deeper cartilage cells remained viable throughout the experiment. Cell death occurred through necrosis rather than programmed cell death (apoptosis), and was accompanied by matrix damage in the uppermost cartilage layer that resembled early osteoarthritis changes.
These results demonstrate that excessive mechanical loading can cause cartilage damage similar to degenerative joint disease, with the superficial zone being most vulnerable to mechanical overload.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von mechanischer Belastung auf die Chondrozytenviabilität und Matrixintegrität in bovinen Gelenkknorpelexplantaten. Die Forscher belasteten Knorpelproben statisch oder zyklisch (0,5 Hz) über 1-72 Stunden mit 1 MPa und analysierten Zelltod mittels Fluoreszenzmarkern sowie die Morphologie durch Histologie und Elektronenmikroskopie. Die Ergebnisse zeigten, dass repetitive Belastung selektiv Chondrozyten in der oberflächlichen Tangentialzone schädigte, wobei statische Belastung bereits nach 3 Stunden und zyklische Belastung nach 6 Stunden zum Zelltod führte, während tiefere Knorpelschichten unbeeinträchtigt blieben. Die beobachteten morphologischen Veränderungen in der Knorpeloberfläche ähnelten frühen osteoarthritischen Prozessen, was die schädlichen Effekte mechanischer Überlastung auf Gelenkknorpel demonstriert.
Cette étude visait à évaluer les modifications matricielles et la viabilité des chondrocytes lors de charges mécaniques statiques et cycliques répétitives sur des explants de cartilage articulaire bovin mature. Les chercheurs ont appliqué des charges continues (statiques ou cycliques à 0,5 Hz) pendant 1 à 72 heures avec un stress maximal de 1 MPa, puis analysé la mort cellulaire par sondes fluorescentes et la morphologie par microscopie électronique. Les résultats montrent que la charge répétitive endommage sélectivement les chondrocytes de la zone tangentielle superficielle, avec une mort cellulaire survenant dès 3 heures pour les charges statiques et 6 heures pour les charges cycliques, accompagnée de lésions matricielles rappelant les stades précoces de l'arthrose. Cette surcharge mécanique non-physiologique provoque donc des dommages cellulaires et morphologiques similaires à ceux observés dans les maladies articulaires dégénératives.
This study aimed to develop a method for preserving and analyzing how solutes move through cartilage tissue under different mechanical loading conditions. The researchers used a freeze-substitution technique to fix cartilage samples that had been compressed while fluorescent dextran molecules moved through them, then analyzed the solute distribution patterns using laser confocal microscopy and theoretical modeling.
The key findings showed that static compression (0-46% strain) reduced effective diffusion rates, supporting the idea that poor transport contributes to decreased cell metabolism under static loading. In contrast, dynamic compression (oscillating at 23±5% strain) enhanced transport of small molecules through fluid flow, which may explain why dynamic loading increases cell activity.
These methods provide a valuable tool for studying how mechanical forces affect nutrient and waste transport in cartilage, with potential applications in optimizing loading protocols for cartilage tissue engineering.
Diese Studie zielte darauf ab, den Einfluss mechanischer Kompression auf den Stofftransport in Gelenkknorpel zu untersuchen, da dieser Transport entscheidend für die Zellphysiologie ist. Die Forscher entwickelten eine Gefriersubstitutions-Methode zur Fixierung von Knorpelexplantaten während axialer Kompression und radialer Dextran-Desorption, wobei sie Laser-Konfokalmikroskopie und theoretische Modelle zur Analyse einsetzten. Bei statischer Kompression (0-46% Dehnung) zeigten sich reduzierte Transportraten, die mit verringerter Chondrozyten-Stoffwechselaktivität korrelieren, während dynamische Kompression (23±5% bei 0,001 Hz) den Transport von 3 kDa Dextranen durch oszillierende Flüssigkeitsströmungen verstärkte. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass optimierte mechanische Belastung den Stofftransport verbessern kann, was wichtige Implikationen für das Tissue Engineering von Knorpelgewebe hat.
Cette étude visait à développer une méthode de fixation par cryosubstitution pour analyser les distributions de solutés dans le cartilage articulaire sous compression mécanique. Les chercheurs ont utilisé des dextrans comme solutés modèles et analysé leur désorption radiale dans des explants de cartilage comprimés axialement, en mesurant les diffusivités effectives par microscopie confocale laser et modélisation théorique. Les résultats montrent que la compression statique (0-46% de déformation) limite le transport de solutés, ce qui pourrait expliquer la diminution du métabolisme chondrocytaire, tandis que la compression dynamique (23±5% à 0,001 Hz) augmente le transport effectif des dextrans de 3 kDa via les flux oscillatoires du liquide interstitiel. Cette méthode permet d'identifier les conditions de chargement optimales pour le transport de solutés, avec des applications potentielles en ingénierie tissulaire du cartilage.
This study investigated how different culture environments affect ERK (extracellular signal-regulated kinase) signaling in chondrocytes when exposed to inflammatory stimuli (IL-1) and mechanical loading. Researchers cultured bovine chondrocytes in four different configurations (monolayer, attached to cartilage surface, tissue-engineered constructs, and intact cartilage explants) and measured ERK activity responses to IL-1 treatment and dynamic compression over 16 hours. The key finding was that chondrocytes in monolayer culture showed dramatically different ERK signaling patterns compared to cells in more physiologically relevant environments - monolayer cells had high baseline ERK activity that quickly diminished, while cells in matrix-rich environments maintained lower baseline levels with sustained moderate activation in response to IL-1. Importantly, dynamic mechanical loading activated ERK to similar levels as IL-1, but since these stimuli have opposite effects on cartilage synthesis, the authors concluded that other signaling pathways beyond ERK must be responsible for the distinct cellular responses to inflammation versus mechanical stimulation.
Diese Studie untersuchte die Aktivität der extrazellulären signalregulierten Kinase (ERK) in Chondrozyten unter verschiedenen Kulturbedingungen als Reaktion auf Interleukin-1 (IL-1) und mechanische Belastung. Bovine Gelenkchondrozyten wurden in vier verschiedenen Konfigurationen kultiviert (Monolayer, an Knorpeloberfläche, in tissue-engineered Konstrukten oder in intakten Knorpelexplantaten) und mit IL-1 behandelt, während Knorpelexplantate zusätzlich dynamischer Kompression ausgesetzt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass Chondrozyten in Monolayer-Kultur eine erhöhte basale ERK-Aktivität und eine transiente Reaktion auf IL-1 aufwiesen, während Zellen in den anderen Kultursystemen niedrigere Grundaktivität und eine anhaltende ERK-Aktivierung durch IL-1 zeigten. Dynamische mechanische Belastung führte zu einer 5-fachen ERK-Aktivierung, was darauf hindeutet, dass die extrazel
Cette étude visait à comparer l'activité de la kinase ERK (extracellular signal-regulated kinase) des chondrocytes en réponse à l'interleukine-1 (IL-1) selon différentes configurations de culture, ainsi qu'en réponse à la compression dynamique dans le cartilage intact. Les chondrocytes articulaires bovins ont été cultivés en monocouche haute densité, attachés à une surface de cartilage coupé, dans des construits d'ingénierie tissulaire, ou dans des explants de cartilage intact, puis exposés à l'IL-1 ou à une compression dynamique. Les résultats montrent que les chondrocytes en monocouche présentaient une activation ERK élevée mais transitoire, tandis que ceux dans les autres configurations montraient une activation plus modérée mais soutenue en réponse à l'IL-1, et que la compression dynamique induisait une activation ERK 5 fois supérieure, similaire à celle de l'IL-1. Ces données suggèrent que la matrice extracellulaire joue un rôle régulateur crucial dans la modulation des réponses des chondrocytes aux stimuli extracellulaires.
This study investigated how the presence of underlying bone affects cartilage damage when subjected to mechanical impact loading. Researchers compared cartilage-only (chondral) and cartilage-with-bone (osteochondral) explants loaded to 30 MPa at either high (600 MPa/s) or low (30 MPa/s) loading rates, then assessed matrix damage through surface fissure measurements and cell death through viability staining after 24 hours. The results showed that cartilage samples with underlying bone had significantly less matrix damage and cell death compared to cartilage-only samples, with bone providing protective effects across all cartilage layers during low-rate loading and in the intermediate and deep zones during high-rate loading. These findings suggest that underlying bone provides mechanical protection to cartilage during impact loading, which has important implications for interpreting experimental cartilage studies and understanding injury mechanisms.
Diese Studie untersuchte, inwieweit die Anwesenheit von subchondralem Knochen das Ausmaß von Matrixschäden und Chondrozytentod in mechanisch belasteten Knorpelexplantaten beeinflusst. Reine Knorpel- sowie Knorpel-Knochen-Explantate wurden mit 30 MPa bei hoher (~600 MPa/s) oder niedriger (30 MPa/s) Belastungsgeschwindigkeit komprimiert, gefolgt von der Analyse von Oberflächenfissuren und Zellviabilität nach 24 Stunden. Die Ergebnisse zeigten, dass Explantate mit zugrundeliegendem Knochen signifikant weniger Matrixschäden und Zelltod aufwiesen als reine Knorpelexplantate, wobei der protektive Effekt des Knochens alle Knorpelzonen bei niedriger Belastungsgeschwindigkeit und die mittleren sowie tiefen Zonen bei hoher Belastungsgeschwindigkeit betraf. Diese Befunde verdeutlichen die biomechanische Schutzfunktion
Cette étude examine comment la présence d'os sous-jacent influence les dommages matriciels et la mort cellulaire dans le cartilage articulaire soumis à des charges mécaniques excessives. Les chercheurs ont comparé des explants chondraux (cartilage seul) et ostéochondraux (cartilage avec os) soumis à une pression de 30 MPa à deux vitesses de chargement différentes, puis ont évalué les fissures de surface et la viabilité cellulaire après 24 heures de culture. Les résultats montrent que la présence d'os sous-jacent réduit significativement les dommages matriciels et la mort des chondrocytes, particulièrement dans les zones intermédiaire et profonde du cartilage. Ces findings suggèrent que l'os sous-jacent joue un rôle protecteur important et que les études sur explants chondraux seuls pourraient surestimer les dommages par rapport à la situation in situ.
This study investigated whether basic fibroblast growth factor (bFGF) acts as a signaling molecule when articular cartilage experiences mechanical loading. The researchers applied cyclic loading to porcine cartilage samples with and without a bFGF receptor inhibitor, then measured ERK kinase activation and protein synthesis changes. The key findings showed that mechanical loading rapidly activated ERK signaling and stimulated production of TIMP-1 (a protein that protects cartilage from breakdown), and both responses were blocked when bFGF signaling was inhibited. This demonstrates that bFGF serves as a crucial intermediary molecule that helps cartilage cells sense and respond to mechanical forces by promoting protective protein production.
Diese Studie untersuchte, ob der basische Fibroblasten-Wachstumsfaktor (bFGF) die Signalübertragung in Gelenkknorpel als Reaktion auf mechanische Belastung vermittelt. Die Forscher belasteten Knorpelproben von Schweinegelenken zyklisch und analysierten die Aktivierung der ERK-MAP-Kinase sowie die Proteinsynthese mittels Western Blot und Radiomarkierung, sowohl mit als auch ohne bFGF-Rezeptor-Inhibitor. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung eine schnelle ERK-Aktivierung auslöst, die von der bFGF-Freisetzung abhängig ist, da sie durch den Rezeptor-Inhibitor blockiert wurde. Zusätzlich führte die Belastung zur bFGF-abhängigen Synthese des Gewebeinhibitors der Metalloproteinasen-1 (TIMP-1), was auf eine wichtige Rolle von bFGF bei der mechanischen Signaltransduktion im Knorpel hinweist.
Cette étude visait à déterminer si le facteur de croissance fibroblastique basique (bFGF) médie la transduction des signaux mécaniques dans le cartilage articulaire. Les chercheurs ont soumis du cartilage articulaire porcin à une charge cyclique (62,5-250N) pendant 2 minutes, avec ou sans inhibiteur du récepteur bFGF, puis ont mesuré l'activation de la kinase ERK et la synthèse protéique. Les résultats montrent que la charge mécanique induit une libération de bFGF qui active rapidement la voie ERK, cette activation étant bloquée par l'inhibiteur du récepteur. La charge mécanique stimule également la synthèse et la sécrétion de TIMP-1 (inhibiteur tissulaire des métalloprotéinases-1) de manière dépendante du bFGF, suggérant un rôle clé de ce facteur de croissance dans la mécanotransduction du cartilage articulaire.
This study investigated how reduced jaw loading affects the growth and breakdown of cartilage in the jaw joint (temporomandibular joint) of young rats. The researchers divided 80 young female rats into two groups: one fed a soft diet with shortened incisors to reduce chewing forces, and controls fed a hard diet with normal chewing. Using radioactive tracers and tissue staining techniques, they measured cell growth, cartilage matrix production, and levels of a cartilage-degrading enzyme (MMP-3) over various time periods. The results showed that reduced jaw loading significantly decreased both cell proliferation and cartilage matrix production within 6-24 hours, while simultaneously increasing the presence of the cartilage-degrading enzyme MMP-3 throughout the cartilage layers compared to controls.
Diese Studie untersuchte, wie sich eine reduzierte Belastung des Kiefergelenks auf die Stoffwechselaktivität des Gelenkknorpels am Unterkieferkopf auswirkt. An 80 weiblichen Ratten wurde durch Weichfutter und regelmäßiges Kürzen der Schneidezähne die Kaubelastung reduziert, während die Kontrollgruppe Hartfutter erhielt. Die Ergebnisse zeigten eine deutlich verminderte Zellproliferation und Matrixproduktion (gemessen durch radioaktive Marker) sowie eine verstärkte Expression des knorpelabbauenden Enzyms MMP-3 in der reduzierten Belastungsgruppe. Die Studie belegt, dass eine ausreichende mechanische Belastung essentiell für das normale Wachstum und die Erhaltung des Kiefergelenkknorpels ist.
Cette étude visait à évaluer l'effet de la diminution de la charge temporo-mandibulaire sur l'activité métabolique du cartilage condylien chez le rat. Les chercheurs ont comparé deux groupes de rats : un groupe expérimental nourri avec un régime mou et aux incisives raccourcies (charge réduite) versus un groupe témoin nourri avec un régime dur, en mesurant l'incorporation de thymidine tritiée et de soufre radiomarqué ainsi que l'expression de la MMP-3. Les résultats montrent une diminution significative de la prolifération cellulaire et de la synthèse de matrice dans le groupe à charge réduite, accompagnée d'une surexpression de la MMP-3 (enzyme de dégradation matricielle) dans toutes les couches cartilagineuses. Cette recherche démontre que une charge mécanique suffisante est essentielle pour maintenir la croissance normale du cartilage condylien et ses fonctions métaboliques.
This study investigated whether calcitonin (CT) treatment could reduce cartilage damage and subchondral bone changes in early experimental osteoarthritis by examining the relationship between bone remodeling and cartilage breakdown. Researchers surgically transected the anterior cruciate ligament in 12 dogs to induce osteoarthritis, then treated half with daily nasal calcitonin (400 U) and half with placebo for 84 days before assessing cartilage damage grades and measuring subchondral bone density and volume using pQCT imaging. Placebo-treated dogs developed significant osteoarthritic cartilage lesions and substantial loss of subchondral bone density/volume in the medial tibial plateau, while calcitonin-treated dogs showed markedly reduced cartilage damage and preserved subchondral bone structure. The findings suggest that preventing subchondral bone loss with calcitonin treatment can significantly protect cartilage from osteoarthritic damage, supporting its potential therapeutic use in cruciate ligament-deficient dogs.
Diese Studie untersuchte, ob Calcitonin (CT) die Knorpel- und Knochenveränderungen in den frühen Stadien der experimentellen Osteoarthritis bei Hunden beeinflusst. Zwölf Hunde erhielten eine Durchtrennung des vorderen Kreuzbandes und wurden anschließend 84 Tage lang täglich entweder mit 400 U Calcitonin-Nasenspray oder Placebo behandelt, wobei Knorpelveränderungen histologisch bewertet und die Knochendichte des subchondralen Knochens mittels pQCT gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass Calcitonin sowohl die osteoarthritischen Knorpelläsionen als auch den Verlust der subchondralen trabekulären Knochenmasse signifikant reduzierte, während in der Placebo-Gruppe deutliche Osteoarthritis-Veränderungen und Knochendichteverluste auftraten. Die Studie unterstützt die Hypothese, dass der Verlust subchondraler Trabekel zum Knorpelabbau bei
Cette étude a évalué l'effet de la calcitonine (CT) sur les modifications du cartilage et de l'os sous-chondral dans un modèle canin d'arthrose induite par section du ligament croisé antérieur. Douze chiens ont été traités soit par calcitonine nasale (400 U/jour) soit par placebo pendant 84 jours après la chirurgie, avec évaluation histologique du cartilage et mesure de la densité osseuse sous-chondrale par pQCT. Les résultats montrent que la calcitonine réduit significativement les lésions cartilagineuses arthrosiques et prévient la perte de densité et de volume de l'os trabéculaire sous-chondral observée dans le groupe placebo. Cette étude suggère que la préservation de l'os sous-chondral par la calcitonine contribue à la protection du cartilage, soutenant son utilisation potentielle dans le traitement de l'arthrose expérimentale canine.
This feasibility study aimed to determine whether MRI T2 mapping could detect changes in knee cartilage following running exercise in healthy individuals. Seven young healthy men underwent 3.0-T MRI scanning before and immediately after 30 minutes of running to measure T2 values in weight-bearing femoral and tibial cartilage. The results showed a statistically significant decrease in T2 values specifically in the superficial 40% of weight-bearing femoral cartilage after exercise, while tibial cartilage showed no significant changes. These findings suggest that T2 mapping can detect exercise-induced cartilage compression effects and support the theory that mechanical loading increases the structural organization of collagen fibers in the superficial cartilage layer.
Diese Machbarkeitsstudie untersuchte, ob MRT-basierte T2-Kartierung zur Bewertung von Knorpelveränderungen nach Laufbelastung geeignet ist. Bei sieben gesunden jungen Männern wurden quantitative T2-Karten des Knieknorpels vor und unmittelbar nach 30-minütigem Laufen mittels 3,0-Tesla-MRT erstellt. Die Ergebnisse zeigten eine statistisch signifikante Abnahme der T2-Werte in den oberflächlichen 40% des belastungstragenden Femurknorpels, während sich die T2-Profile des Tibiaknorpels nicht signifikant veränderten. Diese In-vivo-Befunde stimmen mit Ex-vivo-Studien überein und unterstützen die Hypothese, dass Knorpelkompression zu einer erhöhten Anisotropie der oberflächlichen Kollagenfasern führt.
Cette étude de faisabilité visait à évaluer l'utilisation de la cartographie T2 par IRM pour mesurer la réponse du cartilage fémoral et tibial à l'exercice de course à pied. Sept hommes jeunes et en bonne santé ont bénéficié d'une IRM 3T avec cartographie T2 quantitative du cartilage articulaire portant avant et immédiatement après 30 minutes de course. Les résultats montrent une diminution statistiquement significative du T2 dans les 40% superficiels du cartilage fémoral portant après l'exercice, sans changement significatif au niveau tibial. Ces observations in vivo concordent avec les études ex vivo antérieures et soutiennent l'hypothèse que la compression cartilagineuse induit une anisotropie accrue des fibres de collagène superficielles.
This study aimed to investigate how repetitive joint loading affects articular cartilage structure using a novel rabbit model of finger flexion. Researchers subjected rabbit forepaw digits to cyclical flexion at 1 Hz with 0.42 N peak load for 2 hours daily over 60 cumulative hours, then analyzed cartilage thickness and cellular changes using histological and immunohistochemical methods. The main findings showed that repetitive loading caused thinning of the uncalcified cartilage layer and increased production of osteopontin-positive cells, without obvious surface damage to the cartilage. These changes suggest that cyclical mechanical loading may trigger cartilage mineralization processes similar to bone formation, potentially representing an early response to repetitive joint stress.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen wiederholter Gelenkbelastung auf den Gelenkknorpel mithilfe eines neuartigen In-vivo-Kaninchenmodells. Die Forscher führten bei acht Kaninchen über 60 Stunden hinweg zyklische Fingerbeugebewegungen durch (1 Hz, 0,42 N Spitzenlast, 2 Stunden täglich) und analysierten anschließend die Metakarpophalangealgelenke histologisch und immunhistochemisch. Die Hauptergebnisse zeigten eine signifikante Verdünnung des unverkalkten Knorpels bei unveränderter Dicke des verkalkten Knorpels sowie eine deutliche Zunahme Osteopontin-positiver Zellen im unverkalkten Knorpel. Diese Veränderungen deuten auf eine Tidemark-Verschiebung und mögliche Reaktivierung von Knorpelmineralisierungsprozessen hin, ohne dass oberflächliche Knorpeldegeneration auftrat.
Cette étude visait à caractériser les effets morphologiques du chargement cyclique sur le cartilage articulaire à l'aide d'un nouveau modèle in vivo de flexion répétitive des doigts chez le lapin. Les chercheurs ont soumis les articulations métacarpo-phalangiennes de lapins à une flexion cyclique (1 Hz, 0,42 N) pendant 60 heures cumulatives, puis analysé l'épaisseur du cartilage et l'expression d'ostéopontine par histomorphométrie et immunohistochimie. Les résultats montrent une diminution significative de l'épaisseur du cartilage non calcifié et une augmentation du nombre de cellules positives à l'ostéopontine, sans dégénération apparente de la surface cartilagineuse. Ces modifications suggèrent un avancement de la ligne de marée et une réactivation des processus de minéralisation du cartilage, similaires à l'ossification endochondrale.
This study investigated how mechanical loading affects specific transcription factors (FRA-1, FRA-2, JUNB, and JUND) in mandibular condylar cartilage, which are known to regulate cartilage remodeling and cell death processes. Researchers fed 30 young rats either soft or hard diets to create different mechanical loading conditions, then examined condylar cartilage at 6, 12, and 48 hours using immunostaining to detect these proteins. The results showed that all four transcription factors were significantly overexpressed in chondrocytes from rats fed the hard diet compared to the soft diet group, with expression levels increasing over time in both groups. These findings suggest that condylar chondrocytes can sense changes in mechanical loading and respond by activating molecular pathways that control cartilage growth, maturation, and remodeling.
Diese Studie untersuchte die Rolle spezifischer Transkriptionsfaktoren (FRA-1, FRA-2, JunB und JunD) bei der Antwort von Kiefergelenkknorpel auf mechanische Belastung. Die Forscher fütterten 30 weibliche Wistar-Ratten entweder mit weicher oder harter Nahrung und analysierten die Expression der genannten Proteine im Kondylusknorpel mittels Immunfärbung zu verschiedenen Zeitpunkten (6, 12 und 48 Stunden). Die Ergebnisse zeigten eine deutliche Überexpression aller vier Proteine in sämtlichen Differenzierungsstadien der Chondrozyten bei Tieren, die harte Nahrung erhielten, wobei die Expression zeitabhängig in beiden Gruppen zunahm. Die Studie belegt, dass Chondrozyten des Kiefergelenks mechanische Belastungsveränderungen wahrnehmen und durch Induktion spezifischer Proteine reagieren, die Reifung, Differenzierung und Apoptose steuern und somit das Wach
Cette étude visait à examiner l'implication des protéines FRA-1, FRA-2, JUNB et JUND (membres du facteur de transcription AP-1) dans la réponse biochimique du cartilage condylien mandibulaire à la charge mécanique. Les chercheurs ont utilisé un modèle expérimental sur 30 rats femelles de 14 jours, divisés en deux groupes recevant soit une alimentation molle soit dure, avec analyse par immunomarquage des protéines d'intérêt à 6, 12 et 48 heures. Les résultats montrent une surexpression significative des quatre protéines dans tous les stades de différenciation des chondrocytes chez les animaux nourris avec l'alimentation dure, avec une augmentation temporelle dans les deux groupes. Ces findings suggèrent que les chondrocytes condyliens détectent les changements de charge fonctionnelle et y répondent en induisant des protéines associées aux phénomènes de maturation, différenciation et apoptose, influençant ainsi la croissance du cartilage condylien.
This study investigated how running affects the volume of knee cartilage and menisci by measuring changes before and after runs of different distances (5, 10, and 20 km). The researchers used 3D MRI to scan 48 knees of male athletes immediately before and after running, with the MRI scanner located at the start/finish point of the running course. The results showed significant volume reductions in patellar, tibial, and meniscal cartilage after just 5 km of running, with only the medial meniscus showing additional volume loss at longer distances (10-20 km), suggesting the cartilage reaches a plateau effect. The authors conclude that knee cartilage appears to adapt well to repetitive loading from running, and this study provides the first evidence that meniscal volume changes can serve as an indicator of the menisci's important mechanical role in protecting the knee during repetitive activities.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von Langstreckenlauf auf die Knorpel- und Meniskusvolumina im Kniegelenk mittels 3D-Magnetresonanztomographie. 48 männliche Athleten absolvierten verschiedene Laufdistanzen (5, 10, 20 km), wobei vor und unmittelbar nach dem Lauf MRT-Aufnahmen zur Volumenmessung von Patella-, Tibia- und Meniskusknorpel durchgeführt wurden. Die Ergebnisse zeigten signifikante Volumenreduktionen in allen untersuchten Strukturen bereits nach 5 km Laufdistanz, wobei nur der mediale Meniskus nach 10 und 20 km weitere Volumenabnahmen aufwies. Die Autoren schlussfolgern, dass sich Knorpelgewebe gut an die repetitiven Belastungen des Langstreckenlaufs anpassen kann und die Menisken eine wichtige mechanische Rolle bei der Lastverteilung im Kniegelenk spielen.
Cette étude visait à analyser les changements volumétriques du cartilage articulaire (tibia, patella) et des ménisques suite aux charges répétitives de la course de fond. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 3D pour mesurer les volumes cartilagineux chez 48 coureurs masculins avant et immédiatement après des courses de 5, 10 et 20 km. Les résultats montrent une réduction significative des volumes de la patella, du tibia et des ménisques dès 5 km de course, avec une courbe asymptotique suggérant une adaptation mécanique. Cette première démonstration des changements volumétriques méniscaux sous charge indique que le cartilage s'adapte efficacement aux contraintes de la course longue distance.
This study outlines the rehabilitation protocol for patients undergoing cell transplantation to treat cartilage defects. The rehabilitation approach follows a carefully phased program starting 8 hours post-surgery with continuous passive motion (CPM) exercises, progressing through controlled weight-bearing at 2 weeks, accelerated loading at 6-8 weeks, and specialized training as pain-free motion is achieved. Key findings indicate that while most patients recover joint function by 6 months and can return to daily activities, the complete graft maturation process requires 18 months and cannot be rushed. The authors emphasize that successful outcomes depend on close collaboration between patients, surgeons, and physiotherapists to properly manage this complex, extended rehabilitation timeline.
Diese Studie beschreibt ein systematisches Rehabilitationsprotokoll nach Zelltransplantation zur Behandlung von Knorpeldefekten. Die Methodik umfasst ein phasenweises Vorgehen über 18 Monate, beginnend mit kontinuierlichen passiven Bewegungsübungen (CPM) 8 Stunden post-operativ, gefolgt von schrittweiser Belastungssteigerung und Bewegungsumfangserweiterung. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Patienten bereits nach 6-8 Wochen ohne Gehhilfen laufen können und nach 6 Monaten ihre Gelenkfunktion für Alltagsaktivitäten wiedererlangen, wobei die vollständige Transplantatreifung 18 Monate erfordert. Das Protokoll betont die Notwendigkeit einer engen Zusammenarbeit zwischen Patient, Chirurg und Physiotherapeut für den Behandlungserfolg.
Cette étude décrit le protocole de rééducation après transplantation cellulaire pour les défauts cartilagineux, soulignant l'importance cruciale de cette phase dans le succès thérapeutique. La méthodologie présente un programme de rééducation progressive sur 18 mois, débutant 8 heures post-opératoire avec la mobilisation passive continue (CPM) et la kinésithérapie, suivie d'une progression graduelle de la mise en charge et de l'amplitude articulaire. Les résultats montrent une récupération fonctionnelle articulaire chez la plupart des patients à 6 mois, permettant le retour aux activités quotidiennes, bien que la rééducation spécialisée doive se poursuivre. Le processus nécessite une collaboration étroite entre patient, chirurgien et kinésithérapeute pour adapter le protocole selon l'évolution clinique.
This review examines how exercise affects bone, cartilage, and tendon development in horses, which uniquely begin intense athletic training while still growing. The authors synthesized studies using clinical imaging, biochemical analysis, and microscopy to assess tissue responses to exercise training. Key findings show that bone adapts positively to training with increased density, particularly in high-load areas, though excessive training can cause damage; tendons show increased cross-sectional area with training but minimal changes in collagen structure from early training; and cartilage may thicken in response to early training but appears most vulnerable to pathological changes among the three tissues. The research highlights that the timing, intensity, and duration of exercise during growth critically influence whether tissues adapt beneficially or develop damage.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte die Auswirkungen von Training auf Knochen, Sehnen und Gelenkknorpel bei Pferden unter Verwendung verschiedener bildgebender Verfahren, biochemischer Analysen und mikroskopischer Techniken. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Training zu einer leichten Zunahme der Knochendichte im Kortex und einer erheblichen Steigerung in den hauptsächlichen Belastungszonen der Epiphysen führt, wobei intensiveres Training jedoch zu Mikroverletzungen und pathologischen Veränderungen führen kann. Bei Sehnen veränderte sich die Kollagenfibrillen-Durchmesserverteilung während des Wachstums, aber nicht nach frühem Training, während einige Sehnen eine Zunahme der Querschnittsfläche zeigten. Der Gelenkknorpel erwies sich als das anfälligste der drei Gewebe für pathologische Veränderungen, obwohl frühes Training mit einer größeren Dicke des hyalinen Knorpels an bestimmten Stellen verbunden sein kann.
Cette étude de synthèse examine les effets de l'exercice sur les tissus musculo-squelettiques (os, tendons, cartilage articulaire) chez le cheval en croissance et en entraînement. Les auteurs ont analysé la littérature utilisant des techniques d'imagerie clinique et de recherche, des analyses biochimiques tissulaires et diverses méthodes de microscopie pour évaluer les modifications structurelles et compositionnelles. Les résultats montrent que l'entraînement augmente la densité osseuse apparente (particulièrement dans les épiphyses), peut accroître l'épaisseur du cartilage hyalin et la section transversale des tendons, mais qu'un entraînement intensif peut entraîner des microlésions et des lésions franches. Le cartilage articulaire apparaît comme le tissu le plus susceptible aux altérations pathologiques, soulignant l'importance du timing et de l'intensité de l'exercice pendant la croissance.
This study investigated how mechanical forces affect the production of proteoglycan 4 (PRG4), a key lubricating molecule in joint cartilage. Researchers applied dynamic shear forces (sliding motion) to bovine cartilage samples for 24 hours, comparing this to static compression alone and unloaded controls, then measured PRG4 production and cellular responses.
Dynamic shear stimulation dramatically increased PRG4 secretion by 3-4 times compared to controls and static compression, while also promoting production of larger, more functional PRG4 molecules. Additionally, shear forces activated PRG4 production in cartilage cells located deeper within the tissue (200-400 micrometers from the surface), expanding the population of cells contributing to joint lubrication.
These findings demonstrate that sliding joint motion specifically stimulates the production of lubricating molecules in cartilage, suggesting that appropriate mechanical loading may help maintain healthy joint lubrication.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen dynamischer Scherbeanspruchung auf die Biosynthese von Proteoglykan 4 (PRG4) in bovinen Knorpelexplantaten, da PRG4 eine wichtige Rolle bei der Grenzschmierung von Gelenkknorpel spielt. Knorpelscheiben wurden 24 Stunden lang einer 20%igen statischen Kompression allein oder kombiniert mit dynamischer Scherung (3% Amplitude, 0,1 Hz) ausgesetzt, wobei PRG4-Sekretion mittels ELISA und Western Blot quantifiziert und die zelluläre Expression durch Immunhistochemie lokalisiert wurde. Die dynamische Scherbeanspruchung steigerte die PRG4-Sekretion auf das 3-4-fache im Vergleich zu unbelasteten Kontrollen und statisch komprimierten Proben, wobei vermehrt hochmolekulares PRG4 (345 kD) sezerniert und die Expression in Chondrozyten in 200-400 μm Tiefe induziert wurde. Diese Ergebnisse zeigen, dass mechanische
Cette étude visait à déterminer les effets de la stimulation mécanique par cisaillement dynamique sur la biosynthèse de la protéoglycane 4 (PRG4), une molécule clé dans la lubrification articulaire. Les chercheurs ont soumis des explants de cartilage bovin à une compression statique de 20% seule ou combinée à un cisaillement dynamique (3% d'amplitude, 0,1 Hz) pendant 24 heures, puis ont analysé la sécrétion et l'expression de PRG4 par ELISA, Western blot et immunohistochimie. Le cisaillement dynamique a augmenté la sécrétion de PRG4 de 3 à 4 fois par rapport aux contrôles non chargés et aux échantillons uniquement comprimés, favorisant la production d'isoformes de haut poids moléculaire (345 kDa) et induisant l'expression de PRG4 dans les chondrocytes situés à 200-400 μm de profondeur. Ces résultats démontrent que la stimulation mécanique appropriée régule positivement non seulement les constituants de la matrice portante, mais aussi
This study investigated how different types of mechanical loading affect gene expression in cartilage tissue to better understand how physical forces regulate chondrocyte behavior. The researchers applied dynamic compression, dynamic shear, or static compression to cartilage explants for 1-24 hours and measured expression levels of 25 genes involved in cartilage maintenance using real-time PCR and clustering analysis.
The key findings showed that genes with similar functions responded together to mechanical loading, but the specific expression patterns varied significantly depending on the type of force applied. Notably, cyclic loading (both compression and shear) stimulated matrix protein production after 24 hours, while static compression suppressed it, suggesting that rhythmic mechanical stimulation is crucial for maintaining healthy cartilage matrix synthesis.
Diese Studie untersuchte, wie verschiedene mechanische Belastungsarten die Genexpression in Knorpelgewebe beeinflussen. Die Forscher setzten intakte Knorpelexplantate für 1-24 Stunden dynamischer Kompression oder dynamischem Schub bei 0,1 Hz aus und analysierten mittels Real-Time-PCR die Transkriptionsprofile von 25 knorpelhomöostaserelevanten Genen. Die Ergebnisse zeigten, dass zyklische Belastung (sowohl Kompression als auch Schub) die Expression von Matrixproteinen nach 24 Stunden hochregulierte, während statische Kompression diese herunterregulierte, was darauf hindeutet, dass zyklische Verformung ein wichtiger Stimulator der Matrixproteinexpression ist. Durch Inhibitorstudien konnten die Forscher nachweisen, dass sowohl intrazelluläre Calcium- als auch zyklische AMP-Signalwege an der belastungsinduzierten Transkription beteiligt sind.
Cette étude visait à élucider les effets différentiels des forces mécaniques (compression et cisaillement) sur l'expression génique des chondrocytes dans le cartilage. Les chercheurs ont soumis des explants de cartilage intact à une compression dynamique ou un cisaillement dynamique (0,1 Hz) pendant 1 à 24 heures, puis analysé l'expression de 25 gènes impliqués dans l'homéostasie cartilagineuse par PCR en temps réel. Les résultats montrent que les patrons d'expression temporelle dépendent fortement du type de sollicitation mécanique : la déformation cyclique de la matrice stimule l'expression des protéines matricielles (contrairement à la compression statique qui les inhibe), tandis que les protéases matricielles sont activées par tous les types de chargement après 24h. L'étude révèle également l'implication des voies de signalisation calcique et AMPc dans la réponse transcriptionnelle induite par le chargement dynamique.
This study aimed to enhance matrix production in scaffold-free, engineered cartilage tissue using mechanical loading to improve tissue constructs for cartilage repair. The researchers developed a novel loading machine with a roller mechanism that can apply both compression and shear forces to up to 20 tissue constructs simultaneously, testing different loading patterns including continuous and intermittent cycles. The key findings showed that optimal loading (0.5 N force) rapidly increased collagen II and aggrecan gene expression within 1-2 hours, and intermittent loading with pauses between cycles increased glycosaminoglycan content by up to 60% after 4 days, while continuous loading without pauses actually decreased matrix content compared to controls. The results suggest that mechanical stimulation protocols combining compression and shear with rest periods can significantly improve engineered cartilage tissue properties before implantation.
Diese Studie untersuchte, ob mechanische Belastung die Matrixsynthese in gerüstfreiem, künstlich erzeugtem Knorpelgewebe verbessern kann. Die Forscher entwickelten eine spezielle Belastungsmaschine mit Rollenmechanismus, die gleichzeitig Kompression und Scherung auf bis zu 20 Gewebekonstrukte anwenden kann, und analysierten anschließend die mRNA-Expression und den Matrixproteingehalt. Eine optimale Belastung von 0,5 N führte innerhalb einer Stunde zu erhöhter Kollagen II- und Aggrecan-mRNA-Expression und nach 4 Tagen intermittierender zyklischer Belastung zu einem Anstieg des Glykosaminoglykan-Gehalts um bis zu 60%. Die Ergebnisse zeigen, dass mechanische Stimulation mit Pausen zwischen den Belastungszyklen die Gewebeeigenschaften signifikant verbessert, während kontinuierliche Belastung ohne Pausen zu einer Verschlechterung führte.
Cette étude visait à améliorer la synthèse de matrice extracellulaire dans des construits cartilagineux sans scaffold en appliquant des contraintes mécaniques de compression et de cisaillement. Les chercheurs ont utilisé une machine de chargement innovante avec mécanisme à rouleau pour appliquer différents régimes de charge cyclique sur des tissus cartilagineux bio-ingéniérés. Les résultats montrent qu'une charge optimale de 0,5 N induit une augmentation rapide (pic à 2h) de l'expression des ARNm du collagène II et de l'agrécane, se traduisant par une augmentation jusqu'à 60% du contenu en glycosaminoglycanes après 4 jours de chargement cyclique intermittent. L'introduction de pauses entre les cycles de charge s'avère essentielle, car un chargement cyclique constant sans pause diminue paradoxalement le contenu final en glycosaminoglycanes par rapport aux contrôles non chargés.
This study investigated whether the articular disc contributes to the low friction levels observed in the temporomandibular joint (TMJ) compared to other joints. The researchers measured friction coefficients in intact porcine TMJs (n=10) and then repeated measurements after surgically removing the disc, also testing the effects of prolonged loading and hyaluronic acid application. The results showed that disc removal more than doubled the friction coefficient from 0.0177 to 0.0361, with friction continuing to increase with longer loading duration (exceeding 0.0635 after 30 minutes), while hyaluronic acid provided only modest friction reduction. The findings confirm that the TMJ disc plays a crucial role in maintaining low joint friction, likely by improving surface congruity and enhancing synovial fluid lubrication.
Diese Studie untersuchte die Rolle des Discus articularis bei der Reibungsreduktion im Kiefergelenk (TMJ). An 10 Schweinegelenken wurde der Reibungskoeffizient vor und nach Entfernung des Discus gemessen, zusätzlich wurden die Effekte von Belastungsdauer und Hyaluronsäure-Anwendung untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass sich der Reibungskoeffizient nach Discus-Entfernung von 0,0177 auf 0,0361 verdoppelte und bei längerer Belastung auf über 0,0635 anstieg, während Hyaluronsäure eine leichte Verbesserung bewirkte. Die Studie bestätigt, dass der Discus articularis eine entscheidende Rolle bei der Reibungsminimierung spielt, wahrscheinlich durch Verbesserung der Gelenkkongruenz und Optimierung der Synovialflüssigkeits-Schmierung.
Cette étude visait à déterminer le rôle du disque articulaire dans la réduction de la friction au niveau de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM). Les chercheurs ont mesuré le coefficient de friction sur des ATM porcines intactes (n=10), puis après ablation du disque, en examinant également les effets de la durée de charge et de l'application d'acide hyaluronique. Les résultats montrent que le coefficient de friction double après résection du disque (de 0,0177 à 0,0361) et augmente progressivement avec la durée de charge pour atteindre 0,0635 après 30 minutes. L'étude confirme que le disque articulaire joue un rôle crucial dans la réduction de la friction de l'ATM, probablement en améliorant la congruence des surfaces articulaires et la lubrification synoviale.
This study investigated how prolonged mechanical loading affects the composition of joint cartilage by subjecting rabbit forepaw joints to 80 hours of repetitive flexing at 1 Hz with 1-2 MPa contact pressure. The researchers used infrared microspectroscopy and polarized light microscopy to analyze proteoglycan and collagen content across different cartilage zones (superficial, mid, and deep) in loaded joints compared to unloaded control joints. The main finding was a significant 46% increase in proteoglycan content specifically in the deep zone of cartilage, while collagen content and cartilage thickness remained unchanged. These results suggest that long-term cyclical loading selectively stimulates proteoglycan synthesis in cartilage regions experiencing high hydrostatic pressure, which could inform strategies for preventing overuse injuries or developing joint therapies.
Diese Studie untersuchte, wie sich langfristige zyklische Gelenkbelastung auf den Knorpelstoffwechsel auswirkt, um bessere Therapien für Gelenkerkrankungen zu entwickeln. Die Forscher belasteten die Vorderpfoten von sechs Kaninchen über 80 Stunden mit 1 Hz zyklischen Bewegungen und analysierten anschließend den Knorpel mittels Infrarot-Mikrospektroskopie und polarisierter Lichtmikroskopie. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Zunahme des Proteoglykangehalts um 46% in der tiefen Knorpelzone, während der Kollagengehalt unverändert blieb. Diese ortsspezifische Stimulation der Proteoglykansynthese in Bereichen hohen hydrostatischen Drucks könnte wichtige Erkenntnisse für die Prävention von Überlastungsschäden und die Entwicklung neuer Therapien liefern.
Cette étude visait à examiner l'effet d'une charge articulaire cyclique prolongée (80 heures cumulées) sur le contenu en protéoglycanes et collagène du cartilage de l'articulation métacarpophalangienne chez le lapin. Six lapins adultes ont subi une flexion répétitive des doigts à 1 Hz sous anesthésie, et les échantillons de cartilage ont été analysés par microscopie infrarouge à transformée de Fourier et microscopie en lumière polarisée. Les résultats montrent une augmentation significative de 46% du contenu en protéoglycanes spécifiquement dans la zone profonde du cartilage (p = 0,003), sans modification du contenu en collagène ni de l'épaisseur des zones superficielle et moyenne. Ces données suggèrent que la charge mécanique cyclique stimule la synthèse de protéoglycanes de manière spatialement localisée dans les régions de haute pression hydrostatique, offrant des perspectives pour le développement d'interventions thérapeutiques.
This study investigated how cyclic mechanical loading and solute binding affect the transport of nutrients into cartilage tissue. The researchers developed a mathematical model that incorporates both mechanical deformation and chemical binding reactions to simulate how molecules like IGF-I move through cartilage during loading. The key finding was that solute binding significantly influences transport, particularly at low IGF-I concentrations found in joint fluid. The most dramatic enhancement in nutrient uptake (up to 25% increase) occurred with high-strain loading (10%) at high frequencies (1 Hz) over the first 5 hours, suggesting that vigorous exercise could improve cartilage nutrition.
Diese Studie untersuchte, wie zyklische mechanische Belastung und die Bindung von gelösten Stoffen den Transport von Nährstoffen in Gelenkknorpel beeinflussen. Die Forschenden entwickelten ein mathematisches Modell für reaktiven Transport, das erstmals die Bindungseffekte von gelösten Stoffen in zyklisch verformtem Knorpel berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Bindung einen signifikanten Einfluss auf den Transport hat, insbesondere bei niedrigen IGF-I-Konzentrationen wie sie in der Synovialflüssigkeit vorkommen. Eine dynamische Belastung mit hohen Dehnungsamplituden (bis 10%) und hohen Frequenzen (1 Hz) führte zu den stärksten Effekten mit einer bis zu 25%igen Steigerung der Nährstoffaufnahme in den ersten 5 Stunden der zyklischen Belastung.
Cette étude vise à développer un modèle de transport réactif pour comprendre l'effet de la liaison des solutés sur leur transport dans le cartilage soumis à une déformation cyclique. Les chercheurs ont créé un modèle théorique intégrant les phénomènes de liaison moléculaire lors de la charge mécanique cyclique du cartilage. Les résultats démontrent que la liaison des solutés a un effet significatif sur le transport, particulièrement pour les faibles concentrations d'IGF-I typiques du liquide synovial. Une charge dynamique combinant de fortes déformations (jusqu'à 10%) et des fréquences élevées (1 Hz) produit les effets les plus marqués, avec une augmentation du ratio d'absorption totale pouvant atteindre 25% durant les 5 premières heures de charge cyclique.
This study investigated how physical exercise affects serum levels of COMP, a potential biomarker for cartilage breakdown in knee osteoarthritis. Researchers conducted a randomized controlled trial with 58 patients comparing exercise versus rest, plus a detailed follow-up study with 7 patients tracking COMP levels at frequent intervals before, during, and after exercise sessions. The main findings showed that COMP levels increased significantly immediately after exercise but returned to baseline within 30 minutes, while levels decreased during rest periods. Importantly, there was no long-term increase in COMP after the 6-week exercise program, suggesting that supervised exercise produces only temporary changes in cartilage turnover markers and that blood samples for COMP analysis should be collected after at least 30 minutes of rest.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von körperlicher Aktivität auf die Serumspiegel des Knorpelmarkers COMP (Cartilage Oligomeric Matrix Protein) bei Patienten mit Kniearthrose. In einer randomisierten kontrollierten Studie mit 58 Teilnehmern wurden COMP-Werte vor und nach einem 6-wöchigen Trainingsprogramm (zweimal wöchentlich überwacht plus tägliche Heimübungen) versus Ruhebedingungen gemessen, ergänzt durch eine Kurzzeitanalyse mit 7 Personen zur Verfolgung akuter Veränderungen. Die Ergebnisse zeigten, dass die COMP-Spiegel unmittelbar nach 60-minütiger körperlicher Belastung signifikant anstiegen (p < 0,001), jedoch bereits nach 30 Minuten wieder auf Ausgangswerte zurückkehrten, während sie bei Ruhe abfielen. Langfristig führte das 6-wöchige Trainingsprogramm zu keinen dauerhaften Veränderungen der COMP-Spiegel, was darauf hindeutet
Cette étude a évalué l'influence de l'exercice physique sur les taux sériques de COMP (protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse), un biomarqueur potentiel des processus cartilagineux dans l'arthrose du genou. Les chercheurs ont mené un essai contrôlé randomisé sur 58 patients avec arthrose symptomatique et radiographique du genou, comparant un programme d'exercice supervisé (1h deux fois par semaine + exercices quotidiens à domicile) versus repos standardisé, avec une étude complémentaire sur 7 individus pour analyser les variations à court terme. Les résultats montrent une augmentation significative des taux sériques de COMP immédiatement après l'exercice (p < 0,001), avec normalisation après 30 minutes de repos, tandis que les taux diminuaient après 60 minutes de repos (p = 0,003). L'étude recommande d'effectuer les prélèvements sanguins pour l'analyse de COMP après au moins 30 minutes de repos en position assise, et indique que l'effet de l'exercice sur le renouvellement cartilagineux reste transitoire
This study investigated how the cell cycle affects baculovirus gene delivery efficiency in rat cartilage cells (chondrocytes) for potential cartilage tissue engineering applications. The researchers compared gene expression using enhanced green fluorescent protein (EGFP) between actively dividing chondrocytes and non-dividing (quiescent) cells, measuring virus uptake, DNA transport into the nucleus, and DNA methylation patterns. They found that baculovirus transduction efficiency is strongly linked to cell cycle phase, with cells in G2/M phase showing twice the gene expression compared to cycling cells, while quiescent cells had poor gene expression despite good virus uptake due to impaired nuclear transport and increased DNA methylation. These findings reveal important limitations for using baculovirus in cartilage tissue engineering, since cartilage cells in the body are typically quiescent and would be less responsive to this gene delivery method.
Diese Studie untersuchte, wie der Zellzyklus die Baculovirus-vermittelte Gentransduktion in Rattenchondrozyten beeinflusst, nachdem frühere Versuche zur Verlängerung der Genexpression durch Supertransduktion fehlgeschlagen waren. Die Forscher verglichen zyklische Chondrozyten mit ruhenden Zellen hinsichtlich EGFP-Expression, Virusaufnahme, Zellzyklusverteilung, Kerntransport und DNA-Methylierung. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Chondrozyten in der G2/M-Phase etwa doppelt so effizient EGFP exprimierten wie zyklische Zellen, während ruhende Zellpopulationen zwar eine effiziente Virusaufnahme aufwiesen, aber einen schlechteren Kerntransport der viralen DNA und eine höhere Methylierung zeigten, was zu einer geringeren Transgenexpression führte. Diese Erkenntnisse decken wichtige praktische Limitationen beim Einsatz von Baculoviren im Knorpel-Tissue-Engineering auf.
Cette étude visait à comprendre pourquoi l'expression génique médiée par les baculovirus dans les chondrocytes articulaires de rat diminue avec le temps de culture, en examinant le rôle du cycle cellulaire. Les chercheurs ont comparé l'expression de l'EGFP, l'absorption virale, la distribution du cycle cellulaire, l'import nucléaire et la méthylation de l'ADN viral entre des chondrocytes en cycle actif et des populations riches en cellules quiescentes. Les résultats montrent que l'efficacité de transduction dépend fortement de la phase du cycle cellulaire : les chondrocytes en phase G2/M présentent une expression d'EGFP deux fois plus efficace que les cellules en cycle, tandis que les cellules quiescentes, malgré une absorption virale correcte, montrent un transport nucléaire déficient et une hyperméthylation de l'ADN viral, limitant l'expression transgénique. Ces découvertes révèlent des limitations pratiques importantes pour l'utilisation des baculovirus en ingénierie tissulaire du cartilage.
This study evaluated the clinical and imaging outcomes of collagen-covered autologous chondrocyte implantation (CACI) in 31 patients with cartilage defects over two years. The researchers used clinical assessments (KOOS scores and 6-minute walk tests) and MRI scoring to measure treatment success, with 75% of patients having complete MRI follow-up data. Both clinical function and MRI scores showed significant improvement from 3 to 24 months post-surgery, with most clinical gains occurring in the first 12 months and complications including 8% hypertrophic tissue growth and one partial graft failure. While MRI and clinical outcomes were statistically related, the correlation was only weak to moderate, meaning MRI cannot reliably predict functional outcomes following CACI treatment.
Diese Studie untersuchte die klinischen und bildgebenden Ergebnisse der kollagengedeckten autologen Chondrozyten-Implantation (CACI) bei 31 Patienten über einen Zeitraum von zwei Jahren. Die Forscher verwendeten KOOS-Scores, 6-Minuten-Gehtest und MRT-Bewertungsprotokolle zur Evaluation des Reparaturgewebes und korrelierten diese Parameter miteinander. Die Ergebnisse zeigten signifikante Verbesserungen sowohl in der Gehstrecke als auch in vier von fünf KOOS-Subskalen von 3 bis 24 Monate postoperativ, wobei die größten Fortschritte in den ersten 12 Monaten erzielt wurden. Obwohl eine statistisch signifikante Korrelation zwischen MRT- und funktionellen Ergebnissen bestand, war diese nur schwach bis moderat ausgeprägt, weshalb MRT-Befunde nicht als zuverlässiger Prädiktor für das funktionelle Outcome nach CACI dienen können.
Cette étude évalue l'efficacy de l'implantation de chondrocytes autologues sous membrane de collagène (CACI) chez 31 patients avec un suivi de 2 ans. L'évaluation clinique a utilisé le score KOOS et le test de marche de 6 minutes, tandis que l'imagerie IRM a caractérisé le tissu de réparation selon un protocole de scoring spécifique. Les résultats montrent une amélioration significative des paramètres cliniques et des scores IRM entre 3 et 24 mois post-opératoires, avec des gains fonctionnels maximaux durant les 12 premiers mois. Bien qu'une corrélation statistiquement significative existe entre les résultats IRM et fonctionnels, l'association reste faible à modérée, limitant l'utilisation de l'IRM comme marqueur prédictif de l'évolution fonctionnelle après CACI.
This study investigated how exercise affects serum levels of cartilage oligomeric matrix protein (COMP), a biomarker of cartilage metabolism, in Thoroughbred horses. The researchers conducted two experiments: one examining acute changes in COMP levels after a single exercise session in 15 horses, and another tracking COMP changes during a 9-stage training program in 27 horses, with blood samples collected at multiple time points. The study found that COMP levels increased significantly 1 and 5 hours after acute exercise before returning to baseline by 24 hours, and that baseline COMP concentrations progressively increased with training intensity and duration. These findings suggest that exercise enhances COMP release into circulation and may alter the underlying rate of cartilage turnover in athletic horses.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von körperlicher Belastung auf die Serumkonzentrationen des Knorpel-Oligomer-Matrix-Proteins (COMP) bei Vollblutpferden. In zwei Experimenten wurden insgesamt 42 orthopädisch gesunde Pferde standardisierten Belastungsprotokollen unterzogen, wobei COMP-Konzentrationen mittels ELISA zu verschiedenen Zeitpunkten vor und nach dem Training gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten signifikant erhöhte COMP-Werte 1 und 5 Stunden nach akuter Belastung, die nach 24 Stunden wieder auf Ausgangswerte zurückkehrten. Bei wiederholtem Training stiegen die Baseline-COMP-Konzentrationen progressiv an, was darauf hindeutet, dass körperliche Belastung sowohl die akute COMP-Freisetzung in die Zirkulation als auch die basale Umsatzrate dieses Knorpelmarkers beeinflusst.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer les variations des concentrations sériques de la protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse (COMP) en réponse à l'exercice chez les chevaux pur-sang. Deux expériences ont été menées : la première sur 15 chevaux soumis à un protocole d'exercice standardisé avec prélèvements sanguins avant, 1h, 5h et 24h après l'effort ; la seconde sur 27 chevaux suivant un programme d'entraînement de 9 étapes avec échantillonnage avant le premier et dernier exercice de chaque étape. Les résultats montrent que les concentrations sériques de COMP augmentent significativement 1 et 5 heures après l'exercice aigu, revenant aux valeurs basales à 24h, tandis que l'entraînement progressif induit une élévation des concentrations basales de COMP dès la troisième étape. Ces findings suggèrent que l'exercice facilite le passage de la COMP dans la circulation et modifie son taux de renouvellement basal dans le cartilage.
This study developed a computer model to understand how laser heating can straighten deviated nasal cartilage, addressing the need for better treatment approaches for one of the most common surgical procedures. The researchers created a finite-element model of septal cartilage with a 2mm bulge and simulated laser irradiation patterns (1-3 lines) of varying sizes, calculating stress distributions and reaction forces before and after treatment. The model showed that laser treatment creates highly non-uniform stress patterns, with the reaction force (resistance to straightening) decreasing as the width and depth of laser-treated zones increased. Optimal placement of three laser zones (3mm wide, 2mm deep) on the convex side of the deviation achieved up to 98% reduction in reaction force, demonstrating that strategic laser treatment could significantly improve cartilage reshaping outcomes.
Diese Studie entwickelte ein numerisches Finite-Elemente-Modell, um die Spannungsfelder in Nasenseptumknorpel während der laserunterstützten Korrektur von Septumdeviationen zu untersuchen. Die Forscher simulierten ein deformiertes Septum als 24x24x2-mm-Platte mit einer 2-mm-Vorwölbung und modellierten die thermisch induzierte Spannungsrelaxation durch Laserbestrahlung in ein bis drei parallelen Linien mit variierenden Abmessungen (0,5-3 mm Breite, 0,5-2 mm Tiefe). Die Ergebnisse zeigten, dass die mechanische Begradigung hochinhomogene Spannungsverteilungen erzeugt, wobei die Reaktionskraft durch optimale Platzierung von drei Relaxationszonen (3 mm breit, 2 mm tief) um bis zu 98% reduziert werden konnte. Die Bestrahlung der konvexen Seite der Deviation erwies sich als etwa doppelt so effektiv wie die der konkaven Seite hinsichtlich der Kraftreduktion.
Cette étude vise à développer un modèle numérique par éléments finis pour analyser les champs de contraintes dans le cartilage septal nasal lors du redressement laser des déviations septales. Les chercheurs ont modélisé un septum dévié comme une plaque de 24×24×2 mm avec une déformation en forme de bombement, puis ont simulé l'effet de l'irradiation laser (relaxation des contraintes thermiquement induite) selon différents patterns d'irradiation (1 à 3 lignes parallèles) et diverses dimensions des zones traitées. Les résultats montrent que la force de réaction au redressement diminue significativement avec l'augmentation de la largeur et de la profondeur des zones de relaxation, atteignant une réduction maximale de 98% avec trois zones optimalement placées (3 mm de large, 2 mm de profondeur), et que l'irradiation du côté convexe de la déviation est environ deux fois plus efficace que celle du côté concave. Ce modèle permet d'estimer la réduction des forces de réaction en fonction de la taille et de la localisation des zones d'irradiation laser, offrant un outil predict
This cross-sectional study examined whether exercise participation is associated with knee cartilage health in 176 healthy midlife women (aged 40-67 years) without knee osteoarthritis. The researchers used MRI to measure tibial cartilage volume and defects in the dominant knee, and assessed exercise habits through questionnaires focusing on moderate-to-vigorous intensity exercise (causing increased breathing and heart rate for ≥20 minutes) performed over two-week periods. The key finding was that women who participated in this level of exercise had significantly greater medial tibial cartilage volume, with a trend toward greater volume with more frequent exercise, though no association was found with cartilage defects. These results suggest that regular moderate-to-vigorous exercise may help maintain knee cartilage health in midlife women, supporting the potential protective effects of physical activity against age-related joint degeneration.
Diese Querschnittsstudie untersuchte den Zusammenhang zwischen regelmäßiger körperlicher Aktivität und Knieknorpeleigenschaften bei 176 gesunden Frauen im mittleren Lebensalter (40-67 Jahre). Die Forschenden verwendeten Magnetresonanztomographie zur Messung des tibialen Knorpelvolumens und von Knorpeldefekten, während die Trainingsgewohnheiten über 14 Tage mittels Fragebogen erfasst wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Teilnahme an intensiver körperlicher Aktivität (mindestens 20 Minuten mit erhöhter Herzfrequenz und Atmung) signifikant mit einem größeren medialen tibialen Knorpelvolumen assoziiert war, jedoch nicht mit dem Auftreten von Knorpeldefekten. Die Befunde deuten darauf hin, dass regelmäßiges Training möglicherweise einen protektiven Effekt auf die Knorpelgesundheit hat und damit zur Prävention altersbedingter Gelenkerkrankungen beitragen könnte.
Cette étude transversale a examiné la relation entre l'exercice physique et les propriétés du cartilage du genou chez 176 femmes d'âge moyen (40-67 ans) sans antécédent d'arthrose ou de traumatisme du genou. Les participantes ont complété un questionnaire sur leur pratique d'exercice bihebdomadaire et ont bénéficié d'une IRM du genou dominant pour évaluer le volume du cartilage tibial et la présence de défauts cartilagineux. Les résultats montrent que la participation à un exercice d'intensité modérée à élevée (causant une tachypnée et une augmentation du pouls) pendant au moins 20 minutes était positivement associée à un volume de cartilage tibial médial plus important (p=0,02), sans relation significative avec la présence de défauts cartilagineux. Ces données suggèrent un effet bénéfique de l'exercice régulier sur la santé articulaire chez les femmes d'âge moyen, bien que des études longitudinales soient nécessaires pour confirmer ces résultats.
This study investigated how surface motion affects different chondrocyte populations from bovine articular cartilage, specifically examining their production of key lubricating molecules (proteoglycan 4 and hyaluronan). Researchers cultured chondrocytes from superficial and deep cartilage zones in 3D scaffolds and applied mechanical stimulation using a bioreactor that mimicked natural joint movement with surface motion and compression over three days. Mechanical loading enhanced gene expression of lubrication-related molecules in all cell types, with deep zone cells showing the strongest response for proteoglycan 4 and superficial zone cells for hyaluronan synthase 2. Notably, full-thickness chondrocyte populations (containing both superficial and deep cells together) produced the most hyaluronan, suggesting that mixing different cartilage cell types may be more effective for tissue engineering applications than using isolated cell populations.
Diese Studie untersuchte, wie Oberflächenbewegungen die Genexpression und Molekülfreisetzung von Chondrozyten aus verschiedenen Knorpelzonen beeinflussen. Chondrozyten aus oberflächlichen und tiefen Knorpelzonen wurden in 3D-Polyurethan-Gerüste eingebracht und in einem Bioreaktor mit zyklischer Kompression und Oberflächenbewegung stimuliert, um natürliche Gelenkbewegungen nachzuahmen. Die mechanische Belastung verstärkte die Genexpression von Proteoglykan 4 (PRG4) und Hyaluronan-Synthasen (HAS1, HAS2) sowie die Hyaluronan-Freisetzung in allen Zellpopulationen, wobei tiefe Chondrozyten besonders stark auf PRG4 und oberflächliche Zellen auf HAS2 reagierten. Vollschichtige Chondrozyten zeigten die stärkste Reaktion auf HAS1-Expression und Hyaluronan-Freisetzung, was darauf hindeutet, dass die Interaktion zwischen
Cette étude a examiné l'effet du mouvement de surface sur l'expression génique et la libération de molécules clés (PRG4, acide hyaluronique) par différentes sous-populations de chondrocytes du cartilage articulaire bovin. Les chondrocytes des zones superficielle, profonde, d'épaisseur totale et mixtes ont été cultivés dans des scaffolds 3D et stimulés par un bioréacteur reproduisant la cinématique articulaire naturelle avec compression cyclique et mouvement de surface. La stimulation mécanique a significativement augmenté l'expression des gènes PRG4 et HAS2, particulièrement dans les chondrocytes de zone profonde et superficielle respectivement, avec des effets additifs entre l'environnement biochimique et biomécanique. Les chondrocytes d'épaisseur totale ont montré la plus forte réponse pour la synthèse d'acide hyaluronique, suggérant que l'interaction entre populations cellulaires favorise la production de cette molécule lubrifiant essentielle.
This study investigated how the mechanical forces during osteochondral transplantation surgery affect cartilage cell survival. The researchers removed and reimplanted osteochondral plugs using instrumented surgical tools to measure the forces applied during impaction, then assessed cell viability immediately and up to 7 days after the procedure. The surgical impaction process required an average of 18 taps per plug, with forces reaching up to 307 N and loading rates up to 133 kN/s, and this mechanical trauma significantly reduced cell viability in the impacted plugs compared to controls at all time points. The findings suggest that surgeons should carefully control the forces used during osteochondral transplantation procedures to preserve cell viability and potentially improve graft success.
Diese Studie untersuchte, wie sich mechanische Belastungen während der Transplantation auf die Zellviabilität in osteochondralen Transplantaten auswirken. Die Forscher entnahmen und reimplantierten osteochondrale Plugs mit einem Plastikstempel und einem Kraftmesser, wobei sie die aufgewendeten Kräfte (durchschnittlich 18 Schläge mit Spitzenkräften von 307 ± 84 N) dokumentierten und die Zellviabilität zu verschiedenen Zeitpunkten (0, 48 Stunden, 7 Tage) analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Impaktierung zu einer signifikant reduzierten Zellviabilität führte, wobei die obere Knorpelschicht am stärksten betroffen war (60% Zelltod) und dieser Effekt über den gesamten Beobachtungszeitraum anhielt. Die Studie verdeutlicht, dass die mechanischen Belastungen während der Knorpeltransplantation sorgfältig kontrolliert werden müssen, um die Zellviabilität zu erhalten
Cette étude avait pour objectif d'évaluer l'impact des forces mécaniques appliquées lors de l'implantation sur la viabilité cellulaire des allogreffes ostéochondrales. Les chercheurs ont utilisé des greffons ostéochondraux reimplantés avec un dispositif d'impaction équipé d'un capteur de force, mesurant les paramètres biomécaniques (force moyenne de 25±6 N jusqu'à un pic de 307±84 N, 18 impacts en moyenne par greffon) et analysant la viabilité cellulaire à différents temps (T0, 48h, 7 jours). Les résultats montrent une mortalité cellulaire significativement plus élevée dans les greffons impactés comparés aux contrôles, avec 60% de mort cellulaire dans la zone superficielle du cartilage et 20% dans les zones moyennes et profondes, ces effets délétères persistant jusqu'à 7 jours post-implantation. Cette recherche souligne l'importance de maîtriser les forces d'impaction lors de la transplantation ostéochondrale pour préserver la viabilité cellulaire des greffons.
This study investigated how different additives affect the mechanical properties of porous collagen scaffolds designed for cartilage tissue engineering. The researchers tested cross-linked collagen I scaffolds modified with hyaluronic acid, hydroxyapatite nanoparticles, or chitosan nanofibers under tensile loading conditions at 37°C, using statistical analysis to evaluate significance. The key findings showed that hyaluronic acid made scaffolds more flexible (lower stiffness) but stronger, while both hydroxyapatite and chitosan nanofibers significantly increased scaffold stiffness by 10-fold and 4-fold respectively, with chitosan also enhancing deformation capacity and providing better cell growth support. The authors concluded that chitosan nanofiber-reinforced scaffolds offer the best combination of mechanical protection for stem cells and biological performance, maintaining stability for over 10 weeks.
Diese Studie untersuchte, wie verschiedene Zusatzstoffe die mechanischen Eigenschaften von porösen Kollagen-I-Scaffolds für die Knorpelreparatur beeinflussen. Die Forscher testeten die Zugfestigkeit von lyophilisierten Scaffolds mit Hyaluronsäure, Hydroxyapatit-Nanopartikeln oder Chitosan-Nanofasern bei 37°C und werteten die Ergebnisse mittels ANOVA-Analyse aus. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Hyaluronsäure den Elastizitätsmodul reduzierte, aber Festigkeit und Verformbarkeit erhöhte, während Hydroxyapatit und Chitosan-Nanofasern den Elastizitätsmodul um das 10- bzw. 4-fache steigerten. Chitosan-Nanofasern erwiesen sich als besonders vielversprechend, da sie nicht nur die mechanische Widerstandsfähigkeit gegen Kompression verbesserten und damit besseren Schutz für mesenchymale Stammzellen bieten, sondern auch das Zellwachstum förderten und die Scaffold
Cette étude a évalué l'effet de différents additifs (acide hyaluronique, nanoparticules d'hydroxyapatite, nanofibres de chitosane) sur les propriétés mécaniques d'échafaudages poreux en collagène réticulé destinés à l'ingénierie du cartilage. Les échafaudages lyophilisés ont été testés en traction à l'état sec à 37°C, avec analyse statistique par ANOVA. L'acide hyaluronique a significativement réduit le module élastique tout en améliorant la résistance et la déformation à la rupture, tandis que l'hydroxyapatite et le chitosane ont respectivement augmenté le module élastique de 10 et 4 fois. Les nanofibres de chitosane se sont révélées particulièrement prometteuses, améliorant la résistance mécanique, la croissance cellulaire in vitro et la stabilité de l'échafaudage avec une résorption prolongée au-delà de 10 semaines.
This study aimed to measure real-time cartilage deformation in healthy human ankle joints during loading to better understand cartilage function and factors that may contribute to cartilage breakdown. The researchers used a combination of magnetic resonance (MR) imaging and dual-orthogonal fluoroscopy to track cartilage contact area and peak compression strain in four ankle joints under constant loads of 700-820 N over 300 seconds. The results showed that cartilage contact strains rapidly increased to 24-38% within the first 20 seconds of loading, with minimal changes after 20 seconds and near-zero change rates beyond 50 seconds. These findings demonstrate that ankle cartilage undergoes dramatic deformation immediately upon loading but stabilizes within one minute, providing valuable real-time data that can be used to improve computer models of joint mechanics and cartilage stress analysis.
Diese Studie zielte darauf ab, die Echtzeit-Knorpelverformung im Sprunggelenk unter Belastung zu bestimmen, um das Knorpelverhalten und potenzielle Degenerationsmechanismen besser zu verstehen. Die Forscher verwendeten eine kombinierte Magnetresonanztomographie (MRT) und duale orthogonale Fluoroskopie-Technik, um vier gesunde menschliche Sprunggelenke unter konstanter Belastung (700-820 N) über einen Zeitraum von 300 Sekunden zu untersuchen. Die Hauptergebnisse zeigen, dass die Knorpelkontaktdeformation in den ersten 20 Sekunden dramatisch auf 24-38% anstieg und nach etwa 50 Sekunden ein stabiles Niveau erreichte. Diese Erkenntnisse liefern wichtige Echtzeit-Randbedingungen für 3D-Finite-Elemente-Simulationen der Knorpelkontaktspannung in vivo.
Cette étude visait à analyser la déformation du cartilage articulaire de la cheville en temps réel et in vivo pour mieux comprendre la fonction cartilagineuse et les facteurs biomécaniques liés à la dégénérescence. Les chercheurs ont utilisé une technique d'imagerie combinant IRM et fluoroscopie bi-orthogonale pour mesurer l'aire de contact et la déformation compressive maximale du cartilage sur quatre chevilles humaines saines soumises à une charge constante de 700-820 N pendant 300 secondes. Les résultats montrent que la déformation du cartilage augmente rapidement de 24-38% durant les 20 premières secondes après l'application de la charge, puis se stabilise progressivement pour atteindre un état d'équilibre en moins d'une minute. Ces données fournissent des conditions limites temporelles essentielles pour la modélisation par éléments finis des contraintes de contact du cartilage in vivo.
This study investigated how mechanical forces activate cellular signaling pathways in cartilage cells (chondrocytes) and influence gene expression related to cartilage maintenance. The researchers applied three types of mechanical loading (static compression, dynamic compression, and dynamic shear) to bovine cartilage samples and measured the activation of MAPK signaling proteins (ERK1/2 and p38) using Western blotting, followed by gene expression analysis using real-time PCR with and without MAPK inhibitors. They found that mechanical loading activated MAPK pathways with distinct time courses - ERK1/2 showed sustained activation while p38 had delayed but stronger activation - and that this MAPK activation was essential for mechanical regulation of most genes studied, including those encoding key cartilage proteins (aggrecan, type II collagen) and enzymes involved in cartilage breakdown (MMP13, ADAMTS5). The findings demonstrate that MAPK pathways serve as a critical cellular mechanism through which mechanical forces are converted into biological responses that regulate cartilage composition and health.
Diese Studie untersuchte die Rolle von MAPK-Signalwegen bei der mechanischen Stimulation von Knorpelzellen in bovinen Knorpelexplantaten. Die Forscher verwendeten verschiedene mechanische Belastungen (statische Kompression, dynamische Kompression und Scherung) und analysierten die MAPK-Aktivierung mittels Western Blot sowie die Genexpression mittels Real-time PCR, wobei spezifische MAPK-Inhibitoren eingesetzt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl ERK1/2 als auch p38 MAPK durch mechanische Belastung aktiviert werden, jedoch mit unterschiedlichen zeitlichen Verläufen (ERK1/2: anhaltende 50%ige Steigerung, p38: verzögerte 180%ige Steigerung). Die Studie demonstrierte, dass die MAPK-Aktivierung essentiell für die mechanisch-induzierte Expression wichtiger Knorpelmatrix-Gene ist, einschließlich Aggrecan, Kollagen Typ II, MMP13 und ADAMTS5, wodurch MAPK als zentraler Signal
Cette étude examine le rôle des voies MAPK (mitogen-activated protein kinase) dans la mécanotransduction des chondrocytes en réponse aux contraintes mécaniques. Les chercheurs ont appliqué différents stimuli mécaniques (compression statique, compression dynamique et cisaillement dynamique) sur des explants de cartilage bovin, en mesurant l'activation d'ERK1/2 et p38 par Western blot, puis l'expression génique par PCR en temps réel après inhibition pharmacologique des MAPK. Les résultats montrent que le cisaillement dynamique active les MAPK avec des cinétiques distinctes (activation soutenue d'ERK1/2 et activation retardée de p38), et que l'inhibition des MAPK bloque l'expression de la plupart des gènes de l'homéostasie matricielle (aggrécane, collagène de type II, MMP13, ADAMTS5) induite par les contraintes mécaniques. Cette recherche démontre que les voies MAPK constituent un mécanisme central de transduction des forces mécaniques en réponses biologiques dans le cartilage.
This study developed a new 3D MRI technique called MAPSS (Magnetization-Prepared Angle-Modulated Partitioned k-space Spoiled Gradient Echo Snapshots) to improve T1ρ mapping of cartilage, addressing limitations of existing methods including high radiation exposure, poor signal quality, and T1 contamination effects. The technique uses specialized pulse sequences with RF cycling and variable flip angles to capture high-resolution cartilage images while minimizing technical artifacts. Testing in healthy volunteers showed T1ρ values of 42.4 ± 5.2 ms in cartilage with excellent reproducibility (average coefficient of variation of 1.6%). The MAPSS method demonstrated significantly lower fitting errors compared to conventional sequences, suggesting improved accuracy for quantitative cartilage assessment.
Diese Studie zielte darauf ab, eine neue 3D-MRT-Methode namens MAPSS (Magnetization-prepared Angle-modulated Partitioned k-space Spoiled gradient echo Snapshots) zur verbesserten T₁ρ-Quantifizierung in Knorpelgewebe zu entwickeln und zu validieren. Die Methode kombiniert eine speziell entwickelte Magnetisierungspräparation mit variablen Flipwinkeln und RF-Cycling, um die Limitationen bestehender 3D-Verfahren wie hohe SAR-Werte, niedrige Signal-zu-Rausch-Verhältnisse und T₁-Kontaminationen zu überwinden. In gesunden Probanden wurden mittlere T₁ρ-Werte von 42,4 ± 5,2 ms im Knorpelgewebe gemessen, mit einer sehr hohen Reproduzierbarkeit (Variationskoeffizient von 1,6%). Die neue MAPSS-Technik zeigte signifikant geringere Fitting-Fehler im Vergleich zu konventionellen Sequenzen ohne RF-Cycling und variable Flipwinkel, was ihre
Cette étude visait à développer une nouvelle technique d'imagerie IRM 3D appelée MAPSS (Magnetization-prepared Angle-modulated Partitioned k-space Spoiled gradient echo Snapshots) pour quantifier le T1ρ du cartilage in vivo, surmontant les limitations des méthodes actuelles (SAR élevé, faible rapport signal/bruit). La méthode utilise une préparation magnétique T1ρ suivie d'une acquisition segmentée avec angles de bascule variables et cyclage RF pour éliminer les effets de contamination T1 et optimiser la réponse du signal. Les résultats chez des volontaires sains montrent des valeurs T1ρ de 42,4 ± 5,2 ms pour l'ensemble du cartilage avec une excellente reproductibilité (coefficient de variation de 1,6%) et des erreurs d'ajustement significativement réduites par rapport aux séquences conventionnelles. Cette technique représente une avancée prometteuse pour l'évaluation quantitative non-invasive de la composition du cartilage articulaire.
This study aimed to investigate how intra-articular knee temperatures change during different sports activities and ambient conditions. The researchers inserted temperature probes into the knee joints of 6 healthy men and measured temperatures every 15 minutes during 60 minutes of jogging (at 19°C room temperature) and alpine skiing (at -3°C outside temperature), while also assessing joint function and laxity. During jogging, intra-articular temperatures progressively increased by up to 6.1°C after 60 minutes, while skiing caused temperature decreases of up to 3.6°C at 45 minutes. The findings demonstrate that knee joint temperatures respond differently to various sports activities and ambient conditions, with jogging causing significant warming and cold-weather skiing leading to joint cooling, though neither activity affected joint function or laxity.
Diese Studie untersuchte erstmals die intraartikulären Temperaturveränderungen im Kniegelenk während sportlicher Aktivität unter verschiedenen Umgebungsbedingungen. Bei 6 gesunden Männern wurden mittels intraartikulärer Sonden die Gelenktemperaturen während 60-minütigem Joggen (Raumtemperatur 19°C) und Skifahren (Außentemperatur -3°C) alle 15 Minuten gemessen. Beim Joggen stieg die mediane intraartikuläre Temperatur kontinuierlich von 31,4°C auf bis zu 6,1°C über dem Ausgangswert an, während sie beim Skifahren von 32,2°C um bis zu 3,6°C abfiel. Die Ergebnisse zeigen, dass intraartikuläre Knietemperaturen sowohl von der körperlichen Aktivität als auch von der Umgebungstemperatur beeinflusst werden, wobei keine Auswirkungen auf Gelenkfunktion oder -stabilität festgestellt wurden.
Cette étude vise à analyser les variations de température intra-articulaire du genou lors d'activités sportives en fonction de l'activité et de la température ambiante. Les chercheurs ont inséré une sonde de mesure dans l'échancrure intercondylaire du genou droit de 6 hommes sains, puis mesuré les températures intra-articulaires et cutanées toutes les 15 minutes pendant 60 minutes de course sur tapis roulant (19°C) et de ski alpin (-3°C). Les résultats montrent une augmentation progressive significative de la température intra-articulaire lors de la course (jusqu'à +6,1°C après 60 min), tandis que le ski provoque une diminution non significative (jusqu'à -3,6°C à 45 min). Cette étude démontre que les changements de température intra-articulaire dépendent à la fois du type d'activité et de la température ambiante, sans impact apparent sur la fonction articulaire ou la laxité.
This study aimed to investigate how the structure and chemistry of synthetic hydrogels influence biomechanical signaling and cartilage cell behavior for tissue engineering applications. The researchers encapsulated cartilage cells (chondrocytes) in poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogels with varying crosslinking densities and tested different mechanical loading patterns (continuous vs. intermittent), while also incorporating RGD peptides to promote cell adhesion. Key findings showed that gel crosslinking density controlled cell deformation, dynamic loading generally promoted tissue-building (anabolic) activity, and loading patterns differentially affected tissue breakdown (catabolic) processes—with continuous loading inhibiting breakdown and intermittent loading stimulating it. The study demonstrates that manipulating hydrogel properties and mechanical conditions can effectively control cellular responses for cartilage tissue engineering.
Diese Studie untersuchte, wie die Struktur und Chemie von synthetischen Hydrogelen biomechanische Signale für das Knorpel-Tissue-Engineering regulieren können. Die Forscher kultivierten Knorpelzellen in Poly(ethylenglykol)-Hydrogelen mit unterschiedlichen Vernetzungsdichten und testeten verschiedene mechanische Belastungsregime (kontinuierlich vs. intermittierend) sowie den Einfluss des Zelladhäsionspeptids RGD. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zellverformung durch die Gelvernetzung gesteuert werden kann und dass kontinuierliche Belastung katabole Aktivitäten hemmt, während intermittierende Belastung diese stimuliert. RGD fungierte als Mechanorezeptor und beeinflusste die Gewebeablagerung, wodurch demonstriert wurde, dass biomechanische Signale durch gezielte Manipulation der Gelstruktur und -chemie reguliert werden können.
Cette étude visait à élucider le rôle de la structure et de la chimie des hydrogels synthétiques dans la régulation des signaux biomécaniques pour l'ingénierie tissulaire du cartilage. Les chercheurs ont encapsulé des chondrocytes dans des hydrogels de poly(éthylène glycol) avec différentes densités de réticulation et ont évalué les effets de régimes de chargement mécanique continu versus intermittent, ainsi que l'incorporation du peptide d'adhésion RGD. Les résultats montrent que la déformation cellulaire dépend de la réticulation du gel, que le chargement dynamique améliore l'activité anabolique (avec des effets différentiels sur l'activité catabolique selon le type de chargement), et que le peptide RGD agit comme mécanorécepteur influençant le dépôt tissulaire. Cette approche démontre la possibilité de contrôler les signaux biomécaniques par la manipulation de la structure et de la chimie des hydrogels pour optimiser la régénération cartilagineuse.
This study aimed to test whether MRI with mechanical loading could assess knee cartilage function by measuring T2 values as an indicator of cartilage matrix changes. The researchers used 3.0T MRI to obtain T2 maps of knee cartilage in 22 healthy volunteers, comparing images taken without load versus under static compression equal to 50% of body weight. The key finding was that mechanical loading caused significant decreases in cartilage T2 values (4.3-7.6% reduction), with location-specific patterns - medial femoral cartilage showed changes only in areas directly contacting tibial cartilage, while tibial cartilage showed widespread T2 decreases in both medial and lateral compartments. The study demonstrates that MRI with mechanical loading is clinically feasible and can detect site-specific cartilage responses to load, potentially offering a new tool for evaluating cartilage health and load-bearing function.
Diese Studie untersuchte die klinische Machbarkeit der MRT-Bildgebung mit mechanischer Belastung zur Bewertung der Lasttragungs-Funktion von Kniegelenken, wobei Knorpel-T2-Werte als Indikator für Veränderungen der Knorpelmatrix verwendet wurden. Bei 22 gesunden Probanden wurden sagittale T2-Karten der medialen und lateralen femorotibial Gelenke mittels 3,0T-MRT erstellt, sowohl unter unbelasteten Bedingungen als auch unter statischer axialer Kompression mit 50% des Körpergewichts. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante, ortsabhängige Abnahme der T2-Werte unter Belastung: am Femur nur im medialen Bereich mit direktem Tibiakontakt (5,4% Abnahme), während am Tibia sowohl medial als auch lateral deutliche Reduktionen von 4,3-7,6% auftraten. Die Studie demonstriert, dass MRT-Bildgebung mit mechanischer Belastung geeignet ist, um ortsspec
Cette étude évalue la faisabilité clinique de l'IRM avec charge mécanique pour analyser la fonction portante du cartilage du genou, en utilisant les valeurs T2 comme marqueur des changements matriciels du cartilage. Les chercheurs ont acquis des cartes T2 sagittales des compartiments fémoro-tibiaux chez 22 volontaires sains à 3T, en comparant les conditions sans charge et avec charge statique (50% du poids corporel après précharge de 6-9 minutes). Les résultats montrent une diminution significative des valeurs T2 sous charge, de manière site-spécifique : 5,4% au niveau du cartilage fémoral médial en contact direct avec le tibia, et 4,3% à 7,6% au niveau du cartilage tibial médial et latéral dans les zones couvertes et non couvertes par le ménisque. Cette approche d'IRM sous charge mécanique s'avère donc réalisable pour détecter les changements spécifiques du cartilage lors de la mise en charge statique.
This study aimed to develop and characterize a mouse model of altered temporomandibular joint (TMJ) loading to understand how mechanical stress changes affect joint tissues. The researchers used 134 young female mice, comparing normal loading (hard pellet diet) versus altered loading (soft diet plus regular incisor trimming) over 2-6 weeks, then analyzed cartilage thickness, bone structure, and gene expression. The altered loading consistently reduced condylar cartilage thickness throughout the study period, while subchondral bone changes (decreased bone volume and trabecular thickness) occurred only transiently at 4 weeks. Gene expression analysis revealed significant downregulation of key cartilage and bone-related genes (SOX9, collagen types II and X, and others) at 4-6 weeks, indicating that reduced mechanical loading impairs both cartilage maintenance and bone density in the mouse TMJ.
Diese Studie zielte darauf ab, ein Mausmodell für veränderte funktionelle Belastung des Kiefergelenks (TMJ) zu entwickeln, um die Auswirkungen auf Knorpel und subchondralen Knochen zu untersuchen. 134 junge weibliche CD-1 Mäuse wurden über 2-6 Wochen entweder normal belastet (harte Pellets) oder mit veränderter Belastung behandelt (Schneidezahn-Trimmen und weiche Nahrung), wobei histologische Analysen, Mikro-CT und Genexpressionsanalysen durchgeführt wurden. Die veränderte Belastung führte zu einer kontinuierlichen Reduktion der Kondylusknorpeldicke über alle Zeitpunkte, während die subchondrale Knochendichte nur vorübergehend nach 4 Wochen abnahm. Zusätzlich zeigten sich signifikante Veränderungen in der Expression wichtiger knorpel- und knochenspezifischer Gene wie SOX9, Kollagen II, VEGF und RANKL, was auf gestörte Gewebehomö
Cette étude visait à développer un modèle murin de charge fonctionnelle altérée de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) pour étudier les effets du déchargement articulaire. Les chercheurs ont comparé 134 souris femelles CD-1 âgées de 21 jours soumises soit à une charge normale (granulés durs) soit à une charge altérée (coupe des incisives et régime mou) pendant 2 à 6 semaines, en évaluant le cartilage condylien par histologie, l'os sous-chondral par micro-CT et l'expression génique par PCR. Les résultats montrent que la charge altérée provoque une réduction significative et persistante de l'épaisseur du cartilage condylien sur toute la durée de l'étude, tandis que la densité osseuse sous-chondrale ne diminue que transitoirement à 4 semaines. L'analyse de l'expression génique révèle une diminution significative de marqueurs clés du cartilage (SOX9, COL II, COL X) et de facteurs de croissance (IHH, VEGF) après 4
This study aimed to develop a real-time monitoring system to track the mechanical development of tissue-engineered cartilage and understand how mechanical stimulation influences structural changes during early development. The researchers built a specialized bioreactor that continuously measured force responses in cartilage constructs made from chondrocyte-seeded PEG hydrogels subjected to cyclic compression (15% strain, 1 Hz) over 14 days. The key finding was that mechanically stimulated constructs achieved significantly higher stiffness (12.7 kPa) compared to unstimulated controls (10.7 kPa), with most of the stiffness increase occurring rapidly in the final 2 days as a 20% jump in force response. This real-time monitoring approach revealed that cartilage construct development follows distinct milestones rather than gradual changes, suggesting this technology could serve as a non-invasive tool for tracking engineered tissue maturation.
Diese Studie zielte darauf ab, die zeitlichen Veränderungen der mechanischen Eigenschaften von tissue-engineered Knorpelkonstrukten während ihrer Entwicklung in Echtzeit zu überwachen. Die Forschenden entwickelten einen mechanischen Stimulations-Bioreaktor, der kontinuierlich die Kraftantwort von PEG-Hydrogelen mit primären Gelenkchondrozyten unter zyklischer Kompression (15%, 1 Hz) über 14 Tage aufzeichnete. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanisch stimulierte Konstrukte nach zwei Wochen einen signifikant höheren Kompressionsmodul (12,7 ± 1,45 kPa) aufwiesen als unstimulierte Kontrollen, wobei der Großteil der Steifigkeitszunahme (20%) überraschenderweise in den letzten beiden Versuchstagen auftrat. Diese Echtzeitüberwachung ermöglicht somit eine nicht-invasive Verfolgung kritischer Entwicklungsmeilensteine in der Knorpel-Tissue-Engineering.
Cette étude visait à développer un système de surveillance en temps réel pour comprendre la relation entre stimulation mécanique et développement des propriétés structurelles du cartilage artificiel. Les chercheurs ont conçu un bioréacteur capable d'enregistrer continuellement la réponse en force de construits de cartilage (hydrogels PEG ensemencés de chondrocytes) soumis à une compression cyclique (15%, 1 Hz) pendant 14 jours. Les résultats montrent que la stimulation mécanique augmente significativement le module de compression (12,7 vs 10,7 kPa pour les témoins), avec une augmentation rapide de 20% de la rigidité concentrée sur les deux derniers jours de culture. Cette approche de monitoring en temps réel offre une nouvelle perspective sur le développement mécanique précoce du cartilage artificiel et pourrait permettre un suivi non-invasif de la maturation tissulaire.
This study investigated whether increased mechanical loading affects the severity of osteoarthritis (OA) development in a canine groove model. Researchers induced OA in one knee of ten female beagle dogs and divided them into two groups: one with forced loading (achieved by immobilizing the opposite limb 3 times weekly for 4 hours) and one without forced loading, then evaluated joint tissues after 20 weeks. Both groups developed characteristic OA changes in cartilage structure and metabolism, with the forced-loading group showing statistically significant but small increases in some severity parameters compared to the normal loading group. The findings suggest that while increased mechanical loading is not necessary for OA development in this model, it does contribute modestly to disease severity.
Diese Studie untersuchte den Einfluss mechanischer Belastung auf die Entwicklung von Osteoarthritis (OA) im Hunde-Groove-Modell. An zehn weiblichen Beagle-Hunden wurde OA in einem Kniegelenk induziert, wobei eine Gruppe zusätzlicher Zwangsbelastung durch Fixierung der kontralateralen Gliedmaße ausgesetzt wurde (3x wöchentlich für 4 Stunden über 20 Wochen). Beide Gruppen zeigten charakteristische makroskopische und mikroskopische OA-Veränderungen sowie veränderte Knorpelstoffwechselparameter, wobei die Zwangsbelastungsgruppe bei einigen Parametern statistisch signifikant stärkere Veränderungen aufwies. Die Ergebnisse zeigen, dass verstärkte mechanische Belastung zwar nicht notwendig für die OA-Entwicklung im Groove-Modell ist, jedoch zu einem gewissen Grad den Schweregrad der Erkrankung verstärkt.
Cette étude visait à évaluer l'influence de la charge mécanique sur la sévérité de la dégénérescence cartilagineuse dans le modèle canin de rainure pour l'arthrose. Les chercheurs ont induit une arthrose chez dix chiens beagle femelles en comparant un groupe avec charge forcée (immobilisation du membre controlatéral 3 fois par semaine pendant 4 heures) à un groupe sans charge forcée, sur une période de 20 semaines. Les résultats montrent que l'induction d'arthrose a produit des changements macroscopiques et microscopiques caractéristiques dans les deux groupes, avec des différences statistiquement significatives mais modestes en faveur d'une sévérité légèrement accrue dans le groupe avec charge forcée. L'étude démontre que bien qu'une charge intensifiée ne soit pas indispensable au développement de l'arthrose dans ce modèle, elle contribue dans une certaine mesure à aggraver la sévérité des lésions.
This study investigated the mechanical properties of mandibular condylar cartilage across different regions to better understand how this tissue responds to compression forces during jaw function. The researchers tested porcine cartilage samples from five regions (anterior, central, lateral, medial, and posterior) using unconfined compression tests and measured both elastic and equilibrium moduli through stress relaxation analysis. The key findings showed that the posterior region was significantly stiffer than other areas, being 1.4 times stiffer than middle regions and about 2.4 times stiffer than the anterior region, with cartilage thickness positively correlating with stiffness. The mechanical behavior of condylar cartilage under compression was similar to that of the TMJ disc, suggesting these tissues may have comparable biomechanical roles in joint function.
Diese Studie untersuchte die regionale Variation der biomechanischen Eigenschaften des Kiefergelenkknorpels unter hohen Kompressionsbelastungen mittels unkonfinierten Kompressionstests und Spannungsrelaxation an porcinen Proben aus fünf anatomischen Regionen. Die Forscher bestimmten elastische und Gleichgewichtsmoduli unter Verwendung des Kelvin-Modells zur Charakterisierung des Spannungsrelaxationsverhaltens. Die Ergebnisse zeigten signifikante regionale Unterschiede in der Steifigkeit, wobei die posteriore Region am steifsten war (1,4-fach steifer als mittlere Regionen, 2,4-fach steifer als anteriore Region), während zwischen den medialen, zentralen, lateralen und posterioren Bereichen keine signifikanten Unterschiede bestanden. Zusätzlich wurde eine positive Korrelation zwischen Knorpeldicke und Steifigkeit beobachtet, was darauf hindeutet, dass beide Parameter adaptive Antworten auf regionale Belastungsmuster darstellen könnten.
Cette étude visait à caractériser les variations régionales des propriétés biomécaniques du cartilage condylien mandibulaire sous compression à haute déformation pour faciliter les futures études d'ingénierie tissulaire. Les chercheurs ont testé des cartilages condyliens porcins de cinq régions (antérieure, centrale, latérale, médiale et postérieure) par compression non confinée et relaxation de contrainte, en utilisant le modèle de Kelvin pour déterminer les modules élastiques et d'équilibre. Les résultats montrent que la région postérieure était la plus rigide, suivie des régions moyennes (médiale, centrale, latérale) puis de la région antérieure, avec une corrélation positive entre l'épaisseur et la rigidité du cartilage. Le cartilage condylien présente un comportement biomécanique similaire au disque de l'ATM sous compression, avec des modules de rigidité comparables et une chute initiale drastique du stress après déformation.
This study aimed to understand why mechanical stimulation of tissue-engineered cartilage produces highly variable results across different experimental systems by investigating the physical stimuli that cells actually experience within different scaffold materials. The researchers used finite element modeling to simulate 360 different combinations of scaffold stiffness and permeability, applying the most commonly used loading conditions identified from a literature review (10% peak-to-peak strain at 1 Hz).
The modeling revealed that different scaffold materials (PEG, chitosan, collagen, KLD-12) create dramatically different mechanical environments for cells, even under identical loading conditions - with PEG scaffolds generating the highest fluid pressures and velocities, while collagen scaffolds produced the lowest pressures. The study found that scaffold stiffness primarily controlled pressure generation, while both stiffness and permeability influenced fluid velocities, explaining why the same mechanical loading protocol can produce vastly different biological responses depending on the scaffold material used.
Diese Studie zielte darauf ab, die physikalischen Stimuli (Druck, Geschwindigkeiten, lokale Dehnungen) zu verstehen, denen Zellen in mechanisch stimulierten Knorpel-Tissue-Engineering-Konstrukten ausgesetzt sind, um die variablen Ergebnisse zwischen verschiedenen experimentellen Systemen zu erklären. Die Forscher verwendeten 2D-achsensymmetrische Finite-Elemente-Modelle mit 360 verschiedenen Steifigkeits-/Permeabilitätskombinationen und simulierten eine zyklische Belastung von 10% bei 1 Hz basierend auf den häufigsten Literaturparametern. Die Ergebnisse zeigten, dass alle Scaffold-Materialien klassisches poroelastisches Verhalten aufwiesen, wobei PEG-Scaffolds die höchsten Drücke und radialen Fluidgeschwindigkeiten, aber die niedrigsten Scherspannungen zeigten, während Chitosan- und KLD-12-Materialien die geringsten radialen Dehnungen aufwiesen. Diese Erkenntnisse erklären die großen Vari
Cette étude visait à comprendre les variations importantes observées dans l'efficacité de la stimulation mécanique du cartilage tissulaire en analysant les stimuli physiques que subissent réellement les cellules dans différents biomatériaux. Les chercheurs ont utilisé une analyse par éléments finis pour modéliser 360 combinaisons de modules d'élasticité et de perméabilité sur des échafaudages de 2x4 mm², en simulant une compression cyclique de 10% à 1 Hz basée sur les protocoles les plus fréquemment utilisés dans la littérature. Les résultats montrent que tous les matériaux présentent un comportement poro-élastique classique, mais avec des différences marquées : les échafaudages PEG génèrent les pressions et vitesses de fluide les plus élevées mais les contraintes de cisaillement les plus faibles, tandis que les échafaudages de collagène produisent les pressions les plus basses. Ces variations de stimuli physiques selon les propriétés matérielles expliquent pourquoi des protocoles de chargement identiques produisent des réponses métaboliques très différentes entre les études expérimentales.
This study aimed to determine whether nanoindentation testing combined with advanced modeling can measure physiologically relevant mechanical properties of cartilage beyond basic elastic characteristics. The researchers performed nanoindentation load relaxation tests on porcine costal cartilage at different depths and loading rates, then used finite element simulations with a fiber reinforced poroelastic (FRPE) model to extract material properties from the experimental data. The study found that nanoindentation behavior differs from bulk indentation testing, with the immediate mechanical response primarily determined by the non-fibrillar matrix elasticity and fiber volume fraction, while the time-dependent response was mainly controlled by fluid permeability. The FRPE model successfully captured the complex time-dependent mechanical behavior of cartilage, achieving excellent agreement between experimental and computational results (R² = 0.98±0.01) across multiple testing conditions.
Diese Studie zielte darauf ab, die Fähigkeit der Nanoindentation zur Bestimmung physiologisch relevanter Materialeigenschaften von Knorpel mittels eines faserverstärkten poroelastischen (FRPE) Modells zu untersuchen. Die Forscher führten Nanoindentations-Relaxationsexperimente an porcinem Rippenknorpel bei verschiedenen Eindringtiefen und Belastungsgeschwindigkeiten durch und verglichen die Ergebnisse mit Finite-Elemente-Simulationen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass sich das Verhalten bei Nanoindentation deutlich von makroskopischen Indentationstests unterscheidet: Die statische Antwort wird hauptsächlich durch die elastischen Eigenschaften der nicht-fibrillären Matrix und den Volumenanteil der Fasern bestimmt, während die transiente Antwort von der Flüssigkeitspermeabilität dominiert wird. Das FRPE-Modell konnte das zeitabhängige mechanische Verhalten des Rippenknorpels bei Nanoindentation mit hoher Genauigkeit beschreiben (R²=0,98
Cette étude vise à évaluer la capacité de la nanoindentation à déterminer les propriétés mécaniques physiologiquement pertinentes du cartilage en utilisant un modèle poroélastique renforcé par des fibres (FRPE). Les chercheurs ont combiné des expériences de relaxation par nanoindentation sur du cartilage costal porcin à différentes profondeurs et vitesses de charge avec des simulations par éléments finis pour extraire les paramètres du modèle FRPE. Les résultats montrent que la réponse statique de la nanoindentation est principalement déterminée par les propriétés élastiques de la matrice non-fibrillaire et la fraction volumique des fibres, tandis que la réponse transitoire est dominée par la perméabilité fluidique du tissu. Le modèle FRPE reproduit fidèlement le comportement mécanique temps-dépendant du cartilage costal avec une excellente corrélation (R²=0,98±0,01) entre les données expérimentales et numériques.
This study aimed to develop an effective functional tissue engineering (FTE) protocol for creating cartilage replacements using mature canine chondrocytes, since previous protocols successful with young bovine cells failed with adult cells. The researchers seeded adult canine chondrocytes in agarose hydrogels and applied two types of dynamic mechanical loading using custom bioreactors: unconfined compression (1 Hz, 10% deformation) starting at different time points, and sliding contact loading (0.5 Hz, 10% deformation) that mimics joint movement. Both loading methods significantly increased the tissue's stiffness (Young's modulus) compared to unloaded controls by day 28, with some constructs achieving or exceeding the mechanical properties of native canine knee cartilage, though biochemical content (proteins and DNA) remained unchanged. The study successfully demonstrates that continuous growth factor supplementation combined with mechanical loading can effectively engineer cartilage tissue using clinically relevant adult chondrocytes, representing an important step toward translating laboratory findings to clinical applications.
Diese Studie untersuchte, ob dynamische mechanische Belastung die funktionellen Eigenschaften von Knorpel-Konstrukten aus adulten Hundechondrozyten in Agarose-Hydrogel verbessern kann. Die Forscher verwendeten zwei verschiedene Belastungsarten in speziellen Bioreaktoren: axiale Kompressionsbelastung (1 Hz, 10% Verformung) und Gleitkontaktbelastung (0.5 Hz, 10% Verformung), die jeweils 3 Stunden täglich zu unterschiedlichen Zeitpunkten (Tag 0, 14 oder 28) begonnen wurden. Beide Belastungsarten führten bereits nach 28 Kulturtagen zu einer signifikanten Erhöhung des Elastizitätsmoduls im Vergleich zu unbelasteten Kontrollen, wobei die erreichten Werte mit denen von nativem Hundeknorpel vergleichbar oder sogar höher waren. Diese Ergebnisse zeigen erfolgreich eine klinisch relevante Strategie für das funktionelle Knorpel-Tissue Engineering unter Verwendung adulter Chondrozyten
Cette étude visait à évaluer l'efficacité d'un protocole modifié d'ingénierie tissulaire fonctionnelle (FTE) pour le cartilage en utilisant des chondrocytes canins adultes, après que les protocoles précédemment réussis avec des chondrocytes bovins immatures se soient révélés inadéquats. Les chercheurs ont cultivé des construits d'agarose ensemencés de chondrocytes canins matures sous deux modes de charge dynamique : compression axiale (1 Hz, 10% de déformation) et contact glissant (0,5 Hz, 10% de déformation), appliqués 3 heures par jour à différents moments de la culture. Les construits soumis aux charges dynamiques ont montré une augmentation significative du module de Young dès le 28ème jour comparativement aux contrôles, atteignant ou dépassant les propriétés du cartilage natif canin du genou. Cette approche démontre avec succès une stratégie FTE cliniquement pertinente utilisant des chondrocytes adultes et une supplémentation continue en facteurs de croissance, contrastant avec les protocoles optimaux précédemment établis pour les ch
This study investigated how joint loading affects matrix metalloproteinase-3 (MMP-3) expression in rat knee cartilage and its role in cartilage breakdown. Researchers immobilized rat hindlimbs for up to 21 days, applied passive joint motion as a treatment, and used MMP-3 inhibitor injections to test the enzyme's role in cartilage degradation. The key findings showed that joint immobilization rapidly increased MMP-3 expression (within 6 hours) and sustained this elevation throughout the study period, leading to cartilage proteoglycan loss within 7 days, with the most severe effects occurring in the superficial cartilage layer of the medial knee compartment. Importantly, just one hour of daily passive joint motion prevented both the MMP-3 upregulation and cartilage degradation, while MMP-3 inhibitor injections also protected against cartilage breakdown, demonstrating that mechanical loading is crucial for maintaining cartilage health.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen reduzierter Gelenkbelastung auf die Expression von Matrix-Metalloproteinase-3 (MMP-3) im Gelenkknorpel von Ratten. Die Forscher immobilisierten Rattenhinterbeine für bis zu 21 Tage und analysierten die MMP-3-Expression sowie Knorpelveränderungen mittels molekularbiologischer und histologischer Methoden. Die Ergebnisse zeigten, dass Immobilisierung bereits nach 6 Stunden zu einer anhaltend erhöhten MMP-3-Expression führte, die mit einem Verlust von Proteoglykanen und Knorpelschäden einherging - insbesondere im medialen Kondylus und in oberflächlichen Knorpelschichten. Wichtig war die Erkenntnis, dass bereits eine Stunde tägliche passive Gelenkbewegung die schädlichen Effekte der Immobilisierung verhinderte, während MMP-3-Inhibitoren die katabolen Prozesse dämpften.
Cette étude examine l'effet de l'immobilisation articulaire sur l'expression de la métalloprotéinase matricielle-3 (MMP-3) dans le cartilage articulaire de rat. Les chercheurs ont utilisé un modèle d'immobilisation des pattes postérieures pendant 21 jours, avec analyse de l'expression génique de MMP-3, coloration au safranine O, et intervention par mobilisation passive ou inhibition pharmacologique de MMP-3. L'immobilisation induit une surexpression rapide et soutenue de MMP-3 (dès 6h), particulièrement dans le condyle médial et la zone superficielle du cartilage, associée à une dégradation des protéoglycanes dès 7 jours. Une heure quotidienne de mobilisation passive ou l'injection intra-articulaire d'un inhibiteur de MMP-3 préviennent efficacement cette dégradation cartilagineuse, démontrant le rôle protecteur des forces biomécaniques modérées.
This study investigated how geometric simplifications in computer models affect predictions of cartilage stress in the hip joint. Researchers compared a validated subject-specific finite element model with simplified versions that used idealized bone shapes (spherical or conchoid), smoothed cartilage surfaces, and rigid bone assumptions under walking and stair-climbing loads. The simplified models significantly underestimated peak contact pressures by up to 50% and overestimated contact areas compared to the anatomically accurate model, while rigid bone assumptions led to overestimated pressures. These findings demonstrate that geometric simplifications commonly used in hip joint modeling can dramatically alter stress predictions, highlighting the importance of maintaining anatomical detail for accurate biomechanical analysis.
Diese Studie untersuchte, wie geometrische Vereinfachungen in Finite-Elemente-Modellen die Vorhersage von Knorpelkontaktspannungen im Hüftgelenk beeinflussen. Die Forscher verglichen ein validiertes patientenspezifisches FE-Modell eines Hüftgelenks mit vereinfachten Modellen, die sphärische oder konchoidale Knochen-Knorpel-Grenzflächen sowie konstante Knorpeldicken verwendeten, unter verschiedenen Belastungsbedingungen (Gehen, Treppensteigen). Die Ergebnisse zeigten, dass Modelle mit vereinfachter Geometrie die maximalen und durchschnittlichen Kontaktdrücke um 50% bzw. 25% unterschätzten und größere Kontaktflächen vorhersagten, während Modelle mit starren Knochen deutlich höhere Drücke prognostizierten. Die Studie demonstriert, dass geometrische Vereinfachungen dramatische Auswirkungen auf die Genauigkeit der biomechanischen Vorhersagen haben können, was wichtige
Cette étude visait à évaluer l'impact des simplifications géométriques sur les prédictions par éléments finis des contraintes de contact du cartilage dans l'articulation de la hanche. Les chercheurs ont comparé un modèle spécifique au patient validé avec des modèles simplifiés utilisant différentes géométries de l'interface os-cartilage (sphérique, conchoïde de révolution) et des épaisseurs de cartilage constantes ou variables, sous conditions de charge simulant la marche et la montée/descente d'escaliers. Les résultats montrent que les modèles avec géométries simplifiées sous-estiment significativement les pressions de contact (50% pour les pics, 25% pour les moyennes) et surestiment les aires de contact par rapport au modèle spécifique au patient. Cette recherche démontre que les simplifications géométriques et matérielles peuvent altérer considérablement la magnitude et la distribution des contraintes prédites dans le cartilage articulaire de la hanche.
This study investigated whether marathon running causes detectable changes in knee cartilage that could indicate early damage. The researchers used advanced 3-Tesla MRI with specialized sequences (T1ρ and T2 mapping) to scan 10 marathon runners before, immediately after, and 3 months following a marathon, comparing results to 10 matched controls. Marathon runners showed significantly elevated T1ρ and T2 values throughout most knee cartilage areas immediately post-race, indicating biochemical changes in cartilage structure, with the patellofemoral joint and medial compartment most affected. While T2 values mostly returned to baseline after 3 months, T1ρ values remained elevated, suggesting that marathon running may cause persistent cartilage changes detectable by advanced MRI techniques.
Diese Studie untersuchte, ob Marathonlaufen zu Knorpelschäden führt, indem zehn asymptomatische Marathonläufer mittels 3-Tesla-MRT vor, nach und 10-12 Wochen nach einem Marathon untersucht wurden. Die Forscher verwendeten quantitative MRT-Techniken (T1ρ- und T2-Relaxationszeitmessungen) zur frühen Detektion biochemischer Knorpelveränderungen und verglichen die Ergebnisse mit einer alters- und geschlechtsangepassten Kontrollgruppe. Nach dem Marathon zeigten sich signifikant erhöhte T1ρ- und T2-Werte in fast allen Knorpelregionen des Knies, wobei T2-Werte nach drei Monaten größtenteils normalisierten, T1ρ-Werte jedoch erhöht blieben. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Marathonlaufen biochemische Knorpelveränderungen verursacht, die teilweise reversibel sind, wobei das patellofemorale Gelenk und das mediale Kompartiment am stärksten betro
Cette étude visait à évaluer l'impact de la course de marathon sur le cartilage articulaire du genou en utilisant des techniques d'IRM quantitative à 3 Tesla. Dix marathoniens asymptomatiques ont subi des IRM avec séquences T1ρ et T2 avant, après et 3 mois post-marathon, comparés à 10 témoins appariés. Les résultats montrent une augmentation significative des valeurs T1ρ et T2 après le marathon dans la plupart des compartiments du genou, suggérant des modifications biochimiques du cartilage (dégradation des protéoglycanes et du collagène). Bien que les valeurs T2 se normalisent en grande partie après 3 mois, les valeurs T1ρ restent élevées, indiquant des changements potentiellement durables dans la matrice cartilagineuse, particulièrement au niveau de l'articulation fémoro-patellaire et du compartiment médial.
This study investigated whether texture analysis of MRI scans could detect biochemical changes in meniscal tissue, comparing this approach to standard relaxation time measurements using delayed gadolinium-enhanced MRI (dGEMRIC). Ten healthy volunteers underwent 3T MRI scanning of their right knee 90 minutes after gadolinium injection, both at baseline and during mechanical compression (50% body weight), with researchers analyzing the posterior horn of the medial meniscus using conventional T1 relaxation times and advanced texture analysis features. Both conventional T1 measurements and several texture features (including angular second moment, entropy, and wavelet transform parameters) showed significant changes between baseline and compression conditions, with good reliability for most measurements. The findings demonstrate that texture analysis is feasible for detecting biochemical changes in meniscal tissue and may provide complementary information to standard MRI relaxation time measurements, though further research is needed to determine whether the observed changes result from mechanical compression, prolonged contrast uptake, or both factors.
Diese Studie untersuchte die Machbarkeit der Texturanalyse zur Bewertung biochemischer Veränderungen im Meniskusgewebe mittels dGEMRIC (delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage) im Vergleich zu konventionellen T1-Relaxationszeitmessungen. An 10 gesunden Probanden wurden 3T-MRT-Untersuchungen 90 Minuten nach Gadolinium-Injektion durchgeführt, sowohl unter Ruhebedingungen als auch unter axialer Kompression (50% des Körpergewichts), wobei T1-Relaxationszeiten und Texturparameter aus Co-occurrence-Matrix und Wavelet-Transform berechnet wurden. Die Ergebnisse zeigten signifikante Unterschiede zwischen Ruhe und Kompression sowohl für mittlere T1(Gd)-Werte (-67,3 ms) als auch für verschiedene Texturparameter, mit substanzieller bis exzellenter Reproduzierbarkeit (ICC = 0,63-1,0). Die Texturanalyse von T1-Karten aus dGEMRIC-Daten erwies
Cette étude avait pour objectif d'évaluer la faisabilité de l'analyse de texture sur les cartes T1 obtenues par dGEMRIC pour détecter les changements biochimiques dans le tissu méniscal, en comparaison avec les mesures conventionnelles de temps de relaxation T1. L'équipe a analysé par IRM 3T le genou droit de 10 volontaires asymptomatiques, 90 minutes après injection de gadolinium, en conditions basales puis sous compression axiale (50% du poids corporel), en mesurant les temps de relaxation T1(Gd) moyens et diverses caractéristiques texturales dérivées des matrices de co-occurrence et de la transformée en ondelettes. Les résultats montrent que plusieurs paramètres texturaux (moment angulaire du second ordre, entropie, caractéristiques en ondelettes) varient significativement sous compression, de même que les temps T1(Gd) moyens, avec une reproductibilité substantielle à excellente (ICC = 0,63-1,0). Cette approche par analyse de texture complète donc efficacement les mesures conventionnelles de relaxation pour l'évaluation in vivo des propriétés
This study investigated whether CITED2, a mechanosensitive protein, mediates the protective effects of moderate joint loading on cartilage health. The researchers used rat hind-limb immobilization models and applied controlled pressure to human cartilage cells in laboratory culture, measuring changes in CITED2 and matrix metalloproteinase-1 (MMP-1) levels. They found that moderate mechanical loading upregulates CITED2, which then suppresses MMP-1 (a cartilage-degrading enzyme) by competing with other proteins that normally activate MMP-1 production. The study identifies a novel molecular pathway involving CITED2 and p38δ signaling that explains how normal physical activity maintains healthy cartilage, while both excessive and insufficient loading lead to cartilage breakdown.
Diese Studie untersuchte, wie physiologische mechanische Belastung den Gelenkknorpel vor Abbau schützt, insbesondere die Rolle des Transkriptionsfaktors CITED2. Die Forschenden verwendeten sowohl In-vivo-Experimente mit Ratten (Immobilisation vs. passive Gelenkbewegung) als auch In-vitro-Versuche mit menschlichen Chondrozyten unter verschiedenen hydrostatischen Druckbedingungen. Die Ergebnisse zeigen, dass moderate mechanische Belastung CITED2 hochreguliert, welches dann die Expression der knorpelabbauenden Matrix-Metalloproteinase MMP-1 unterdrückt, während sowohl Über- als auch Unterbelastung zu erhöhten MMP-1-Spiegeln und Knorpelabbau führen. Diese Erkenntnisse identifizieren einen neuen molekularen Signalweg über CITED2 und p38δ, der für die Erhaltung der Knorpelintegrität bei normaler körperlicher Aktivität entscheidend sein könnte.
Cette étude examine le rôle de CITED2, un corégulateur transcriptionnel mécanosensible, dans l'effet chondroprotecteur de la charge mécanique physiologique. Les chercheurs ont utilisé un modèle d'immobilisation chez le rat et des cultures de chondrocytes humains soumises à différents niveaux de pression hydrostatique intermittente (2,5 MPa modérée vs 10 MPa élevée). Les résultats montrent que la charge modérée prévient la dégradation cartilagineuse en augmentant l'expression de CITED2, qui supprime la MMP-1 en entrant en compétition avec le transactivateur ETS-1 pour son coactivateur P300, via l'activation de l'isoforme p38δ. Cette étude identifie une nouvelle voie régulatrice CITED2/p38δ qui pourrait être cruciale pour maintenir l'intégrité du cartilage articulaire sous des niveaux d'activité physique normaux.
This study developed a new method to measure how cartilage cells (chondrocytes) deform during natural joint loading in living animals, addressing a major limitation of previous research that only studied isolated cells or tissue samples outside the body. The researchers used two-photon laser microscopy to observe chondrocytes in exposed mouse knee joints while applying near-physiological loads through electrical stimulation of leg muscles, achieving high measurement accuracy (1-3% error) and reliability. When joints were loaded to pressures similar to normal activity (1.9 MPa), chondrocytes showed immediate deformation with 17% reduction in cell height and 22% loss in cell volume, which gradually recovered over several minutes after load removal. This technique provides the first direct measurements of chondrocyte mechanics under physiological conditions in living joints, offering new insights into how cartilage cells respond to mechanical stress in their natural environment.
Diese Studie zielte darauf ab, eine neue Methode zur Untersuchung der Chondrozytenmechanik in intakten Gelenken lebender Tiere unter physiologischer Belastung zu entwickeln. Die Forscher nutzten Zwei-Photonen-Laser-Mikroskopie in Kombination mit kontrollierter elektrischer Muskelstimulation, um die Kniegelenksbelastung bei Mäusen zu simulieren und dabei die Chondrozytenverformung in Echtzeit zu messen. Die Methode erwies sich als hochpräzise mit durchschnittlichen Messfehlern von nur 1-3% und einer Reproduzierbarkeit von 0,5-2,9%. Unter submaximaler Muskelbelastung (1,9 MPa Kontaktdruck) zeigten die Chondrozyten eine sofortige Höhenabnahme von 17% und einen Volumenverlust von 22%, welche sich nach Entlastung innerhalb von Minuten wieder erholten.
Cette étude avait pour objectif de développer une méthode innovante pour étudier la mécanique des chondrocytes du cartilage articulaire directement in vivo dans des articulations de souris vivantes. Les chercheurs ont utilisé la microscopie à excitation laser biphotonique combinée à une stimulation électrique contrôlée des muscles extenseurs du genou pour créer des charges articulaires quasi-physiologiques. La méthode développée s'est révélée très précise (erreur moyenne de 1-3%) et fiable (variabilité de 0,5-2,9%) pour mesurer les déformations cellulaires. Les mesures pilotes ont démontré qu'une pression articulaire de 1,9 MPa provoque une déformation "instantanée" des chondrocytes avec une réduction de 17% de leur hauteur et de 22% de leur volume, nécessitant plusieurs minutes pour récupérer après arrêt de la stimulation musculaire.
This study investigated how moderate exercise directly affects cartilage in osteoarthritic knee joints by measuring biochemical markers in synovial fluid, blood, and urine. Eleven participants with knee osteoarthritis performed 30 minutes of one-legged knee extension exercise at 60% of their maximum strength, with samples collected before and after exercise to measure cartilage turnover markers including COMP, aggrecan, CTX-II, and IL-6. The key finding was a significant decrease in cartilage oligomeric matrix protein (COMP) levels in the synovial fluid following exercise, while other cartilage markers and inflammatory markers remained unchanged. These results suggest that moderate loading exercise may have beneficial effects on cartilage metabolism in osteoarthritic joints, as evidenced by the reduction in this specific cartilage breakdown marker.
Diese Studie untersuchte die direkten Auswirkungen von Belastungsübungen auf den Knorpelstoffwechsel bei Patienten mit Kniearthrose. Elf Probanden mit Kniearthrose absolvierten eine 30-minütige einbeinige Kniestreckungsübung bei 60% der maximalen Wiederholungskraft, wobei vor und nach der Übung Synovialflüssigkeit, Blut und Urin entnommen wurden, um Knorpel-Biomarker zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Abnahme des knorpeloligomeren Matrixproteins (COMP) in der Synovialflüssigkeit nach der Belastung, während andere Marker wie Aggrecan, CTX-II und Interleukin-6 unverändert blieben. Diese Befunde deuten darauf hin, dass moderate mechanische Belastung bei Kniearthrose zu einer akuten Veränderung des Knorpelstoffwechsels führt, was möglicherweise positive Auswirkungen auf das Knorpelgewebe haben könnte.
Cette étude a examiné les effets directs de l'exercice sur le cartilage arthrosique en analysant les biomarqueurs du liquide synovial, sérum et urine chez 11 patients avec gonarthrose. Les participants ont effectué 30 minutes d'extension du genou à charge modérée (60% de 1RM), avec prélèvements de liquide synovial, sang et urine avant et après l'exercice. Les résultats montrent une diminution significative de la concentration de COMP (protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse) dans le liquide synovial après l'exercice, tandis que les autres biomarqueurs (aggrécane, CTX-II, IL-6) et les marqueurs sériques/urinaires restent inchangés. Cette réduction du COMP suggère un effet bénéfique direct de la charge mécanique modérée sur le métabolisme du cartilage arthrosique.
This prospective study evaluated the 5-year clinical and imaging outcomes of matrix-induced autologous chondrocyte implantation (MACI) in 41 patients with knee cartilage defects. Patients underwent comprehensive clinical assessments (including knee function scores, quality of life measures, and physical tests) and MRI evaluations at multiple timepoints following surgery and structured rehabilitation. The study found significant improvements in all clinical outcome measures and MRI-based graft repair scores, with 67% of grafts showing complete defect filling and 89% demonstrating good to excellent repair at 5 years. High patient satisfaction rates were reported, with 98% satisfied with pain relief and 86% with improved daily function, suggesting MACI is an effective medium-term treatment option for knee cartilage defects.
Diese prospektive Fallstudie untersuchte die klinischen und MRT-basierten Ergebnisse der Matrix-induzierten autologen Chondrozyten-Implantation (MACI) zur Behandlung von Gelenkknorpeldefekten im Knie über einen Zeitraum von 5 Jahren. 41 Patienten (53 Transplantate) wurden mittels standardisierter klinischer Scores (KOOS, SF-36) und detaillierter MRT-Bildgebung zu definierten Zeitpunkten nach der Operation evaluiert. Die Ergebnisse zeigten signifikante Verbesserungen sowohl in allen klinischen Parametern als auch im MRT-Composite-Score, wobei nach 5 Jahren 67% der Transplantate eine vollständige Defektauffüllung und 89% eine gute bis exzellente Füllung aufwiesen. Die Studie belegt, dass MACI eine geeignete mittelfristige Behandlungsoption für Knorpeldefekte darstellt, mit hoher Patientenzufriedenheit bezüglich Schmerzlinderung (98%) und Verbesserung der
Cette étude prospective a évalué l'efficacité clinique et radiologique de l'implantation de chondrocytes autologues induite par matrice (MACI) pour traiter les défauts cartilagineux du genou chez 41 patients (53 greffons) sur une période de 5 ans. Les patients ont bénéficié d'évaluations cliniques standardisées (KOOS, SF-36, test de marche 6 minutes) et d'analyses IRM à 3, 12, 24 mois et 5 ans post-opératoires. Les résultats montrent une amélioration significative de tous les paramètres cliniques et IRM, avec 67% des greffons présentant un comblement complet et 89% un comblement bon à excellent à 5 ans, et 98% des patients satisfaits du soulagement de la douleur. Cette étude suggère que la MACI constitue une option thérapeutique viable à moyen terme pour les lésions cartilagineuses du genou, bien qu'un suivi à long terme reste nécessaire pour confirmer la durabilité du tissu de réparation.
This study investigated how hyaluronan (HA) injection protects against osteoarthritis progression in a mouse model. Researchers induced OA in mouse knees using TGF-β1 injection followed by treadmill running, then treated animals with either HA or saline control and measured gait changes, pain sensitivity, and joint tissue damage over 14 days. A single HA injection effectively prevented cartilage erosion, reduced tissue scarring around the joint, normalized walking patterns (particularly stance time), and provided better pain relief compared to saline control. The findings suggest that HA works by restoring normal joint mechanics and inhibiting harmful cellular processes, offering new insights into why this treatment helps osteoarthritis patients.
Diese Studie untersuchte die Wirkungsmechanismen von intraartikulärer Hyaluronsäure (HA) bei der Behandlung von Kniegelenksarthrose in einem Mausmodell. Die Forscher induzierten Arthrose durch TGF-β1-Injektion und Laufbandtraining über 14 Tage und analysierten anschließend Gangparameter mittels videographischer Analyse, mechanische Schmerzempfindlichkeit sowie Gelenkpathologie einschließlich Knorpelerosion und periartikulärer Fibrose. Eine einzige HA-Injektion verhinderte sowohl akute als auch chronische Gangveränderungen vollständig und schützte effektiv vor Knorpelerosion der Femur sowie Gewebefibrose von Tibia und Femur. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass HA durch Normalisierung der Gelenkbiomechanik und Hemmung periartikulärer Zellaktivität seine protektive Wirkung entfaltet, was möglicherweise einen ähnlichen Mechanismus wie die ADAMTS5-Ablation
Cette étude visait à examiner les effets d'une injection unique d'acide hyaluronique (AH) sur la pathologie articulaire, l'allodynie mécanique et les modifications de la marche dans un modèle murin d'arthrose du genou. L'arthrose a été induite chez des souris par injection de TGFβ1 suivie de course sur tapis roulant, puis les effets de l'AH ont été évalués par analyse vidéographique de la marche, tests de sensibilité mécanique et scoring histologique de l'érosion cartilagineuse et de la fibrose périarticulaire. L'injection d'AH a complètement prévenu les altérations de la marche (normalisation du temps d'appui), protégé contre l'érosion du cartilage fémoral et réduit la fibrose tissulaire tibiale et fémorale, avec un effet antalgique plus prononcé et prolongé que le contrôle salin. Les auteurs concluent que l'AH exogène mime les effets protecteurs de l'ablation d'ADAMTS5 en normalisant la biomécanique articulaire et en inhibant les processus de fibrose périart
This study developed a new methodology to evaluate how different implant materials affect cartilage properties and cell survival during prolonged loading conditions. Researchers cultured bovine cartilage samples under static compression (0.25 MPa) for 270 hours in four conditions: unloaded (FREE), minimally loaded (RESTR), loaded with metal plate (MEW), and loaded with polyurethane (PUW), then measured biomechanical properties and cell viability using fluorescent staining.
The key findings showed significant differences between materials: polyurethane-loaded samples maintained biomechanical properties closest to unloaded cartilage, while metal contact caused substantial stiffening. Cell viability was highest in unloaded samples (87%), followed by restrained (66%), polyurethane-loaded (35%), and metal-loaded samples (3%), indicating polyurethane is more biocompatible than stainless steel for cartilage contact applications.
Diese Studie entwickelte eine neue Methodik für 270-stündige biomechanische Tests mit lebendem Knorpel, um Polyurethan (PU) als Implantatmaterial im Vergleich zu Edelstahl zu evaluieren. Bovine Knorpelproben wurden unter vier verschiedenen statischen Druckbelastungsbedingungen (0,25 MPa) kultiviert: unbelastet, minimal belastet, mit Metallkontakt und mit PU-Kontakt. Die Ergebnisse zeigten, dass PU-belastete Proben biomechanische Eigenschaften aufwiesen, die den unbelasteten Proben am ähnlichsten waren, während die Zellvitalität bei unbelasteten Proben am höchsten war (87%), gefolgt von PU-Kontakt (35%) - deutlich besser als bei Metallkontakt (3%). Die Studie belegt, dass PU biokompatiblere Eigenschaften als chirurgischer Stahl im Kontakt mit lebendem Knorpel aufweist.
Cette étude a développé une nouvelle méthodologie pour évaluer l'effet de différents matériaux d'implant sur les propriétés biomécaniques et la viabilité cellulaire du cartilage bovin sur 270 heures. Des échantillons cylindriques de cartilage patellaire ont été soumis à une compression statique de 0,25 MPa dans quatre conditions : libre, contrainte minimale, contact avec une plaque métallique, et contact avec du polyuréthane. Les résultats biomécaniques montrent que le polyuréthane préserve mieux les propriétés dynamiques du cartilage (courbes proches des échantillons libres) comparé au métal qui rigidifie significativement le tissu. L'analyse de viabilité cellulaire révèle une meilleure biocompatibilité du polyuréthane (35% de cellules vivantes) par rapport à l'acier chirurgical (3%), suggérant son potentiel supérieur comme matériau d'implant pour les applications articulaires.
This study investigated a combined surgical approach for younger patients (mean age 47) with medial knee osteoarthritis and varus alignment, combining high tibial osteotomy (HTO) to correct leg alignment with matrix-induced autologous chondrocyte implantation (MACI) to repair damaged cartilage. The researchers followed 18 patients for 5 years using clinical outcome scores (KOOS), walking tests, and MRI imaging to assess cartilage repair quality.
Clinically, patients showed significant improvements in knee function that were largely maintained at 5 years, though some measures declined over time. However, the cartilage repair results were disappointing, with only 33% of patients showing good quality cartilage regrowth at 5 years, and MRI scores declining after initial improvement at 2 years, indicating that while the procedure was safe and provided clinical benefits, the biological cartilage repair component had limited long-term success.
Diese Studie untersuchte die kombinierte Behandlung aus neutralisierender hoher Tibiaosteotomie (HTO) und matrixinduzierter autologer Chondrozytenimplantation (MACI) bei 18 jüngeren Patienten (mittleres Alter 47 Jahre) mit medialer Kniearthrose und Varusfehlstellung. Die Forscher verfolgten die Patienten über 5 Jahre mittels klinischer Bewertungsbögen (KOOS), Gehtest und MRT-Bildgebung, um Gelenkerhalt und Verbesserung der Symptome zu evaluieren. Die Ergebnisse zeigten signifikante klinische Verbesserungen in vier von fünf KOOS-Bereichen, die bis zum 5-Jahres-Follow-up anhielten, jedoch war die Knorpelregeneration enttäuschend mit nur 33% qualitativ guter Knorpelauffüllung. Die Autoren schlussfolgern, dass diese Kombinationsbehandlung eine sichere Option für jüngere Patienten darstellt und klinische Verbesserungen erzielt, jedoch sind die lang
Cette étude prospective a évalué l'efficacité de la combinaison d'une ostéotomie tibiale haute neutralisante (HTO) et d'une implantation de chondrocytes autologues induite par matrice (MACI) chez 18 patients jeunes (âge moyen 47 ans) présentant une arthrose médiale du genou avec désaxation en varus. Les patients ont été suivis sur 5 ans par des scores cliniques (KOOS, test de marche de 6 minutes) et IRM avec un score validé. Les résultats montrent une amélioration clinique significative maintenue à 5 ans dans quatre des cinq domaines KOOS, mais une qualité de comblement cartilagineux satisfaisante chez seulement 33% des patients à l'endpoint, malgré une amélioration IRM initiale. Cette procédure combinée représente une option thérapeutique sûre pour retarder l'arthroplastie chez les patients jeunes, bien que la survie globale du greffon et le comblement cartilagineux restent décevants à long terme.
This study investigated how lubricin gene dosage affects joint friction and cartilage surface integrity under mechanical stress in mouse knee joints. Researchers used mice with varying numbers of functioning lubricin genes (0, 1, or 2 copies) and subjected their joints to 26 hours of cyclic loading using a custom pendulum device, measuring friction coefficients at multiple time points and comparing them to unloaded control joints. The key findings showed that mice completely lacking lubricin had significantly higher baseline friction and continuous friction increases during loading, while mice with one functioning lubricin gene appeared normal at baseline but developed significantly higher friction after prolonged loading compared to normal mice. These results suggest that lubricin dosage is critical for maintaining joint lubrication under mechanical stress, with potential clinical implications for patients with conditions that reduce lubricin levels.
Diese Studie untersuchte den Einfluss der Lubricin-Gendosis und zyklischer Belastung auf die Reibung und Knorpeloberflächenintegrität in Mäusekniegelenken. Die Forscher testeten Gelenke von Mäusen mit unterschiedlicher Anzahl funktionsfähiger Lubricin-Allele (0, 1 oder 2) über 26 Stunden mittels eines speziellen Pendulum-Systems und maßen dabei kontinuierlich die Reibungskoeffizienten. Die Ergebnisse zeigten, dass Mäuse ohne Lubricin bereits erhöhte Grundreibungswerte aufwiesen und durch die Belastung keine weitere Protektion erhielten, während Mäuse mit reduzierter Lubricin-Expression (ein Allel) zwar normale Grundwerte hatten, aber nach 26-stündiger Belastung signifikant höhere Reibungswerte entwickelten als normale Mäuse. Diese Befunde deuten darauf hin, dass die Lubricin-Konzentration entscheidend für den Gelenkschutz unter mechanischer Belast
Cette étude examine l'effet du dosage génétique de la lubricine et de la charge cyclique sur le coefficient de friction et l'intégrité du cartilage articulaire dans des articulations de genou de souris. Les chercheurs ont soumis des articulations de souris avec 2, 1 ou 0 allèles fonctionnels de lubricine (PRG4+/+, PRG4+/- et PRG4-/-) à 26 heures de charge cyclique via un pendule, en mesurant le coefficient de friction à différents moments. Les résultats montrent que les souris PRG4-/- présentent un coefficient de friction de base significativement plus élevé et une augmentation continue sous charge, tandis que les souris PRG4+/- sont initialement similaires aux PRG4+/+ mais développent une friction significativement plus importante après 26 heures de charge. Ces findings suggèrent que le dosage de lubricine influence les propriétés articulaires sous contrainte mécanique, avec des implications cliniques potentielles pour les patients présentant une altération de l'abondance de lubricine.
This study investigated how surgical removal of cartilage (cephalic trim) affects the mechanical stability of the lower lateral cartilage in the nose. The researchers used porcine cartilage samples shaped to match human nasal cartilage dimensions and performed mechanical testing with cantilever deformation tests at different locations, combined with finite element modeling to analyze stress distribution. The key finding was that cartilage stability significantly decreased only when trimmed to 4mm width, particularly at the most lateral position 8mm from the midline, while 6mm width maintained adequate stability. These results support clinical guidelines recommending preservation of at least 6mm of cartilage width during nasal surgery to maintain proper structural support and avoid poor cosmetic outcomes.
Diese Studie untersuchte, wie sich die mechanische Stabilität des unteren Seitenknorpels (LLC) der Nase nach unterschiedlich starken cephalischen Resektionen verändert. Die Forscher verwendeten porcine Nasenknorpel (n=14), die menschlichen LLC-Dimensionen angepasst wurden, und führten biomechanische Biegetests vor und nach Resektionen von 0, 4 und 6 mm durch, ergänzt durch Finite-Elemente-Modellierung. Die Ergebnisse zeigten eine statistisch signifikante Abnahme des äquivalenten Elastizitätsmoduls am lateralsten Messpunkt (8 mm), wenn nur noch 4 mm Knorpelstruktur verblieben (p=0,02). Diese mechanischen Befunde unterstützen klinische Richtlinien, die empfehlen, mindestens 6 mm Restknorpel zu belassen, um eine ausreichende strukturelle Unterstützung der Nasenspitze zu gewährleisten.
Cette étude visait à analyser les changements de stabilité mécanique du cartilage latéral inférieur (CLI) après différents degrés de résection céphalique dans un modèle nasal porcin. Les chercheurs ont utilisé des cartilages alaires porcins (n=14) sectionnés pour reproduire les dimensions humaines du CLI, puis ont réalisé des tests de déformation en porte-à-faux avant et après des résections de 0, 4 et 6 mm, complétés par une modélisation par éléments finis. Les résultats montrent une diminution statistiquement significative du module d'élasticité équivalent au point le plus latéral (8 mm) lorsque seulement 4 mm de cartilage subsistent, avec les contraintes internes maximales localisées à la pointe du nez. Ces données fournissent une base mécanique aux recommandations cliniques suggérant qu'un résidu cartilagineux inférieur à 6 mm peut compromettre le soutien structurel et les résultats esthétiques en rhinoplastie.
This study investigated how mechanical joint loading influences the expression of cartilage-degrading enzymes in osteoarthritis (OA) development. Researchers surgically induced OA in mice by cutting a ligament, then analyzed gene expression changes in joint tissues using microarray and PCR techniques, while comparing joints that were immobilized (through anesthesia or nerve cutting) versus those allowed normal movement. The results showed that many inflammatory and protease genes, including the key cartilage-degrading enzyme ADAMTS-5, were rapidly upregulated within 6 hours of OA induction, but this gene activation was largely prevented when joints were immobilized. Notably, joint immobilization through nerve cutting completely prevented OA development for up to 12 weeks, demonstrating that mechanical loading is essential for OA progression and suggesting that targeting the joint's mechanical sensing mechanisms could offer new therapeutic approaches.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen mechanischer Gelenkbelastung und der Expression von Proteasen bei der Osteoarthritis-Entwicklung in einem Mausmodell. Die Forscher induzierten experimentell eine Osteoarthritis durch chirurgische Durchtrennung des medialen meniskotibialen Ligaments und analysierten mittels Mikroarray-Analyse und RT-PCR die Genexpression in immobilisierten versus nicht-immobilisierten Gelenken. Die Ergebnisse zeigten, dass bereits 6 Stunden nach der Operation wichtige OA-assoziierte Gene (einschließlich ADAMTS-5, MMP3, IL1B) im Gelenkknorpel hochreguliert wurden, diese Genregulation jedoch durch Gelenkimmobilisation (durch Anästhesie oder Ischiasnervdurchtrennung) nahezu vollständig verhindert werden konnte. Die Gelenkimmobilisation durch Nervdurchtrennung verhinderte sogar die OA-Entwicklung bis zu 12 Wochen nach der Operation, was die hochgradige Mechanosensitivität der Protease-Expression und neue therapeutische Ansätze zur
Cette étude visait à examiner le lien entre l'expression des protéases et la charge mécanique articulaire dans le développement de l'arthrose. Les chercheurs ont utilisé un modèle murin d'arthrose induite chirurgicalement, combiné à une analyse par puces à ADN et une immobilisation articulaire par anesthésie prolongée ou neurectomie sciatique. Les résultats montrent qu'en 6 heures, de nombreux gènes incluant les protéases pathogènes ADAMTS-5, ADAMTS-4 et MMP3 sont rapidement régulés dans le cartilage articulaire, mais cette régulation est largement abolie lors de l'immobilisation articulaire. L'immobilisation par neurectomie sciatique prévient complètement le développement de l'arthrose jusqu'à 12 semaines, démontrant la nature hautement mécanosensible de l'expression des protéases in vivo.
This study evaluated the safety and effectiveness of a new arthroscopic technique for matrix-induced autologous chondrocyte implantation (MACI) to repair knee cartilage defects. The researchers followed 20 patients for 24 months after surgery, assessing clinical outcomes using standardized questionnaires and functional tests, while monitoring cartilage repair using MRI scans at multiple time points. All clinical measures showed significant improvement throughout the follow-up period, including reduced pain, better knee function, and improved quality of life scores. MRI results demonstrated good cartilage repair, with 90% of patients showing good to excellent graft filling and 70% achieving good composite repair scores at 24 months, suggesting this arthroscopic MACI technique is both safe and effective for treating knee cartilage defects.
Diese Studie evaluierte die Sicherheit und Wirksamkeit einer neuen arthroskopischen Technik zur Matrix-induzierten autologen Chondrozyten-Implantation (MACI) bei Knorpeldefekten im Knie. Die Forscher führten eine prospektive Untersuchung an 20 Patienten durch, die über 24 Monate nachverfolgt wurden, wobei klinische Assessments (einschließlich KOOS-Score, SF-36, Schmerzskalen und Gehtests) sowie MRT-Bildgebung zur Beurteilung der Transplantat-Reparatur verwendet wurden. Die Ergebnisse zeigten signifikante Verbesserungen in allen klinischen Parametern über den gesamten postoperativen Verlauf, mit guten bis exzellenten Transplantat-Ergebnissen bei 90% der Patienten nach 24 Monaten. Die Studie belegt, dass die arthroskopische MACI-Technik ein sicheres und effektives Verfahren darstellt, das sowohl klinische als auch radiologische Verbesserungen über einen Zeitraum von
Cette étude prospective avait pour objectif d'évaluer la sécurité et l'efficacité d'une nouvelle technique arthroscopique d'implantation de chondrocytes autologues induite par matrice (MACI) pour traiter les défauts du cartilage articulaire du genou. Les chercheurs ont suivi 20 patients pendant 24 mois après la chirurgie, en évaluant les paramètres cliniques (scores KOOS, SF-36, échelle visuelle analogique de la douleur, test de marche de 6 minutes) et radiologiques par IRM à intervalles réguliers. Les résultats montrent une amélioration significative de tous les paramètres cliniques ainsi que des paramètres morphologiques de réparation du greffon, avec un score de comblement bon à excellent chez 90% des patients à 24 mois. Cette technique arthroscopique MACI s'avère donc sûre et efficace, offrant des résultats cliniques et radiologiques améliorés sur une période de 2 ans.
This study investigated whether combining perfusion and dynamic loading would enhance cartilage tissue formation compared to static culture conditions using human articular chondrocytes in alginate hydrogels. Researchers cultured the constructs under three conditions: free-swelling static culture, perfusion alone (100 μL/min), or perfusion plus dynamic compression (20% strain, 0.5 Hz, 1 hour daily), then analyzed gene expression, matrix production, and mechanical properties over 14 days. Both bioreactor conditions significantly increased collagen type II gene expression (at least 3-fold) compared to static culture, but paradoxically led to lower overall glycosaminoglycan retention and synthesis despite enhanced matrix-forming gene activity. The findings suggest that while bioreactor conditions stimulate cartilage-forming responses, they also increase tissue breakdown processes, indicating that optimal culture parameters balancing tissue formation and degradation still need to be determined for human cartilage engineering.
Diese Studie untersuchte, ob die Kombination aus Perfusion und dynamischer Belastung die Knorpel-Neogenese in menschlichen Chondrozyten verstärkt, die in Alginat-Hydrogele eingebettet waren. Die Forscher verwendeten einen Bioreaktor mit drei Bedingungen: freies Quellen (Kontrolle), nur Perfusion (100 μL/min) und Perfusion mit zyklischer Kompression (20% Verformung, 0,5 Hz, 1h täglich) über 14 Tage. Die Bioreaktor-Bedingungen führten zu einer signifikant höheren COL2A1-Genexpression (mindestens dreifach erhöht) und verstärkten sowohl anabole als auch katabole Prozesse, wobei jedoch die Glykosaminoglykan-Retention durch Perfusion und erhöhte katabole Aktivität vermindert war. Die Ergebnisse zeigen, dass bereits die Perfusion allein ausreicht, um diese dualen Reaktionen zu fördern, jedoch sind optimierte Bedingungen erforderlich, um die extrazelluläre Matrix-Akkumulation für
Cette étude a examiné les effets combinés de la perfusion et du chargement mécanique dynamique sur la formation de néocartilage par des chondrocytes articulaires humains adultes cultivés dans des hydrogels d'alginate. Les chercheurs ont comparé trois conditions de culture : libre (témoin), perfusion seule, et perfusion combinée au chargement compressif dynamique, en analysant l'expression génique, la viabilité cellulaire et les propriétés mécaniques sur 14 jours. Les résultats montrent que les conditions de bioréacteur (perfusion ± chargement) ont significativement augmenté l'expression du collagène de type II (COL2A1) d'au moins trois fois par rapport au témoin, mais ont paradoxalement réduit la rétention des glycosaminoglycanes malgré une expression catabolique accrue. L'étude conclut que la perfusion seule suffit à stimuler les réponses anaboliques et cataboliques, mais que l'optimisation des conditions de culture reste nécessaire pour améliorer l'accumulation de matrice extracellulaire dans le développement de néocartilage humain.
This randomized controlled trial compared accelerated versus traditional weightbearing rehabilitation protocols following matrix-induced autologous chondrocyte implantation (MACI) surgery in 70 patients with knee cartilage defects. The accelerated group reached full weightbearing at 8 weeks compared to 11 weeks for the traditional group, with both groups assessed using clinical scores (KOOS, SF-36, pain scales) and high-resolution MRI at multiple timepoints over 5 years. Both rehabilitation approaches produced significant improvements in clinical and MRI outcomes over the 5-year period, with the accelerated protocol showing comparable safety and effectiveness to the traditional approach, and even demonstrating less frequent pain at 5 years. Patient age and defect size were associated with poorer MRI outcomes, while over 94% of patients reported satisfaction with pain relief and functional improvement regardless of rehabilitation protocol.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersuchte, ob ein beschleunigtes Belastungsprotokoll nach Matrix-induzierter autologer Chondrozyten-Implantation (MACI) vergleichbare Ergebnisse zu einem traditionellen Protokoll liefert. 70 Patienten wurden randomisiert entweder einem beschleunigten Protokoll (Vollbelastung nach 8 Wochen) oder einem traditionellen Protokoll (Vollbelastung nach 11 Wochen) zugeteilt und über 5 Jahre mittels klinischer Scores und hochauflösender MRT nachverfolgt. Beide Gruppen zeigten signifikante Verbesserungen aller klinischen und MRT-Parameter über den 5-Jahres-Zeitraum, wobei die beschleunigte Gruppe sogar weniger Schmerzen aufwies und 94-95% der Patienten mit dem Behandlungsergebnis zufrieden waren. Die Studie belegt, dass ein beschleunigtes Rehabilitationsprotokoll nach MACI sicher und effektiv ist und vergleichbare oder sogar überlegene klinische Ergebnisse li
Cette étude randomisée contrôlée a comparé deux protocoles de rééducation post-opératoire chez 70 patients ayant bénéficié d'une implantation de chondrocytes autologues induite par matrice (MACI) au niveau des condyles fémoraux : un protocole "accéléré" permettant la mise en charge complète à 8 semaines versus un protocole "traditionnel" à 11 semaines. Les patients ont été évalués sur 5 ans par des scores cliniques (KOOS, SF-36, EVA) et par IRM haute résolution analysant 8 paramètres de réparation du greffon. Les résultats montrent une amélioration significative des scores cliniques et IRM dans les deux groupes sans différence majeure entre les protocoles, à l'exception d'une douleur moins fréquente à 5 ans dans le groupe accéléré, avec un taux de satisfaction de 94-95% des patients. L'âge du patient et la taille du défaut cartilagineux sont négativement corrélés aux résultats IRM, démontrant la sécurité et l'efficacité du protocole de rééducation accéléré.
This study aimed to compare changes in knee structures between ACL-reconstructed and healthy control knees following half-marathon running. The researchers used MRI scans taken within 48 hours before and after competition in 8 runners, analyzing cartilage, ligament, bone, and meniscus pathology in both the reconstructed and contralateral control knees. The main findings showed that ACL-reconstructed knees had more baseline pathology (including meniscal tears, cartilage lesions, and bone edema) and demonstrated a strong trend toward increased bone marrow edema after the race compared to control knees. Importantly, existing knee pathology did not worsen in either knee following the half-marathon distance running.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen eines Halbmarathons auf die intrinsischen Kniestrukturen bei acht Läufern durch Vergleich von ACL-rekonstruierten Knien mit den gesunden Kontrollknien des anderen Beins. Mittels MRT-Bildgebung 48 Stunden vor und nach dem Wettkampf wurden Veränderungen an Knorpel, Bändern, Knochen und Menisken analysiert. Die Hauptergebnisse zeigten, dass ACL-rekonstruierte Knie bereits vor dem Lauf häufiger pathologische Befunde aufwiesen (Meniskusläsionen, Knorpelschäden, Knochenmarködeme) und nach dem Halbmarathon einen stärkeren Trend zu Knochenmarködemen entwickelten als die gesunden Kontrollknie. Wichtig ist jedoch, dass sich bereits bestehende Kniepathologien weder in den rekonstruierten noch in den gesunden Knien nach der Belastung verschlechterten.
Cette étude prospective a utilisé l'IRM pour analyser les changements intrinsèques des structures articulaires chez 8 coureurs, comparant le genou reconstructé après rupture du ligament croisé antérieur (LCA) au genou controlatéral sain, avant et après un semi-marathon. Les examens IRM ont été réalisés dans les 48 heures précédant et suivant la course pour évaluer l'incidence des lésions cartilagineuses, ligamentaires, osseuses et méniscales. Les résultats montrent que les genoux reconstruits présentaient initialement plus de pathologies (lésions méniscales grade IV, lésions cartilagineuses grades II et IV, œdème osseux) et une tendance significative vers une incidence accrue d'œdème de la moelle osseuse après la course comparativement aux genoux sains. Cependant, aucune progression des lésions préexistantes n'a été observée dans les deux groupes après l'effort, suggérant que la course à pied n'aggrave pas les pathologies articulaires existantes à court terme.
This study investigated how acute intense exercise and superoxide dismutase (SOD) supplementation affect joint health and antioxidant status in horses. Researchers used a randomized crossover trial with 12 Standardbred mares that received either SOD supplements or placebo for 6 weeks, followed by a repeated sprint exercise test, with blood and synovial fluid samples collected before, during, and after exercise. The intense exercise triggered normal adaptive responses including increased antioxidant defenses in blood, elevated inflammatory markers (PGE₂), and increased cartilage metabolism markers (chondroitin sulfate) in joint fluid, with hock joints showing greater responses than carpal joints. However, SOD supplementation provided no measurable benefits compared to placebo, suggesting that the horses' natural antioxidant systems adequately responded to the exercise-induced oxidative stress.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von intensivem Training und Superoxid-Dismutase (SOD)-Supplementierung auf Biomarker für Entzündung, antioxidativen Status und Knorpelstoffwechsel bei Pferden. In einem randomisierten Crossover-Design erhielten zwölf Standardbred-Stuten entweder SOD-Supplementierung oder Placebo über 6 Wochen, gefolgt von einem intensiven Sprinttest. Das akute intensive Training führte zu erhöhten antioxidativen Abwehrmechanismen im Blut, verstärkter Entzündungsreaktion und erhöhtem Knorpelstoffwechsel in der Synovialflüssigkeit, wobei diese Veränderungen als normale adaptive Reaktionen auf trainingsbedingte Gewebeschäden interpretiert wurden. Die SOD-Supplementierung zeigte jedoch keine messbaren Effekte auf die untersuchten Parameter, was darauf hindeutet, dass weitere Forschung nötig ist, um potenzielle Vorteile dieser Ergänzung bei Pferden zu identifizieren.
Cette étude visait à évaluer les effets de l'exercice intense et de la supplémentation en superoxyde dismutase (SOD) sur les biomarqueurs d'inflammation, de statut antioxydant et de métabolisme du cartilage chez des chevaux Standardbred. Les chercheurs ont utilisé un design croisé randomisé avec 12 juments recevant soit de la SOD orale (3000 UI/jour) soit un placebo pendant 6 semaines, suivi d'un test d'exercice de sprints répétés, avec prélèvements sanguins et de liquide synovial avant, pendant et après l'effort. L'exercice intense a provoqué une augmentation significative des défenses antioxydantes (SOD érythrocytaire, glutathion), des cytokines inflammatoires, ainsi que des biomarqueurs articulaires (chondroïtine sulfate-846 et PGE₂ dans le liquide synovial), suggérant une réponse adaptative normale aux microdommages tissulaires. Aucun effet bénéfique de la supplémentation en SOD n'a été détecté, indiquant que les mécanismes antioxydants
This study compared how knee cartilage responds to running exercise in younger versus older amateur athletes using MRI T2 relaxation mapping. The researchers used 3.0-T MRI to measure T2 values in weight-bearing cartilage of 10 younger and 10 older athletes before running, immediately after 30 minutes of running, and 2 hours post-exercise. Overall cartilage T2 changes after running were similar between age groups, suggesting comparable global cartilage responses to exercise regardless of age. However, older athletes showed higher T2 values specifically in the superficial cartilage layers compared to younger athletes, indicating that age-related cartilage changes primarily occur in these surface regions where collagen matrix degeneration typically begins.
Diese Studie untersuchte altersbedingte Unterschiede in der Knorpelreaktion auf Laufbelastung mittels MRT-T2-Relaxometrie bei jungen und älteren Freizeitsportlern. Die Forscher führten quantitative T2-Messungen des Kniegelenkknorpels bei je 10 jüngeren und älteren Athleten vor, direkt nach und 2 Stunden nach 30-minütigem Laufen durch, wobei ein 3,0-Tesla-MRT verwendet wurde. Die Ergebnisse zeigten keine signifikanten Unterschiede in den globalen T2-Werten zwischen den Altersgruppen als Reaktion auf die Laufbelastung. Allerdings wiesen ältere Sportler hauptsächlich in den oberflächlichen Knorpelschichten höhere T2-Werte auf, was auf altersbedingte Kollagenmatrix-Degeneration in diesen Bereichen hindeutet.
Cette étude compare les changements du temps de relaxation T2 en IRM du cartilage articulaire du genou chez des athlètes amateurs jeunes et âgés avant et après une course de 30 minutes. Les chercheurs ont utilisé une IRM 3T pour acquérir des cartes T2 quantitatives du cartilage fémoral et tibial chez 20 participants (10 jeunes, 10 âgés) avant, immédiatement après et 2 heures après l'exercice. Les résultats montrent que les valeurs T2 globales ne diffèrent pas significativement entre les groupes d'âge en réponse à l'exercice, mais que les valeurs T2 sont plus élevées chez les participants âgés principalement dans les couches superficielles du cartilage, suggérant que les changements cartilagineux liés à l'âge débutent préférentiellement dans ces zones où la dégénérescence de la matrice collagénique s'initie.
This study investigated how knee cartilage thickness changes throughout the day due to normal daily activities. The researchers used 3T MRI to scan 10 healthy adults (average age 29) at 8:00 AM and 4:00 PM, then created 3D models to measure cartilage thickness and calculate strain patterns across different joint regions. The results showed that cartilage generally becomes thinner from morning to afternoon, with the medial tibial plateau experiencing the greatest compressive strain (-5.1%), followed by the lateral plateau (-3.1%) and femoral cartilage (-1.9%), while the patellofemoral groove showed minimal changes. These findings establish normal baseline values for daily cartilage deformation patterns, which could be useful for future studies examining how altered joint mechanics affect cartilage health and disease progression.
Diese Studie untersuchte die täglichen Veränderungen der Knorpeldicke und -dehnung im menschlichen Kniegelenk aufgrund der viskoelastischen Eigenschaften des Knorpels. Mittels 3T-MRT-Bildgebung wurden bei 10 gesunden Probanden (Durchschnittsalter 29 Jahre) morgens um 8:00 Uhr und nachmittags um 16:00 Uhr dreidimensionale Modelle von Femur, Tibia und Patella erstellt, um die Knorpeldickenverteilung zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigten signifikante Kompressionsdehnungen von -5,1% im medialen Tibiaplateau, -3,1% im lateralen Tibiaplateau und -1,9% im femoralen Knorpel, wobei die Knorpeldicke in fast allen Bereichen außer der Patellofemoralrinne vom Morgen zum Nachmittag abnahm. Diese Basisdaten zu den standortspezifischen täglichen Knorpelveränderungen sind wichtig für zukünftige Studien
Cette étude visait à évaluer l'amplitude et la distribution spatiale des déformations du cartilage articulaire du genou au cours d'une journée d'activité normale. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 3T pour mesurer l'épaisseur du cartilage chez 10 sujets asymptomatiques à 8h00 et 16h00 le même jour, puis ont créé des modèles 3D pour quantifier les variations d'épaisseur. Les résultats montrent une diminution généralisée de l'épaisseur cartilagineuse entre le matin et l'après-midi, avec des déformations compressives significatives particulièrement marquées au niveau du plateau tibial médial (-5,1±1,0%) et latéral (-3,1±0,6%), tandis que le cartilage fémoral présentait des déformations moindres (-1,9±0,6%). Cette étude établit des valeurs de référence des variations diurnes physiologiques du cartilage, essentielles pour futures recherches sur les effets de biomécanique altérée sur l'homéostasie cartilagineuse.
This study aimed to characterize collagen "nanostraws" in human costal cartilage using atomic force microscopy, with the hypothesis that these structures facilitate fluid transport in this thick, blood vessel-free tissue. The researchers used immunohistological staining and atomic force microscopy to measure the diameter and elastic modulus (Young's modulus) of these nanoscale collagen structures in costal cartilage samples. The study found significant differences in both the elasticity and diameter of the nanostraws depending on the tissue treatment and fixation methods used. These findings are important because variations in nanostraw properties directly impact calculations for nano-scale fluid transport, which has implications for understanding nutrition and waste removal in this understudied cartilage type that can be affected in chest wall deformities.
Diese Studie untersuchte die biomechanischen Eigenschaften von Kollagen-"Nanostraws" in menschlichem Rippenknorpel mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM). Die Forscher charakterisierten Proben vom Rippenrand immunhistologisch und maßen sowohl die Durchmesser als auch den Elastizitätsmodul dieser nanostrukturellen Kollagenröhren, die sich über die gesamte Länge des avaskulären Knorpelgewebes erstrecken. Die Ergebnisse zeigten signifikante Unterschiede in der Elastizität und den Durchmessern der Nanostraws je nach Behandlungs- und Fixierungsart. Diese Befunde sind relevant für das Verständnis des Flüssigkeitstransports in dickem, gefäßlosem Knorpelgewebe und haben wichtige Implikationen für nanofluidische Transportberechnungen in der Knorpelforschung.
Cette étude visait à caractériser les propriétés structurales et mécaniques des "nanotubes" de collagène présents dans le cartilage costal humain, en émettant l'hypothèse qu'ils pourraient faciliter le transport de fluides dans ce tissu avasculaire épais. Les chercheurs ont utilisé la microscopie à force atomique pour mesurer le diamètre et le module d'élasticité (module de Young) de ces nanostructures, en testant différents types de traitement et de fixation des échantillons. Les résultats ont révélé des différences significatives dans l'élasticité et le diamètre des nanotubes selon les méthodes de préparation utilisées. Ces variations dans les propriétés mesurées sont cruciales pour les calculs de transport nano-fluidique et soulignent l'importance des protocoles de préparation d'échantillons dans les analyses à l'échelle nanométrique.
This study investigated whether unilateral transtibial amputation affects knee cartilage thickness by comparing the amputated and non-amputated legs in 24 patients. The researchers used ultrasound to measure distal femoral cartilage thickness at three locations (medial condyle, lateral condyle, and intercondylar area) and examined relationships with prosthesis use patterns and functional measures like walking speed and distance. The amputated legs showed significantly thinner cartilage at the lateral condyle and intercondylar area compared to the intact legs, with greater cartilage loss correlating with faster walking speeds, longer daily prosthesis use, and better functional performance. These findings suggest that abnormal gait patterns following amputation may increase mechanical loading on the remaining knee joint, potentially accelerating cartilage degeneration despite improved functional mobility.
Diese Querschnittsstudie untersuchte die Dicke des distalen Femurkortex bei 24 Patienten mit einseitiger Unterschenkelamputation mittels Ultraschall, um mögliche degenerative Veränderungen zu erfassen. Die Knorpeldicke wurde bilateral an den medialen und lateralen Kondylen sowie im interkondylären Bereich gemessen und mit funktionellen Parametern wie Gehgeschwindigkeit, 6-Minuten-Gehstrecke und täglicher Prothesennutzung korreliert. Die Ergebnisse zeigten eine signifikant dünnere Knorpelschicht am lateralen Kondylus und im interkondylären Bereich auf der amputierten Seite im Vergleich zur gesunden Seite. Interessanterweise korrelierten höhere Knorpelverluste positiv mit besserer Gehfunktion und längerer täglicher Prothesennutzung, was darauf hindeutet, dass abnormale Gangmuster zu erhöhter Belastung der amputierten Extremität führen könnten.
Cette étude transversale visait à évaluer l'épaisseur du cartilage fémoral distal chez 24 patients amputés transtibbiaux unilatéraux et à examiner sa relation avec les paramètres fonctionnels. Les chercheurs ont utilisé l'échographie pour mesurer bilatéralement l'épaisseur cartilagineuse au niveau des condyles médial/latéral et de la zone intercondylaire, puis ont calculé les pourcentages de perte cartilagineuse. Les résultats montrent un amincissement significatif du cartilage fémoral distal du côté amputé au niveau du condyle latéral et de la zone intercondylaire par rapport au côté controlatéral. De plus, des corrélations positives significatives ont été observées entre la perte cartilagineuse et la vitesse de marche, la distance de marche en 6 minutes et la durée quotidienne d'utilisation de la prothèse, suggérant que les patterns de marche anormaux augmentent les contraintes mécaniques sur le membre amputé.
This study investigated cartilage quality in ACL-reconstructed knees at 6 months post-surgery and its relationship to return-to-sport timing. The researchers used advanced 3T MRI techniques to compare 15 ACL reconstruction patients with 15 matched controls, measuring cartilage structure, biochemical composition (T2/T2* mapping), and functional response to a 30-minute running test.
ACL-reconstructed knees showed significantly inferior cartilage quality compared to controls, with altered biochemical properties and impaired recovery after exercise, particularly in the medial femur and tibial compartments. Patients who returned to sports before 5 months, especially those who had surgery within 10 weeks of injury, demonstrated the most concerning cartilage changes including increased thickness, greater deformation, and delayed recovery after running, suggesting the cartilage may not be adequately prepared for high-impact activities.
Diese Studie untersuchte den Knorpelzustand 6 Monate nach Kreuzbandrekonstruktion und dessen Zusammenhang mit der Rückkehr zum Sport. Mittels 3-Tesla-MRT wurden bei 15 Patienten nach isolierter Kreuzbandrekonstruktion und 15 Kontrollpersonen morphologische, biochemische und funktionelle Knorpelparameter gemessen, einschließlich T2/T2*-Mapping und In-vivo-Deformationsanalyse nach 30-minütigem Lauf. Die Ergebnisse zeigten eine deutlich verminderte Knorpelqualität und -belastbarkeit bei ACL-rekonstruierten Knien im Vergleich zu gesunden Kontrollen, wobei sowohl eine sehr frühe Rückkehr zum Sport (vor 5 Monaten) als auch eine zeitnahe Operation (innerhalb 10 Wochen) mit zusätzlich verschlechterter Knorpelregeneration assoziiert waren. Die Autoren empfehlen daher Vorsicht bei einer zu frühen sportlichen Belastung, da die qualitativ verminderte Knorp
Cette étude transversale a comparé la qualité du cartilage chez 15 patients ayant subi une reconstruction du ligament croisé antérieur (LCA) versus 15 témoins appariés, en utilisant l'IRM 3T pour évaluer les caractéristiques morphologiques, biochimiques et fonctionnelles du cartilage. Les analyses ont révélé une qualité cartilagineuse diminuée chez les patients reconstruits, avec des modifications des paramètres T2/T2* et une récupération altérée après effort comparativement aux témoins. Un retour au sport précoce (avant 5 mois) et une chirurgie rapide (dans les 10 semaines) étaient associés à une qualité cartilagineuse encore plus dégradée. Ces résultats suggèrent qu'une reprise sportive trop précoce pourrait compromettre un cartilage déjà fragilisé et contribuer au développement d'arthrose post-reconstruction du LCA.
This study evaluated whether laboratory-grown (engineered) nasal septal cartilage can maintain its shape as well as natural septal cartilage when subjected to bending forces. Researchers created cartilage constructs from human septal cells, cultured them for 10 weeks, then applied sustained bending loads for 6 days before measuring shape retention, cell survival, and biochemical properties compared to native tissue controls. The engineered cartilage showed similar shape retention to native tissue after relaxation periods (around 22% vs 14% after 24 hours), with no adverse effects on cell viability or tissue composition from the mechanical loading. These findings suggest that engineered septal cartilage has adequate shape fidelity and could potentially serve as graft material for nasal reconstruction procedures.
Diese Studie untersuchte die Formstabilität von künstlich gezüchtetem Nasenscheidewandknorpel im Vergleich zu nativem Gewebe unter anhaltenden Biegekräften. Menschliche Knorpelzellen von 6 Spendern wurden 10 Wochen kultiviert und anschließend 6 Tage lang Biegekräften ausgesetzt, wobei Formerhaltung, Zellvitalität und biochemische Eigenschaften analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die künstlichen Knorpelkonstrukte eine vergleichbare Formstabilität wie natives Nasenscheidewandgewebe aufwiesen (nach 24 Stunden: 21,7% vs. 14,4% Formerhaltung) und die mechanische Belastung weder die Zellvitalität noch die biochemischen Eigenschaften beeinträchtigte. Die Studie belegt, dass diese Neokknorpel-Konstrukte ausreichende biomechanische Eigenschaften für den Einsatz als Transplantatmaterial in der Nasenscheidewandchirurgie besitzen.
Cette étude visait à évaluer la résistance à la déformation et les propriétés biomécaniques du cartilage septal nasal natif et d'ingénierie tissulaire sous contraintes de flexion prolongées. Les chercheurs ont cultivé des construits de néocartilage à partir de chondrocytes septaux humains pendant 10 semaines, puis les ont soumis à des charges de flexion durant 6 jours, en comparant leur rétention de forme avec le tissu natif. Les résultats montrent que les construits d'ingénierie tissulaire présentent une rétention de forme comparable au cartilage septal natif (39,0% vs 24,4% immédiatement après relâchement, puis des valeurs similaires après relaxation), sans altération de la viabilité cellulaire ni des propriétés biochimiques. Ces données démontrent que le néocartilage septal possède une fidélité de forme adéquate pour une utilisation clinique en tant que matériau de greffe septale.
This study protocol describes a randomized controlled trial investigating whether aquatic resistance exercise can improve cartilage health in postmenopausal women with mild knee osteoarthritis. The researchers will recruit 80 volunteers and randomly assign them to either a 4-month progressive aquatic resistance exercise program (1 hour, 3 times weekly) or a control group maintaining usual care. The primary outcomes will measure cartilage biochemical composition and thickness using advanced MRI techniques (T2 relaxation time and delayed gadolinium-enhanced imaging), with secondary measures including pain, function, bone health, and quality of life assessed at baseline, 4 months, and 1-year follow-up. This represents the first study to examine how aquatic exercise directly affects human cartilage structure and composition, potentially providing evidence to optimize exercise prescriptions for people with early-stage knee osteoarthritis.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersucht die Auswirkungen eines progressiven aquatischen Widerstandstrainings auf die biochemische Zusammensetzung und Morphologie von Knorpel bei postmenopausalen Frauen mit milder Kniearthrose. Mindestens 80 Probandinnen werden randomisiert einer Interventionsgruppe (1-stündiges aquatisches Training, 3x wöchentlich über 4 Monate) oder einer Kontrollgruppe zugeteilt. Die primären Endpunkte umfassen die biochemische Knorpelzusammensetzung mittels quantitativer MRT-Techniken (T2-Relaxationszeit und verzögertes Gadolinium-verstärktes MRT) sowie die Knorpelmorphologie als regionale Knorpeldicke. Dies ist die erste Studie, die den direkten Einfluss von aquatischem Training auf menschlichen Gelenkknorpel untersucht und soll zur Optimierung der Trainingsverordnung bei milder Kniearthrose beitragen.
Cette étude vise à évaluer l'effet d'un programme d'exercices aquatiques progressifs en résistance sur la composition biochimique et la morphologie du cartilage chez des femmes ménopausées présentant une gonarthrose légère. L'essai contrôlé randomisé inclura 80 participantes réparties entre un groupe intervention (exercices aquatiques 3 fois/semaine pendant 4 mois) et un groupe contrôle maintenant les soins habituels. Les critères d'évaluation principaux comprennent l'analyse de la composition biochimique du cartilage par IRM quantitative (temps de relaxation T2 et techniques de rehaussement retardé au gadolinium) ainsi que l'épaisseur cartilagineuse régionale. Cette recherche pionnière permettra d'optimiser la prescription d'exercices aquatiques pour les patients avec gonarthrose débutante, en évaluant également les effets sur la fonction physique, la douleur, la composition corporelle et la qualité de vie.
This study aimed to develop a novel bioreactor that can simultaneously apply both magnetic and mechanical stimuli to improve cartilage tissue engineering, addressing the limitation of current devices that only provide mechanical stimulation. The researchers designed a high-throughput device with 18 individual stations that uses contactless magnetic actuation and integrated sensors to apply controlled magnetic fields and mechanical loading while measuring real-time parameters like force, thickness, and material properties. Validation testing demonstrated high precision, with thickness measurements within 14 μm of gold standard measurements and force accuracy within 0.04 N over extended periods, while material property measurements matched those from standard testing machines. The new magneto-mechanostimulation bioreactor offers a cost-effective approach to better replicate the complex biophysical environment needed for successful cartilage tissue engineering.
Diese Studie zielte darauf ab, einen neuartigen Hochdurchsatz-Bioreaktor zu entwickeln, der sowohl magnetische als auch mechanische Stimulation für das Knorpel-Tissue-Engineering bereitstellen kann. Der entwickelte Bioreaktor besteht aus 18 individuellen Stationen mit kontaktloser magnetischer Aktuierung und integriertem Hall-Effekt-Sensorsystem, das Echtzeitmessungen von Magnetfeld, Kraft und Konstruktdicke ermöglicht. Die Validierungstests zeigten eine hohe Präzision mit Dickenmessungen innerhalb von 14 μm im Vergleich zu Goldstandard-Messschiebern und Kraftmessungen innerhalb von 0,04 N der gewünschten Kraft über drei Wochen. Die mit dem Bioreaktor gemessenen mechanischen Eigenschaften der Konstrukte unterschieden sich nicht signifikant von denen einer Standard-Materialprüfmaschine, was das Gerät als vielversprechende und kosteneffiziente Lösung für die knorpelspezifische Gewebezüchtung etabliert.
Cette étude visait à développer un bioréacteur innovant capable d'appliquer simultanément des stimulations magnétiques et mécaniques pour l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire. Les chercheurs ont conçu un dispositif haute capacité comprenant 18 stations individuelles utilisant une actuation magnétique sans contact et un système de détection à effet Hall pour mesurer en temps réel les champs appliqués, les forces et l'épaisseur des construits tissulaires. Les tests de validation ont démontré une précision remarquable avec des mesures d'épaisseur à 14 μm près des mesures de référence et des forces appliquées à 0,04 N des valeurs cibles, reproductibles sur 3 semaines. Ce bioréacteur représente une avancée significative en combinant stimulations électrocinétiques et mécaniques, offrant une approche fonctionnelle et économique pour reproduire l'environnement in vivo du cartilage.
This study aimed to evaluate medial meniscus destabilization (MMD) as a surgical technique for creating osteoarthritis models in rabbit knees by inducing chronic abnormal cartilage loading. Researchers compared the biomechanical effects of MMD versus total medial meniscectomy (TMM) using ex vivo compression and stability tests in 8 cadaver knees, then assessed cartilage damage in living rabbits over 8 weeks (5 animals per group). Both MMD and TMM significantly increased peak contact stress in the medial compartment by more than 1.5-fold without affecting overall joint stability, and both techniques produced moderate cartilage degeneration after 8 weeks. The findings demonstrate that MMD is as effective as TMM for modeling osteoarthritis while being technically simpler to perform and avoiding joint instability complications.
Diese Studie zielte darauf ab, die biomechanischen und histologischen Auswirkungen der medialen Meniskus-Destabilisierung (MMD) als Osteoarthritis-Modell im Kaninchenknie zu charakterisieren. Die Forscher führten ex vivo biomechanische Tests an acht Kadaver-Kniegelenken durch und untersuchten die histologischen Veränderungen in einem 8-wöchigen in vivo Versuch mit jeweils fünf Tieren pro Gruppe (MMD vs. totale mediale Meniskektomie). Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl MMD als auch die totale Meniskektomie zu einer mehr als 1,5-fachen Erhöhung der lokalen Kontaktspannung im medialen Kompartiment führten und moderate Knorpeldegeneration verursachten, wobei die Gelenkstabilität weitgehend erhalten blieb. Die MMD-Technik erwies sich als ebenso effektiv wie die totale Meniskektomie zur Modellierung chronischer abnormaler Knorpelbelastung, bietet jedoch den Vorteil einer weniger invas
Cette étude visait à caractériser les effets biomécaniques et histologiques de la déstabilisation du ménisque médial (MMD) comme modèle d'arthrose du genou chez le lapin. Les chercheurs ont mesuré ex vivo la distribution des contraintes de contact dans le compartiment médial de huit genoux de lapins cadavériques, puis évalué in vivo les conséquences histologiques à court terme (8 semaines) chez dix lapins ayant subi soit une MMD soit une méniscectomie médiale totale (TMM). Les résultats montrent que la MMD, comme la TMM, provoque une augmentation significative (>1,5 fois) du pic de contrainte locale dans le compartiment médial et induit une dégénération cartilagineuse modérée, tout en préservant la stabilité globale de l'articulation. La technique MMD s'avère donc aussi efficace que la TMM pour modéliser une surcharge cartilagineuse pathologique chronique, avec l'avantage d'une approche chirurgicale moins invasive et de moindres effets confondants liés à l'instabilité articulaire.
This study aimed to characterize the mechanical properties of bovine nasal septum (BNS) cartilage under static and dynamic loading conditions using a novel rolling/plowing explant test system (RPETS) designed to better replicate complex in vivo joint loading patterns. The researchers determined biphasic material properties through mechanical testing and compared experimental results with analytical models and finite element computations during dynamic plowing tests. The key findings showed that BNS cartilage behaves as a biphasic material with specific mechanical parameters (Young's modulus of 2.03 MPa, aggregate modulus of 2.35 MPa, Poisson's ratio of 0.24, and hydraulic permeability of 3.0 × 10⁻¹⁵ m⁴/Ns), and exhibits viscoelastic responses to dynamic forces with tissue reactions proportional to applied loading forces. The experimental results aligned well with theoretical predictions, validating BNS cartilage as a suitable tissue model for cartilage biomechanics research.
Diese Studie untersuchte das mechanische Verhalten von bovinem Nasenseptumknorpel unter statischer und dynamischer Belastung, um ein geeignetes Modellgewebe für komplexere biomechanische Experimente zu charakterisieren. Die Forscher bestimmten die biphasischen Materialeigenschaften mittels statischer Tests und führten dynamische "Plowing"-Experimente durch, deren Ergebnisse mit analytischen Modellen und Finite-Elemente-Berechnungen verglichen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass sich boviner Nasenseptumknorpel als biphasisches Material mit spezifischen mechanischen Kennwerten (E-Modul: 2,03 MPa, Aggregatmodul: 2,35 MPa) modellieren lässt und unter dynamischer Belastung ein viskoelastisches Verhalten aufweist. Die experimentellen Daten stimmten gut mit den theoretischen Vorhersagen überein, was die Eignung dieses Gewebes als Modellsystem für die Knorpelbiomechanik-Forschung bestätigt.
Cette étude visait à caractériser le comportement mécanique du cartilage de septum nasal bovin sous charges statiques et dynamiques, en utilisant un système expérimental de roulement/labourage (RPETS) pour mieux reproduire les conditions de chargement in vivo complexes. Les propriétés mécaniques biphasiques ont été déterminées par des tests de compression statique, tandis que la réponse dynamique a été évaluée par chargement en mode labourage et comparée à des modèles analytiques et par éléments finis. Les résultats montrent que le cartilage de septum nasal bovin présente un comportement biphasique avec un module de Young de 2,03 ± 0,7 MPa et une perméabilité hydraulique de 3,0 ± 1,3 × 10⁻¹⁵ m⁴(Ns)⁻¹. Cette étude confirme que ce tissu cartilagineux présente une réponse viscoélastique aux forces dynamiques, avec des réactions macroscopiques proportionnelles aux charges appliquées.
This study compared two different hydrogel systems for cartilage tissue engineering to determine how polymerization chemistry affects cartilage development. Researchers encapsulated bovine chondrocytes in either acrylate-based hydrogels (formed by chain-growth polymerization) or thiol-norbornene hydrogels (formed by step-growth polymerization) and cultured them with or without mechanical loading. The acrylate system caused immediate cellular stress (high ROS levels) and ultimately produced lower-quality hypertrophic cartilage with undesirable collagen types, while the thiol-norbornene system generated healthier hyaline-like cartilage resembling native tissue, particularly under mechanical loading. These findings demonstrate that the choice of hydrogel chemistry significantly impacts the quality of engineered cartilage tissue.
Diese Studie untersuchte den Einfluss verschiedener Hydrogel-Polymerisationsmechanismen auf die Knorpelentwicklung, indem zwei PEG-basierte Systeme verglichen wurden: Acrylat-Hydrogele (Kettenpolymerisation) und Thiol-Norbornen-Hydrogele (Stufenpolymerisation). Bovine Chondrozyten wurden in beide Hydrogel-Typen eingebettet und unter freier Quellung oder dynamischer Kompressionsbelastung kultiviert. Die Ergebnisse zeigten, dass Acrylat-Hydrogele zwar mehr Glykosaminoglykane und Kollagen produzierten, jedoch eine hypertrophe Knorpelqualität mit erhöhtem oxidativem Stress und Kollagenabbau aufwiesen. Im Gegensatz dazu führten Thiol-Norbornen-Hydrogele, insbesondere unter mechanischer Belastung, zur Bildung von hyalinem Knorpel mit optimaler Zusammensetzung aus Aggrecan und Kollagen II bei minimaler pathologischer Kollagenexpression.
Cette étude compare deux systèmes d'hydrogels à base de poly(éthylène glycol) - acrylate (polymérisation en chaîne) et thiol-norbornène (polymérisation par étapes) - pour évaluer leur impact sur le développement de cartilage artificiel. Des chondrocytes bovins ont été encapsulés dans ces hydrogels et cultivés sous conditions de gonflement libre ou de charge compressive dynamique. Les résultats montrent que le système acrylate induit immédiatement un stress oxydatif cellulaire élevé et produit à long terme un cartilage de type hypertrophique avec expression de collagènes de type I et X. En revanche, le système thiol-norbornène génère un cartilage de type hyalin de meilleure qualité, particulièrement sous contrainte mécanique, avec expression préférentielle d'agrécane et de collagène de type II.
This study investigated whether serum biomarkers could detect early cartilage damage following knee injury in exercised rats. Researchers performed either ACL transection or sham surgery on 24 rats, followed by standardized treadmill exercise for 6-12 weeks, then measured cartilage degeneration through multiple grading systems and analyzed serum levels of two biomarkers (CTXII and CS846). At 6 weeks, ACL-transected animals showed significantly worse cartilage damage on all assessment scales, and serum CTXII levels strongly correlated with cartilage degeneration scores (correlation coefficients 0.73-0.81). The findings suggest CTXII could serve as an early biomarker for cartilage degeneration after joint injury, though the study also revealed that exercise after even minor surgical trauma may negatively impact cartilage health.
Diese Studie untersuchte, ob die Serum-Biomarker CS846 und CTXII mit strukturellen Knorpelveränderungen nach Gelenkverletzung und standardisiertem Training korrelieren. An 24 Sprague-Dawley-Ratten wurde entweder eine Arthrotomie (Schein-OP) oder eine Kreuzbandtranssektion (ACLT) durchgeführt, gefolgt von 6- oder 12-wöchigem Laufbandtraining und anschließender histologischer Knorpelanalyse sowie Serum-Biomarker-Bestimmung. Nach 6 Wochen zeigten ACLT-Tiere signifikant höhere Knorpeldegenerationsgrade, und CTXII korrelierte stark mit den histologischen Degenerationsscores (r=0,81). Die Ergebnisse demonstrieren das Potenzial von CTXII als Biomarker für die Früherkennung von Knorpeldegeneration nach Gelenkverletzungen.
Cette étude examine la corrélation entre les biomarqueurs sériques (CS846 et CTXII) et la dégénérescence du cartilage articulaire après lésion du ligament croisé antérieur chez des rats soumis à un exercice standardisé. Vingt-quatre rats ont subi soit une arthrotomie seule (témoin) soit une section du ligament croisé antérieur (ACLT), suivie d'un protocole d'exercice sur tapis roulant pendant 6 ou 12 semaines, avec évaluation histologique du cartilage et dosage des biomarqueurs par ELISA. Les résultats montrent une forte corrélation entre les taux sériques de CTXII et les scores de dégénération histologique (coefficient = 0,81, p < 0,01) à 6 semaines, avec une dégénérescence cartilagineuse plus importante dans le groupe ACLT. Cette corrélation démontre le potentiel du CTXII sérique comme biomarqueur précoce de la dégénérescence cartilagineuse post-traumatique, bien que l'exercice précoce semble avoir des effets délétères même chez les
This study investigated how uphill walking affects blood markers of cartilage health in healthy adults to help determine optimal joint loading during physical activity. Researchers compared 58 participants who walked 14 km uphill (5.97° incline) with 24 controls who walked the same distance on flat ground, measuring three cartilage biomarkers (COMP, WF6, and HA) in blood samples before exercise, immediately after, and 24 hours later. The uphill group showed significantly higher COMP levels and lower HA levels immediately after exercise compared to the flat-walking group, while WF6 levels remained unchanged between groups. The authors concluded that elevated COMP levels indicate increased cartilage stress from uphill walking, but these changes appear to be reversible physiological responses rather than harmful structural damage to the cartilage.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von Bergaufgehen auf Knorpel-Biomarker im Serum gesunder Erwachsener, um optimale Gelenkbelastungen zu identifizieren. 58 Teilnehmer absolvierten einen 14 km langen Bergaufmarsch (5,97° Steigung), während 24 Kontrollpersonen auf ebenem Gelände gingen; Serumproben wurden vor, direkt nach und 24 Stunden nach der Aktivität zur Analyse von COMP, WF6 und Hyaluronsäure entnommen. Die Bergaufgruppe zeigte unmittelbar nach der Belastung signifikant erhöhte COMP-Werte (Knorpelabbaumarker) und erniedrigte Hyaluronsäure-Spiegel im Vergleich zur Kontrollgruppe, während WF6 unverändert blieb. Die Autoren interpretieren die erhöhten COMP-Werte als reversible physiologische Anpassung des Gelenkknorpels auf die gesteigerte mechanische Belastung beim Bergaufgehen.
Cette étude visait à évaluer l'impact de la marche en montée sur les biomarqueurs cartilagineux sériques chez des adultes sains pour identifier les charges articulaires optimales. Les chercheurs ont comparé 58 participants marchant 14 km sur une pente de 5,97° à 24 témoins marchant sur terrain plat, en mesurant les taux sériques de COMP, chondroïtine sulfate-WF6 et acide hyaluronique avant l'activité, immédiatement après et 24h plus tard. Les résultats montrent une augmentation significative du COMP sérique et une diminution de l'acide hyaluronique immédiatement après la marche en montée par rapport au groupe témoin, suggérant une susceptibilité accrue du cartilage articulaire à la charge mécanique. Ces changements sont considérés comme des adaptations physiologiques réversibles du cartilage à l'effort intensif.
This study investigated whether muscle fat content or muscle size is more strongly associated with knee osteoarthritis by comparing thigh muscle characteristics between 30 people with radiographic knee osteoarthritis and 66 controls using advanced MRI techniques. The researchers used chemical shift-based water/fat MRI to measure intramuscular fat fractions and muscle area, alongside assessments of muscle strength, function, and knee joint damage.
The key finding was that people with knee osteoarthritis had significantly higher quadriceps intramuscular fat content compared to controls, while quadriceps muscle size showed no difference between groups. Importantly, quadriceps fat fraction—but not muscle area—was associated with self-reported disability, cartilage damage, meniscus lesions, and disease severity, suggesting that muscle quality deteriorates more than muscle quantity in knee osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, ob der intramuskuläre Fettanteil (IntramF) der Oberschenkelmuskulatur stärker mit Knie-Arthrose assoziiert ist als die reine Muskelgröße. Die Forscher verglichen 96 Personen (30 mit radiographischer Knie-Arthrose, 66 Kontrollen) mittels 3-Tesla-MRT der Oberschenkelmuskulatur und des Knies sowie funktionellen Tests zur Muskelkraft und Gehfähigkeit. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Patienten mit Knie-Arthrose einen signifikant höheren intramuskulären Fettanteil im Quadrizeps aufwiesen, während sich die Muskelgröße nicht unterschied – zudem korrelierte nur der Fettanteil mit selbstberichteten Beschwerden und strukturellen Knieschäden. Der Quadrizeps-Fettanteil könnte daher als aussagekräftiger Biomarker für den Schweregrad der Knie-Arthrose dienen.
Cette étude visait à comparer la fraction de graisse intramusculaire (intraGIM) et la surface des muscles de la cuisse entre des sujets avec et sans arthrose radiographique du genou, et à évaluer les relations entre l'adiposité quadricipitale et la force, la fonction et les lésions articulaires. Quatre-vingt-seize participants ont bénéficié d'une IRM 3T des muscles de la cuisse utilisant une séquence de déplacement chimique eau/graisse et d'évaluations fonctionnelles (force isométrique/isocinétique, scores KOOS, tests de marche). Les résultats montrent que les patients arthrosiques présentent une fraction de graisse intramusculaire quadricipitale significativement plus élevée (mais pas de différence de surface musculaire) comparés aux témoins, cette adiposité étant corrélée à la sévérité symptomatique et structurale de l'arthrose. La fraction de graisse intramusculaire quadricipitale, contrairement à la taille du muscle, pourrait ainsi servir de marqueur de la sévérité du processus arthrosique du genou.
This study aimed to investigate the flow behavior and rheological properties of hyaluronic acid (HA) solutions that mimic synovial fluid in knee joints under conditions similar to cartilage compression during movement. The researchers used a specialized microfluidic device called an optimized shape cross-slot extensional rheometer (OSCER) that creates flow patterns resembling those between compressing cartilage layers, combined with birefringence microscopy and particle image velocimetry to measure fluid behavior. The key finding was that HA solutions exhibit strong extensional-thickening behavior with high Trouton ratios (~50), meaning the fluid becomes much more viscous when stretched rather than when flowing in simple shear. This extensional-thickening property provides a clear mechanism for how synovial fluid dampens loads in joints, and the OSCER device shows promise for screening synovial fluid samples to better understand arthritis progression and develop improved treatments.
Diese Studie untersuchte die rheologischen Eigenschaften von Hyaluronsäure-Lösungen, die der Gelenkflüssigkeit im Knie ähneln, mittels eines optimierten mikrofluidischen Kreuzschlitz-Geräts (OSCER). Das OSCER-System erzeugt planare Dehnungsströmungen, die den Fließbedingungen zwischen komprimierenden Knorpelschichten bei Lauf- oder Sprungbewegungen entsprechen, und ermöglicht die Messung lokaler Dehnungsviskosität durch Doppelbrechungsmikroskopie und Mikro-Particle-Image-Velocimetry. Die Ergebnisse zeigten, dass diese Flüssigkeiten stark dehnungsverdickend sind (Trouton-Verhältnis ~50), was einen klaren Mechanismus für die stoßdämpfenden Eigenschaften der Gelenkflüssigkeit darstellt. Die Studie demonstriert das Potenzial des OSCER-Systems für die Analyse physiologischer Gelenkflüssigkeitsproben, was zu einem besseren Verständnis und verbesserten
Cette étude vise à caractériser les propriétés rhéologiques extensionnelles des solutions d'acide hyaluronique représentatives du liquide synovial du genou en utilisant un dispositif microfluidique optimisé (OSCER). Les chercheurs ont employé la microscopie de biréfringence et la vélocimétrie par image de particules pour analyser l'écoulement extensionnel plan qui reproduit les conditions mécaniques entre les cartilages articulaires lors de mouvements comme la course ou le saut. Les résultats révèlent un comportement fortement épaississant à l'extension avec un ratio de Trouton élevé (TR ∼ 50), expliquant les propriétés d'amortissement du liquide synovial. Cette approche microfluidique pourrait permettre le criblage d'échantillons de liquide synovial pathologique pour améliorer la compréhension et les thérapies de l'arthrite.
This study evaluated the long-term effectiveness of matrix-induced autologous chondrocyte implantation (MACI) for treating cartilage defects in the patellofemoral joint (kneecap area) by examining MRI images and clinical outcomes at 5 years post-surgery in 23 patients with an average age of 42. The researchers used the MOCART scoring system to assess graft quality on MRI scans and measured clinical improvement through standardized knee function tests and quality of life questionnaires. The results showed that MACI grafts remained structurally intact at 5 years (82% of patients had graft height >50% of normal cartilage), with improved MOCART scores from 3 months to 5 years, and patients experienced significant clinical improvements in knee function and quality of life, with 91% willing to undergo the procedure again. The study demonstrates that MACI provides durable cartilage repair in the patellofemoral joint with sustained clinical benefits, though the correlation between MRI appearance and clinical outcomes was low.
Diese Studie untersuchte die langfristige Wirksamkeit der Matrix-induzierten autologen Chondrozyten-Implantation (MACI) zur Behandlung von Knorpeldefekten im Patellofemoralgelenk bei 23 Patienten über einen 5-Jahres-Zeitraum. Die Forscher verwendeten MRT-Bildgebung mit dem MOCART-Bewertungssystem zur Beurteilung des Transplantatstatus sowie verschiedene klinische Scores zur Erfassung der funktionellen Ergebnisse. Die Ergebnisse zeigten eine Verbesserung des MOCART-Scores von 2,87 nach 3 Monaten auf 3,39 nach 5 Jahren, wobei 82% der Patienten eine Transplantathöhe von >50% des angrenzenden nativen Knorpels aufwiesen und signifikante klinische Verbesserungen erreichten. Die Studie belegt, dass MACI eine dauerhafte Behandlungsoption für patellofemorale Knorpeldefekte darstellt, wobei 91% der Patienten den Eingr
Cette étude évalue la durabilité à 5 ans de l'implantation de chondrocytes autologues induite par matrice (MACI) pour traiter les défauts cartilagineux de l'articulation fémoro-patellaire chez 23 patients d'âge moyen 42 ans. Les chercheurs ont utilisé l'IRM avec le système de score MOCART pour évaluer l'état du greffon et des questionnaires cliniques standardisés pour mesurer les résultats fonctionnels. Les résultats montrent une amélioration du score MOCART composite de 2,87 à 3 mois à 3,39 à 5 ans, avec une hauteur de greffon >50% du cartilage adjacent chez 82% des patients, accompagnée d'une amélioration clinique significative et d'un taux de satisfaction de 91%. L'étude conclut que la MACI fémoro-patellaire offre un greffon durable à 5 ans avec des bénéfices cliniques, indépendamment de la nécessité d'une chirurgie de réalignement concomitante.
This systematic review examined muscle performance, knee biomechanics, and functional outcomes following knee cartilage repair surgeries to inform rehabilitation approaches. The authors searched multiple databases through 2013 and analyzed 16 studies that assessed outcomes after procedures like microfracture and autologous chondrocyte implantation (ACI). The key findings revealed persistent deficits lasting 5-7 years post-surgery, including quadriceps strength losses greater than 20% in about one-quarter to one-third of patients at 1-2 years, altered knee movement patterns during walking, and reduced performance on high-level functional tests. The study concludes that current rehabilitation approaches may be inadequate given these long-lasting impairments, highlighting the need for improved post-surgical treatment strategies.
Diese systematische Literaturübersicht untersuchte Muskelfunktion, Kniegelenkbiomechanik und funktionelle Ergebnisse nach chirurgischen Knorpelreparaturverfahren am Knie, um Empfehlungen für die postoperative Rehabilitation abzuleiten. Die Autoren durchsuchten vier medizinische Datenbanken und analysierten 16 relevante Studien zu Mikrofrakturierung und autologer Chondrozyten-Implantation (ACI). Die Ergebnisse zeigten persistierende Quadrizeps-Schwächen von über 20% bei einem Drittel bis einem Viertel der Patienten nach 1-2 Jahren, anhaltende Gangabweichungen bis zu 12 Monaten sowie funktionelle Defizite bei anspruchsvollen Aktivitäten für bis zu 5-7 Jahre nach dem Eingriff. Die Studie unterstreicht die Notwendigkeit gezielter Rehabilitationsstrategien zur Behebung dieser langanhaltenden funktionellen Einschränkungen.
Cette revue systématique avait pour objectif d'évaluer la performance musculaire, la biomécanique articulaire et les résultats fonctionnels après chirurgie de réparation du cartilage articulaire du genou afin d'orienter la rééducation postopératoire. Les auteurs ont analysé 16 études portant sur ces paramètres suite à des procédures comme la microfracture et l'implantation de chondrocytes autologues (ACI). Les résultats révèlent des déficits persistants et significatifs : faiblesse du quadriceps (>20% chez 33% et 26% des patients à 1 et 2 ans respectivement), altérations de la marche et déficits fonctionnels pouvant perdurer 5 à 7 ans après l'intervention. Ces données soulignent la nécessité de développer des interventions de rééducation plus efficaces pour pallier ces déficits à long terme.
This study investigated how mechanical forces regulate cartilage development through the mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling pathway. The researchers used chicken embryos with eliminated muscle contraction to study mechanical stress effects in vivo, and applied cyclic loading (1 Hz, 5% deformation) to embryonic chondrocytes in 3D collagen scaffolds to examine mechanotransduction mechanisms. They found that mechanical loading activates mTOR signaling, which is essential for chondrocyte proliferation, cartilage growth, and expression of key developmental genes like Indian hedgehog (IHH). The study also identified that SHP2 protein acts as a negative regulator of this mechanical activation, suggesting mTOR serves as a critical mechanotransduction component that translates physical forces into cellular responses during cartilage development.
Diese Studie untersuchte die Rolle des mTOR-Signalwegs (mammalian target of rapamycin) bei der mechanisch induzierten Knorpelentwicklung. Die Forscher eliminierten Muskelkontraktionen in Hühnerembryonen und führten zyklische Belastungsexperimente (1 Hz, 5% Matrixdeformation) an embryonalen Knorpelzellen in 3D-Kollagengerüsten durch. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung den mTOR-Signalweg aktiviert, was essentiell für Chondrozytenproliferation, Knorpelwachstum und die Expression chondrogener Gene wie Indian Hedgehog ist. Zusätzlich wurde SHP2 als negativer Regulator der mechanischen mTOR-Aktivierung identifiziert, wodurch mTOR als zentraler Mechanotransduktions-Mediator in der Knorpelentwicklung etabliert wird.
Cette étude vise à identifier les composants cytoplasmiques impliqués dans la mécanotransduction lors du développement cartilagineux. Les chercheurs ont utilisé un modèle d'embryon de poulet avec suppression des contractions musculaires, ainsi qu'une culture cellulaire 3D de chondrocytes soumis à une charge cyclique (1 Hz, 5% de déformation matricielle). Les résultats montrent que l'activation mécanique de la voie mTOR est indispensable à la prolifération des chondrocytes, à l'expression des gènes chondrogéniques (notamment IHH) et à la croissance du cartilage. L'étude révèle également que la protéine SHP2 agit comme un antagoniste de cette mécanotransduction en inhibant l'activité de mTOR.
This study investigated whether mechanical stimulation improves the integration of tissue-engineered cartilage implants with surrounding healthy cartilage tissue. The researchers used bovine cartilage in an in vitro model, comparing constructs cultured under static conditions versus mechanical stimulation (90 rpm in spinner bioreactors) for 2-4 weeks, then analyzed integration using histological, biochemical, biomechanical, and gene expression methods. The results showed that mechanical stimulation significantly enhanced both the extent and strength of integration between implant and host tissue, with increased collagen content in the integration zone and altered gene expression patterns including elevated levels of key cartilage matrix components. These findings suggest that early mechanical loading through continuous passive motion or structured rehabilitation programs could improve the success of cartilage repair therapies in clinical applications.
Diese Studie untersuchte, ob mechanische Stimulation die Integration von Tissue-Engineering-Knorpel in Wirtsgewebe verbessert. Die Forscher verwendeten ein In-vitro-Modell mit bovinem Gelenkknorpel, bei dem Knorpelkonstrukte in Spinner-Bioreaktoren entweder statisch oder bei 90 U/min mechanisch stimuliert wurden, gefolgt von histologischen, biochemischen und biomechanischen Analysen nach 2 und 4 Wochen. Die mechanische Stimulation führte zu signifikant verbesserter Integration zwischen Implantat und Wirtsgewebe, erhöhtem Kollagengehalt in der Integrationszone nach 2 Wochen und verstärkter Expression wichtiger Matrix-Gene wie MT1-MMP, Aggrecan und Kollagen Typ II. Die Ergebnisse legen nahe, dass eine frühe mechanische Belastung durch kontinuierliche passive Bewegung oder strukturierte Rehabilitationsprogramme die klinische Integration von Knorpel-Implantaten verbessern könnte.
Cette étude visait à caractériser les effets de la stimulation mécanique sur l'intégration d'implants de cartilage ingéniéré avec le cartilage hôte dans un modèle in vitro. Les chercheurs ont utilisé des bioréacteurs rotatifs (90 rpm vs statique) pour cultiver des construits cartilagineux bovins pendant 2 à 4 semaines, puis ont évalué l'intégration par analyses histologiques, biochimiques et biomécaniques. Les résultats montrent que la stimulation mécanique améliore significativement l'étendue et la résistance de l'intégration, avec une augmentation du contenu en collagène dans la zone d'interface à 2 semaines et une surexpression de gènes clés (MT1-MMP, aggrécan, collagène type II). Ces findings suggèrent que l'implémentation précoce de charges mécaniques, via mobilisation passive continue ou programmes de rééducation structurés, pourrait optimiser l'intégration des implants cartilagineux en clinique.
This study investigated how mechanical forces affect the expression of angiogenic factors in cartilage cells, specifically examining whether mechanical loading contributes to osteoarthritis progression through blood vessel formation. The researchers applied cyclic stretching forces (1-16% strain) to human chondrocytes for 12 hours and measured changes in VEGF (a pro-angiogenic factor) and its regulatory receptor using promoter reporter assays and ELISA. They found that mechanical stretching increased VEGF expression in a dose- and frequency-dependent manner by 75% above control levels, while simultaneously suppressing the production of sVEGFR-1, a natural inhibitor that normally prevents excessive blood vessel formation. These findings suggest that abnormal mechanical loading in joints creates a molecular environment that promotes harmful blood vessel growth in cartilage by both increasing pro-angiogenic signals and reducing natural protective mechanisms.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung die Expression von angiogenen Faktoren in menschlichen Chondrozyten beeinflusst und damit zur Arthrose-Progression beitragen könnte. Die Forscher setzten Chondrozyten zyklischen biaxialen Dehnungen von 1-16% über 12 Stunden aus und analysierten die VEGF- und sVEGFR-1/sFlt-1-Expression mittels Promoter-Reporter-Assays und ELISA-Verfahren. Die Ergebnisse zeigten eine dosis- und frequenzabhängige Steigerung der VEGF-Expression durch mechanische Dehnung (bis zu 175% der Kontrolle), während gleichzeitig die Sekretion des VEGF-Antagonisten sVEGFR-1 supprimiert wurde. Diese gestörte VEGF-Signalkaskade könnte einen molekularen Mechanismus darstellen, durch den mechanischer Stress die pathologische Angiogenese im Gelenkknorpel fördert und zur Arthrose-Entwicklung beiträgt.
Cette étude examine comment les forces mécaniques influencent l'expression du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF) et de son récepteur dans les chondrocytes humains, dans le contexte de la pathogenèse de l'arthrose. Les chercheurs ont appliqué des contraintes cycliques équibiaxiales (1% à 16%) pendant 12 heures sur des chondrocytes humains primaires et une lignée cellulaire (C-28/I2), puis analysé l'expression de VEGF et de son récepteur soluble sVEGFR-1/sFlt-1 par des essais promoteur-rapporteur et ELISA. Les résultats montrent que les contraintes mécaniques augmentent l'expression de VEGF de manière dose- et fréquence-dépendante (jusqu'à 175% des contrôles avec 8% d'étirement), tout en supprimant paradoxalement la sécrétion du récepteur sVEGFR-1/sFlt-1 qui agit normalement comme régulateur négatif. Ces données suggèrent un mécanisme moléculaire par lequel le stress mécanique pourrait favoriser l'an
This study examined whether physical activity levels are associated with early knee joint changes in people without established osteoarthritis. Researchers analyzed 274 participants from the Osteoarthritis Initiative who had minimal or no radiographic knee osteoarthritis and little to no knee pain, measuring their physical activity over 7 days using accelerometers and assessing knee structure using 3T MRI scans with advanced imaging techniques (WORMS scoring and T2 mapping). The study found that participants with higher levels of moderate-to-vigorous physical activity had more severe meniscal damage and bone marrow edema lesions, though no significant associations were found with cartilage damage or cartilage T2 values. These findings suggest that higher physical activity levels may be linked to certain types of early knee joint changes even in people without symptomatic osteoarthritis, particularly affecting the meniscus and bone marrow rather than cartilage.
Diese Querschnittsstudie untersuchte den Zusammenhang zwischen objektiv gemessener körperlicher Aktivität und strukturellen Knieveränderungen bei 274 Personen ohne radiographische Arthrose und mit höchstens milden Kniebeschwerden. Die Studienteilnehmer trugen 7 Tage lang Accelerometer zur Messung der körperlichen Aktivität und erhielten eine 3T-MRT-Untersuchung des Knies zur Bewertung struktureller Abnormalitäten (WORMS-Score) und Knorpel-T2-Relaxationszeiten. Die Ergebnisse zeigten, dass höhere Levels moderater bis intensiver körperlicher Aktivität mit vermehrten und schwereren Meniskusläsionen sowie verstärkten Knochenmarködemen assoziiert waren, während keine signifikanten Zusammenhänge mit Knorpelläsionen oder T2-Werten gefunden wurden. Diese Befunde deuten darauf hin, dass bereits bei asymptomatischen Knien höhere körperliche Aktivität mit frühen strukturellen Veränderungen an Meniskus und subchondralem K
Cette étude transversale examine l'association entre l'activité physique mesurée par accéléromètre, les anomalies structurelles du genou et les valeurs T2 du cartilage en IRM 3T chez 274 sujets sans arthrose radiographique établie issus de la cohorte Osteoarthritis Initiative. Les participants ont été catégorisés en quartiles selon leurs minutes quotidiennes d'activité physique modérée à vigoureuse, et leurs genoux ont été évalués par IRM avec le score WORMS modifié et la mesure des temps de relaxation T2 du cartilage. Les résultats montrent qu'une activité physique plus élevée est significativement associée à une augmentation de la sévérité et du nombre de lésions méniscales médiales ainsi qu'à la sévérité des lésions d'œdème médullaire, sans association significative avec les lésions cartilagineuses ou les valeurs T2. Cette étude suggère que même chez des sujets asymptomatiques ou peu symptomatiques, des niveaux d'activité physique élevés peuvent être associés à certaines anomalies structurelles précoces du genou
This 25-year longitudinal study investigated whether childhood physical fitness measures predict adult knee cartilage and bone health. Researchers followed 330 participants from the 1985 Australian Schools Health and Fitness Survey, measuring childhood fitness (cardiovascular capacity, leg strength, sit-ups, and running performance) and adult knee structure using MRI at ages 31-41 years. The study found that all childhood fitness measures were positively associated with adult tibial bone area, while cardiovascular fitness (PWC170) and sit-ups specifically predicted greater medial tibial cartilage volume 25 years later. These findings suggest that childhood physical performance may have lasting protective effects on adult knee joint health, with the cartilage benefits appearing partially independent of bone size.
Diese 25-Jahres-Kohortenstudie untersuchte den Zusammenhang zwischen körperlicher Leistungsfähigkeit im Kindesalter und Knieknorpelvolumen sowie Knochenfläche im Erwachsenenalter. Bei 330 Teilnehmern (31-41 Jahre) wurden mittels MRT die tibialen Strukturen gemessen und mit verschiedenen Fitness-Parametern aus dem Kindesalter verglichen, darunter körperliche Arbeitskapazität (PWC170), Beinkraft und Ausdauerleistung. Die Ergebnisse zeigten konsistente positive Assoziationen zwischen allen kindlichen Leistungsparametern und der adulten tibialen Knochenfläche, wobei insbesondere PWC170 auch mit dem medialen Knorpelvolumen korrelierte. Die Studie belegt, dass körperliche Aktivität im Kindesalter langfristig die Kniegelenkstrukturen positiv beeinflusst, wobei der Effekt auf das Knorpelvolumen teilweise über die Knochenfläche vermittelt wird.
Cette étude de cohorte de 25 ans visait à examiner les associations entre les performances physiques de l'enfance et le volume cartilagineux tibial et la surface osseuse tibiale à l'âge adulte. Les chercheurs ont suivi 330 participants de l'Australian Schools Health and Fitness Survey de 1985, en mesurant leurs performances physiques initiales (capacité de travail physique à 170 bpm, force des jambes, abdominaux, courses) puis en évaluant leurs structures du genou par IRM 25 ans plus tard. Les résultats montrent des associations positives constantes entre toutes les mesures de performance de l'enfance et la surface osseuse tibiale adulte, avec des associations particulièrement fortes entre la capacité de travail physique (PWC170) et le volume cartilagineux tibial médial. Ces associations suggèrent que les performances physiques dans l'enfance peuvent influencer de manière indépendante les structures du genou à l'âge adulte, partiellement par l'intermédiaire de la surface osseuse.
This prospective study evaluated the effectiveness of matrix-induced autologous chondrocyte implantation (MACI) specifically for treating cartilage defects in the patellofemoral joint (kneecap area). The researchers followed 47 patients for 24 months, using clinical assessments (pain scores, function tests, knee strength and range of motion) and MRI scans to evaluate graft tissue growth at 3, 12, and 24 months after surgery. All patient groups showed significant clinical improvements regardless of whether the defect was on the patella or trochlea, or whether additional realignment surgery was needed. At 24 months, 85% of patients were satisfied with their results, and MRI showed complete or near-complete cartilage regrowth in nearly half the patients, with only 4.3% experiencing graft failure.
**Zusammenfassung:**
Diese prospektive Fallserie untersuchte die Wirksamkeit der Matrix-induzierten autologen Chondrozyten-Implantation (MACI) zur Behandlung von Knorpeldefekten im patellofemoralen Gelenk bei 47 konsekutiven Patienten. Die Studienteilnehmer wurden über 24 Monate mittels klinischer Scores (KOOS, SF-36, VAS) sowie MRT-Bildgebung zur Beurteilung der Transplantat-Einheilung vor und nach der Operation evaluiert. Alle Patientengruppen zeigten sowohl klinisch als auch statistisch signifikante Verbesserungen in den funktionellen Scores, wobei 40,4% der Patienten nach 24 Monaten eine vollständige Transplantat-Einheilung aufwiesen und 85% mit dem Operationsergebnis zufrieden waren. Die Ergebnisse belegen, dass MACI eine effektive Behandlungsoption für Knorpeldefekte der Patella und Trochlea darstellt, sowohl als alleiniger Eingriff als auch
Cette étude prospective a évalué l'efficacité de l'implantation de chondrocytes autologues induite par matrice (MACI) spécifiquement dans l'articulation patellofémorale, une application encore peu documentée. Les chercheurs ont suivi 47 patients consécutifs pendant 24 mois en utilisant des scores cliniques standardisés et l'imagerie par résonance magnétique pour évaluer la régénération du greffon cartilagineux. Les résultats montrent des améliorations cliniques et radiologiques statistiquement significatives, avec 40,4% des patients présentant une régénération cartilagineuse complète à 24 mois et 85% de satisfaction globale. Cette étude démontre que la technique MACI est efficace pour traiter les défauts cartilagineux patellaires et trochléaires, avec ou sans réalignement concomitant du mécanisme extenseur.
This pilot study aimed to track serum cartilage oligomeric matrix protein (sCOMP) levels in collegiate soccer players throughout a competitive season to understand how exercise intensity affects cartilage metabolism. The researchers collected weekly blood samples from 6 female soccer athletes over 11 weeks (pre-season, 8-week season, and 2 weeks post-season) while recording their training minutes, then measured sCOMP using standard laboratory assays. Results showed significant changes in sCOMP levels over time, with higher levels generally corresponding to periods of increased soccer activity, though no statistically significant differences were found between baseline and season/post-season measurements. The findings suggest that intense physical activity may increase cartilage turnover (reflected by elevated sCOMP), but levels returned near baseline after the season, indicating the clinical significance of these changes remains unclear.
Diese Pilotstudie untersuchte die wöchentlichen Veränderungen der Serum-Cartilage-Oligomeric-Matrix-Protein (sCOMP) Spiegel bei Collegesoccerspielerinnen während einer kompletten Frühjahrssaison und zwei Wochen danach. Die Forscher sammelten über 10 Wochen hinweg wöchentlich Blutproben von 6 Athletinnen und dokumentierten deren Trainingsminuten, wobei sCOMP-Konzentrationen mittels ELISA bestimmt wurden. Die Ergebnisse zeigten einen signifikanten Zeiteffekt (p = 0,003), wobei qualitativ höhere sCOMP-Werte bei intensiverer sportlicher Aktivität auftraten, auch wenn keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen Baseline- und Saisonwerten nachgewiesen werden konnten. Die Autoren interpretieren die Befunde als mögliche Indikatoren für erhöhten Knorpelumsatz während intensiver körperlicher Belastung, wobei die klinische Bedeutung aufgrund der Rückkehr zu Baseline-Werten
Cette étude pilote visait à mesurer les niveaux sériques de protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse (SCOMP) chez des footballeuses universitaires durant une saison complète pour évaluer l'impact de l'activité physique sur le métabolisme cartilagineux. Six athlètes ont été suivies sur 11 semaines avec prélèvements sériques hebdomadaires (pré-saison, 8 semaines de saison, 2 semaines post-saison) et documentation des minutes de participation aux activités sportives. Les résultats montrent un effet significatif du temps sur les niveaux de SCOMP (p = 0,003), avec une tendance qualitative à l'augmentation des biomarqueurs lors des périodes d'activité intense, suggérant un remodelage cartilagineux accru. Cependant, les niveaux sont revenus près des valeurs de base en post-saison, et aucune différence statistiquement significative n'a été identifiée entre les phases spécifiques.
This study investigated how to optimize mesenchymal stem cell (MSC) adhesion and integration into damaged cartilage by testing different cell preparation methods and conditions. The researchers used 180 cartilage samples from six horses, creating artificial lesions and treating them with either untreated MSCs, chondrogenically-primed MSCs, or chondrogenically-primed MSCs with electromagnetic field stimulation, testing two different cell densities under loaded and unloaded conditions over 14 days.
The key findings showed that chondrogenic priming increased beneficial cartilage protein expression (COMP and collagen II), and primed cells distributed more evenly compared to untreated MSCs which formed clumps. Critically, mechanical loading dramatically reduced MSC adhesion (from 93% to 2% surface adherence), while using lower cell densities and avoiding mechanical loading significantly improved both surface adhesion and lesion filling.
These results suggest that for cartilage repair therapies, MSCs should be chondrogenically primed before application, used at moderate densities, and mechanical loading should potentially be minimized during the initial healing period to optimize cell integration.
Diese Organkulturstudie untersuchte die Adhäsion und Integration von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) in equinen Knorpel unter verschiedenen Bedingungen, um die regenerative Behandlung von Osteoarthritis zu optimieren. Die Forscher verwendeten 180 Knorpelexplantate von sechs Pferden und testeten naive sowie chondrogen vorbehandelte MSCs (mit/ohne pulsierender elektromagnetischer Feldstimulation) bei zwei verschiedenen Zelldichten, sowohl mit als auch ohne mechanische Belastung. Die Hauptergebnisse zeigten, dass chondrogen vorbehandelte MSCs eine signifikant bessere und homogenere Adhäsion an der Knorpeloberfläche aufwiesen, während mechanische Belastung die Zelladhäsion drastisch reduzierte (von 92,6% auf 1,9%). Außerdem führte eine niedrigere Zelldichte zu einer verbesserten Knorpelintegration, was wichtige Implikationen für die klinische Anwendung von MSC-basierten Therapien hat.
Cette étude a évalué l'adhésion et l'incorporation de cellules souches mésenchymateuses (CSM) équines allogéniques dans le cartilage après amorçage chondrogénique. Les chercheurs ont utilisé 180 explants de cartilage équin répartis en cinq groupes expérimentaux, testant l'effet de l'induction chondrogénique et de la stimulation par champs électromagnétiques pulsés (PEMF) sur des CSM marquées, à deux densités cellulaires différentes, avec ou sans charge mécanique. Les résultats montrent que l'amorçage chondrogénique des CSM à faible densité cellulaire améliore significativement leur adhésion à la surface (92,6% vs conditions chargées à 1,9%) et leur pénétration dans les lésions cartilagineuses (40,7% vs 3,7%), avec une distribution cellulaire plus homogène comparée aux CSM non induites. Cette étude démontre que la charge mécanique physiologique réduit drastiquement l'adhésion des CSM, suggérant l'importance des conditions de culture et de la préparation cellulaire pour optimiser les
This study aimed to measure friction coefficients in human shoulder joints during prolonged loading periods that simulate daily activities. Researchers tested whole human glenohumeral joints and human-bovine joint combinations using a pendulum device over 24 hours of continuous reciprocal loading at different speeds (moderate: 0.2 mm/s and low: 0.02 mm/s) under 200 N force. The friction coefficients remained remarkably low throughout testing, starting around 0.0008-0.0024 in the first 30 minutes and increasing only modestly to 0.0012-0.0057 by the final hours, with no visible cartilage damage observed. These findings demonstrate that natural shoulder joints maintain exceptional lubrication properties even during extended loading, with the lowest friction values occurring in incongruent joint pairings likely due to rolling rather than sliding motion.
Diese Studie untersuchte erstmals das Reibungsverhalten ganzer menschlicher Schultergelenke über einen 24-Stunden-Zeitraum unter kontinuierlicher Belastung. Die Forscher testeten acht menschliche und sechs Rindergelenke in einem Pendulum-Testgerät bei verschiedenen Gleitgeschwindigkeiten (0,02 und 0,2 mm/s) unter 200 N Belastung, wobei auch der Einfluss der Gelenkkongruenz durch Kombination menschlicher Humerusköpfe mit größeren Rinder-Glenoids untersucht wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass der Reibungskoeffizient über 24 Stunden bemerkenswert niedrig blieb und zwischen 0,0008 (initial) und maximal 0,006 (nach 24h) variierte, wobei inkongruente Gelenkkombinationen die niedrigsten Werte aufwiesen. Die Studie belegt damit die außergewöhnlichen tribologischen Eigenschaften natürlicher Schultergelenke und legt nahe, dass bei inkongruenten Gelenken hauptsächlich
Cette étude avait pour objectif d'évaluer le coefficient de friction des articulations gléno-humérales humaines lors d'un chargement continu de 24 heures, simulant les activités de la vie quotidienne. Les chercheurs ont testé des articulations humaines entières et des combinaisons humérus humain/glène bovine dans un dispositif pendulaire, sous charge de 200 N et à différentes vitesses de glissement (0,02 et 0,2 mm/s). Les résultats montrent que le coefficient de friction reste remarquablement bas (0,0008 à 0,0057) pendant toute la durée du test, avec une augmentation progressive mais modeste entre la première demi-heure et les dernières heures. L'étude démontre pour la première fois la capacité exceptionnelle de lubrification des articulations d'épaule naturelles lors d'un chargement prolongé, sans dommage cartilagineux visible.
This study investigated whether repeated mechanical overloading of healthy cartilage causes mitochondrial dysfunction similar to that seen in osteoarthritis development. The researchers subjected bovine cartilage samples to cyclic compression at two different stress levels (0.25 MPa and 1.0 MPa) for either 1 or 7 days, then measured cell viability, energy metabolism, and mitochondrial function. While short-term loading showed minimal effects, 7 days of higher stress loading (1.0 MPa) significantly impaired cellular respiration, reduced ATP levels, and caused mitochondrial dysfunction through increased oxidative stress—effects that were prevented by antioxidant treatment. These findings suggest that repeated mechanical overloading triggers oxidative damage to cellular energy systems, which may contribute to cartilage breakdown in osteoarthritis by disrupting the cells' ability to respond properly to mechanical signals.
Diese Studie untersuchte, ob wiederholte mechanische Überlastung von gesundem Knorpel zu mitochondrialen Dysfunktionen führt, die bei der Entstehung von Arthrose eine Rolle spielen könnten. Die Forscher setzten bovine Knorpel-Knochen-Explantate über 1 oder 7 Tage zyklischer axialer Kompression (0,25 MPa oder 1,0 MPa) aus und analysierten anschließend Chondrozyten-Vitalität, ATP-Konzentration, oxidativen Stress und mitochondriale Funktion. Nach 7-tägiger Belastung mit 1,0 MPa zeigten sich signifikant reduzierte Atmungsaktivität und ATP-Spiegel sowie erhöhte ROS-Produktion und mitochondriale Membranschäden, welche durch N-Acetylcystein-Vorbehandlung verhindert werden konnten. Die Ergebnisse belegen, dass chronische mechanische Überlastung zu oxidativem Stress und mitochondrialer Dysfunktion in Chondrozyten führt,
Cette étude visait à déterminer si la surcharge mécanique répétée du cartilage articulaire sain perturbe la fonction mitochondriale des chondrocytes, de manière similaire aux processus pathogéniques de l'arthrose. Les chercheurs ont soumis des explants ostéochondraux bovins à une compression cyclique (0,25 ou 1,0 MPa) pendant 1 ou 7 jours consécutifs, puis ont évalué la viabilité cellulaire, les concentrations d'ATP, la production d'espèces réactives de l'oxygène et la fonction respiratoire mitochondriale. Les résultats montrent qu'après 7 jours de compression à 1,0 MPa, l'activité respiratoire et les niveaux d'ATP des chondrocytes étaient significativement diminués, accompagnés d'une augmentation du stress oxydatif et d'une dysfonction mitochondriale. Cette dysfonction mitochondriale induite par la surcharge mécanique répétée pourrait contribuer à la déstabilisation du cartilage lors de différents stades de l'arthrose en perturbant les réponses anaboliques des chondrocytes
This study investigated whether meniscus changes contribute to cartilage degeneration following ACL injuries. The researchers used a guinea pig model with ACL transection and bovine meniscus tissue subjected to abnormal mechanical loading in the laboratory, measuring markers of tissue damage, hypertrophy, and mineralization. The key findings showed that abnormal loading after ACL injury caused significant meniscus enlargement and calcification, which strongly correlated with cartilage damage (correlation coefficients >0.9). The results suggest that targeting meniscus hypertrophy and calcification could be a potential therapeutic approach to reduce the risk of post-traumatic osteoarthritis following ACL injuries.
Diese Studie untersuchte, ob abnormale mechanische Belastung nach Kreuzbandrissen zu Meniskus-Hypertrophie und Mineralisierung führt und dadurch Knorpelschäden verstärkt. Die Forscher verwendeten sowohl ein In-vivo-Meerschweinchenmodell mit Kreuzband-Durchtrennung als auch In-vitro-Experimente mit bovinen Meniskus-Explantaten unter mechanischer Belastung. Die Ergebnisse zeigten, dass abnormale Belastung nach Kreuzbandverletzungen signifikant zu Meniskus-Vergrößerung und Verkalkung führte, wobei diese Veränderungen stark mit dem Ausmaß der Knorpelschäden korrelierten (r > 0.9). Die Studie legt nahe, dass die Unterdrückung von Meniskus-Hypertrophie und Verkalkung das Risiko einer posttraumatischen Arthrose nach Kreuzbandverletzungen verringern könnte.
Cette étude visait à déterminer si les charges mécaniques anormales après une rupture du ligament croisé antérieur (LCA) induisent une hypertrophie et une minéralisation du ménisque, et si ces changements sont corrélés à la dégénération cartilagineuse. Les chercheurs ont utilisé un modèle in vivo de section du LCA chez le cochon d'Inde et des explants de ménisque bovin soumis à des contraintes mécaniques excessives in vitro, en analysant les marqueurs d'hypertrophie, de minéralisation et de dégradation matricielle. Les résultats montrent que la rupture du LCA entraîne une hypertrophie et une calcification significatives du ménisque, fortement corrélées à la dégénération du cartilage articulaire (r > 0.9), avec une surexpression des marqueurs de minéralisation (ANKH, ENPP1, ALP) et de dégradation (MMP-13). Ces données suggèrent que la suppression de l'hypertrophie et de la calcification méniscale pourrait réduire le risque d'arthrose post-traumatique
This study investigated whether repetitive mechanical stress can cause juvenile osteochondritis dissecans (OCD) by subjecting six young rabbits to controlled repetitive loading forces (160% body weight) on one hindlimb for 5 weeks, using the opposite limb as a control. The researchers used radiographs, micro-CT scanning, and detailed tissue analysis to examine the knee joints after the loading period. All loaded limbs developed osteochondral lesions on the femoral condyles with bone changes including osteopenia and altered subchondral bone thickness, while cartilage showed thickening, increased chondrocyte activity, and surface cell loss - features that closely resembled human OCD. The findings support the hypothesis that repetitive stress contributes to juvenile OCD development and provide a useful animal model for studying this condition's underlying mechanisms.
Diese Studie untersuchte, ob repetitive mechanische Belastung zur Entstehung von juveniler Osteochondrosis dissecans (OCD) beiträgt, da die Ursache dieser Erkrankung bislang unbekannt ist. Sechs juvenile Kaninchen wurden über 5 Wochen hinweg repetitiven Belastungskräften von etwa 160% des Körpergewichts an der rechten Hintergliedmaße ausgesetzt, während die kontralaterale Extremität als Kontrolle diente. Alle belasteten Gliedmaßen entwickelten osteochondrale Läsionen an den medialen und lateralen Femurkondylen mit charakteristischen Veränderungen wie Knorpelverdickung, Chondrozytenklonierung und subchondraler Knochenumbauten, während die unbelasteten Kontrollen keine Läsionen aufwiesen. Die histopathologischen Befunde ähnelten stark denen von humanen OCD-Biopsien, was die Hypothese stützt, dass repetitive Belastung eine wesentliche Ursache für die Entstehung der juvenilen OCD darstellt.
Cette étude visait à examiner si les contraintes répétitives peuvent causer l'ostéochondrite disséquante (OCD) juvénile, dont l'origine reste inconnue. Six lapins juvéniles ont été soumis à des charges répétitives de 160% de leur poids corporel sur le membre postérieur droit pendant 5 semaines (5 séances de 45 minutes par semaine), le membre controlatéral servant de contrôle. Tous les lapins ont développé des lésions ostéochondrales au niveau des condyles fémoraux des membres chargés, avec ostéopénie relative, épaississement de l'os sous-chondral, augmentation de l'épaisseur cartilagineuse, clonage des chondrocytes et perte de cellularité focale en surface articulaire. Ces résultats supportent l'hypothèse que les contraintes répétitives sur les genoux immatures contribuent au développement de l'OCD humaine, les lésions présentant des similitudes histologiques remarquables avec celles observées dans les biopsies humaines d'OCD.
This study evaluated the 5-year outcomes of arthroscopic matrix-induced autologous chondrocyte implantation (MACI) for treating knee cartilage defects. The researchers prospectively followed 31 patients who underwent arthroscopic MACI, assessing them with multiple clinical outcome measures (including KOOS, Lysholm, and Tegner scores) and high-resolution MRI at regular intervals from 3 months to 5 years post-surgery. The results showed significant improvements in all clinical measures, with over 90% of patients satisfied with pain relief and daily activities, and 90% demonstrating good to excellent cartilage tissue repair on MRI imaging. Only 2 graft failures occurred over the 5-year period, suggesting that arthroscopic MACI provides durable clinical and structural benefits for patients with symptomatic knee cartilage lesions.
Diese prospektive Fallserie untersuchte die 5-Jahres-Ergebnisse der arthroskopischen Matrix-induzierten autologen Chondrozyten-Implantation (MACI) bei 31 Patienten mit symptomatischen tibiofemoralen Knorpelläsionen. Die Autoren verwendeten umfassende klinische Bewertungsinstrumente (KOOS, Lysholm, Tegner, SF-36) sowie isokinetische Kraftmessungen und hochauflösende MRT-Bildgebung zur Evaluation der Transplantat-Einheilung über 5 Jahre. Die Ergebnisse zeigten signifikante Verbesserungen in allen klinischen Scores, Kniebeweglichkeit, Gehstrecke und Muskelkraft, wobei 93% der Patienten mit der Schmerzlinderung zufrieden waren. Die MRT-Analyse ergab bei 90% der Patienten eine gute bis exzellente Gewebeauffüllung mit nur zwei Transplantatversagen nach 5 Jahren, was die Wirksamkeit der arthroskopischen MACI-Technik unter
Cette étude prospective a évalué les résultats cliniques et radiologiques à 5 ans de l'implantation arthroscopique de chondrocytes autologues induite par matrice (MACI) chez 31 patients présentant des lésions chondrales symptomatiques du compartiment tibio-fémoral. Les patients ont été suivis par des scores cliniques standardisés (KOOS, Lysholm, Tegner, échelle visuelle analogique) et une IRM haute résolution à intervalles réguliers jusqu'à 5 ans post-opératoires. Les résultats montrent une amélioration significative de tous les paramètres cliniques fonctionnels, avec 93% de patients satisfaits concernant le soulagement de la douleur et 90% des patients présentant un comblement tissulaire bon à excellent à l'IRM. Cette approche arthroscopique du MACI démontre ainsi des résultats cliniques et radiologiques favorables à moyen terme, avec un taux de satisfaction élevé et seulement 2 échecs de greffe sur 5 ans.
This study compared cell survival between arthroscopic and open surgical approaches for autologous chondrocyte implantation (ACI), a two-stage cartilage repair procedure. The researchers performed 16 ACI surgeries on cadaveric knees (8 arthroscopic, 8 open mini-arthrotomy) and used confocal microscopy to count live and dead cells on the implants after surgery. The open approach resulted in significantly better outcomes, with 16 times more viable cells remaining on the implant compared to arthroscopic surgery (37% vs 4% viability) and was much faster to perform (6 vs 32 minutes). The findings suggest that despite being less invasive, arthroscopic ACI may compromise treatment effectiveness due to excessive cell death during the more complex surgical manipulation required.
Diese Kadaverstudie verglich die Zellviabilität bei autologer Chondrozytenimplantation (ACI) zwischen arthroskopischer und offener Operationstechnik, um zu bewerten, welcher Ansatz mehr lebensfähige Zellen am Implantationsort liefert. An 16 jungen Kadaverknien führten zwei erfahrene Chirurgen jeweils 8 ACI-Operationen mittels Mini-Arthrotomie und 8 arthroskopisch durch, wobei anschließend lebende und tote Zellen mittels konfokaler Lasermikroskopie quantifiziert wurden. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass die offene Mini-Arthrotomie signifikant mehr Zellen am Implantat erhielt und eine 16-fach höhere Zellviabilität aufwies (37,34% vs. 3,62%) bei gleichzeitig kürzerer Operationsdauer (6 vs. 32 Minuten). Die Autoren empfehlen daher die Mini-Arthrotomie als bevorzugte Technik für ACI-Operationen, bis langfristige klin
Cette étude compare la viabilité cellulaire lors d'implantation de chondrocytes autologues (ACI) par voie arthroscopique versus mini-arthrotomie ouverte. Les chercheurs ont réalisé 16 interventions sur genoux de cadavres (8 par chaque technique) et ont analysé le nombre et la viabilité des cellules implantées par microscopie confocale. Les résultats montrent une supériorité significative de l'approche ouverte avec 16 fois plus de cellules viables (37,34% vs 3,62%) et un temps opératoire réduit (6 vs 32 minutes). Malgré les avantages potentiels de l'arthroscopie, l'approche par mini-arthrotomie est recommandée en raison de la meilleure préservation cellulaire.
This randomized controlled trial investigated whether patients could safely return to full weightbearing earlier after matrix-induced autologous chondrocyte implantation (MACI) surgery for knee cartilage defects. The study compared 37 knees randomly assigned to either standard 8-week or accelerated 6-week return to full weightbearing, with patients evaluated over 24 months using clinical outcome measures, strength testing, and MRI assessment of graft quality.
Both groups showed significant improvements in pain, function, strength, and graft quality over time, with no significant differences between the two weightbearing protocols. Notably, the accelerated 6-week group demonstrated some superior outcomes, including 100% good-to-excellent graft fill compared to 83% in the standard group, with both graft failures occurring in the 8-week group.
The findings suggest that an accelerated 6-week return to full weightbearing after MACI surgery is safe and produces comparable or potentially better outcomes than the traditional 8-week approach, without compromising graft integrity.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersuchte, ob eine beschleunigte Rückkehr zur Vollbelastung nach 6 Wochen im Vergleich zu 8 Wochen nach Matrix-induzierter autologer Chondrozyten-Implantation (MACI) sicher und effektiv ist. 37 Knie von 35 Patienten wurden randomisiert einer 6-wöchigen (AR-Gruppe) oder 8-wöchigen (CR-Gruppe) Vollbelastungszeit zugeteilt und über 24 Monate mittels klinischer Scores, funktioneller Tests und MRT-Bildgebung nachuntersucht. Beide Gruppen zeigten signifikante Verbesserungen in allen klinischen Parametern ohne Gruppenunterschiede, wobei die AR-Gruppe sogar bessere MRT-Ergebnisse aufwies (100% gute bis exzellente Gewebsauffüllung vs. 83% in der CR-Gruppe). Die Studie belegt, dass eine beschleunigte 6-wöchige Rückkehr zur Vollbelastung nach MACI die Transplan
Cette étude randomisée contrôlée visait à comparer les résultats à 2 ans d'un protocole de remise en charge complète accéléré (6 semaines) versus standard (8 semaines) après implantation d'autochondrocytes induite par matrice (MACI) du genou. Trente-sept genoux ont été randomisés et évalués par scores cliniques, tests fonctionnels, dynamométrie isocinétique et IRM composite pour analyser la qualité du greffon. Les deux groupes ont montré des améliorations significatives similaires des paramètres cliniques et fonctionnels, avec même des résultats IRM légèrement supérieurs dans le groupe accéléré (100% de comblement satisfaisant vs 83% dans le groupe standard). Cette approche accélérée de remise en charge à 6 semaines après MACI s'avère donc sûre et efficace, sans compromettre l'intégrité du greffon cartilagineux.
This study investigated how mechanical loading affects antibody penetration into articular cartilage, which could improve drug delivery for osteoarthritis treatment. The researchers applied cyclic compression to cartilage plugs at varying strain levels (0.25-5%) and frequencies (0.25-2.60 Hz) while exposing them to fluorescently-labeled antibodies, then measured penetration using confocal microscopy and modeled fluid flow with finite element simulations. The results showed that cyclic mechanical loading enhanced antibody transport by 2-3 fold, with optimal enhancement occurring at 5% strain amplitude and 1 Hz frequency. The areas of greatest transport enhancement correlated with regions of highest fluid velocity predicted by the computer models, suggesting that mechanical pumping drives the improved antibody penetration.
Diese Studie untersuchte, wie zyklische mechanische Belastung den Transport von Antikörpern durch Gelenkknorpel beeinflusst, was für die Behandlung von Osteoarthritis klinisch relevant sein könnte. Die Forscher setzten frische Knorpelproben fluoreszenzmarkierten Antikörpern aus, während diese über mehrere Stunden zyklischer Kompression unterzogen wurden, und quantifizierten die Antikörperpenetration mittels Konfokalmikroskopie und Finite-Elemente-Simulationen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Antikörpertransport linear mit der Dehnungsamplitude (0,25-5%) und nichtlinear mit der Frequenz (0,25-2,60 Hz) anstieg, mit optimalen Werten bei 5% zyklischer Dehnung und 1 Hz. Insgesamt verbesserte die zyklische Kompression den Antikörpertransport um das Zwei- bis Dreifache, wobei die stärkste Transportverbesserung in Regionen mit der höchsten interstitiellen Flüssigkeitsgeschwindigkeit
Cette étude visait à caractériser la pénétration d'anticorps (>100 kDa) dans le cartilage articulaire sous stimulation mécanique, dans le contexte du traitement potentiel de l'arthrose. Les chercheurs ont exposé des échantillons de cartilage frais à des anticorps fluorescents sous compression cyclique non confinée, puis ont quantifié leur pénétration par microscopie confocale et modélisé les flux fluidiques par éléments finis. Les résultats montrent que le transport des anticorps suit une relation linéaire avec l'amplitude de déformation (0,25-5%) et non-linéaire avec la fréquence (0,25-2,60 Hz), avec un optimum à 5% de déformation et 1 Hz. La compression cyclique améliore le transport des anticorps de 2 à 3 fois, les zones de plus forte amélioration correspondant aux régions de vitesse fluidique interstitielle maximale prédites par simulation.
This study aimed to understand how mechanical loading affects energy metabolism in chondrocytes (cartilage cells) by combining experimental metabolomic data with computational modeling. The researchers applied dynamic compression to human chondrocytes for 30 minutes and used a mathematical model based on metabolic stoichiometry to calculate reaction rates across central energy pathways. The main findings showed that mechanical compression synchronized chondrocyte energy metabolism and promoted changes consistent with increased protein synthesis, which is important for cartilage matrix production. This integrated approach demonstrates a promising method for rapidly analyzing how cells respond metabolically to mechanical forces, providing insights into the mechanotransduction processes that may be disrupted in osteoarthritis.
Diese Studie zielte darauf ab, das Verständnis der Mechanotransduktion in Chondrozyten durch die Untersuchung metabolischer Veränderungen unter mechanischer Belastung zu verbessern. Die Forscher entwickelten ein computerbasiertes Modell, das experimentelle metabolomische Daten mit der Stöchiometrie des zentralen Energiestoffwechsels kombiniert, um Reaktionsflüsse in SW1353 humanen Chondrozyten nach 30-minütiger dynamischer Kompression zu berechnen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kompression den Energiestoffwechsel der Chondrozyten synchronisierte und frühe metabolische Veränderungen induzierte, die auf eine gesteigerte Proteinbiosynthese ausgerichtet waren. Die Studie demonstriert erfolgreich den Nutzen der Kombination von gezielten Metabolomik-Daten mit Computermodellen für die schnelle Analyse der zellulären Energienutzung.
Cette étude visait à mieux comprendre comment les chondrocytes modifient leur métabolisme énergétique en réponse aux contraintes mécaniques, un processus clé dans la physiopathologie de l'arthrose. Les chercheurs ont développé un modèle computationnel combinant des données métabolomiques ciblées avec un système d'équations représentant la stœchiométrie du métabolisme énergétique central, appliqué à des chondrocytes humains SW1353 soumis à une compression dynamique pendant 30 minutes. Les résultats montrent que la compression dynamique synchronise le métabolisme énergétique des chondrocytes et induit précocement des changements orientés vers une synthèse protéique plus active. Cette approche démontre l'utilité de combiner données métabolomiques expérimentales et modélisation computationnelle pour analyser rapidement l'utilisation énergétique cellulaire dans le contexte de la mécanotransduction chondrocytaire.
This study investigated whether physical activity levels over 12 months were associated with cartilage quality changes in postmenopausal women with mild knee osteoarthritis. The researchers followed 76 women (aged 60-68) who tracked their leisure-time physical activity in diaries, then divided them into low, medium, and high activity groups based on metabolic equivalent hours per month. Advanced MRI techniques (T2 mapping and dGEMRIC) were used to assess cartilage collagen network properties and glycosaminoglycan content at the study's end. Higher physical activity levels were significantly linked to increased glycosaminoglycan content specifically in the posterior regions of both lateral and medial femoral cartilage, suggesting that more active women with mild knee OA experienced beneficial cartilage composition changes in these weight-bearing areas.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen körperlicher Aktivität in der Freizeit und Veränderungen der Knorpelqualität bei postmenopausalen Frauen mit leichter Kniearthrose über einen Zeitraum von 12 Monaten. Die Forscher teilten 76 Teilnehmerinnen basierend auf ihrer selbstberichteten körperlichen Aktivität in drei Gruppen ein und analysierten die biochemische Knorpelzusammensetzung mittels T2-Mapping und DGEMRIC-Index (verzögerte Gadolinium-verstärkte MRT). Die Hauptergebnisse zeigten einen signifikanten linearen Zusammenhang zwischen höherer körperlicher Aktivität und einer Zunahme des DGEMRIC-Index in den posterioren Regionen des lateralen und medialen Femurkartilags, was auf eine verbesserte Glykosaminoglykan-Konzentration hindeutet. Diese Befunde legen nahe, dass regelmäßige körperliche Aktivität regionsspezifisch die geschätzte Knorpelqualität bei Frauen mit leichter Kniearthrose verbessern kann.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer la relation entre le niveau d'activité physique de loisir sur 12 mois et les changements de composition biochimique du cartilage tibiofémoral chez des femmes ménopausées présentant une arthrose légère du genou. Les chercheurs ont suivi 76 femmes âgées de 60 à 68 ans, réparties en tertiles selon leur niveau d'activité physique (MET-heures/mois), et ont utilisé l'IRM avec mapping T2 et l'index dGEMRIC pour évaluer respectivement le réseau de collagène et le contenu en glycosaminoglycanes du cartilage. Les résultats montrent une relation linéaire significative entre un niveau d'activité physique plus élevé et l'augmentation de l'index dGEMRIC dans les régions postérieures du cartilage fémoral latéral et médial. Cette étude suggère qu'une activité physique de loisir plus importante est associée à une amélioration régionale du contenu en glycosaminoglycanes du cartilage chez les femmes ménopausées avec arthrose légère du ge
This study investigated whether the timing of MRI scans and pre-imaging exercise affect T2* mapping measurements of hip joint cartilage. Nine healthy volunteers underwent 3T MRI scans at different times of day (morning vs. afternoon) and at multiple time points (0-60 minutes) after performing 50 knee-bends, using specialized sequences to assess cartilage structure and measure T2* values. The results showed no significant differences in T2* measurements between morning and afternoon scans, across different time points, or after physical exercise. These findings suggest that T2* mapping of hip cartilage is a robust imaging technique that is not influenced by diurnal variations or pre-scan physical activity, supporting its reliability for clinical cartilage assessment.
Diese Studie untersuchte, ob Tageszeit und körperliche Aktivität vor der MRT-Untersuchung die T2*-Mapping-Messungen von Hüftgelenkknorpel bei 3 Tesla beeinflussen. Neun gesunde Probanden unterzogen sich T2*-Messungen zu verschiedenen Tageszeiten (morgens und nachmittags) sowie nach 50 Kniebeugen, wobei die Werte über 60 Minuten in 15-Minuten-Intervallen erfasst wurden. Die Ergebnisse zeigten keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den T2*-Werten am Morgen (22,9 ± 3,0 ms) und am Nachmittag (23,2 ± 3,2 ms), noch zwischen verschiedenen Messzeitpunkten oder nach körperlicher Belastung. Die Studie bestätigt somit, dass T2*-Mapping des Hüftgelenkknorpels unabhängig von tageszeitlichen Schwankungen und vorheriger körperlicher Aktivität zuverlässige Ergebnisse liefert.
Cette étude visait à déterminer si l'heure de la journée et l'exercice physique pré-imagerie influencent les mesures de cartographie T2* du cartilage de la hanche à 3T. Neuf volontaires asymptomatiques ont été évalués par IRM avec séquences DESS et multi-écho pour mesurer les valeurs T2* le matin, l'après-midi, et après 50 flexions de genou à différents intervalles temporels (0 à 60 minutes). Les résultats montrent l'absence de différences significatives entre les valeurs T2* matinales (22,9 ± 3,0 ms) et vespérales (23,2 ± 3,2 ms), ainsi qu'aucun effet de l'exercice pré-imagerie ou du délai post-exercice. Cette étude confirme que la cartographie T2* du cartilage coxo-fémoral est une technique robuste, indépendante des variations diurnes et de l'activité physique préalable.
This study evaluated the safety and effectiveness of injecting a combination of adipose-derived stromal cells (stromal vascular fraction, SVF) and platelet-rich plasma (PRP) into knee joints of patients with mild to moderate osteoarthritis. Ten patients underwent liposuction to harvest fat tissue, from which SVF was extracted and combined with PRP from their blood for knee injection, with outcomes measured using pain/function scores (WOMAC), walking tests, and imaging over 2 years. The treatment showed significant improvements in pain and function scores that were sustained for 2 years, with patients walking further distances and six out of ten showing increased cartilage thickness on MRI at 1 year. The procedure demonstrated a strong safety profile with no serious adverse events and high patient satisfaction, though the small sample size limits the strength of conclusions.
Diese Studie untersuchte die Sicherheit und vorläufige Wirksamkeit einer intraartikulären Injektion von aus Fettgewebe gewonnenen Stromalzellen (SVF) kombiniert mit plättchenreichem Plasma (PRP) bei zehn Patienten mit Kniearthrose Grad 1-2. Die Forscher gewannen SVF durch Liposuktion von etwa 100ml Bauchfett, isolierten die Zellen enzymatisch und injizierten sie zusammen mit PRP ins Kniegelenk. Die Ergebnisse zeigten signifikante Verbesserungen der WOMAC-Scores (von 64 auf 41 nach 2 Jahren) und der Gehstrecke im 6-Minuten-Test, wobei sechs von zehn Patienten eine Knorpeldickenzunahme von mindestens 0,2mm im MRT aufwiesen. Das Verfahren erwies sich als sicher ohne schwerwiegende Nebenwirkungen, und alle Patienten berichteten über reduzierte Schmerzen und waren mit den Behandlungsergebnissen zufrieden.
Cette étude pilote a évalué la sécurité et l'efficacité préliminaire d'injections intra-articulaires combinant fraction vasculaire stromale (SVF) dérivée du tissu adipeux et plasma riche en plaquettes (PRP) chez 10 patients atteints d'arthrose du genou de grade 1-2. La SVF était obtenue par lipoaspiration abdominale suivie d'une digestion enzymatique, puis resuspendue dans le PRP avant injection, avec un suivi clinique et radiologique sur 2 ans utilisant les scores WOMAC et le test de marche de 6 minutes. Les résultats montrent une amélioration significative et durable du score WOMAC (de 64 à 41 à 2 ans) et de la capacité de marche, avec une augmentation de l'épaisseur cartilagineuse d'au moins 0,2 mm chez 6 patients sur 10 à l'IRM. Le traitement s'est avéré sûr sans effets indésirables graves, suggérant un potentiel thérapeutique prometteur de cette approche combinée de médecine régénérative pour l'arthrose pré
This study investigated how meniscal coverage affects cartilage loading patterns in healthy knees during walking. The researchers used MRI imaging before and after 20 minutes of treadmill walking in 8 healthy volunteers to measure cartilage thickness changes (strain) in four tibial regions: covered and uncovered areas in both medial and lateral compartments. The results showed that all cartilage regions experienced significant thickness decreases after walking, but meniscus-covered cartilage in the medial compartment experienced significantly lower strains compared to uncovered areas, while no such difference was found in the lateral compartment. These findings provide important baseline data on normal meniscal load-sharing function, demonstrating that the meniscus does reduce cartilage loading, particularly in the medial compartment.
Diese Studie untersuchte die Rolle des Meniskus bei der Lastverteilung im Kniegelenk, indem die mechanischen Belastungen (Strains) in meniskusbedeckten und nicht-bedeckten Knorpelregionen der Tibia verglichen wurden. Mittels MRT-Bildgebung vor und nach 20-minütigem Gehen auf dem Laufband wurden bei 8 gesunden Probanden die Knorpeldickenveränderungen in vier verschiedenen Regionen (bedeckt/unbedeckt, medial/lateral) gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass meniskusbedeckter Knorpel im medialen Kompartiment signifikant geringere Verformungen erfährt als unbedeckter Knorpel, während im lateralen Kompartment kein Unterschied festgestellt wurde. Diese In-vivo-Daten bestätigen die protektive Funktion des Meniskus bei der Lastverteilung, insbesondere im medialen Kniegelenkkompartment.
Cette étude visait à comparer in vivo les déformations du cartilage tibial dans les régions couvertes versus non couvertes par le ménisque lors de la marche. Les chercheurs ont utilisé l'IRM avant et après 20 minutes de marche sur tapis roulant chez 8 volontaires sains pour mesurer les variations d'épaisseur cartilagineuse dans quatre régions distinctes selon la couverture méniscale et le compartiment. Les résultats montrent que dans le compartiment médial, le cartilage couvert par le ménisque subit significativement moins de déformation que le cartilage non couvert, confirmant le rôle protecteur du ménisque dans la distribution des charges. Cette différence n'était cependant pas observée dans le compartiment latéral, suggérant des mécanismes de protection variables selon la localisation anatomique.
This study investigated whether changes in blood biomarkers after mechanical stress could predict cartilage changes in knee osteoarthritis patients over a 5-year period. Researchers measured two serum biomarkers - one indicating cartilage breakdown (C1,2C) and another indicating cartilage synthesis (CS846) - before and after a 30-minute walk in 16 patients with medial knee osteoarthritis, then tracked cartilage thickness changes using MRI scans over 5 years. The results showed that patients with increased breakdown marker levels after walking experienced more cartilage thinning in the diseased medial compartment, while increased synthesis marker levels correlated with cartilage thickening in the healthier lateral compartment. These findings suggest that measuring biomarker responses to mechanical stress (like walking) may provide a more accurate way to assess osteoarthritis disease progression than static biomarker measurements alone.
Diese Studie untersuchte, ob mechanisch stimulierte Serum-Biomarker bei Patienten mit medialer Kniearthrose Veränderungen der Knorpeldicke nach 5 Jahren vorhersagen können. Bei 16 Patienten wurden vor und nach einem 30-minütigen Gehtest die Konzentrationen eines Kollagenabbau-Markers (C1,2C) und eines Chondroitinsulfat-Synthese-Markers (CS846) gemessen und mit MRT-basierten Knorpeldickenveränderungen nach 5 Jahren korreliert. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Anstieg des Abbau-Markers C1,2C mit einer Knorpelverdünnung der lateralen Tibia korrelierte, während ein Anstieg des Synthese-Markers CS846 mit einer Knorpelverdickung des lateralen Femurs zusammenhängte - Befunde, die mit einer Progression der medialen Kniearthrose vereinbar sind. Die mechanische Stimulation durch den Gehtest erwies sich somit als nützliches Verfahren zur verbesserten Beurteilung des Arthrose
Cette étude avait pour objectif d'évaluer si les changements de biomarqueurs sériques en réponse à un stimulus mécanique peuvent prédire l'évolution du cartilage chez des patients atteints d'arthrose médiale du genou sur 5 ans. Les chercheurs ont mesuré les concentrations sériques d'un marqueur de dégradation du collagène (C1,2C) et d'un marqueur de synthèse de sulfate de chondroïtine (CS846) avant et après une marche de 30 minutes chez 16 patients, puis ont corrélé ces variations avec les changements d'épaisseur cartilagineuse mesurés par IRM. Les résultats montrent qu'une augmentation du marqueur de dégradation C1,2C était corrélée à un amincissement du cartilage tibial latéral (R = -0,63) et médial, tandis qu'une augmentation du marqueur de synthèse CS846 était associée à un épaississement du cartilage fémoral latéral (R = 0,76). Cette approche utilisant un stimulus mécanique améliore donc l'évaluation de l'état pathologique de l
This study investigated how mechanical loading affects oxygen levels and growth factor expression in jaw joint cartilage of young rats. Researchers compared rats fed soft food with trimmed teeth (reduced loading) to those fed hard food with forced jaw opening (increased loading), measuring hypoxia markers and growth factors (HIF-1α and VEGF) at various time points up to 96 hours. The results showed that hypoxia occurred primarily in the upper cartilage layers of weight-bearing areas, with the strongest hypoxia at 12 and 96 hours, while HIF-1α and VEGF expression was highest in the surface cartilage layers and increased significantly in the high-loading group at 48 and 96 hours. The findings suggest that mechanical loading directly causes localized oxygen deficiency in cartilage, which triggers the production of factors that promote new blood vessel formation—an important process for cartilage development and adaptation.
Diese Studie untersuchte den Einfluss mechanischer Belastung auf Hypoxie und die Expression von HIF-1α sowie VEGF im Kiefergelenkknorpel junger Ratten. Die Forscher verwendeten 80 Ratten, die in Gruppen mit reduzierter Belastung (weiche Nahrung, gekürzte Schneidezähne) und erhöhter Belastung (harte Nahrung, forcierte Kieferöffnung) eingeteilt wurden, und analysierten über verschiedene Zeitpunkte (12-96 Stunden) mittels Immunhistochemie und RT-PCR die Hypoxiemarker und Angiogenesefaktoren. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung direkt Hypoxie in den belastungstragenden Knorpelschichten induziert, wobei HIF-1α und VEGF-Expression bei erhöhter Belastung nach 48 und 96 Stunden signifikant höher waren als bei reduzierter Belastung. Die Studie belegt einen direkten Zusammenhang zwischen mechanischer Belastung, Hypoxie und nachfolg
Cette étude visait à investiguer l'expression des facteurs HIF-1α et VEGF sous contrainte mécanique modifiée et à explorer la relation entre charge et hypoxie dans le cartilage condylien mandibulaire de jeunes rats. Les chercheurs ont utilisé 80 rats Sprague-Dawley répartis en groupes à charge réduite (nourriture molle, coupe des incisives) et à charge augmentée (nourriture dure, ouverture forcée), avec analyse immunohistochimique et RT-PCR semi-quantitative aux temps 12, 24, 48 et 96 heures. Les résultats montrent que l'hypoxie (marqueur HP-1) est confinée aux couches supérieures du cartilage dans les zones portantes, avec une expression maximale de HIF-1α et VEGF dans les couches fibreuse et proliférative, et une augmentation significative de l'ARNm de ces facteurs dans le groupe à charge augmentée à 48 et 96 heures. L'étude conclut que la charge mécanique induit directement une hypoxie dans les zones portantes suivie d'une néovascularisation, suggérant un
This study investigated how a comprehensive exercise program affects cartilage metabolism in middle-aged women using blood and urine biomarkers. Forty-two women (average age 59) participated in a 12-week supervised exercise program combining aerobic, strengthening, and flexibility training, with researchers measuring physical performance tests and four cartilage-related biomarkers before, during, and up to 24 weeks after the program. The results showed that women without radiological knee osteoarthritis experienced beneficial changes in cartilage metabolism (increased cartilage formation and decreased breakdown markers) along with improved physical performance, while those with existing osteoarthritis maintained stable cartilage metabolism without harmful effects. The findings suggest that well-rounded exercise programs can improve both physical function and cartilage health, particularly in people before osteoarthritis becomes visible on X-rays.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen eines umfassenden Trainingsprogramms auf Biomarker des Knorpelstoffwechsels bei 42 Frauen (Durchschnittsalter 59 Jahre). Die Teilnehmerinnen absolvierten 12 Wochen lang wöchentlich ein überwachtes Trainingsprogramm mit Ausdauer-, Kraft- und Beweglichkeitsübungen, wobei vor, während und bis zu 24 Wochen nach dem Programm körperliche Leistungstests durchgeführt und Biomarker für den Typ-II-Kollagenstoffwechsel in Blut und Urin gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass das Training die körperliche Leistungsfähigkeit in beiden Gruppen (Vor-Arthrose und Arthrose) verbesserte, wobei die Vor-Arthrose-Gruppe zusätzlich günstige Veränderungen der Knorpelstoffwechsel-Biomarker aufwies (erhöhte Kollagensynthese, verringerte Kollagendegradation). Das umfassende Trainingsprogramm
Cette étude a évalué les effets d'un programme d'exercices complet (aérobie, renforcement musculaire et flexibilité) sur le métabolisme du cartilage chez 42 femmes âgées en moyenne de 59 ans, réparties en groupes pré-arthrose et arthrose selon les radiographies. Les chercheurs ont mesuré pendant 24 semaines quatre biomarqueurs sériques et urinaires du métabolisme du collagène de type II, ainsi que les performances physiques avant et après 12 semaines d'exercice supervisé hebdomadaire. Les résultats montrent que le groupe pré-arthrose a présenté une augmentation significative du SPIICP (synthèse) et une diminution de l'UCTX-II (dégradation), suggérant un effet bénéfique sur le métabolisme cartilagineux, tandis que le groupe arthrose a maintenu ses performances sans effet délétère sur le cartilage. Cette approche d'exercice bien structurée pourrait donc non seulement améliorer les capacités physiques mais aussi favoriser le métabolisme du collagène de type II, particulièrement chez les personnes sans arthrose radiologique.
This study investigated how 30 minutes of running affects knee cartilage properties using advanced 3.0-T MRI imaging. Researchers measured cartilage thickness and T2 signal intensity (reflecting fluid content) in 22 healthy males before and after running, examining multiple knee joint locations including the patella, femoral condyles, and tibial plateaus. The main findings showed that while cartilage thickness remained largely unchanged, T2 signal intensity decreased significantly at most locations, with the greatest reduction (10.6%) occurring at the medial tibial plateau of the dominant knee. These changes suggest that running causes fluid to move out of the cartilage tissue, with the medial tibial plateau experiencing the greatest loading during this activity.
Diese Querschnittsstudie untersuchte die akuten Auswirkungen von Laufbelastung auf den Kniegelenkknorpel mittels 3,0-Tesla-MRT bei 22 männlichen Probanden im Alter von 18-35 Jahren. Die Knorpeldicke und Signalintensität (als Maß für den Flüssigkeitsgehalt) wurden vor und nach 30-minütigem Laufen an verschiedenen Gelenkflächen gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Signalintensität an nahezu allen Knorpelarealen abnahm (besonders deutlich am medialen Tibiaplateau mit -10,6%), während sich die Knorpeldicke nur geringfügig veränderte. Diese Befunde deuten auf einen belastungsinduzierten Flüssigkeitsausstrom aus dem Knorpelgewebe hin, wobei das mediale Tibiaplateau die stärksten Veränderungen aufwies und somit vermutlich die höchste mechanische Beanspruchung während des Laufens erfährt.
Cette étude transversale a évalué l'adaptation du cartilage articulaire du genou à la course à pied chez 22 hommes âgés de 18 à 35 ans, en utilisant l'IRM 3,0-T avec séquence VISTA pour mesurer l'épaisseur et l'intensité du signal du cartilage avant et après 30 minutes de course. Les résultats montrent que l'épaisseur du cartilage reste globalement stable, avec des variations localisées (diminution au condyle latéral dominant, augmentation au plateau tibial médial), tandis que l'intensité du signal diminue significativement dans toutes les régions sauf la patella latérale. La réduction la plus marquée de l'intensité du signal (10,6%) au niveau du plateau tibial médial du genou dominant suggère une perte de fluide tissulaire et indique que cette région supporte une charge mécanique plus importante pendant la course. Ces modifications reflètent les adaptations biomécaniques aiguës du cartilage à l'exercice et pourraient servir de biomarqueurs pour l'évaluation précoce de la dégénérescence cartilagineuse.
This study aimed to investigate how joint-like mechanical loading affects the development of zonal organization in tissue-engineered cartilage, which is crucial for proper joint function. The researchers developed a loading system that mimics knee joint mechanics by applying combined compression and shear stress using a femoral condyle-shaped device on fibrin/hyaluronic acid constructs containing chondrocytes, with stimulation applied for 1 hour daily over 4 weeks. The mechanically stimulated constructs produced significantly more glycosaminoglycans (GAG) and collagen compared to static controls, and notably developed organized horizontal alignment of cells and collagen fibers parallel to the surface - a key feature of natural cartilage zoning that was absent in unstimulated samples. These findings demonstrate that joint-mimicking mechanical loading is essential for both enhancing extracellular matrix production and achieving the functional tissue organization necessary for effective cartilage engineering.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen eines gelenkähnlichen Belastungssystems auf die zonale Organisation von tissue-engineered Knorpel, um wichtige Knorpelfunktionen wie Schmierung und Dämpfung zu erhalten. Die Forscher entwickelten ein biomechanisches Stimulationssystem mit kombinierter Kompressions- und Scherbeanspruchung, das die Form eines Femurkondylus nachahmt, und kultivierten Chondrozyten in einer Fibrin/Hyaluronsäure-Matrix über 4 Wochen mit täglicher 1-stündiger Stimulation. Die mechanisch stimulierten Gewebe zeigten eine erhöhte Produktion von Glykosaminoglykanen (GAG) und Kollagen sowie eine funktionelle horizontale Ausrichtung der Zellen und Kollagenfasern parallel zur Oberfläche. Die Ergebnisse belegen, dass mechanische Belastung eine entscheidende Rolle bei der Stimulation der extrazellulären Matrix-Produktion und deren funktioneller Reorganisation spielt.
Cette étude visait à évaluer l'effet d'un système de contraintes mécaniques imitant l'articulation sur l'organisation zonale du cartilage en ingénierie tissulaire. Les chercheurs ont développé un dispositif biomimétique appliquant des contraintes de compression et de cisaillement (similaires au condyle fémorale) sur des explants de cartilage composés d'un mélange fibrine/acide hyaluronique et de chondrocytes, avec une stimulation d'1 heure par jour pendant 4 semaines. Les résultats montrent que les tissus stimulés présentaient des quantités supérieures de glycosaminoglycanes (GAG) et de collagène comparativement aux cultures statiques, avec une organisation cellulaire et collagénique horizontale parallèle à la surface, absente dans le groupe contrôle. Ces findings démontrent que les contraintes mécaniques articulaires jouent un rôle crucial dans la stimulation de la production de matrice extracellulaire et son réarrangement fonctionnel.
This study investigated whether gradual pretraining could protect knee cartilage from damage during intense treadmill running in rats. Researchers compared three groups over 20 weeks: rats with 8 weeks of gradual training followed by 6 weeks of constant running, rats with 8 weeks of rest followed by 6 weeks of constant running, and sedentary controls, analyzing bone and cartilage changes at multiple time points. Both running groups developed early signs of cartilage degeneration including abnormal cell changes and clustering, with the gradual training group actually showing more cartilage irregularities rather than protection. The study concluded that pretraining did not prevent mild cartilage damage, and both exercise protocols led to early osteoarthritis-like changes in bone and cartilage tissues.
Diese Studie untersuchte die frühesten Veränderungen von Knochen- und Knorpelgewebe im Kniegelenk von Wistar-Ratten unter verschiedenen Laufbandprotokollen, um zu prüfen, ob ein adaptives Vortraining vor intensivem Dauerlauf vor Knorpeldegeneration schützt. Die Forscher verglichen drei Gruppen über 20 Wochen: eine adaptive Laufgruppe mit 8-wöchigem Vortraining gefolgt von 6 Wochen konstantem Laufen, eine nicht-adaptive Gruppe mit direktem konstantem Laufen nach 8 Wochen Ruhe, und eine Kontrollgruppe ohne Lauftraining. Beide Laufgruppen entwickelten milde Knorpelveränderungen wie Chondrozyten-Hypertrophie und Zellclusterbildung, wobei das adaptive Training paradoxerweise stärkere Knorpelalterationen zeigte, während bei der Knochenstruktur dynamische Anpassungen mit anfänglich verstärktem Knochenwachstum, aber später reduzierter Knochendicke auf
Cette étude visait à identifier les premières altérations osseuses et cartilagineuses induites par différents protocoles d'exercice sur tapis roulant chez le rat Wistar. Les chercheurs ont comparé trois groupes : un groupe avec pré-entraînement adaptatif (8 semaines progressives + 6 semaines constantes), un groupe avec course constante directe (8 semaines de repos + 6 semaines de course), et un groupe témoin, en analysant les tissus aux semaines 8, 14 et 20. Les résultats montrent que les deux groupes d'exercice ont développé des signes précoces d'arthrose avec des irrégularités cartilagineuses (hypertrophie des chondrocytes, regroupement cellulaire) et des modifications osseuses dynamiques, particulièrement marquées dans le groupe avec pré-entraînement. Contrairement à l'hypothèse initiale, le protocole adaptatif n'a pas protégé contre la dégénérescence cartilagineuse légère observée.
This study investigated whether altered walking mechanics in people with ACL reconstruction are linked to cartilage stress responses during physical activity. Researchers measured ground reaction forces during walking in 30 individuals with ACL reconstruction and analyzed blood levels of cartilage oligomeric matrix protein (COMP) - a marker of cartilage breakdown - before and after 20 minutes of treadmill walking. The key finding was counterintuitive: participants who placed less force on their reconstructed leg during walking showed greater increases in serum COMP levels after exercise. These results suggest that reduced loading (possibly due to protective movement patterns) may paradoxically lead to increased cartilage stress responses, highlighting the importance of optimizing loading patterns rather than simply avoiding impact in ACL rehabilitation.
Diese Studie untersuchte, ob die mechanische Belastung der unteren Extremität bei Personen nach Kreuzbandrekonstruktion mit biochemischen Knorpelveränderungen nach dem Gehen zusammenhängt. Bei 30 Teilnehmern wurden die vertikalen Bodenreaktionskräfte während des Gehens gemessen und Blutproben vor und nach 20-minütigem Laufbandgehen zur Bestimmung des Knorpelmarkers COMP (Cartilage Oligomeric Matrix Protein) entnommen. Die Ergebnisse zeigten, dass eine geringere mechanische Belastung des rekonstruierten Beins mit einem stärkeren Anstieg des COMP-Serumspiegels nach dem Gehen assoziiert war. Diese Befunde deuten darauf hin, dass sowohl Unter- als auch Überbelastung problematisch sein könnten und eine optimierte mechanische Belastung als therapeutisches Ziel zur Prävention posttraumatischer Arthrose dienen könnte.
Cette étude visait à déterminer si les forces de réaction au sol durant la marche sont associées aux changements aigus de la protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse (COMP) sérique chez 30 individus avec reconstruction du ligament croisé antérieur (LCA). Les participants ont effectué 20 minutes de marche sur tapis roulant avec mesure des forces de réaction verticales au sol et prélèvements sanguins avant et après l'exercice pour quantifier les variations de COMP sérique. Les résultats montrent qu'une charge mécanique réduite (forces de réaction au sol plus faibles) sur le membre reconstruit est associée à une augmentation plus importante de la COMP sérique post-marche. Ces findings suggèrent que la charge mécanique pourrait constituer une cible thérapeutique pour moduler la réponse biochimique aiguë à l'exercice et potentiellement réduire le risque d'arthrose post-traumatique.
This study investigated whether elite rowers show characteristic hip cartilage damage patterns by comparing them to non-rowing controls using advanced MRI imaging. The researchers used T2* mapping MRI to examine hip cartilage in 20 elite rowers (minimum 5 years intensive training) versus 15 age-matched controls, measuring T2 values (which indicate cartilage health) and grading cartilage damage across different hip regions.
The findings revealed extensive cartilage damage in all elite rowers' hips, with 50% of acetabular cartilage zones showing abrasion or full-thickness loss, and significantly lower T2 values compared to controls (indicating poorer cartilage quality), particularly in the anterosuperior hip region. While the study cannot prove that rowing caused the damage, it demonstrates a concerning pattern of early cartilage degeneration in young elite rowers that warrants further longitudinal research to understand the long-term implications for hip joint health.
Diese Studie untersuchte, ob Spitzenruderer charakteristische Hüftknorpelschäden im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen aufweisen. Mittels 3-Tesla-MRT mit T2*-Mapping wurden 20 asymptomatische Elite-Ruderer (mindestens 5 Jahre intensives Training) mit 15 altersangepassten Kontrollpersonen ohne Rudererfahrung verglichen. Die Ergebnisse zeigten bei allen Ruderern deutliche Knorpeldegenerationen, wobei 50% der untersuchten Gelenkzonen Knorpelabrieb oder vollständigen Knorpelverlust aufwiesen, während die T2-Werte signifikant niedriger waren als bei den Kontrollen (besonders in der anterosuperioren Region: 16±3ms vs. 26±5ms). Diese Befunde deuten auf ein erhöhtes Risiko für frühe Hüftarthrose bei Elite-Ruderern hin, wobei weitere Longitudinalstudien zur Kausalitätsklärung erforderlich sind.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer si les rameurs d'élite présentent des lésions cartilagineuses caractéristiques de la hanche par rapport à des individus témoins asymptomatiques. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 3T avec séquences T2* mapping pour analyser morphologiquement et quantitativement le cartilage de la hanche chez 20 rameurs d'élite (≥5 ans d'entraînement intensif) comparés à 15 témoins appariés. Les résultats révèlent une dégénérescence cartilagineuse significativement plus importante chez tous les rameurs d'élite, avec 50% des zones acétabulaires présentant une abrasion ou une perte cartilagineuse, et des valeurs T2 globalement diminuées (20±6 ms vs 25±5 ms pour l'acétabulum, p<0,001), particulièrement dans la région antéro-supérieure périphérique. Ces findings suggèrent que l'aviron d'élite pourrait prédisposer au développement précoce d'arthrose de hanche, nécessitant des études longitudinales pour
This case report describes the first documented instance of thyroid cartilage causing carotid artery stenosis through mechanical stimulation. The study examined a 51-year-old swimmer who developed acute stroke symptoms during front crawl swimming, using imaging techniques including MRI, angiography, ultrasonography, and CT to identify the underlying cause. The investigators found that the thyroid cartilage was in direct contact with the left common carotid artery at the site of stenosis, and that repetitive neck rotation during swimming caused the artery to move with the cartilage, leading to plaque formation and subsequent thrombosis. The findings suggest that anatomical interactions between the carotid artery and surrounding structures, including cartilage, should be evaluated when selecting treatments to prevent recurrent ischemic events.
Diese Fallstudie dokumentiert zum ersten Mal eine symptomatische Karotisstenose, die durch mechanische Stimulation des Schildknorpels beim häufigen Schwimmen verursacht wurde. Bei einem 51-jährigen Mann mit Bluthochdruck und Dyslipidämie traten während des Kraulschwimmens plötzlich rechtsseitige Gesichtstaubheit und Sprachstörungen auf, woraufhin mittels MRT ein akuter Hirninfarkt diagnostiziert wurde. Die bildgebende Diagnostik (Angiographie, Duplexsonographie, CT) zeigte eine Stenose der linken A. carotis communis mit Plaque und Thrombus an der Stelle, wo der Schildknorpel direkten Kontakt zur Arterie hatte und diese bei Halsdrehungen mechanisch stimulierte. Die Autoren schlussfolgern, dass die repetitiven Halsbewegungen beim Kraulschwimmen durch mechanische Reizung des Schildknorpels zur Plaquebildung und letztendlich zum Schlaganfall führten.
Cette étude de cas rapporte le premier cas documenté de sténose carotidienne symptomatique causée par une stimulation mécanique du cartilage thyroïde. Les auteurs décrivent un nageur de 51 ans qui a développé un infarctus cérébral aigu avec engourdissement facial et dysphasie pendant la nage en crawl, pratiquée trois fois par semaine. Les examens d'imagerie (IRM, angiographie, échographie duplex et tomodensitométrie) ont révélé une sténose de l'artère carotide commune gauche avec formation de plaque et thrombus au site de contact avec le cartilage thyroïde, qui se déplaçait avec l'artère lors des rotations cervicales. Cette observation suggère que les mouvements répétitifs de rotation du cou lors de la nage crawl ont induit une stimulation mécanique chronique du cartilage thyroïde sur la carotide, provoquant la formation de plaque athéroscléreuse et finalement l'accident ischémique.
This study investigated how mechanical stress promotes osteoarthritis development through TGF-β1 signaling between bone and cartilage cells. The researchers used co-cultured osteoclasts and chondrocytes subjected to cyclic mechanical loading, along with an osteoarthritis rat model and tissue samples from five patients with femoral neck fractures.
The key findings showed that mechanical stress significantly increased TGF-β1 production in osteoclasts in a time- and dose-dependent manner, which subsequently caused chondrocyte death and cartilage breakdown. Importantly, blocking TGF-β1 signaling with the inhibitor SB-505124 prevented chondrocyte death in cell cultures and reduced cartilage degradation in the rat osteoarthritis model, suggesting this pathway could be a potential therapeutic target.
Diese Studie untersuchte die molekularen Mechanismen, durch die mechanischer Stress zur Osteoarthrose-Entwicklung über den Transforming Growth Factor Beta 1 (TGF-β1) beiträgt. Die Forscher verwendeten ein Ko-Kultur-Zellmodell mit Osteoklasten und Chondrozyten sowie ein Osteoarthrose-Rattenmodell, um die Auswirkungen zyklischer mechanischer Belastung zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanischer Stress die TGF-β1-Expression in Osteoklasten zeit- und dosisabhängig hochreguliert, was zu verstärkter Chondrozyten-Apoptose und Knorpeldegradation führt. Die Behandlung mit dem TGF-β1-Rezeptor-Inhibitor SB-505124 konnte diese schädlichen Effekte signifikant umkehren und die Gelenkknorpel-Degradation in vivo deutlich reduzieren.
Cette étude examine le rôle du stress mécanique dans le développement de l'arthrose via l'activation du facteur de croissance transformant bêta 1 (TGF-β1). Les chercheurs ont utilisé un modèle de co-culture cellulaire avec des ostéoclastes soumis à une charge cyclique puis mis en contact avec des chondrocytes, ainsi qu'un modèle d'arthrose chez le rat. Les résultats démontrent que le stress mécanique induit une surexpression de TGF-β1 par les ostéoclastes de manière dose- et temps-dépendante, entraînant l'apoptose des chondrocytes et la dégradation cartilagineuse. L'administration d'un inhibiteur du récepteur TGF-β1 (SB-505124) permet de prévenir significativement l'apoptose chondrocytaire in vitro et la dégradation du cartilage articulaire chez les rats arthrosiques.
This study aimed to develop a new stress test to directly measure how knee cartilage responds to walking exercise in living humans, addressing the knowledge gap that prevents clinicians from prescribing optimal exercise regimens for cartilage health. The researchers used in vivo measurement techniques to assess tibial cartilage strain in healthy subjects during walking at different speeds (0.9-2.0 m/s) and durations up to 60 minutes. The key findings showed that cartilage compression initially increased with longer walking duration but then plateaued, and that faster walking speeds produced greater cartilage strain, with maximum strains reaching 5.0% after 60 minutes of walking. This work provides the first direct measurements of cartilage behavior during exercise in living humans, establishing important baseline data that could guide future exercise prescriptions for maintaining cartilage health and treating osteoarthritis.
Diese Studie entwickelte einen neuartigen Knorpel-Belastungstest, um die Verformungsreaktion (Strain) des Tibiakknorpels gesunder Menschen auf Gehübungen in vivo zu messen. Die Forscher variierten systematisch Gehgeschwindigkeit (0,9-2,0 m/s) und -dauer in einer dosisabhängigen Weise, um deren Einfluss auf die Knorpelverformung zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigten einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen Gehdauer und Kompressionsverformung, wobei die Verformung zunächst mit der Dauer anstieg und sich dann bei längeren Belastungen stabilisierte, sowie eine Zunahme der Verformung mit steigender Gehgeschwindigkeit. Diese innovative Studie lieferte erstmalige in vivo-Messungen des Knorpel-Kriechverhaltens beim Gehen mit maximalen Verformungswerten von 5,0% nach 60 Minuten, wodurch wichtige physiologische Referenzwerte für gesundes Gelenkknorpelverhalten etabliert wurden.
Cette étude visait à développer un test de stress cartilagineux pour mesurer in vivo la réponse en déformation du cartilage tibial humain à l'exercice de marche, afin de combler le manque de données directes sur l'effet de l'activité physique sur le cartilage. Les chercheurs ont fait varier la durée et la vitesse de marche de manière dose-dépendante chez des sujets sains pour quantifier l'impact de ces variables sur la déformation cartilagineuse. Les résultats révèlent une relation non-linéaire entre la durée de marche et la déformation compressive (augmentation initiale puis plateau), ainsi qu'une augmentation de la déformation avec la vitesse de marche (0,9-2,0 m/s), avec des déformations maximales de 5,0% observées après 60 minutes de marche. Cette étude fournit les premiers repères physiologiques du comportement du cartilage articulaire sain lors de la marche et établit une base de référence essentielle pour les futures recherches sur l'effet de l'exercice sur la santé cartilagineuse.
This study investigated how different walking conditions affect the deformation of medial femoral cartilage in healthy adults. Researchers divided 76 adults without knee problems into four groups: a resting control group and three walking groups (flat ground, 16° slope, and stepper walking), then measured cartilage thickness using ultrasound before and after 30 minutes of activity. All three walking conditions caused significant cartilage thinning compared to rest, with slope and stepper walking producing greater deformation than flat walking due to increased knee loading. The findings demonstrate that cartilage responds differently to various mechanical loads, with more challenging walking conditions causing greater temporary cartilage compression.
Diese Studie untersuchte die Verformung des medialen Femurkartilages bei gesunden Erwachsenen unter verschiedenen Gehbedingungen. 76 gesunde Probanden wurden randomisiert in vier Gruppen eingeteilt (Kontrolle, Ebene, 16°-Steigung, Stepper) und die Knorpeldicke wurde mittels Ultraschall vor und nach 30-minütiger Belastung gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass alle Gehformen zu einer signifikanten Reduktion der Knorpeldicke führten, wobei das Stepper- und Steigungsgehen eine stärkere Verformung verursachten als das Gehen auf ebener Fläche. Die Studie demonstriert, dass höhere Kniebelastungen zu ausgeprägteren akuten Knorpelverformungen führen, was wichtige Implikationen für das Verständnis der Knorpelbiomechanik hat.
Cette étude a investigué la déformation du cartilage fémoral médial chez 76 adultes sains selon différentes conditions de marche, en comparant un groupe contrôle (repos 30 min) à trois groupes d'exercice : marche sur terrain plat, marche en pente (16°) et marche sur stepper. L'épaisseur du cartilage a été mesurée par échographie avant et après l'exercice pour quantifier les déformations induites par la charge mécanique. Les résultats montrent une réduction significative de l'épaisseur cartilagineuse après 30 minutes d'exercice dans tous les groupes par rapport au contrôle, avec une déformation plus importante lors de la marche en pente et sur stepper comparée à la marche sur terrain plat. Cette étude démontre que l'intensité de la charge mécanique appliquée au genou influence directement le degré de déformation du cartilage fémoral médial chez l'adulte sain.
This study investigated whether early controlled exercise affects tarsal joint development and osteoarthritis risk in young Mangalarga Marchador horses. Researchers followed 40 foals from birth to 36 months, with half receiving additional controlled gallop training 3 days per week starting at approximately 30 days of age, while monitoring body measurements and performing radiographic evaluations at 18 and 36 months. Only two male horses (10%) from the trained group showed radiographic signs of tarsal osteoarthritis at 36 months, while no untrained horses developed these changes. The authors concluded that the specific exercise regimen used did not significantly increase osteoarthritis prevalence in young horses, suggesting that moderate early training may not be detrimental to joint health in this breed.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von frühem Training, Alter, Körpergewicht und Wachstum auf die Entwicklung von Sprunggelenksarthrose bei 40 jungen Mangalarga Marchador Pferden. Die Forscher verglichen eine Trainingsgruppe (zusätzliches kontrolliertes Training 3x wöchentlich ab dem 30. Lebenstag) mit einer Kontrollgruppe und führten röntgenologische sowie morphometrische Untersuchungen im Alter von 18 und 36 Monaten durch. Die Ergebnisse zeigten arthrotische Veränderungen nur bei zwei männlichen Fohlen der Trainingsgruppe (10%), während in der untrainierten Gruppe keine Arthrose auftrat. Die Autoren schlussfolgern, dass spezifische körperliche Aktivität während der frühen Entwicklung nicht zwangsläufig zu einer erhöhten Arthrose-Prävalenz bei Mangalarga Marchador Fohlen führt.
Cette étude a évalué l'impact de l'exercice précoce, de l'âge, du poids corporel et de la croissance sur le développement de l'arthrose tarsienne chez 40 jeunes chevaux Mangalarga Marchador, dont la moitié a suivi un programme d'entraînement contrôlé (sprints de 15 minutes, 3 fois par semaine) de l'âge de 30 jours à 36 mois. Les chercheurs ont utilisé des évaluations radiographiques standardisées et des mesures morphométriques à 18 et 36 mois pour détecter les signes d'arthrose. Seuls deux poulains mâles du groupe entraîné (10%) ont développé des signes radiographiques d'arthrose tarsienne à 36 mois, contre aucun dans le groupe témoin. L'étude conclut que des niveaux spécifiques d'activité physique pendant le développement initial n'augmentent pas significativement la prévalence des lésions arthrosiques chez cette race équine.
This study investigated whether different types of footwear influence knee cartilage volume changes during prolonged running. Twelve participants completed 75-minute runs in three different shoe conditions, with high-resolution 3.0 Tesla MRI scans taken before and after each run to measure cartilage volume changes in the patella, femur, and tibia using 3D reconstruction techniques. The results showed significant cartilage volume reductions at all knee joint locations after prolonged running, regardless of footwear type, with no statistically significant differences between shoe conditions. However, there was considerable individual variation in cartilage response across different footwear, suggesting that personalized footwear recommendations may be beneficial for minimizing cartilage volume changes during running.
Diese Studie untersuchte, ob verschiedene Laufschuhe die Knorpelvolumenveränderungen im Kniegelenk nach längeren Laufbelastungen beeinflussen. Zwölf Probanden absolvierten 75-minütige Laufeinheiten in drei verschiedenen Schuhbedingungen, wobei das Knorpelvolumen mittels hochauflösender 3,0 Tesla MRT vor und nach jedem Lauf dreidimensional rekonstruiert und quantifiziert wurde. Die Ergebnisse zeigten signifikante Knorpelvolumenreduktionen an allen anatomischen Stellen (Patella, Femur, Tibia) nach dem 75-minütigen Lauf, jedoch ohne statistisch bedeutsame Unterschiede zwischen den verschiedenen Schuhbedingungen. Die erheblichen individuellen Variationen in der Knorpelreaktion zwischen den Teilnehmern deuten darauf hin, dass personalisierte Schuhempfehlungen zur Minimierung der Knorpelvolumenveränderungen sinnvoll sein könnten.
Cette étude visait à évaluer l'impact de trois types de chaussures sur les changements de volume du cartilage articulaire du genou après une course prolongée. Douze participants ont effectué des courses de 75 minutes dans chaque condition de chaussage, avec des IRM 3.0 Tesla réalisées avant et après chaque session pour quantifier les volumes cartilagineux de la patelle, du fémur et du tibia par reconstruction 3D. Les résultats montrent une réduction significative du volume cartilagineux à tous les sites anatomiques après la course, indépendamment du type de chaussures utilisées. Cependant, la variabilité inter-individuelle importante suggère qu'une approche personnalisée des recommandations de chaussage pourrait être bénéfique pour minimiser ces changements cartilagineux.
This randomized controlled trial investigated whether intra-articular hyaluronic acid (HA) injection could protect knee cartilage from damage during marathon running. The researchers randomly assigned 20 runners to receive either HA or saline injection one week before running a marathon, then used high-field MRI to measure cartilage T2 and T1ρ relaxation times (markers of cartilage health) at baseline, 48-72 hours post-marathon, and 3 months later across 8 knee locations. Among the 15 runners who completed the study, there were no statistically significant differences in cartilage relaxation times between the HA and saline groups at any time point or location. The study concluded that pre-marathon HA injection did not provide measurable protection against cartilage changes associated with marathon running.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersuchte, ob eine präventive Injektion von Hyaluronsäure (HA) ins Kniegelenk vor einem Marathon den Knorpel vor belastungsbedingten Schäden schützen kann. 15 Marathonläufer erhielten eine Woche vor dem Lauf entweder eine HA- oder Kochsalzlösung-Injektion und wurden mittels hochauflösender 3-Tesla-MRT vor dem Marathon sowie 48-72 Stunden und 3 Monate danach untersucht, wobei T2- und T1ρ-Relaxationszeiten als Marker für frühe Knorpelschäden gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Gruppen in den Relaxationszeiten aller untersuchten Knorpelregionen. Somit konnte die präventive HA-Injektion keinen messbaren Schutzeffekt gegen marathon-bedingte frühe Knorpelveränderungen nachweisen.
Cette étude randomisée contrôlée a évalué si l'injection intra-articulaire d'acide hyaluronique (AH) pouvait protéger le cartilage articulaire des lésions précoces associées à la course de marathon. Quinze coureurs ont été randomisés pour recevoir une injection d'AH ou de sérum physiologique une semaine avant le marathon, avec évaluation du cartilage par IRM 3-Tesla (temps de relaxation T2 et T1ρ) avant, 48-72 heures après et 3 mois après la course. Les résultats n'ont montré aucune différence statistiquement significative des temps de relaxation T2 et T1ρ entre les groupes AH et contrôle dans toutes les régions cartilagineuses du genou analysées. L'injection prophylactique d'acide hyaluronique n'a donc pas démontré d'effet protecteur significatif contre les modifications cartilagineuses induites par le marathon comparativement au groupe contrôle.
This study aimed to understand how soft tissues interact within the hip joint of alligators during movement, using advanced imaging to inform broader questions about joint function and evolution in archosaurs (the group including crocodilians and birds). The researchers used contrast-enhanced CT scanning to create 3D models of alligator hip anatomy, then employed X-ray reconstruction of moving morphology (XROMM) to visualize how these soft tissues behaved during walking. Key findings revealed that the alligator's femoral head moves beyond the bony socket and doesn't act as a simple pivot point, while fibrocartilaginous surfaces remain in contact throughout hip movement, similar to bird joints. The study also showed evidence of soft tissue deformation and sliding during locomotion, with the joint's ligament constrained by surrounding bone structures, providing new insights into how these complex joint systems function during movement.
Diese Studie zielte darauf ab, die dynamischen Weichteilinteraktionen im Hüftgelenk des amerikanischen Alligators während der Fortbewegung zu verstehen. Die Forschenden verwendeten kontrastverstärkte Computertomographie zur 3D-Modellierung der Gelenkstrukturen und marker-basierte Röntgenrekonstruktion bewegter Morphologie (XROMM), um die Weichteilbewegungen während der terrestrischen Lokomotion zu visualisieren. Die Hauptergebnisse zeigen, dass der Femurkopf über das knöcherne Acetabulum hinaus wandert und nicht als zentraler Drehpunkt fungiert, während die fibrokartilaginösen Oberflächen von Antitrochanter und Femurhals während Flexion und Extension in Kontakt bleiben. Diese Erkenntnisse erweitern das Verständnis der Biomechanik von Archosaurier-Gelenken und demonstrieren das Potenzial von XROMM für die Untersuchung von Weichteil-Gelenkinteraktionen in vivo.
Cette étude visait à analyser les interactions dynamiques des tissus mous articulaires de la hanche chez l'alligator américain pendant la locomotion terrestre. Les chercheurs ont utilisé la tomodensitométrie avec contraste pour créer des modèles 3D du bassin, des fémurs et des tissus mous, puis ont appliqué la technique XROMM (reconstruction radiographique du mouvement) pour visualiser l'articulation in vivo. Les résultats montrent que la tête fémorale dépasse l'étendue crâniale de l'acétabulum osseux sans agir comme pivot central, que les surfaces fibrocartilagineuses de l'antitrochanter et du col fémoral restent engagées durant la flexion-extension (similaire aux oiseaux), et que le ligament de la tête fémorale subit des contraintes cycliques contrôlées par le foramen acétabulaire. Cette approche révèle des déformations compressives et des mouvements de glissement des structures cartilagineuses, fournissant de nouvelles perspectives sur la fonction biomécanique des articulations chez les archosaures.
This study investigated whether periodic mechanical loading could improve the preservation of cartilage tissue by testing rolling-sliding stimulation on pig knee cartilage samples. The researchers compared cartilage samples subjected to mechanical loading cycles every 3 days against control samples stored in culture medium alone, measuring cell survival, tissue structure, mechanical properties, and protein signaling pathways over 28 days.
The mechanically stimulated cartilage showed significantly better chondrocyte survival rates, higher proteoglycan and collagen content, and superior mechanical properties compared to controls at 14 days, though these benefits diminished by day 28. The loading activated the MEK/ERK signaling pathway and reduced expression of cell death proteins, suggesting that mechanical stimulation helps maintain cartilage vitality by promoting cell survival pathways and inhibiting programmed cell death during preservation.
Diese Studie untersuchte, ob periodische mechanische Stimulation die Vitalität von konserviertem Knorpelgewebe verbessern kann. Die Forscher verwendeten osteochondrale Transplantate aus Schweineknien und unterzogen eine Gruppe alle drei Tage einer Roll-Gleit-Belastung, während die Kontrollgruppe ohne mechanische Stimulation konserviert wurde. Nach 14 Tagen zeigte die mechanisch stimulierte Gruppe eine signifikant höhere Chondrozyten-Überlebensrate, besseren Proteoglykan- und Kollagen-II-Gehalt sowie höhere biomechanische Eigenschaften (Young-Modul). Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass mechanische Stimulation den MEK/ERK-Signalweg aktiviert und gleichzeitig apoptotische Proteine hemmt, was die Knorpelvitalität für etwa zwei Wochen erhält.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer l'effet de la stimulation mécanique de type roulement-glissement sur la viabilité du cartilage préservé ex vivo. Les chercheurs ont utilisé des greffes ostéochondrales de genou de porc soumises à des cycles de stimulation mécanique tous les 3 jours, puis ont analysé la survie des chondrocytes, l'histologie, le module de Young et l'expression protéique via Western blot. Les résultats montrent qu'après 14 jours, la stimulation mécanique améliore significativement la survie cellulaire, le contenu en protéoglycanes et collagène de type II, ainsi que les propriétés mécaniques du cartilage, probablement via l'activation de la voie MEK/ERK et l'inhibition de l'apoptose. Cette approche pourrait être appliquée dans les banques de tissus cartilagineux pour améliorer la préservation et la qualité des greffes destinées à la réparation cartilagineuse.
This study investigated how collagen damage and mechanical loading interact to affect proteoglycan loss in articular cartilage. The researchers used 56 bovine cartilage samples that underwent mechanical overloading to create collagen damage, followed by cyclic loading, while measuring proteoglycan release and assessing collagen damage histologically over 48 hours. The key findings showed that proteoglycan loss increased linearly with the total amount of collagen damage and was particularly dependent on the presence (but not amount) of internal collagen damage within the tissue. While cyclic loading alone increased proteoglycan loss in healthy cartilage, it did not cause additional proteoglycan loss in cartilage that already had collagen damage.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Proteoglykenverlust und Kollagenschäden im Gelenkknorpel sowie den Einfluss mechanischer Belastung auf diese Interaktion. An 56 bovinen osteochondralen Proben wurden Überbelastung zur Kollagenschädigung, zyklische Belastung und Messungen des Proteoglykanverlusts über 48 Stunden durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Proteoglykenverlust linear mit dem Ausmaß der Kollagenschäden anstieg und besonders von der Anwesenheit interner (nicht oberflächlicher) Kollagenschäden abhängig war. Während zyklische Belastung in gesundem Knorpel zu verstärktem Proteoglykenverlust führte, bewirkte sie in bereits geschädigtem Knorpel keinen zusätzlichen Verlust.
Cette étude visait à examiner la relation entre les dommages au collagène induits par surcharge mécanique et la perte de protéoglycanes dans le cartilage articulaire, ainsi que l'effet du chargement cyclique sur cette interaction. Les chercheurs ont utilisé 56 échantillons ostéochondraux bovins soumis à des tests mécaniques de 8 heures incluant une surcharge pour endommager le collagène, suivis d'une analyse histologique et de la mesure de la libération de protéoglycanes sur 48 heures. Les résultats montrent que la perte de protéoglycanes augmente linéairement avec l'ampleur des dommages totaux au collagène et dépend de la présence (mais non de la quantité) de dommages collagéniques internes. Le chargement cyclique stimule la perte de protéoglycanes dans le cartilage sain mais n'aggrave pas davantage cette perte lorsque le collagène est déjà endommagé.
This study aimed to develop an injectable hydrogel biomaterial that could harness natural joint loading to promote cartilage repair in osteochondral defects without requiring external growth factors. The researchers encapsulated human bone marrow stem cells in tyramine-modified hyaluronic acid (HA-TYR) hydrogels and subjected them to simulated joint loading (compression and shear forces) for 4 weeks, while measuring the material's adhesive properties, cell invasion resistance, and growth factor production. The key findings showed that mechanical loading activated the cells' own production of TGF-β1 (a key cartilage-promoting growth factor), the hydrogel strongly adhered to cartilage tissue, and importantly, prevented unwanted cell infiltration from surrounding bone marrow. This biomaterial shows promise as a novel treatment approach that uses the body's natural joint movement to stimulate cartilage regeneration.
Diese Studie untersuchte die Entwicklung eines neuartigen Hydrogels aus Tyramin-modifizierter Hyaluronsäure (HA-TYR) zur Behandlung von osteochondralen Defekten, mit dem Ziel mechanische Belastung zur Aktivierung körpereigener Wachstumsfaktoren zu nutzen. Humane mesenchymale Stammzellen wurden in das bioadhäsive Hydrogel eingebettet und über 4 Wochen einer gelenkähnlichen mechanischen Belastung (Kompression und Scherung) ausgesetzt, während die biomechanischen Eigenschaften, Zellinvasion und TGF-β1-Produktion analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass das HA-TYR-Hydrogel eine gute Haftung an Knorpelgewebe aufwies, die Zellinvasion aus dem Knochenmark minimierte und mechanische Belastung zur Produktion und Aktivierung von endogenem TGF-β1 durch die eingebetteten Zellen führte. Das biomechanisch-responsive Hydrogel stellt somit einen vielversprechenden
Cette étude visait à développer un hydrogel bioadhésif hautement cellularisé capable d'exploiter les contraintes mécaniques articulaires pour activer la production endogène de TGF-β1 dans le cadre de la réparation du cartilage articulaire. Les chercheurs ont encapsulé des cellules souches mésenchymateuses humaines dans des hydrogels d'acide hyaluronique modifié à la tyramine (HA-TYR), puis ont appliqué un chargement mécanique multiaxial simulant les mouvements articulaires pendant 4 semaines. Les résultats démontrent que ces hydrogels présentent d'excellentes propriétés bioadhésives au cartilage, limitent l'invasion cellulaire indésirable, et permettent l'activation mécano-induite du TGF-β1 endogène sans ajout de facteurs de croissance exogènes. Cette approche innovante exploite la mécanobiologie physiologique pour favoriser la maturation chondrogénique, offrant une stratégie prometteuse pour le traitement des défauts ostéochondraux.
This study investigated whether pre-contrast T1 relaxation times and cartilage thickness act as confounding factors when using dGEMRIC MRI to assess cartilage quality differences between active and sedentary individuals. The researchers measured cartilage thickness and T1 relaxation times before and after gadolinium contrast injection in knee cartilage of 17 healthy volunteers (9 sedentary, 8 elite runners), analyzing both superficial and deep cartilage layers in weight-bearing and non-weight-bearing regions.
The study found that exercising runners had thicker cartilage and longer pre-contrast T1 times compared to sedentary controls, and importantly, gadolinium concentration correlated with cartilage thickness in deep cartilage layers but not superficial layers. The authors conclude that pre-contrast T1 values and cartilage thickness introduce measurement errors in dGEMRIC analysis, suggesting that previously reported exercise-related cartilage adaptations may be less pronounced than originally thought when these confounding factors are properly considered.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von Pre-Kontrast-T1-Werten und Knorpeldicke als Störfaktoren bei der DGEMRIC-Bildgebung zur Bewertung der Knorpeladaptation an körperliche Aktivität. Die Forscher maßen Knorpeldicke und T1-Relaxationszeiten in den Femurkondylen von 17 gesunden Probanden (9 sitzende Kontrollen, 8 Eliteläufer) vor und zwei Stunden nach Gadolinium-Gabe, wobei sie oberflächliche und tiefe Knorpelschichten in belasteten und unbelasteten Regionen analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Läufergruppe dickeren Knorpel und längere Pre-Kontrast-T1-Zeiten aufwies, wobei die Gadolinium-Konzentration in der tiefen Knorpelschicht linear mit der Knorpeldicke korrelierte, nicht jedoch in der oberflächlichen Schicht. Die Studie schlussfolgert, dass Pre-Kontrast-T1-
Cette étude visait à déterminer l'influence du T1 pré-contraste et de l'épaisseur cartilagineuse lors de l'évaluation de la qualité du cartilage du genou par dGEMRIC. Les chercheurs ont mesuré l'épaisseur cartilagineuse et les temps de relaxation T1 avant et après administration de Gd-DTPA chez 17 volontaires sains (9 sédentaires et 8 coureurs d'élite), en analysant les régions superficielles et profondes des condyles fémoraux. Les résultats montrent que le groupe d'exercice présentait un cartilage plus épais et des valeurs T1 pré-contraste plus longues, avec une corrélation linéaire entre concentration de gadolinium et épaisseur cartilagineuse uniquement dans les régions profondes. L'étude conclut que le T1 pré-contraste et l'épaisseur cartilagineuse constituent des facteurs confondants dans l'analyse dGEMRIC, suggérant que les différences structurelles liées à l'exercice pourraient être moins prononcées que précédemment démont
This study investigated how different patterns of joint activity throughout the day affect cartilage biomechanical function, specifically comparing frequent short movement breaks versus infrequent longer activity periods. The researchers used bovine knee cartilage in a specialized sliding test system that mimics a typical day of human joint activity, with fixed amounts of total activity (30 minutes) and sedentary time (60 minutes) arranged in different patterns. The key finding was that longer, uninterrupted sedentary periods caused significantly greater cartilage strain, loss of internal fluid pressure, and increased friction compared to shorter sedentary periods interrupted by brief activity. These results suggest that taking regular short movement breaks (e.g., every hour) may be better for joint health than having one longer exercise session after prolonged sitting, even when total daily activity time remains the same.
Diese Studie untersuchte, wie sich verschiedene Bewegungsmuster auf die biomechanischen Eigenschaften von Gelenkknorpel auswirken. Die Forschenden verwendeten ein spezielles Testverfahren (CSCA) mit bovinem Knorpel, um einen typischen "Tag" menschlicher Gelenkaktivität zu simulieren, wobei das Verhältnis von 30 Minuten Aktivität zu 60 Minuten sitzender Tätigkeit konstant gehalten wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass längere, kontinuierliche Sitzperioden (unterbrochen von weniger häufigen Aktivitätsphasen) zu deutlich höheren Knorpelbelastungen, größerem Druckverlust im Gewebe und erhöhten Reibungskoeffizienten führten. Die Studie legt nahe, dass kurze, aber regelmäßige Bewegungen (z.B. stündlich) biomechanisch vorteilhafter für den Gelenkknorpel sind als seltene, längere Aktivitätsphasen nach langen Sitzperioden.
Cette étude visait à déterminer comment la fréquence et la durée des périodes d'activité et de sédentarité affectent les propriétés biomécaniques du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé un dispositif de test par contact stationnaire convergent (CSCA) pour simuler une "journée" d'activité articulaire humaine sur du cartilage de grasset bovin, en comparant différents patterns d'activité intermittente pour un volume total fixe d'activité (30 min) et de sédentarité (60 min). Les résultats montrent que des périodes sédentaires prolongées exposent le cartilage à des déformations plus importantes, à une perte de pression interstitielle et à des coefficients de friction plus élevés. Ces findings suggèrent que des mouvements brefs mais réguliers (par exemple, chaque heure) sont biomécaniquement préférables à des patterns de mouvement longs mais peu fréquents pour préserver la fonction cartilagineuse.
This study aimed to develop and test a bioreactor system that uses mechanical stimulation to enhance the movement of mesenchymal stem cells (MSCs) from a cell reservoir into cartilage scaffolds, mimicking how mechanical forces might promote natural cartilage repair. The researchers created a compression bioreactor that applied intermittent loading (0.3 Hz frequency with rest periods) to alginate scaffolds positioned above MSC reservoirs, comparing continuous versus intermittent mechanical stimulation over 24 hours. The key findings showed that intermittent mechanical loading was superior to continuous loading for maintaining cell viability (67% vs 34% survival), and functionalizing the alginate scaffolds with laminin-521 protein significantly increased MSC mobilization into the scaffolds (from 48 to 194 cells/mm³). The bioreactor system successfully demonstrated that controlled mechanical stimulation combined with appropriate scaffold modifications can promote MSC migration, which could inform future cartilage tissue engineering strategies.
Diese Studie zielte darauf ab, einen neuartigen Bioreaktor zu entwickeln, der durch mechanische Stimulation die Mobilisation von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) in Scaffold-Materialien zur Knorpelregeneration fördert. Die Forscher verwendeten ein Kompressions-Bioreaktorsystem mit intermittierender Belastung (0,3 Hz Frequenz, 10% Dehnung) über 24 Stunden, um Alginat-Scaffolds mechanisch zu stimulieren, während MSCs aus einem darunter liegenden Zellreservoir mobilisiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass intermittierende mechanische Stimulation die Zellviabilität besser erhielt als kontinuierliche Belastung (66,8% vs. 34,4%), und dass mit Laminin-521 funktionalisierte Scaffolds die Zellmobilisation von 48 auf 194 Zellen/mm³ steigerten. Der entwickelte Bioreaktor erwies sich als erfolgreiches System zur mechanisch induzierten MSC-Mobilisation in 3D-Scaffolds für potenzielle Knorpelregenerationsanwend
Cette étude visait à développer un bioréacteur capable d'induire la mobilisation de cellules souches mésenchymateuses (CSM) dans des échafaudages par stimulation mécanique, afin d'améliorer la régénération du cartilage articulaire. Le système applique une compression intermittente (0,3 Hz, 10% de déformation) sur des échafaudages d'alginate placés au-dessus d'un réservoir cellulaire contenant des CSM pendant 24 heures. Les résultats montrent que la stimulation mécanique intermittente préserve mieux la viabilité cellulaire que la stimulation continue (66,8% vs 34,4%). La fonctionnalisation des échafaudages d'alginate avec la laminine-521 améliore significativement la mobilisation des CSM (de 48 à 194 cellules/mm³) sous charge mécanique intermittente.
This study investigated how different types of mechanical knee loading during running affect the breakdown patterns of COMP, a protein marker of cartilage turnover, in the blood. Ten healthy men ran on treadmills wearing either passive knee braces or active braces that increased knee flexion forces, while researchers measured COMP levels and fragment patterns in blood samples taken before, immediately after, and up to 2 hours post-exercise. Both running conditions increased total serum COMP levels and produced different fragmentation patterns, with passive braces leading to more sustained increases in smaller COMP fragments (suggesting ongoing breakdown) while active braces showed decreasing fragments over time (suggesting faster clearance). The findings indicate that the type and magnitude of knee joint loading influences both cartilage protein release and subsequent breakdown processes, which may have implications for understanding cartilage health in different loading conditions.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung des Kniegelenks die Fragmentierung des Knorpelmarkers COMP (Cartilage Oligomeric Matrix Protein) im Serum beeinflusst. Zehn gesunde Männer liefen 30 Minuten auf einem Laufband, einmal mit passiven und einmal mit aktiven Knieorthesen (+30,9 N·m zusätzliches Flexionsmoment), wobei COMP-Spiegel und Fragmentierungsmuster vor und bis zu 2 Stunden nach dem Lauf analysiert wurden. Beide Laufbedingungen führten zu einem signifikanten Anstieg der COMP-Gesamtkonzentration und verschiedener Fragmentgrößen unmittelbar nach dem Lauf, was auf eine belastungsinduzierte Freisetzung aus dem Knorpel hindeutet. Interessant war, dass sich die Fragmentierungsmuster in der Erholungsphase unterschieden: Nach passiver Orthese blieben kleinere Fragmente erhöht, während nach aktiver Orthese größere Fragmente abnahmen, was auf unterschiedliche Abbauprozesse je nach
Cette étude examine l'effet de la charge mécanique articulaire du genou sur les patterns de fragmentation de la protéine oligomérique matricielle du cartilage (COMP) sérique. Dix hommes sains ont couru sur tapis roulant pendant 30 minutes avec des orthèses de genou passives ou actives (ajoutant +30,9 N·m de moments de flexion), avec analyse des niveaux sériques de COMP et de ses fragments de dégradation jusqu'à 2 heures post-exercice. Les résultats montrent une augmentation de la COMP sérique et de sa fragmentation (pentamère/tétramère, trimère, monomère) dans les deux conditions, mais avec des patterns de dégradation et d'élimination différents selon le type de charge articulaire. Ces données suggèrent que les caractéristiques spécifiques de la charge mécanique du genou influencent les processus de libération et de métabolisme de la COMP du cartilage.
This study developed PYKNEER, an open-source software framework designed to make knee cartilage research more transparent and reproducible using MRI images. The Python-based tool features three main modules: image preprocessing to standardize data, automated segmentation of femoral knee cartilage across different types of scans, and analysis of cartilage structure and tissue properties. The framework uses Jupyter notebooks as its user interface and is freely available on GitHub, making it accessible to researchers without advanced programming skills. Testing showed that PYKNEER performs comparably to existing algorithms while offering superior accessibility and reproducibility for studying knee osteoarthritis and cartilage degeneration.
Diese Studie stellt PYKNEER vor, ein Open-Source-Framework zur reproduzierbaren Analyse von femoralen Knorpelveränderungen aus MRT-Bildern bei Kniearthrose-Forschung. Das in Python entwickelte Tool umfasst drei Module: (1) Bildvorverarbeitung zur Standardisierung, (2) automatische Knorpelsegmentierung für verschiedene Aufnahmetypen, und (3) morphologische und relaxometrische Analysen. Die Hauptergebnisse zeigen, dass PYKNEER durch seine benutzerfreundliche Jupyter Notebook-Oberfläche und modulare Struktur eine einfache Installation, Nutzung und Erweiterung ermöglicht. Leistungsvergleiche mit bestehenden Algorithmen bestätigen die Effektivität des Frameworks für transparente und reproduzierbare Knorpelforschung.
Cette étude présente PYKNEER, un framework open-source développé pour faciliter la recherche reproductible sur le cartilage fémoral du genou à partir d'images de résonance magnétique dans le contexte de l'arthrose. L'outil, programmé en Python avec interface Jupyter Notebook, comprend trois modules principaux : prétraitement d'images, segmentation du cartilage fémoral, et analyse morphologique et relaxométrique. Les tests de validation démontrent que PYKNEER offre des performances comparables aux algorithmes existants tout en étant facilement accessible et installable. Cette plateforme modulaire favorise la transparence de la recherche, la reproductibilité des résultats et permet l'extension du code ainsi que la comparaison d'algorithmes dans l'étude du cartilage articulaire.
This study tested the Habitual Motion Path (HMP) theory, which proposes that deviating from an individual's natural movement pattern during running increases knee cartilage stress. Researchers used 3D movement analysis to measure each runner's natural HMP (determined from squatting motion) and compared it to their running gait in different shoes, then used 3.0-Tesla MRI to measure knee cartilage volume changes before and after 75 minutes of running. The results showed that runners with greater deviation from their natural movement path experienced significantly more cartilage volume loss in the medial knee compartment and patella, and specific footwear that increased HMP deviation led to greater cartilage volume reduction in the medial tibia. These findings suggest that runners may reduce knee joint stress by maintaining movement patterns closer to their natural HMP and by selecting footwear that minimizes deviation from their individual biomechanical preferences.
Diese Studie untersuchte die "Habitual Motion Path Theory", welche besagt, dass Menschen dazu neigen, ihren gewohnheitsmäßigen Bewegungspfad (HMP) beizubehalten, der durch individuelle anatomische Eigenschaften definiert wird. Die Forscher verwendeten 3.0-Tesla MRT-Bildgebung zur Messung des Knorpelvolumens vor und nach 75 Minuten Laufen sowie 3D-Bewegungsanalyse zur Quantifizierung der HMP-Abweichung bei verschiedenen Schuhbedingungen. Die Ergebnisse zeigten, dass Läufer mit größerer HMP-Abweichung signifikant stärkere Knorpelvolumenreduktionen im medialen Kniegelenkkompartiment und der Patella aufwiesen. Die Studie legt nahe, dass Läufer von einer Reduktion ihrer HMP-Abweichung und einer gezielten Schuhauswahl profitieren könnten, um die Knorpelbelastung in bestimmten Kniebereichen zu minimieren.
Cette étude a testé la théorie du "chemin de mouvement habituel" (HMP) en examinant si les déviations de ce chemin naturel de mouvement augmentent les réductions de volume du cartilage articulaire du genou après la course. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 3-Tesla pour mesurer les volumes de cartilage avant et après 75 minutes de course, combinée à une analyse biomécanique 3D pour quantifier les déviations HMP chez les coureurs portant différentes chaussures. Les résultats montrent que les participants avec des déviations HMP plus importantes présentent des réductions significativement plus importantes du volume cartilagineux dans le compartiment médial du genou et la rotule, et que les chaussures maximisant la déviation HMP augmentent la perte de cartilage au niveau du tibia médial. Ces findings suggèrent que la sélection de chaussures basée sur la minimisation des déviations HMP pourrait réduire la charge sur le cartilage articulaire du genou chez les coureurs.
This study investigated how running affects knee cartilage composition in healthy male runners using specialized MRI techniques. The researchers used T1rho MRI to measure cartilage changes in eight asymptomatic male runners before, immediately after, and 24 hours after running both 3-mile and 10-mile distances. The results showed that cartilage T1rho values decreased immediately after running (indicating increased proteoglycan concentration due to water being squeezed out), with greater changes after 10 miles compared to 3 miles (11% vs 4% decrease). Importantly, all cartilage changes returned to baseline levels within 24 hours, suggesting that knee cartilage recovers fully from the mechanical stress of running up to 10 miles in healthy individuals.
Diese Studie untersuchte mittels T1rho-MRT die biochemischen Veränderungen im Kniegelenkknorpel als Reaktion auf Laufbelastung bei acht asymptomatischen männlichen Läufern. Die Forscher führten MRT-Messungen vor, unmittelbar nach und 24 Stunden nach 3- und 10-Meilen-Läufen durch, wobei T1rho-Relaxationszeiten als Marker für die Proteoglykankonzentration im Knorpel dienten. Die Ergebnisse zeigten signifikante Abnahmen der T1rho-Zeiten unmittelbar nach beiden Laufdistanzen (stärker ausgeprägt nach 10 Meilen), die auf vorübergehende Veränderungen der Knorpelzusammensetzung durch Wasserverschiebungen hindeuten. Nach 24 Stunden hatten sich alle Werte wieder auf das Ausgangsniveau normalisiert, was darauf hindeutet, dass sich der Knorpel innerhalb eines Tages von den laufbedingten biochemischen Veränderungen erholt.
Cette étude visait à quantifier l'impact de la course à pied sur l'état biochimique du cartilage du genou en utilisant l'IRM T1rho. Les chercheurs ont analysé huit coureurs masculins asymptomatiques par IRM T1rho avant, immédiatement après, et 24 heures après des courses de 3 et 10 miles. Les résultats montrent une diminution significative des temps de relaxation T1rho immédiatement après l'exercice (plus prononcée après 10 miles : -11% vs -4% après 3 miles), suggérant une augmentation transitoire de la concentration en protéoglycanes due aux flux hydriques dans le cartilage. Ces modifications se normalisaient complètement dans les 24 heures, indiquant une récupération biochimique rapide du cartilage après des courses jusqu'à 10 miles.
This study aimed to develop a standardized exercise model to evaluate serum ARGS (sARGS) as a biomarker for osteoarthritis by measuring how physical activity affects cartilage turnover. Researchers conducted a randomized crossover trial with 20 knee osteoarthritis patients and 20 healthy young adults, measuring sARGS levels in blood samples taken before, immediately after, and up to 24 hours following cycling, running, and resting interventions. The study found that sARGS is a stable and reproducible biomarker with low sensitivity to physical activity, showing only small acute increases after moderate exercise in osteoarthritis patients that returned to normal within 24 hours. Importantly, baseline sARGS levels were negatively correlated with osteoarthritis severity (Kellgren-Lawrence grade), suggesting that more severe joint damage is associated with lower circulating levels of this cartilage breakdown marker.
Diese Studie untersuchte den Biomarker sARGS (Serum-ARGS-Neoepitop) als potentiellen Indikator für Knorpelstoffwechsel bei Osteoarthrose-Patienten und gesunden jungen Probanden mittels eines standardisierten Belastungsmodells. In einer randomisierten Cross-over-Studie absolvierten 20 OA-Patienten und 20 gesunde Probanden verschiedene Belastungsinterventionen (Radfahren, Laufen, Ruhe), wobei Blutproben über 24 Stunden gesammelt wurden. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Reproduzierbarkeit des Markers (ICC 0,97 bei OA-Patienten) sowie geringe akute Anstiege von sARGS nach moderater Belastung bei OA-Patienten, die sich innerhalb von 24 Stunden normalisierten. Zusätzlich wurde eine negative Korrelation zwischen dem Kellgren-Lawrence-Grad und den sARGS-Baseline-Werten gefunden (r = -0,69), was auf eine verminderte Knorpelmatrix
**Résumé :**
Cette étude exploratoire en cross-over a évalué le potentiel du biomarqueur sérique ARGS (sARGS) comme indicateur du remodelage cartilagineux induit par l'exercice chez 20 patients avec arthrose du genou et 20 sujets jeunes en bonne santé. Les participants ont effectué des sessions de cyclisme, course à pied et repos sur des jours séparés, avec prélèvements sanguins à intervalles réguliers jusqu'à 24h post-exercice. Les résultats montrent que sARGS présente une faible sensibilité à l'activité physique, avec seulement de légères augmentations aiguës observées chez les patients arthrosiques après exercice d'intensité modérée, et une corrélation négative entre les niveaux de base de sARGS et la sévérité de l'arthrose (grade Kellgren-Lawrence). Le biomarqueur s'avère reproductible et stable, suggérant son utilité potentielle pour le monitoring de l'arthrose, bien que sa réactivité à l'exercice soit limitée.
This study aimed to evaluate whether focal metallic implants (FMI) used to treat cartilage defects in patients over 45 years cause damage to the opposing healthy cartilage. The researchers used an abrasion testing machine to apply cyclic loading (33N compression with 10mm shearing motion) to porcine tibial cartilage plugs positioned against FMIs for either 1 or 6 hours, then examined the cartilage for histological damage. After 1 hour of testing, no cartilage damage was observed, but after 6 hours, most samples showed signs of injury ranging from surface-level (grade 1) to deeper zone damage (grade 2). The findings suggest that FMIs can cause cartilage damage to opposing surfaces under prolonged physiological loading, leading the authors to recommend careful evaluation of existing cartilage defects before considering FMI treatment.
Diese In-vitro-Studie untersuchte, ob fokale Metallimplantate (FMI) zur Behandlung von Knorpeldefekten bei älteren Patienten Schäden am gegenüberliegenden Gelenkknorpel verursachen. Mittels einer Abrasionsmaschine wurden porcine Knorpel-Knochen-Proben unter physiologischen Belastungsbedingungen (33 N Druck, 1 Hz Scherung) für 1 oder 6 Stunden gegen ein FMI getestet. Nach 6-stündiger Belastung zeigten 4 von 6 Proben histologische Knorpelschäden (Grad 1-2), während nach 1 Stunde keine Schäden auftraten. Die Autoren empfehlen daher eine sorgfältige präoperative Analyse des gegenüberliegenden Knorpels vor FMI-Implantation, da längere Belastungszyklen zu Knorpelschäden führen können.
Cette étude évalue les effets d'un implant métallique focal (FMI) sur le cartilage tibial opposé chez des patients de plus de 45 ans présentant des défauts cartilagineux focaux où la réparation biologique est inefficace. Les chercheurs ont utilisé une machine d'abrasion appliquant une charge compressive de 33 N et un cisaillement de 10 mm sur des plugs ostéochondraux porcins en contact avec un FMI pendant 1 ou 6 heures. Après 1 heure, aucun dommage histologique n'a été observé, tandis qu'après 6 heures, 4 échantillons sur 6 présentaient des signes de lésions cartillagineuses de grade 1 ou 2. Ces résultats suggèrent qu'une analyse approfondie des défauts préexistants du cartilage opposé est recommandée avant la pose d'un FMI en pratique clinique.
This study investigated whether changes in knee loading from wearing variable-stiffness shoes are linked to improvements in knee osteoarthritis symptoms and cartilage biomarkers. Nineteen subjects with medial knee osteoarthritis completed 6 months of wearing variable-stiffness shoes, with researchers measuring knee adduction moments during walking, WOMAC pain/function scores, and blood levels of COMP (a cartilage breakdown marker) before and after 30-minute walking tests. The results showed that participants who had greater reductions in knee loading (adduction moment) experienced larger decreases in cartilage stress responses (lower COMP levels after walking) and significantly greater improvements in pain and function scores. These findings suggest that variable-stiffness shoes may benefit knee osteoarthritis patients by reducing mechanical stress on cartilage, with the degree of load reduction correlating with both biochemical and clinical improvements.
Diese Studie untersuchte, ob Veränderungen des Knie-Adduktionsmoments (KAM) nach sechsmonatigem Tragen von Schuhen mit variabler Steifigkeit mit Symptomverbesserungen und Veränderungen der Knorpel-Biomarker bei medialer Kniearthrose korrelieren. 19 von 25 eingeschlossenen Patienten absolvierten die 6-monatige Nachuntersuchung mit Ganganalyse, WOMAC-Fragebögen und Messungen des Knorpel-oligomeren Matrixproteins (COMP) im Serum vor und nach standardisierter Gehbelastung. Die Ergebnisse zeigten, dass größere Reduktionen des KAM mit stärkeren Abnahmen der mechanisch stimulierten COMP-Spiegel (r = 0,564) und signifikanten Verbesserungen der WOMAC-Schmerz- (r = -0,56) und Funktionswerte (r = -0,52) korrelierten. Diese Befunde deuten darauf hin, dass biomechanische Entlast
Cette étude avait pour objectif d'évaluer si les modifications du moment d'adduction du genou (KAM) après 6 mois de port de chaussures à rigidité variable sont associées aux changements de symptômes et aux taux sériques de protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse (COMP) chez des patients avec gonarthrose médiale. L'étude a suivi 19 sujets sur 6 mois en analysant leur démarche, leurs scores WOMAC et leurs concentrations de COMP sérique avant et après une activité de marche de 30 minutes. Les résultats montrent que les réductions du KAM étaient corrélées à une diminution des niveaux de COMP stimulés mécaniquement (r = 0,564, p = 0,045) et à une amélioration significative de la douleur (r = -0,56, p = 0,015) et de la fonction (r = -0,52, p = 0,028). Cette recherche suggère que l'ampleur de la réduction du KAM grâce aux chaussures à rigidité variable est associée à des améliorations tant biomécaniques que cliniques dans la
This study aimed to determine whether exercise-induced changes in knee cartilage composition, measured using MRI T1ρ and T2 relaxation mapping, could be distinguished from normal measurement variability. The researchers first established the repeatability of these MRI measurements in 10 healthy participants, then assessed cartilage changes in 9 participants before and after a 5-minute stepping exercise using 3T MRI. The study found that both T1ρ and T2 measurements were highly repeatable (variability <1.1%) when knee positioning remained constant, though repositioning the knee increased measurement variability, particularly for patellar cartilage T1ρ values. Following the stepping exercise, significant changes in cartilage composition were detected that exceeded measurement error thresholds, with decreases of 5-8% in most cartilage regions for both T1ρ and T2, demonstrating that dynamic loading assessment may provide more sensitive evaluation of cartilage health than static imaging alone.
Diese Studie zielte darauf ab, belastungsinduzierte Veränderungen in der Knorpelzusammensetzung mittels MRT-Relaxationszeiten (T1ρ und T2) zu messen und diese gegen die Messvariabilität abzugrenzen. Die Forscher untersuchten 19 gesunde Probanden mit 3T-MRT vor und nach einer 5-minütigen Stufenaktivität und bestimmten zunächst die Wiederholbarkeit der Messungen mit und ohne Knierepositionierung. Die Ergebnisse zeigten, dass die Relaxationszeitmessungen ohne Repositionierung sehr reproduzierbar waren (RMS-CV <1,1%), während eine kurze Gelenkbelastung zu signifikanten Veränderungen in T1ρ und T2 führte, die über der Messungenauigkeit lagen. Besonders deutliche Veränderungen wurden im patellofemoralen Bereich (T1ρ) und im lateralen femorotibalen Bereich (T2) beobachtet, was darauf hindeutet, dass dynamische MRT-Untersuchungen sensitiver für die Knorp
Cette étude visait à évaluer les changements de composition du cartilage articulaire induits par l'exercice en utilisant l'IRM quantitative (temps de relaxation T1ρ et T2) et à comparer ces variations à la variabilité de mesure intrinsèque. Les chercheurs ont analysé 19 participants sains avec des séquences IRM 3T avant et après un exercice de step de 5 minutes, en déterminant d'abord la répétabilité des mesures T1ρ et T2 avec et sans repositionnement du genou. Les résultats montrent que l'exercice produit des changements significatifs des temps T1ρ et T2 (variations de -8,0% à +5,8% selon les régions cartilagineuses) qui dépassent le seuil d'erreur de mesure, démontrant ainsi la faisabilité de détecter la réponse compositionnelle du cartilage au stress mécanique par IRM quantitative.
This study investigated how a single episode of cyclic mechanical loading affects cartilage structure and protein distribution in rat knees to understand post-traumatic osteoarthritis development. Researchers applied 60 cycles of either 20N or 50N compression to rat knee joints and analyzed cartilage changes using histology and immunohistochemistry at multiple time points up to 8 weeks post-loading. The loading protocol consistently caused localized cartilage lesions on the lateral femoral condyle, with increased type II collagen expression and initial loss of the protective lubricin layer at the cartilage surface. Importantly, the superficial lubricin layer naturally recovered to normal levels within 4 weeks, suggesting that joints have effective repair mechanisms that may help delay osteoarthritis progression after traumatic injury.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen zyklischer Kompressionsbelastung auf Kniegelenkknorpel von Ratten, um Faktoren der posttraumatischen Arthrose-Entwicklung zu verstehen. Die Forscher applizierten einmalig 60 Zyklen mit 20 N oder 50 N dynamischer Kompression auf das rechte Kniegelenk 12 Wochen alter Wistar-Ratten und analysierten die Knorpelveränderungen mittels Histologie und Immunhistochemie über einen Zeitraum von 8 Wochen. Die Ergebnisse zeigten lokalisierte Knorpelläsionen am lateralen Femurkondylus mit Degeneration der Oberflächen- und Zwischenschicht, während die Kollagen-II-Expression hochreguliert und die oberflächliche Lubricin-Schicht erodiert wurde. Bemerkenswert war, dass sich die Lubricin-Verteilung innerhalb von 4 Wochen wieder normalisierte, was auf endogene Reparaturmechanismen hindeutet, die möglicherweise das Fortschreiten der
Cette étude visait à examiner les effets d'un épisode de compression cyclique in vivo sur le cartilage articulaire du genou de rat, dans le contexte de l'arthrose post-traumatique. Les chercheurs ont appliqué 60 cycles de compression dynamique (20 N ou 50 N) sur l'articulation du genou droit de rats Wistar, puis ont évalué les changements spatio-temporels du cartilage par histologie et immunohistochimie sur une période de 8 semaines. Les résultats montrent que cette charge cyclique provoque des lésions localisées du cartilage avec une dégénérescence des couches superficielles et intermédiaires, accompagnée d'une surexpression du collagène de type II et d'une érosion initiale de la lubricine superficielle. Cependant, la distribution de lubricine se rétablit graduellement au niveau normal après 4 semaines, suggérant que les mécanismes de réparation endogènes peuvent retarder la progression de l'arthrose post-traumatique.
This study investigated whether aquatic exercise affects cartilage and bone metabolism differently than dry exercise in young horses during growth and training progression. Thirty Quarter Horse yearlings were randomly assigned to three groups for 140 days: no exercise control, dry treadmill exercise, or aquatic treadmill exercise (water at 60% wither height), with both exercise groups walking 30 minutes daily before transitioning to advanced workloads. The researchers measured bone density via radiographs and analyzed blood and joint fluid samples for markers of bone formation, bone breakdown, and cartilage metabolism every 14-28 days.
The main findings showed that both exercise groups maintained more consistent bone metabolism markers compared to controls, suggesting exercise supports uniform bone development during growth. However, there were no significant differences between aquatic and dry exercise groups in terms of bone density, cartilage breakdown markers, or joint inflammation, indicating that aquatic exercise is as safe and effective as traditional dry exercise for young horses.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von Wassertraining auf den Knorpel- und Knochenstoffwechsel bei 30 jungen Quarter Horse-Jährlingen über einen Zeitraum von 140 Tagen, wobei drei Gruppen verglichen wurden: keine Bewegung (Kontrolle), Trockenlaufband-Training und Wasserlaufband-Training (Wasserstand 60% der Widerristhöhe). Die Forscher analysierten Knochenparameter mittels Röntgenaufnahmen sowie Biomarker für Knochen- und Knorpelstoffwechsel in Blut- und Gelenkflüssigkeitsproben alle 14-28 Tage. Die Hauptergebnisse zeigten, dass beide Trainingsformen (trocken und aquatisch) einen konsistenteren Knochenstoffwechsel förderten als bei der Kontrollgruppe, während sich die Knorpelstoffwechsel-Marker zwischen den Gruppen nicht signifikant unterschieden. Die Studie belegt, dass frühes kontrolliertes Training die gleichmäßige Knochenentwicklung unterstützt und
Cette étude a évalué les effets de l'exercice aquatique sur le métabolisme du cartilage et de l'os chez 30 yearlings Quarter Horse pendant 140 jours, en comparant trois groupes : contrôle sans exercice, tapis roulant sec, et tapis roulant aquatique (eau à 60% de la hauteur au garrot). Les chercheurs ont analysé des marqueurs sériques du métabolisme osseux (ostéocalcine, CTX-1), des biomarqueurs du cartilage dans le liquide synovial, et la densité osseuse radiographique. Les résultats montrent que l'exercice précoce (sec ou aquatique) maintient un métabolisme osseux stable contrairement au groupe contrôle, sans différences significatives entre les modalités d'exercice pour les marqueurs du cartilage. L'étude démontre que l'exercice aquatique n'a pas d'effets négatifs sur le métabolisme cartilagineux et pourrait favoriser un développement osseux uniforme chez les jeunes chevaux.
This study investigated how marathon running immediately affects knee cartilage and whether body mass index (BMI) influences these changes. The researchers used T2-relaxation MRI to scan the knees of 18 recreational marathon runners before and after completing a full marathon, creating 3D models to analyze cartilage changes in different knee regions. The study found that marathon running caused immediate increases in T2-relaxation times in the patellofemoral and medial tibial cartilage, indicating biochemical changes in cartilage composition, with the greatest changes occurring in the anterior medial tibial area. Importantly, runners with higher BMI showed significantly greater cartilage changes in the anteromedial knee region, suggesting they may be at higher risk for cartilage degeneration from marathon running.
Diese Studie untersuchte die unmittelbaren Auswirkungen von Marathonläufen auf den Knieknorpel und den Zusammenhang mit dem Body-Mass-Index (BMI). Mittels quantitativer T2-Relaxations-MRT wurden bei 18 Hobbymarathonläufern vor und nach einem Marathon dreidimensionale Knorpelmodelle erstellt und T2-Werte in verschiedenen Knorpelregionen gemessen. Die Ergebnisse zeigten signifikant erhöhte T2-Relaxationszeiten nach dem Marathon im patellofemoralen und medialen tibialen Knorpel, wobei die stärksten Veränderungen im anteromedialen Bereich des Tibiofemoralgelenks auftraten und stark mit höherem BMI korrelierten (r = 0,70). Die Studie legt nahe, dass Marathonläufer mit höherem BMI ein erhöhtes Risiko für biochemische Knorpelveränderungen und möglicherweise Knorpeldegeneration tragen.
Cette étude examine les effets immédiats de la course de marathon sur le cartilage articulaire du genou et la relation avec l'indice de masse corporelle (IMC), en utilisant l'IRM de relaxation T2 chez 18 marathoniens non-professionnels avant et après une course complète. Les auteurs ont reconstruit des modèles 3D du cartilage articulaire du genou et calculé les valeurs T2 dans différentes régions d'intérêt pour évaluer les changements biochimiques du cartilage. Les résultats montrent une augmentation significative des temps de relaxation T2 post-marathon dans le cartilage patello-fémoral et tibial médial, avec une forte corrélation entre l'élévation des valeurs T2 dans la région antéro-médiale tibio-fémorale et l'IMC des coureurs (r = 0,70, p = 0,001). L'étude conclut que la course de marathon induit des modifications biochimiques immédiates du cartilage articulaire, particulièrement chez les coureurs avec un IMC plus élevé, suggérant un risque accru de dégénérescence cartilagineuse dans
This study investigated whether running causes detectable cartilage changes in knees following partial meniscectomy that might indicate early osteoarthritis development. Twelve volunteers who had undergone medial partial meniscectomy underwent MRI with T2 mapping of both knees before and immediately after 30 minutes of running to assess cartilage water content and organization. The operated knees showed significantly lower T2 values after running in multiple regions of both medial and lateral compartments, while healthy control knees showed no significant changes with running. These findings suggest that running may place excessive mechanical stress on cartilage in post-meniscectomy knees, potentially representing early signs of cartilage degeneration that could progress to osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, ob Laufbelastung bei Patienten nach partieller Meniskektomie zu frühen Knorpelveränderungen führt, die auf eine beginnende Arthrose hindeuten könnten. Bei 12 Probanden wurde mittels T2-Mapping-MRT der Gelenkknorpel beider Knie vor und unmittelbar nach 30-minütigem Laufen quantitativ analysiert. Die Ergebnisse zeigten signifikant niedrigere T2-Werte im operierten Knie nach dem Laufen, sowohl im medialen als auch im lateralen Kompartiment, während gesunde Knie keine Veränderungen aufwiesen. Die Autoren interpretieren diese Befunde als Hinweis darauf, dass Laufbelastung bei Patienten nach Meniskektomie zu übermäßiger mechanischer Beanspruchung des Gelenkknorpels führen könnte, was als frühes Zeichen einer Arthrose-Entwicklung gewertet werden kann.
Cette étude a investigué l'impact de la course à pied sur le cartilage articulaire des genoux ayant subi une méniscectomie partielle, en utilisant l'imagerie T2-mapping comme marqueur précoce d'arthrose. Douze volontaires ont bénéficié d'une IRM des deux genoux avant et immédiatement après 30 minutes de course, permettant une évaluation quantitative du cartilage articulaire par technique T2-mapping. Les résultats montrent une diminution significative des valeurs T2 dans les compartiments médial et latéral des genoux opérés après la course, contrairement aux genoux sains qui ne présentent aucun changement. Ces modifications suggèrent que la course soumet le cartilage articulaire à des contraintes excessives dans les genoux post-méniscectomie, pouvant représenter des signes précoces de dégénérescence cartilagineuse.
This study investigated how running distance affects patellofemoral cartilage thickness and recovery time in healthy male runners. Eight asymptomatic men underwent MRI scans of their knee before, immediately after, and 24 hours after running both 3-mile and 10-mile distances on separate occasions. The results showed that patellar cartilage thickness decreased immediately after running in a dose-dependent manner (5% compression after 3 miles vs 8% after 10 miles), but fully recovered to baseline levels within 24 hours for both distances. These findings provide important baseline data on normal cartilage response to running that could help optimize training protocols and understand patellofemoral pain mechanisms.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen verschiedener Laufdistanzen auf den Knorpel im Kniescheibenbereich (Patellofemoralgelenk) und dessen Erholungszeit bei gesunden männlichen Läufern. Acht Probanden absolvierten sowohl 3- als auch 10-Meilen-Läufe, wobei die Knorpeldicke mittels Magnetresonanztomographie vor, direkt nach und 24 Stunden nach dem Laufen gemessen wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass sich der Knorpel der Kniescheibe unmittelbar nach dem Laufen komprimierte (5% nach 3 Meilen, 8% nach 10 Meilen) und sich innerhalb von 24 Stunden vollständig erholte. Diese dosisabhängige Knorpelreaktion liefert wichtige Grundlagendaten für das Verständnis der Kniescheibenbiomechanik beim Laufen und könnte zur Optimierung von Trainingsprogrammen beitragen.
Cette étude visait à évaluer l'effet de différentes distances de course sur les déformations du cartilage patello-fémoral et à déterminer le temps de récupération nécessaire chez des coureurs masculins asymptomatiques. Les chercheurs ont utilisé l'IRM pour mesurer l'épaisseur du cartilage patellaire et trochléaire chez 8 participants avant, immédiatement après et 24 heures après des courses de 3 et 10 miles. Les résultats montrent que l'épaisseur du cartilage patellaire diminue immédiatement après la course de manière dose-dépendante (compression de 5% après 3 miles vs 8% après 10 miles) mais retrouve son épaisseur baseline dans les 24 heures, tandis que le cartilage trochléaire n'est pas affecté. Ces données fournissent des références importantes pour comprendre la biomécanique du cartilage patello-fémoral lors de la course et optimiser les protocoles d'exercice.
This long-term study evaluated the clinical and imaging outcomes of matrix-induced autologous chondrocyte implantation (MACI) for knee cartilage repair at a minimum of 10 years after surgery. Researchers followed 87 patients (99 grafts) across various knee locations using patient-reported outcomes, functional tests, and MRI scans at multiple time points up to 13.1 years on average.
The study found that all patient-reported outcomes significantly improved from before surgery to final follow-up, with most improvements maintained from 2 years onward, and 88.5% of patients reported overall satisfaction. MRI showed that 90.9% of grafts survived without failure, though there was a slight decline in tissue quality over time. Importantly, patients with more previous knee surgeries had worse outcomes, while factors like age, weight, and defect size did not significantly affect results.
Diese prospektive Langzeitstudie untersuchte die klinischen und radiologischen Ergebnisse der Matrix-induzierten autologen Chondrozyten-Implantation (MACI) mindestens 10 Jahre nach dem Eingriff bei 87 Patienten mit Knorpeldefekten im Kniegelenk. Die Patienten wurden mittels verschiedener klinischer Scores, funktioneller Tests und MRT-Bildgebung präoperativ sowie 2, 5 und durchschnittlich 13,1 Jahre postoperativ evaluiert. Die Ergebnisse zeigten signifikante und anhaltende Verbesserungen aller patientenberichteten Outcome-Parameter, wobei 88,5% der Patienten insgesamt zufrieden waren und die MRT-basierte Transplantatüberlebensrate 90,9% betrug. Lediglich eine höhere Anzahl vorheriger Operationen war signifikant mit schlechteren klinischen und radiologischen Ergebnissen assoziiert, während andere Patientenfaktoren keinen Einfluss zeigten.
Cette étude prospective a évalué les résultats cliniques et radiologiques à long terme de l'implantation de chondrocytes autologues induite par matrice (MACI) chez 87 patients avec un suivi minimum de 10 ans (moyenne 13,1 ans). Les patients ont été évalués par questionnaires cliniques (KOOS), tests fonctionnels, et IRM à différents temps post-opératoires pour analyser 99 greffes situées au niveau fémoro-tibial et fémoro-patellaire. Les résultats montrent une amélioration significative et durable de tous les scores cliniques par rapport au pré-opératoire, avec 88,5% de satisfaction globale des patients et seulement 9,1% d'échecs de greffe à l'IRM finale. L'étude révèle que seul le nombre de chirurgies antérieures était significativement associé à de moins bons résultats cliniques et radiologiques, tandis que l'âge, l'IMC et la taille du défaut n'influençaient pas les outcomes.
This study aimed to investigate how uncertainty in cartilage surface properties, particularly glycosaminoglycan (GAG) content, affects joint lubrication performance using a probabilistic approach. The researchers used Monte Carlo simulation to generate correlated data on gap asperity stiffness and polymer brush border thickness, which were then input into a sophisticated cartilage contact model that incorporated key tissue features like tension-compression behavior and GAG-dependent properties.
The study revealed competing effects of GAG concentration on lubrication: increased GAG content enhanced lubrication by creating thicker polymer brush borders that resist fluid flow, but simultaneously impaired lubrication by making surface asperities stiffer and promoting fluid loss from the contact gap. The authors concluded that cartilage lubrication performance varies significantly with physiological conditions, and that probabilistic approaches accounting for tissue uncertainties may provide more accurate assessments of joint lubrication than traditional deterministic methods.
Diese Studie untersuchte mittels eines probabilistischen Ansatzes, wie sich Unsicherheiten in der oberflächlichen Glykosaminoglykan (GAG)-Konzentration des Knorpels auf die Gelenkschmierung auswirken. Die Forscher verwendeten Monte-Carlo-Simulationen zur Datengenerierung und ein Knorpelkontaktmodell, das die charakteristischen biomechanischen Eigenschaften des Knorpelgewebes sowie den Einfluss der Polymer-Brush-Border (PBB) an der Knorpeloberfläche berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine erhöhte GAG-Konzentration gegensätzliche Effekte hat: Einerseits verstärkt die dickere PBB-Schicht die hydrodynamische Schmierung, andererseits führen steifere Oberflächenstrukturen zu verschlechterter Schmierungsleistung durch Flüssigkeitsverlust im Kontaktspalt. Der probabilistische Ansatz ermöglicht eine genauere Bewertung der Gelenkschmierung unter Berücksichtigung der komplexen, mitein
Cette étude vise à analyser l'influence de la concentration en glycosaminoglycanes (GAG) du cartilage articulaire sur la lubrification articulaire en utilisant une approche probabiliste pour tenir compte des incertitudes géométriques et mécaniques. Les chercheurs ont utilisé des simulations de Monte Carlo pour générer des données corrélées, puis un modèle de contact cartilagineux intégrant les propriétés spécifiques du tissu cartilagineux et les effets de résistance à l'écoulement fluide. Les résultats montrent que l'augmentation de l'épaisseur de la couche de polymères (PBB) avec la concentration en GAG améliore la lubrification hydrodynamique, tandis que l'augmentation de la rigidité des aspérités la détériore, créant des effets antagonistes complexes. Cette approche probabiliste permet une évaluation plus précise des performances de lubrification articulaire en tenant compte des multiples variables physiologiques interconnectées.
This study investigated whether adding Kinesio taping to exercise training provides additional benefits for knee osteoarthritis patients compared to exercise alone. Twenty-two women with knee OA were randomly assigned to either 6 weeks of exercise training alone or exercise training combined with Kinesio taping, with researchers measuring pain, function, and blood levels of cartilage breakdown markers (COMP, MMP-1, MMP-3) before and after treatment. Both treatment groups showed significant improvements in pain and physical function scores, but there were no differences between the groups and no changes in cartilage biomarker levels. The findings suggest that while exercise training effectively reduces symptoms in knee OA, adding Kinesio taping does not provide additional clinical benefits, and neither intervention appears to alter cartilage metabolism markers in the blood.
Diese Studie untersuchte die Wirkung von Bewegungstraining allein versus in Kombination mit Kinesio-Taping auf Schmerzen, Funktionalität und Knorpelstoffwechsel-Biomarker bei Kniearthrose. 22 weibliche Patientinnen mit Kniearthrose wurden randomisiert zwei Gruppen zugeteilt und erhielten 6 Wochen lang entweder nur Bewegungstraining oder Bewegungstraining plus Kinesio-Taping, wobei vor und nach der Intervention Schmerzen (VAS), Funktionalität (WOMAC) und Blutbiomarker (COMP, MMP-1, MMP-3) in Ruhe und nach Gehbelastung gemessen wurden. Beide Behandlungsansätze führten zu signifikanten Verbesserungen von Schmerzen und Funktionalität, jedoch zeigten sich keine Veränderungen bei den Knorpelstoffwechsel-Biomarkern. Die Biomarker stiegen erwartungsgemäß nach Gehbelastung an, was den mechanischen Stress auf den Knorpel widerspiegelt.
Cette étude a évalué les effets de l'entraînement physique seul versus combiné au Kinesio taping sur la douleur, la fonctionnalité et les biomarqueurs du métabolisme cartilagineux chez des patientes atteintes de gonarthrose. Vingt-deux femmes ont été randomisées en deux groupes recevant soit un entraînement physique de 6 semaines (ET), soit le même entraînement combiné au Kinesio taping (ET+KT), avec évaluation de la douleur (EVA), de la fonction (WOMAC) et des biomarqueurs sériques (COMP, MMP-1, MMP-3) au repos et après exercice de marche. Les deux interventions ont significativement amélioré la douleur et la fonction physique, tandis que les biomarqueurs du cartilage augmentaient après l'exercice de marche mais restaient inchangés par les traitements. L'ajout du Kinesio taping à l'entraînement physique n'apporte pas de bénéfice supplémentaire sur les paramètres étudiés dans la gonarthrose.
This study compared how different types of mechanical loading affect the transport of molecules into cartilage tissue. The researchers tested osteochondral plugs under sliding motion versus axial compression, and measured fluorescent solute uptake using microscopy, while also examining the role of the cartilage surface layer by comparing intact samples to those with the superficial zone removed.
The key finding was that sliding contact enhanced solute transport much more effectively than axial compression, with 2.1-fold higher uptake at 30 minutes and 4.4-fold higher uptake at 2 hours. Both mechanical loading conditions achieved in 2 hours what took 12 hours under passive diffusion alone, and removing the superficial cartilage layer increased transport, indicating this surface region acts as a barrier to diffusion.
The results suggest that sliding motion can drive solute uptake beyond the tissue's normal equilibrium capacity, which has important implications for cartilage nutrition, tissue engineering approaches, and understanding how mechanical forces influence biochemical signaling in joints.
**Studienziel:** Diese Studie verglich den Einfluss von Gleitbewegungen versus zyklischer axialer Kompression auf den Stofftransport in Knorpelgewebe und untersuchte die Rolle der oberflächlichen Knorpelschicht bei der passiven Diffusion.
**Methoden:** An osteochondralen Plugs wurden verschiedene mechanische Belastungstests (Gleiten vs. axiale Kompression) sowie Diffusionsversuche mit entfernter Oberflächenschicht durchgeführt, wobei der Stofftransport mittels Fluoreszenzmikroskopie quantifiziert wurde.
**Hauptergebnisse:** Gleitbewegungen führten zu einem 2,1-fach höheren Stofftransport nach 0,5 Stunden und 4,4-fach höheren Transport nach 2 Stunden im Vergleich zur axialen Kompression. Beide mechanischen Belastungsformen erreichten bereits nach 2 Stunden das Niveau der passiven Diffusion nach 12 Stunden, wobei Gleitbewegungen die passive Gewebekapazität sogar überschritten
Cette étude compare l'effet du glissement articulaire versus la compression axiale cyclique sur le transport de solutés dans le cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé des plugs ostéochondraux exposés à un marqueur fluorescent sous différentes conditions de charge mécanique, puis quantifié la pénétration des solutés par microscopie fluorescente de la surface à l'os sous-chondral. Les résultats montrent que le contact glissant augmente le transport de masse de 2,1 fois à 0,5h et de 4,4 fois à 2h comparé à la compression axiale, et que les deux types de charge mécanique atteignent en 2h les niveaux de diffusion passive observés après 12h. Cette démonstration que le glissement articulaire est un facteur plus efficace que la compression pour le transport de solutés a des implications importantes pour la nutrition cellulaire, l'ingénierie tissulaire et la signalisation biochimique du cartilage.
This study investigated how running affects knee cartilage in healthy adolescent male basketball players (average age 13.8 years) using quantitative T2 MRI imaging. Fifteen participants underwent MRI scans before and after a 30-minute treadmill run (average distance 5.77 km), with T2 maps generated to assess cartilage microstructural changes. The results showed significant decreases in T2 values in weight-bearing regions of the medial knee compartment after running, including the central and posterior femoral condyle and posterior tibial plateau, while the lateral compartment showed no changes. These findings suggest that running causes detectable microstructural changes in adolescent knee cartilage, particularly in weight-bearing areas of the medial compartment.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von Laufbelastung auf den Gelenkknorpel gesunder jugendlicher Basketballspieler mittels quantitativer T₂-MRT-Bildgebung. 15 männliche Athleten (13,8 ± 0,5 Jahre) erhielten MRT-Scans beider Knie vor und nach einem 30-minütigen Laufbandtest, wobei quantitative T₂-Karten zur Analyse der Knorpelmikrostruktur erstellt wurden. Die Ergebnisse zeigten signifikant niedrigere T₂-Werte nach der Laufbelastung in mehreren gewichttragenden Bereichen des medialen Kniekompartments (Femurkondylus zentral/posterior und Tibiaplateau posterior), während das laterale Kompartment keine Veränderungen aufwies. Die Studie belegt, dass bereits kurzzeitige Laufbelastung zu messbaren mikrostrukturellen Veränderungen im Gelenkknorpel jugendlicher Athleten führt, was wichtige Implikationen für das Verständnis der Knorpeladaptation
Cette étude vise à évaluer les variations du cartilage articulaire du genou chez de jeunes basketteurs adolescents en utilisant l'IRM quantitative T₂. Quinze joueurs masculins (13,8 ± 0,5 ans) ont subi des examens IRM avant et après une course de 30 minutes sur tapis roulant, avec génération de cartes T₂ quantitatives par algorithme EMC. Les résultats montrent une diminution significative des valeurs T₂ après l'effort dans plusieurs régions portantes du compartiment médial (condyle fémoral central et postérieur, plateau tibial postérieur), tandis qu'aucun changement n'a été observé dans le compartiment latéral. L'exercice de course induit donc des modifications microstructurales du cartilage articulaire spécifiquement dans les zones de mise en charge du compartiment médial du genou chez ces jeunes athlètes.
This study investigated how the timing of mechanical loading affects cartilage tissue engineering by examining different durations of chondrogenic priming before applying dynamic compression. The researchers cultured human bone marrow stromal cells in fibrin hydrogels under chondrogenic conditions for 0, 2, 4, or 6 weeks, then subjected them to either static culture or dynamic compression for two additional weeks while measuring mechanical properties, matrix composition, and gene expression. Dynamic compression improved the mechanical properties of engineered cartilage constructs, with the specific effects depending on priming duration—early loading (≤4 weeks priming) suppressed undesirable bone-forming signals and maintained cartilage-specific gene expression, while later loading (6 weeks priming) promoted cartilage maturation markers. These findings suggest that the timing of mechanical stimulation is critical in cartilage tissue engineering, with early loading favoring cartilage maintenance and delayed loading supporting natural cartilage development processes.
Diese Studie untersuchte, wie die Dauer der chondrogenen Vorstimulation die mechanische Regulation von künstlich hergestelltem Knorpelgewebe beeinflusst. Die Forscher kultivierten humane Knochenmarksstromalzellen in Fibrin-Hydrogelen über 0-6 Wochen unter chondrogenen Bedingungen, bevor sie zwei Wochen lang entweder statisch kultiviert oder dynamisch komprimiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass dynamische Kompression die mechanischen Eigenschaften und Genexpression von Knorpelmarkern (COL2A1, Aggrecan) verbesserte, wobei der Effekt von der Vorstimulationsdauer abhing. Frühe mechanische Belastung (≤4 Wochen) unterdrückte osteogene Signalwege und erhielt die Chondrozyten-Homöostase, während späte Belastung (6 Wochen) die Knorpelreifung förderte, was wichtige Implikationen für Timing-Strategien im Knorpel-Tissue-Engineering hat.
Cette étude examine l'effet de la durée d'amorçage chondrogénique sur la réponse du cartilage artificiel à la compression mécanique dynamique. Les chercheurs ont cultivé des cellules stromales de moelle osseuse humaine dans des hydrogels de fibrine sous conditions chondrogéniques pendant 0, 2, 4 ou 6 semaines, puis ont appliqué soit une culture statique, soit une compression dynamique pendant deux semaines supplémentaires. Les résultats montrent que la compression dynamique améliore les propriétés mécaniques et l'expression des gènes du cartilage (COL2A1, aggrécan) lorsque l'amorçage dure au moins 2 semaines, tandis qu'une stimulation mécanique précoce (≤4 semaines) supprime les signaux ostéogéniques et préserve l'homéostasie chondrocytaire. Ces données suggèrent qu'un chargement mécanique précoce favorise le maintien de l'état chondrocytaire, tandis qu'un chargement tardif (après 6 semaines) peut conduire à la maturation cartilagineuse avec expression du collagène de type
This study investigated whether kartogenin (KGN)-enhanced bone marrow stem cells could improve cartilage repair in osteoarthritis treatment. The researchers used a specialized nanoparticle delivery system (nanographene oxide) to deliver KGN into stem cells, then tested these enhanced cells both in laboratory conditions and in rats with surgically-induced knee osteoarthritis through intra-articular injections at 6 and 9 weeks post-surgery. The results showed that KGN-enhanced stem cells demonstrated superior cartilage-forming ability in laboratory tests and significantly better outcomes in the rat model, including reduced joint space narrowing, less mineralization, improved tissue regeneration, and decreased pain compared to control groups. The findings suggest that using nanoparticle-delivered KGN to enhance stem cells before injection may offer a promising new approach for osteoarthritis treatment.
Diese Studie untersuchte, ob Kartogenin (KGN)-verstärkte Knochenmark-Stammzellen die Knorpelregeneration bei Kniearthrose verbessern können. Die Forscher verwendeten funktionalisiertes Nanographenoxid als Transportsystem, um KGN in Stammzellen einzuschleusen, und testeten diese behandelten Zellen sowohl in Zellkulturen als auch in einem Rattenmodell mit chirurgisch induzierter Arthrose durch intraartikuläre Injektionen. Die Ergebnisse zeigten, dass KGN-verstärkte Stammzellen eine deutlich verbesserte Knorpelbildung aufwiesen und im Tiermodell zu weniger Gelenkspaltverengung, reduzierter Schmerzsymptomatik und besserer Geweberegeneration führten. Diese nanopartikel-basierte Methode zur Stammzellverbesserung könnte einen vielversprechenden neuen Therapieansatz für die Behandlung von Arthrose darstellen.
Cette étude a évalué l'efficacité thérapeutique de cellules souches mésenchymateuses de moelle osseuse (BMSCS) enrichies en kartogénine (KGN) pour le traitement de l'arthrose du genou dans un modèle murin. Les chercheurs ont utilisé un système de délivrance à base de nanoparticules d'oxyde de graphène fonctionnalisé (PPG-KGN) pour améliorer l'absorption intracellulaire de KGN par les BMSCS, puis ont évalué leur capacité chondrogénique in vitro et in vivo après injection intra-articulaire. Les résultats démontrent que les BMSCS préconditionnées avec PPG-KGN présentent une capacité de différenciation chondrogénique significativement améliorée et protègent efficacement contre la dégradation cartilagineuse, le rétrécissement de l'espace articulaire et la douleur associée à l'arthrose. Cette approche combinant nanotechnologie et thérapie cellulaire représente une stratégie prometteuse pour la régénération du cartilage articulaire et le traitement de l'arth
This pilot study investigated how knee joint loading relates to cartilage health in young, healthy individuals by examining the association between physical activity patterns and cartilage T2 relaxation times (a marker of cartilage structure). The researchers used MRI to measure cartilage T2 times, accelerometry to track daily activity over 7 days, and 3D motion capture during walking to assess knee joint forces in 12 participants aged 17-30 years without knee injuries. The study found that higher T2 relaxation times (indicating potential cartilage changes) were consistently associated with greater body mass, more daily steps, higher levels of moderate-to-vigorous physical activity, and increased peak knee joint forces during walking. These preliminary findings suggest that both individual loading factors and cumulative knee joint loading may influence cartilage structure even in young, healthy knees.
Diese Pilotstudie untersuchte den Zusammenhang zwischen individuellen und kumulativen Kniebelastungen und T2-Relaxationszeiten des Knorpels bei 12 gesunden jungen Erwachsenen (17-30 Jahre). Die Forscher kombinierten MRT-Bildgebung, Akzelerometrie zur Messung der körperlichen Aktivität über 7 Tage und biomechanische Ganganalyse mittels 3D-Bewegungserfassung. Die Ergebnisse zeigten, dass höhere T2-Relaxationszeiten im femoralen und tibialen Knorpel konsistent mit größerer Körpermasse, höheren täglichen Schrittzahlen, verstärkter moderater bis intensiver körperlicher Aktivität und größeren Kniegelenksmomenten korrelierten (r = 0,10-0,84). Die vorläufigen Befunde deuten darauf hin, dass sowohl einzelne Belastungsfaktoren als auch kumulative Kniebelastungen mit strukturellen Knorpelveränderungen assoziiert sind, auch bei gesunden jungen Kniegelenken.
Cette étude pilote avait pour objectif d'analyser l'association entre les charges articulaires individuelles et cumulatives du genou et les temps de relaxation T2 du cartilage chez de jeunes adultes sans antécédent de lésion. Douze participants (17-30 ans) ont subi une IRM, un test de marche avec analyse biomécanique 3D et un monitoring d'activité physique par accélérométrie sur 7 jours, permettant de calculer les charges cumulatives du genou. Les résultats montrent que des temps de relaxation T2 plus élevés dans le cartilage fémoral et tibial sont corrélés avec une masse corporelle plus importante, un nombre de pas quotidien plus élevé, une activité physique modérée à vigoureuse plus intense, et des moments articulaires de flexion et d'adduction plus importants (r = 0,10-0,84). Ces données préliminaires suggèrent qu'une charge mécanique accrue, tant individuelle que cumulative, est associée à des modifications précoces de la structure cartilagineuse détectables par IRM chez de jeunes adultes sains.
This multicenter randomized clinical trial compared three arthroscopic treatment approaches for talar osteochondral lesions in 62 patients. The study randomly assigned patients to receive either microfracture alone (22 patients), microfracture plus platelet-rich plasma/PRP (19 patients), or microfracture plus BST-CarGel scaffold (21 patients), with outcomes measured using standard foot and ankle scoring systems and return-to-sports timing. All three treatments significantly improved pain and functional scores compared to preoperative levels, but the BST-CarGel group showed superior results with the greatest improvement in ankle function scores (48.80-point increase vs. 46.68 for PRP and 29.63 for microfracture alone). The authors conclude that BST-CarGel scaffold application after microfracture provides the best clinical outcomes and can be safely used for cartilage defects larger than 1.5 cm².
**Zusammenfassung:**
Diese multizentrische, prospektive, randomisierte klinische Studie verglich drei arthroskopische Behandlungsmethoden für talaere Osteochondralläsionen bei 62 Patienten: alleinige Mikrofrakturierung (n=22), Mikrofrakturierung mit Plättchen-reichem Plasma (PRP, n=19) und Mikrofrakturierung mit BST-CarGel-Scaffold (n=21). Die Behandlungsergebnisse wurden mittels standardisierter Scores (AOFAS, FAAM, VAS) und der Zeit bis zur Rückkehr zum Sport bewertet. Alle drei Methoden zeigten signifikante Verbesserungen gegenüber den präoperativen Werten, wobei die BST-CarGel-Gruppe die größten Verbesserungen im AOFAS-Score aufwies (+48,80 vs. +46,68 bei PRP vs. +29,63 bei alleiniger Mikrofrakturierung). Die Autoren schlussfolgern, dass die BST-CarGel-Anwendung nach Mikrofrakturierung den anderen Methoden hins
Cette étude multicentrique prospective randomisée avait pour objectif de comparer l'efficacité de trois approches arthroscopiques dans le traitement des lésions ostéochondrales du talus : microfractures seules, microfractures + plasma riche en plaquettes (PRP), et microfractures + scaffold BST-CarGel. Soixante-deux patients ont été randomisés en trois groupes et évalués par des scores cliniques (AOFAS, FAAM, EVA) et radiologiques en pré et post-opératoire. Bien que les trois techniques aient montré une amélioration significative des scores fonctionnels et de la douleur, le groupe BST-CarGel a démontré des résultats supérieurs avec une amélioration du score AOFAS de 48,80 ± 9,60 points, comparativement à 46,68 ± 3,65 pour le PRP et 29,63 ± 3,69 pour les microfractures seules. L'application de BST-CarGel après microfractures s'avère être une technique sûre et efficace, particulièrement recommandée pour les lésions supérieures à
This study investigated whether serum levels of cartilage oligomeric matrix protein (COMP), a known cardiovascular protective factor, are altered in patients with pulmonary hypertension. The researchers measured COMP concentrations using enzyme-linked immunosorbent assay in 35 newly diagnosed pulmonary hypertension patients compared to 70 healthy controls, and analyzed associations with clinical parameters. The key finding was that serum COMP levels were significantly lower in pulmonary hypertension patients compared to controls, particularly in female patients, with some negative correlations observed between COMP levels and specific heart function measures on echocardiography. The authors conclude that decreased COMP may reflect its protective role in cardiovascular disease and suggest further research is needed to explore its relationship with long-term patient outcomes.
Diese Studie untersuchte die Serumspiegel des Cartilage Oligomeric Matrix Proteins (COMP) bei Patienten mit pulmonaler Hypertonie, da COMP als protektiver Faktor im kardiovaskulären System gilt. Die Forscher analysierten mittels ELISA die COMP-Konzentrationen im Serum von 35 neu diagnostizierten Patienten mit pulmonaler Hypertonie und verglichen diese mit 70 gesunden Kontrollpersonen. Die Ergebnisse zeigten signifikant erniedrigte COMP-Spiegel bei Patienten mit pulmonaler Hypertonie, insbesondere bei Frauen, wobei negative Korrelationen zu bestimmten echokardiographischen Parametern wie der systolischen Exkursion der Trikuspidalklappenebene gefunden wurden. Die Studie bestätigt somit die protektive Rolle von COMP und legt nahe, dass dessen Reduktion bei pulmonaler Hypertonie klinisch relevant sein könnte.
Cette étude visait à évaluer les concentrations sériques de la protéine oligomérique de matrice cartilagineuse (COMP), considérée comme un facteur protecteur cardiovasculaire, chez des patients atteints d'hypertension pulmonaire. Les chercheurs ont comparé par dosage ELISA les taux sériques de COMP chez 35 patients nouvellement diagnostiqués avec hypertension pulmonaire et 70 témoins appariés, puis analysé les corrélations avec diverses variables cliniques. Les résultats montrent une diminution significative des concentrations sériques de COMP chez les patients hypertendus pulmonaires par rapport aux témoins, particulièrement marquée chez les femmes. Bien qu'aucune association n'ait été trouvée avec les paramètres hémodynamiques majeurs ou le pronostic à court terme, certains paramètres échocardiographiques (excursion systolique du plan annulaire tricuspide, pression auriculaire droite moyenne) présentaient une corrélation négative avec les concentrations de COMP.
This study investigated how daily walking activity affects cartilage health in people who have undergone ACL reconstruction surgery by examining changes in a blood biomarker associated with cartilage breakdown. Researchers tracked daily steps and walking intensity in 31 ACL-reconstructed individuals and 21 healthy controls using accelerometers, then measured changes in serum COMP (a protein indicating cartilage turnover) before and after a standardized 3000-step walking test. In the ACL-reconstructed group, people who took fewer daily steps and spent less time walking at moderate intensity (≥100 steps/minute) showed greater increases in COMP following the walking test, while no such relationship was found in healthy controls. These findings suggest that ACL-reconstructed individuals with lower daily activity levels may experience greater cartilage stress responses to walking, potentially increasing their risk for developing osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen täglicher Gehaktivität und der Knorpelgesundheit bei Personen nach Kreuzbandriss-Rekonstruktion (ACLR). Mit Hilfe von Beschleunigungsmessern wurde über 7 Tage die tägliche Schrittzahl erfasst, während Veränderungen im Serum-Biomarker COMP (Cartilage Oligomeric Matrix Protein) nach einem standardisierten 3000-Schritte-Gehprotokoll gemessen wurden. Die Hauptergebnisse zeigten, dass ACLR-Patienten mit geringerer täglicher Gehaktivität einen stärkeren Anstieg des COMP-Spiegels nach dem Gehtest aufwiesen, was auf eine erhöhte Knorpeldegradation oder -umsatz hindeuten könnte. Diese Assoziation war bei gesunden Kontrollpersonen nicht vorhanden, was darauf hindeutet, dass eine reduzierte tägliche Aktivität nach ACLR die Knorpelreaktion auf mechanische Belastung ungünstig beeinflussen könnte.
**Résumé :**
Cette étude visait à examiner l'association entre l'activité de marche quotidienne et la réponse du cartilage articulaire chez des individus ayant subi une reconstruction du ligament croisé antérieur (LCA). Les chercheurs ont utilisé des accéléromètres pour mesurer l'activité de marche sur 7 jours chez 31 participants avec reconstruction du LCA et 21 témoins, puis ont évalué les changements de la protéine oligomère de la matrice cartilagineuse (COMP) sérique avant et après un protocole de marche standardisé de 3000 pas. Les résultats montrent que chez les participants avec reconstruction du LCA, un nombre plus faible de pas quotidiens et moins de temps passé à marcher à cadence élevée (≥100 pas/min) étaient associés à une augmentation plus importante de la COMP (18% et 16% de variance expliquée respectivement), suggérant une dégradation ou un remodelage cartilagineux accru en réponse à l'exercice. Cette association n'était pas observée chez les témoins non blessés, indiquant que la
This randomized controlled trial investigated whether pulsed low-intensity ultrasonography (PLIUS) could reduce symptoms and preserve cartilage thickness in patients with knee osteoarthritis. The study enrolled 132 Veterans Affairs participants with early knee OA who self-administered either PLIUS or sham treatment for 20 minutes daily over 48 weeks, with outcomes measured using validated symptom response criteria and MRI-based cartilage thickness measurements. Results showed no significant difference between groups for either outcome: 70.4% of PLIUS patients versus 67.3% of sham patients experienced symptomatic improvement (not clinically meaningful), and cartilage thickness actually decreased slightly more in the PLIUS group compared to sham. The study concluded that PLIUS, as implemented in this protocol, provided neither symptomatic benefit nor cartilage preservation in knee osteoarthritis patients.
Diese randomisierte, doppelblinde klinische Studie untersuchte, ob gepulste niedrig-intensive Ultraschalltherapie (PLIUS) bei 132 Veteranen mit Kniearthrose die Symptome lindert und den Knorpelabbau verlangsamt. Die Teilnehmer erhielten über 48 Wochen täglich 20 Minuten entweder eine echte PLIUS-Behandlung oder eine Scheinbehandlung am medialen Kniekompartiment, wobei Symptomverbesserung und Knorpeldicke mittels MRT gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen: 70,4% der PLIUS-Gruppe und 67,3% der Kontrollgruppe erfuhren eine Symptomverbesserung, während die Knorpeldicke in beiden Gruppen ähnlich abnahm (73,8 μm vs. 42,2 μm). Die Studie konnte somit weder einen symptomatischen Nutzen noch eine knorpelschützende Wirkung der PLIUS-Therapie bei Kniearthrose nachweisen.
Cette étude randomisée en double aveugle a évalué l'efficacité de l'ultrasonographie pulsée de faible intensité (PLIUS) pour réduire les symptômes et préserver l'épaisseur du cartilage tibio-fémoral chez 132 vétérans américains atteints de gonarthrose précoce. Les participants ont été randomisés pour recevoir soit un traitement PLIUS soit un dispositif placebo, auto-administré 20 minutes par jour pendant 48 semaines sur le compartiment médial du genou. Les résultats montrent que 70,4% des patients du groupe PLIUS ont présenté une amélioration symptomatique contre 67,3% dans le groupe placebo (p=0,84), sans différence statistiquement significative entre les groupes. L'étude conclut que la PLIUS, telle qu'appliquée dans ce protocole, n'a démontré ni bénéfice symptomatique ni effet protecteur sur la perte d'épaisseur du cartilage dans la gonarthrose.
This proof-of-principle study aimed to determine how joint loading forces and bone shape influence acute cartilage changes during physical activity in women with knee osteoarthritis. Researchers measured joint reaction forces during walking and cycling in 16 participants, then used MRI before and after 25-minute exercise sessions to assess changes in cartilage thickness and composition (T₂ relaxation time), while incorporating bone shape analysis using statistical shape models. The study found that walking and cycling produced distinct patterns of cartilage deformation, with cartilage thickness decreasing on the lateral tibia and T₂ values decreasing on the medial tibia, while higher joint forces correlated with greater cartilage deformation in specific regions. This research provides the first in vivo evidence that acute cartilage deformation depends on both mechanical loading forces and individual bone shape characteristics in osteoarthritic knees.
Diese Proof-of-Principle-Studie untersuchte akute Knorpelveränderungen bei 16 Frauen mit symptomatischer Kniearthrose durch die Integration von Gelenkbelastungskräften und statistischen Knochenformmodellen während Geh- und Radfahraktivitäten. Die Forschenden kombinierten biomechanische Analysen zur Bestimmung der Gelenkbelastungskräfte mit MRT-Bildgebung vor und nach 25-minütigen Aktivitäten, um Knorpeldicke und -zusammensetzung (T2-Relaxationszeit) zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten aktivitätsspezifische Knorpelverformungsmuster: Knorpeldicke und T2-Werte nahmen im Tibiaplateau ab, während femorale T2-Veränderungen aktivitätsabhängig waren, wobei höhere Gelenkbelastungskräfte mit stärkerer Knorpelverformung korrelierten. Erstmals konnte in vivo nachgewiesen werden, dass Knorpelverformungen sowohl von den Gelenkbelastungskrä
Cette étude preuve de concept visait à évaluer les changements aigus du cartilage chez des femmes avec arthrose symptomatique du genou en intégrant les forces de réaction articulaire et la morphologie osseuse. Les chercheurs ont combiné une évaluation biomécanique (forces articulaires lors de la marche et du cyclisme), l'IRM pré- et post-exercice (25 minutes d'activité) pour mesurer l'épaisseur et la composition du cartilage (temps de relaxation T₂), et un modèle statistique de forme osseuse chez 16 participantes. Les résultats montrent que la marche et le cyclisme induisent des patterns distincts de déformation cartilagineuse, avec une diminution de l'épaisseur du cartilage tibial latéral interne (-0,10 mm) et du T₂ médial (-4 ms), et une corrélation entre les forces articulaires plus élevées et une déformation accrue du cartilage fémoral. Cette recherche démontre pour la première fois in vivo que la déformation du cartilage dépend à la fois de la morphologie osseuse et des forces de réaction articulaires.
This study aimed to identify which blood biomarkers can reliably detect cartilage responses to mechanical loading and determine how these markers change with different load magnitudes. The researchers had 24 healthy adults perform 30-minute walking tests at three different body weight loads (80%, 100%, and 120%) while measuring nine cartilage-related blood markers before and after exercise using immunoassays. Five markers (COMP, MMP-3, IL-6, MMP-9, and ADAMTS-4) showed significant responses to loading, with changes up to 25% from baseline levels and load-dependent variations up to 8% between different weight conditions. The findings suggest that COMP provides rapid cartilage response detection, while MMP-3 offers more sustained and load-magnitude sensitive responses, making these markers promising tools for studying cartilage mechanobiology and potentially monitoring joint health.
Diese Studie untersuchte, ob ausgewählte Blutbiomarker mechanosensitive Reaktionen des Gelenkknorpels anzeigen können und wie sie auf unterschiedliche Belastungsintensitäten reagieren. 24 gesunde Probanden absolvierten an drei Testtagen jeweils 30-minütige Gehtests mit verschiedenen Belastungen (80%, 100% und 120% des Körpergewichts), wobei vor und nach der Belastung Blutproben zur Analyse von neun Knorpelmarkern (u.a. COMP, MMP-3, IL-6, MMP-9) entnommen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass insbesondere COMP, MMP-3, IL-6, MMP-9 und ADAMTS-4 mechanosensitive Reaktionen mit Veränderungen von bis zu 25% der Ausgangswerte aufwiesen, wobei COMP schnelle Reaktionen und MMP-3 länger anhaltende, aber deutlichere Antworten mit der stärksten Assoziation zur Belastungsstärke zeigte. Diese fünf Biomarker sind vielversprech
Cette étude a évalué la sensibilité mécanique de neuf biomarqueurs sanguins du cartilage articulaire chez 24 adultes sains soumis à des tests de marche de 30 minutes avec trois charges différentes (80%, 100% et 120% du poids corporel). Les concentrations sériques de COMP, MMP-3, MMP-9, ADAMTS-4, PRG-4, CPII, C2C et IL-6 ont été mesurées avant et après l'exercice pour analyser la relation dose-réponse entre la charge ambulatoire and la cinétique des marqueurs. Les résultats montrent que COMP, MMP-3, IL-6, MMP-9 et ADAMTS-4 présentent une réponse significative à la charge mécanique (jusqu'à 25% de variation par rapport aux niveaux de base), avec MMP-3 montrant la plus forte association avec l'intensité de la charge. Ces marqueurs, particulièrement COMP (réponse rapide) et MMP-3 (réponse plus durable et distincte), méritent une investigation approfondie comme indicateurs de la mécanosensibilité du cartilage articulaire dans
This study investigated how ankle mobility, functional performance, and movement patterns relate to cartilage deformation in people with chronic ankle instability (CAI). The researchers tested 30 CAI patients and 30 healthy controls using ankle flexibility measurements, functional hop tests, 3D movement analysis during hopping, and ultrasound imaging to measure talar cartilage thickness changes after 60 single-leg hops. In the CAI group, reduced ankle flexibility, poorer hop performance, higher ground reaction forces, faster loading rates, and landing with the ankle in a plantarflexed position were all associated with greater cartilage deformation after the hopping protocol. These findings suggest that addressing ankle mobility limitations and movement dysfunction in CAI patients may help protect cartilage and potentially slow the development of post-traumatic ankle arthritis.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Dorsalflexionsbeweglichkeit, funktionellen Sprungtests und Sprungbiomechanik mit der Knorpelverformung am Talus bei Personen mit chronischer Sprunggelenkinstabilität (CAI). Die Forscher analysierten 30 CAI-Patienten und 30 gesunde Kontrollpersonen mittels Beweglichkeitstests, funktionellen Sprungtests, 3D-Bewegungsanalyse und MRT-basierter Knorpeldickenbestimmung nach einem standardisierten Sprungprotokoll. Bei CAI-Patienten führten eingeschränkte Dorsalflexion, schlechtere Sprungtestergebnisse, höhere vertikale Bodenreaktionskräfte und ungünstige Sprungbiomechanik zu stärkerer Talus-Knorpelverformung. Diese Faktoren könnten wichtige therapeutische Ansatzpunkte darstellen, um die Entwicklung einer posttraumatischen Arthrose des Sprunggelenks zu verlangsamen.
Cette étude visait à identifier les associations entre l'amplitude de dorsiflexion de cheville, les performances aux tests de saut fonctionnel et la biomécanique du saut avec la déformation du cartilage talaire après un protocole de saut standardisé chez des individus avec et sans instabilité chronique de cheville (CAI). Les chercheurs ont évalué 30 participants CAI et 30 témoins sains en mesurant l'amplitude de dorsiflexion, quatre tests de saut fonctionnel, la cinématique et cinétique 3D lors de sauts, puis la déformation cartilagineuse après 60 sauts de 60 cm. Les résultats montrent que chez les patients CAI, une amplitude de dorsiflexion réduite, de moins bonnes performances aux tests de saut et une biomécanique altérée (forces de réaction au sol élevées, vitesse de chargement importante) sont associées à une déformation cartilagineuse talaire plus importante. Ces facteurs pourraient représenter des cibles thérapeutiques pour ralentir la progression de l'arthrose post-traumatique de cheville dans cette population.
I cannot provide a meaningful summary of this study because the abstract is not available (marked as "NA").
This appears to be an author correction to a previously published study that investigated how different blood markers of cartilage health respond to running and jumping exercise in healthy men.
To write an accurate summary focusing on the study objective, methods, and findings, I would need access to either the original abstract or the full text of the correction.
Please provide the complete abstract or additional details about the study's content.
Basierend auf dem vorliegenden Titel handelt es sich um eine Autorenkorrektur zu einer bereits publizierten Studie. Da kein Abstract verfügbar ist, kann ich nur eine begrenzte Einschätzung der ursprünglichen Studie geben:
Die Originalstudie untersuchte den Zusammenhang verschiedener Knorpel-Biomarker im Serum nach akuter Belastung durch Laufen und Springen bei gesunden männlichen Probanden. Die Methodik umfasste vermutlich die Messung verschiedener biochemischer Marker vor und nach definierter körperlicher Aktivität. Ohne den verfügbaren Abstract können die spezifischen Ergebnisse und deren klinische Relevanz nicht bewertet werden. Diese Autorenkorrektur deutet auf Korrekturen oder Präzisierungen der ursprünglich berichteten Daten oder Interpretationen hin.
Je ne peux pas rédiger un résumé basé sur ce titre car le résumé (abstract) n'est pas disponible (marqué "NA"). Il s'agit d'une correction d'auteur pour un article portant sur la relation entre différents biomarqueurs sériques du cartilage en réponse aiguë à la course et au saut chez des hommes sains. Pour fournir un résumé pertinent incluant l'objectif de l'étude, les méthodes utilisées et les résultats principaux, j'aurais besoin du contenu du résumé original ou corrigé de cette publication.
This study investigated how ankle cartilage responds to loading in people with chronic ankle instability (CAI) and identified which physical impairments are linked to abnormal cartilage behavior. Researchers used ultrasound to measure talar cartilage thickness changes before and after a 2-minute single-leg standing task in 30 individuals with CAI and 30 healthy controls, while also assessing ankle joint laxity and balance performance. In the CAI group, greater ankle joint looseness (inversion laxity) and poorer side-to-side balance control were moderately associated with greater cartilage deformation during loading, while healthy individuals showed only minimal associations between balance and cartilage response. These findings suggest that rehabilitation programs targeting joint stability and balance deficits in CAI patients may help improve how ankle cartilage handles mechanical stress, potentially reducing long-term cartilage damage.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen mechanischen und sensomotorischen Faktoren und der Verformung des Talus-Knorpels bei Personen mit chronischer Sprunggelenkinstabilität (CAI). Die Forschenden analysierten bei 30 CAI-Patienten und 30 gesunden Kontrollen die Knorpeldicke mittels Ultraschall vor und nach einer 2-minütigen statischen Belastung im Einbeinstand, sowie Parameter wie Gelenkbeweglichkeit und Balance. Bei CAI-Patienten war eine größere Inversions-Laxität mit stärkerer Knorpelverformung verbunden, und schlechtere medial-laterale Balance korrelierte ebenfalls mit erhöhter Knorpeldeformation. Die Ergebnisse legen nahe, dass therapeutische Interventionen zur Verbesserung der mechanischen Stabilität und Balance bei CAI-Patienten die Knorpelreaktion auf statische Belastung positiv beeinflussen könnten.
Cette étude transversale a examiné les associations entre les déficiences mécaniques/sensorimotrices et la déformation du cartilage talien chez 30 individus avec instabilité chronique de cheville (CAI) et 30 témoins sains. Les chercheurs ont utilisé l'échographie pour mesurer l'épaisseur du cartilage talien avant et après un protocole de charge statique de 2 minutes, tout en évaluant la laxité articulaire et le contrôle postural. Chez les patients CAI, une plus grande laxité en inversion était associée à une déformation accrue du cartilage talien médial et global, tandis qu'un mauvais équilibre médio-latéral était lié à une déformation plus importante du cartilage latéral et global. Ces résultats suggèrent que cibler l'instabilité mécanique et les déficits d'équilibre par des interventions thérapeutiques pourrait améliorer la réponse du cartilage talien aux conditions de charge statique chez les patients avec CAI.
This prospective study examined how different types of physical training affect knee joint health in 23 male college freshmen using 3T MRI with automated cartilage analysis. The researchers compared baseline measurements with outcomes after an intense 8-day, 240km walking challenge and one year of regular daily training, assessing cartilage structure and joint injuries across 21 knee subregions. The long-distance walking caused significant acute injuries including meniscal damage, ligament injury, joint effusion, and bone marrow edema, along with decreased cartilage thickness, while regular daily training increased cartilage volume (particularly in weight-bearing areas) without causing substantial joint injury. The findings suggest that moderate daily exercise promotes beneficial cartilage adaptations and joint health, whereas intense short-term activity like long-distance walking can cause reversible but significant knee injuries.
Diese prospektive Studie untersuchte die Auswirkungen verschiedener Trainingsformen auf Kniegelenkverletzungen bei 23 männlichen Studienanfängern mittels 3T-MRT und automatischer Knorpelsegmentierung. Die Teilnehmer absolvierten einen 8-tägigen 240-km-Langstreckenmarsch sowie ein einjähriges tägliches Training, wobei morphologische und biochemische Veränderungen der Kniestrukturen analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass der Langstreckenmarsch zu signifikant mehr Verletzungen an Menisken, Kreuzband und Knochenmarködemen führte, während das regelmäßige tägliche Training das Knorpelvolumen erhöhte ohne strukturelle Schäden zu verursachen. Die Studie belegt, dass moderates regelmäßiges Training die Kniegelenkfunktion durch adaptive Knorpelveränderungen verbessert, während intensive Kurzbelastungen reversible Verletzungen verursachen können.
Cette étude prospective vise à comparer les effets d'une marche intensive de courte durée (240 km en 8 jours) versus un entraînement quotidien régulier d'un an sur les lésions du genou chez 23 étudiants de première année. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 3T avec segmentation automatique du cartilage pour analyser quantitativement le volume, l'épaisseur et les valeurs T2 du cartilage dans 21 sous-régions, ainsi que les lésions méniscales, ligamentaires et l'œdème osseux. Les résultats montrent que la marche intensive provoque significativement plus de lésions méniscales, ligamentaires et d'épanchement articulaire, avec une diminution de l'épaisseur cartilagineuse, tandis que l'entraînement quotidien régulier améliore l'adaptation fonctionnelle du genou en augmentant le volume cartilagineux sans causer de lésions majeures. L'étude conclut que l'entraînement quotidien modéré est bénéfique pour le cartilage du genou, contrairement aux activités intens
This study aimed to measure the mechanical properties of human costal cartilage to inform the development of improved chest wall implants, as current titanium implants often fail due to inadequate mechanical characteristics. The researchers conducted comprehensive mechanical testing including bending, torsion, and tensile tests on human costal cartilage specimens to determine elastic and shear moduli in multiple directions. Key findings revealed substantial variation in mechanical properties: elastic moduli for bending ranged from 2.2 to 60.8 MPa, shear moduli from 5.7 to 24.7 MPa, and tensile elastic moduli from 5.6 to 29.6 MPa. These measured properties will be incorporated into finite element models of the thorax to better understand ribcage biomechanics and guide the design of more effective chest wall reconstruction implants.
Diese Studie zielte darauf ab, die mechanischen Eigenschaften des menschlichen Rippenknorpels zu bestimmen, um verbesserte Rippenimplantate für die Brustwandrekonstruktion nach Tumorresektionen zu entwickeln. Die Forscher führten umfassende biomechanische Tests durch, einschließlich Biege-, Torsions- und Zugversuchen an menschlichem Rippenknorpel. Die Ergebnisse zeigten erhebliche Variationen in den mechanischen Eigenschaften: Die Elastizitätsmoduli beim Biegen reichten von 2,2 bis 60,8 MPa, die Schubmoduli von 5,7 bis 24,7 MPa und die Zugelastizitätsmoduli von 5,6 bis 29,6 MPa. Diese experimentell ermittelten Daten dienen als Grundlage für die Entwicklung eines Finite-Elemente-Modells des gesamten Thorax zur Optimierung von Rippenimplantaten.
Cette étude vise à caractériser les propriétés mécaniques du cartilage costal humain pour développer de meilleurs implants de reconstruction thoracique, les implants actuels en titane ayant tendance à se fracturer lors de défauts importants. Les chercheurs ont réalisé des tests de flexion, torsion et traction sur du cartilage costal humain pour mesurer ses propriétés de rigidité globale. Les résultats montrent une grande variabilité des propriétés mécaniques : modules élastiques en flexion de 2,2 à 60,8 MPa, modules de cisaillement de 5,7 à 24,7 MPa en torsion, et modules élastiques en traction de 5,6 à 29,6 MPa. Ces données serviront à développer un modèle par éléments finis du thorax complet pour mieux comprendre la biomécanique de la cage thoracique et concevoir des implants costaux plus performants.
This study aimed to develop a reliable laboratory method for testing natural hip joints under controlled conditions to better understand how different loading patterns affect joint damage. The researchers used porcine hip joints mounted in a hip simulator and tested them under three different loading conditions (normal, overload, and overload plus) while applying simplified walking motion cycles for 4 hours, with joint surfaces photographed before, during, and after testing. The results showed that normal loading caused no visible damage, while both overload conditions caused tears and detachment of the labrum (cartilage rim) in the antero-superior region, with damage severity increasing with higher loads. The consistent location and pattern of damage across samples tested under the same conditions validates this methodology as a useful tool for studying how abnormal hip mechanics lead to joint deterioration.
Diese Studie zielte darauf ab, eine zuverlässige In-vitro-Methodik zu entwickeln, um die mechanischen Auswirkungen verschiedener Belastungsszenarien auf das natürliche Hüftgelenk zu untersuchen. Die Forscher verwendeten Schweinehüftgelenke, die in einem Hüftsimulator montiert und unter drei verschiedenen axialen Belastungsbedingungen (normal, Überlastung und Überlastung plus) über 4 Stunden einem vereinfachten Gangzyklus unterzogen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass normale Belastung keine Gewebeschäden verursachte, während beide Überlastungsszenarien zu unterschiedlich schweren Rissen und Ablösungen des Labrums im antero-superioren Bereich führten. Die konsistente Lokalisation und Schwere der Schäden unter gleichen Bedingungen bestätigt die Eignung dieser Methodik für weitere Untersuchungen von Gelenkpathologien.
Cette étude visait à développer une méthodologie in vitro fiable pour simuler l'environnement mécanique naturel de l'articulation de la hanche et évaluer les mécanismes de dégradation articulaire. Les chercheurs ont utilisé des hanches porcines montées sur un simulateur articulaire mono-station, testées sous trois conditions de charge axiale (normale, surcharge et surcharge plus) pendant 4 heures avec un cycle de marche simplifié. Les résultats ont montré une absence de dommages sous charge normale, tandis que les conditions de surcharge ont provoqué des déchirures et détachements du labrum dans la région antéro-supérieure, avec une sévérité proportionnelle à l'intensité de la charge. Cette méthodologie validée offre un outil reproductible pour étudier les effets des modifications de charge et de mouvement sur les tissus articulaires naturels.
This study aimed to develop an injectable hydrogel system with enhanced mechanical properties for cartilage repair applications. The researchers created a novel combination of β-cyclodextrin-grafted alginate and pluronic-amine polymers, utilizing multiple physical crosslinking mechanisms (electrostatic forces, host-guest interactions, and temperature-responsive hydrophobic interactions) to overcome the typical mechanical weakness of injectable hydrogels. The resulting hydrogel achieved a shear modulus exceeding 40 kPa while maintaining injectability, demonstrated rapid gelation (under one minute at 28°C), supported mesenchymal stem cell viability and differentiation into chondrocytes when loaded with kartogenin, and showed controlled drug release with extended degradation time (two weeks versus six days for controls). These properties suggest the hydrogel system is a promising candidate for cartilage tissue engineering applications.
Diese Studie zielte darauf ab, ein injizierbares Hydrogel mit verbesserten mechanischen Eigenschaften für die Knorpelregeneration zu entwickeln, indem β-Cyclodextrin-gepfropfte Alginat- und Pluronic-Amin-Polymere kombiniert wurden. Die Forscher nutzten multiple physikalische Vernetzungen (elektrostatische Kräfte, Wirt-Gast-Interaktionen und hydrophobe Wechselwirkungen) zur Verstärkung des Hydrogels und integrierten Kartogenin (KGN) als chondrogenen Faktor für die Stammzelldifferenzierung. Das entwickelte Hydrogel erreichte einen Schermodul von über 40 kPa bei erhaltener Injizierbarkeit, zeigte keine Zytotoxizität und ermöglichte eine nachhaltige KGN-Freisetzung über zwei Wochen. Die eingekapselten mesenchymalen Stammzellen differenzierten erfolgreich zu Chondrozyten, was das Hydrogel als vielversprechenden Kandidaten für die Knorpelregeneration ausweist.
Cette étude visait à développer un hydrogel injectable à propriétés mécaniques renforcées pour la régénération du cartilage articulaire. Les chercheurs ont combiné pour la première fois de l'alginate greffé à la β-cyclodextrine (ALG-β-CD) avec de la pluronic-amine, créant des interactions supramoléculaires multiples (électrostatiques, hôte-invité, et hydrophobes) qui maintiennent l'injectabilité tout en augmentant significativement les propriétés mécaniques (module de cisaillement > 40 kPa). L'hydrogel optimisé présente une gélification rapide (<1 minute à 28°C), une libération contrôlée de kartogénine (KGN), et une dégradation prolongée (2 semaines vs 6 jours), favorisant la différenciation chondrogénique des cellules souches mésenchymateuses encapsulées. Ces résultats démontrent le potentiel prometteur de cet hydrogel comme support cellulaire pour les applications de réparation cartilagineuse.
This study investigated how quadriceps muscle fascicles (contractile units) behave during the weight acceptance phase of walking at different speeds, given that faster walking is associated with better cartilage health. Researchers used ultrasound to measure vastus lateralis fascicle length changes while participants walked at three speeds (0.75 m/s, preferred speed, and 1.75 m/s), alongside measurements of muscle activity, knee moments, and ground reaction forces. The key finding was that despite greater mechanical demands at faster speeds, net fascicle length change remained constant across walking speeds, with the muscle resisting lengthening through increased activation while tendons accommodated the additional stretch. These results suggest healthy tendons play a crucial role in adapting to faster walking speeds and highlight the need for similar studies in people with quadriceps weakness or osteoarthritis risk.
Diese Studie untersuchte, wie sich die Faszikel des Vastus lateralis-Muskels während der Gewichtsübernahme beim Gehen bei verschiedenen Geschwindigkeiten verhalten, um besser zu verstehen, wie der Quadrizeps die erhöhten mechanischen Anforderungen schnelleren Gehens bewältigt. Die Forscher verwendeten Ultraschall zur Messung der Faszikellängenänderungen bei gesunden jungen Erwachsenen, die bei ihrer bevorzugten Geschwindigkeit sowie bei 0,75 m/s und 1,75 m/s gingen, während gleichzeitig Muskelaktivität und Kniegelenkmomente erfasst wurden. Überraschenderweise zeigte sich, dass die durchschnittliche Netto-Faszikellängenänderung des Vastus lateralis während der Gewichtsübernahme unabhängig von der Gehgeschwindigkeit war, obwohl schnelleres Gehen mit erhöhter Muskelaktivität und größerem Widerstand gegen Muskelverlängerung einherging. Die Autoren schlussfolgern, dass bei gesunden jungen Erw
Cette étude visait à quantifier les changements de longueur des fascicules du muscle vaste latéral (VL) du quadriceps lors de la phase d'acceptation du poids corporel pendant la marche à différentes vitesses. Les chercheurs ont analysé la marche de jeunes adultes sains à trois vitesses (0,75 m/s, vitesse préférée, et 1,75 m/s) en mesurant simultanément l'activité musculaire, les moments articulaires du genou et le comportement fasciculaire par échographie. Les résultats montrent que malgré l'augmentation des demandes mécaniques aux vitesses plus rapides, la longueur nette des fascicules du VL ne varie pas significativement en moyenne, suggérant que l'étirement tendineux compense l'allongement de l'unité muscle-tendon. Ces findings indiquent que chez les jeunes adultes sains, le quadriceps s'adapte aux vitesses de marche plus rapides principalement par une augmentation de l'activité musculaire tout en résistant à l'allongement fasciculaire.
This study aimed to compare ankle cartilage and muscle thickness between the intact limbs of traumatic transtibial amputees and healthy controls, and examine relationships with clinical function. The researchers used musculoskeletal ultrasound to measure talar cartilage and lower leg muscle thickness in 36 high-activity unilateral amputees and 36 matched controls, along with functional assessments including walking tests and quality-of-life measures. The main findings showed that two muscles (tibialis anterior and gastrocnemius medialis) were significantly thicker on the intact limbs of amputees compared to controls, while talar cartilage thickness remained similar between groups. The muscle thickening correlated positively with prosthesis use duration and physical health scores, suggesting this represents beneficial adaptive changes rather than pathological deterioration in this active population.
Diese Studie untersuchte, ob sich die Dicke des Sprunggelenkknorpels und der Unterschenkelmuskulatur bei einseitig unterschenkelamputierten Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen verändert. Mittels Ultraschall wurden bei 36 traumatischen Transtibialamputierten und 36 alters-, geschlechts- und BMI-gematchten Kontrollen die Dicke des Talusknorpels sowie der Musculi tibialis anterior und gastrocnemius gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Tibialis anterior und der mediale Gastrocnemius am intakten Bein der Amputierten signifikant dicker waren als bei den Kontrollpersonen, während sich die Knorpeldicke nicht unterschied. Die positiven Korrelationen zwischen Muskeldicke und klinischen Parametern wie Prothesenutzungsdauer deuten darauf hin, dass diese Verdickung eine funktionelle Anpassung darstellt und nicht zwangsläufig pathologisch ist.
Cette étude transversale avait pour objectif de comparer par échographie l'épaisseur du cartilage talaire et des muscles tibial antérieur et gastrocnémiens chez 36 patients amputés transtibiales traumatiques unilatérales versus 36 témoins appariés, tout en analysant les corrélations avec des paramètres cliniques fonctionnels. Les résultats montrent que les muscles tibial antérieur et gastrocnémien médial sont significativement plus épais du côté intact chez les amputés comparativement aux témoins (p = 0,015 et p = 0,014 respectivement), sans différence significative pour le cartilage talaire et le gastrocnémien latéral. Les corrélations positives observées entre l'épaisseur musculaire et la durée d'utilisation de la prothèse ainsi que certains scores fonctionnels suggèrent que cet épaississement musculaire représente une adaptation compensatoire bénéfique plutôt qu'un processus pathologique chez cette cohorte de patients jeunes et actifs.
This study aimed to understand the mechanical environment that causes superficial zone (SZ) chondrocytes in joint cartilage to die under normal physiological loading conditions. The researchers used multiscale finite element analysis to simulate articular contact and track changes in SZ chondrocyte fluid pressure, permeability, and volume during loading, while varying the properties of the surrounding pericellular matrix. The analysis revealed that SZ chondrocytes can lose up to 90% of their intracellular fluid after several hours of intermittent or continuous loading, with hydraulic permeability dropping by more than three orders of magnitude. These findings suggest that normal activities like walking or standing can mechanically compress these cells to the point where metabolic processes are impaired, providing a simple mechanical explanation for why superficial zone chondrocytes are vulnerable to cell death under everyday joint loading.
Diese Studie untersuchte die mechanischen Ursachen für das Absterben von oberflächlichen Chondrozyten im Gelenkknorpel unter normalen physiologischen Belastungen. Mittels einer mehrskaligen Finite-Elemente-Analyse verfolgten die Forscher zeitlich die Veränderungen von interstitiellem Flüssigkeitsdruck, hydraulischer Permeabilität und Zellvolumen von oberflächlichen Chondrozyten während Gelenkbelastung. Die Ergebnisse zeigten, dass diese Zellen unter kontinuierlicher oder intermittierender Belastung bis zu 90% ihrer intrazellulären Flüssigkeit verlieren können, was zu einer drastischen Reduktion der hydraulischen Permeabilität um mehr als drei Größenordnungen führt. Diese massive Flüssigkeitsverarmung erklärt mechanistisch das Absterben der Zellen durch Beeinträchtigung ihrer Stoffwechselwege und stellt einen einfachen mechanischen Grund für die Vulnerabilität oberflächlicher Chondrozyten unter physiologischen Belastungsbedingungen dar.
Cette étude vise à comprendre l'environnement mécanique des chondrocytes de la zone superficielle (SZ) du cartilage articulaire qui pourrait expliquer leur mort observée sous charges physiologiques normales. Les chercheurs ont utilisé une analyse par éléments finis multi-échelle pour suivre l'évolution temporelle de la pression du fluide interstitiel, de la perméabilité hydraulique et du volume cellulaire des chondrocytes SZ sous conditions de charge physiologique. Les résultats montrent que ces cellules peuvent perdre jusqu'à 90% de leur fluide intracellulaire après plusieurs heures de charge intermittente ou continue, avec une réduction de la perméabilité hydraulique intracellulaire de plus de trois ordres de grandeur. Ces modifications mécaniques fournissent une explication simple de la vulnérabilité des chondrocytes SZ aux charges physiologiques prolongées, la perte de fluide compromettant les voies métaboliques cellulaires et la viabilité cellulaire.
This study aimed to develop xanthohumol-loaded PLGA scaffolds with anti-inflammatory properties and evaluate their effectiveness for cartilage regeneration in goats. The researchers created porous PLGA scaffolds using a pore-causing agent leaching method, loaded them with xanthohumol (an anti-inflammatory compound), and tested them both in laboratory cell culture with goat bone marrow stem cells and through subcutaneous implantation in live goats for 4 weeks. The xanthohumol-loaded scaffolds demonstrated significant anti-inflammatory effects, reducing inflammatory markers (IL-1β and TNF-α) compared to plain PLGA scaffolds, while maintaining good cell compatibility and structural properties. Most importantly, when implanted in goats, the drug-loaded scaffolds maintained their shape better, produced more cartilage-specific proteins (collagen type II and glycosaminoglycans), showed typical cartilage structure formation, and exhibited less inflammatory response compared to control scaffolds.
Diese Studie zielte darauf ab, entzündungshemmende PLGA-Scaffolds durch Beladung mit Xanthohumol zu entwickeln und deren Wirkung auf die Knorpelregeneration in Ziegen zu untersuchen. Die Forscher stellten poröse PLGA-Scaffolds mittels Porogenauswaschung her, beluden sie mit Xanthohumol und testeten zunächst die entzündungshemmenden Eigenschaften in Makrophagenkulturen, anschließend die Knorpelbildungsfähigkeit mit mesenchymalen Stammzellen in vitro und schließlich die Wirksamkeit nach subkutaner Implantation in Ziegen über 4 Wochen. Die Xanthohumol-beladenen Scaffolds zeigten signifikant reduzierte Expression von Entzündungsmarkern (IL-1β, TNF-α) sowohl in vitro als auch in vivo und führten nach Implantation zu deutlich besserer Knorpelregeneration mit typischen Lacunastrukturen, höheren Kollagen-II- und Glykosaminoglykan-Gehalten sowie geringerer Entzünd
Cette étude visait à développer des échafaudages PLGA chargés en xanthohumol pour évaluer leurs propriétés anti-inflammatoires et leur capacité à favoriser la régénération cartilagineuse chez la chèvre. Les chercheurs ont préparé des échafaudages poreux par lixiviation, les ont chargés en xanthohumol, puis ont évalué leurs propriétés in vitro (co-culture avec macrophages et cellules souches mésenchymateuses) et in vivo après implantation sous-cutanée chez la chèvre. Les résultats montrent que les échafaudages chargés en xanthohumol réduisent significativement l'expression des cytokines pro-inflammatoires (IL-1β et TNF-α) et préservent mieux leur forme après implantation comparativement aux échafaudages PLGA seuls. In vivo, ces échafaudages anti-inflammatoires ont généré un tissu cartilagineux de meilleure qualité avec une structure lacunaire typique, une matrice extracellulaire spécifique au cartilage et des taux significativement plus élevés de GAG et de collagène de type II
This study aimed to develop an affordable bioreactor system that can apply physiologically relevant mechanical forces to cartilage cells for research purposes. The researchers built a cost-effective device using readily available pneumatic components and 3D-printed culture chambers, capable of delivering cyclic pressure waves ranging from 0-400 kPa at frequencies up to 3.5 Hz to mimic exercise-induced loading on cartilage. Testing with human chondrocytes showed that cells exposed to simulated exercise conditions (300 kPa at 1 Hz for 3 hours daily over 5 days) significantly increased their metabolic activity by 21% and glycosaminoglycan production by 24% compared to controls. The open-design approach using off-the-shelf components and 3D printing addresses the lack of affordable equipment that has limited mechanobiology research progress.
Diese Studie hatte zum Ziel, einen kostengünstigen hydrostatischen Bioreaktor für die Knorpel-Tissue-Engineering-Forschung zu entwickeln, um die begrenzten Möglichkeiten zur Untersuchung mechanischer Belastungseffekte zu überwinden. Der Bioreaktor wurde aus handelsüblichen Komponenten (Schrittmotor, pneumatische Aktuatoren) und 3D-gedruckten Zellkulturkammern konstruiert und kann zyklische Druckwellen von 0-400 kPa bei bis zu 3,5 Hz erzeugen. Bei fünftägiger Kultivierung primärer humaner Chondrozyten unter physiologisch relevanten Druckbedingungen (300 kPa, 1 Hz, 3 Stunden täglich) zeigten die mechanisch stimulierten Zellen eine signifikant erhöhte metabolische Aktivität (+21%) und Glykosaminoglykan-Synthese (+24%). Das Open-Design-Konzept mit verfügbaren Bauteilen und 3D-Druck-Technologie bietet eine zugängliche Lösung für die mechanobi
Cette étude visait à développer un bioréacteur hydrostatique abordable pour l'ingénierie tissulaire du cartilage, afin de surmonter les obstacles financiers limitant la recherche en mécanobiologie. Les chercheurs ont conçu un système hydropneumatique à partir de composants disponibles dans le commerce et de chambres de culture cellulaire imprimées en 3D, capable de générer des ondes de pression cycliques de 0 à 400 kPa jusqu'à 3,5 Hz. L'application d'une pression cyclique de 300 kPa à 1 Hz pendant 3 heures par jour sur des chondrocytes humains primaires a significativement augmenté leur activité métabolique de 21% et leur synthèse de glycosaminoglycanes de 24%. Ce bioréacteur open-source démontre une approche efficace et accessible pour étudier les effets de la stimulation mécanique sur le cartilage en laboratoire.
This review examined the development and progression of knee osteoarthritis specifically in cyclists, addressing a research area with limited existing studies. The authors used a literature review approach to analyze how repetitive cycling movements contribute to cartilage microtrauma and subsequent osteoarthritic changes in the knee joint. The review found that repetitive concentric movements during cycling can cause microtrauma that initiates osteoarthritis, leading to progressive cartilage matrix damage, subchondral bone changes, and inflammatory responses that may become irreversible over time. The authors concluded that research on cycling-related knee osteoarthritis remains scarce and called for more studies to develop targeted therapeutic strategies for this specific population.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte die Entwicklung von Kniearthrose bei Radfahrern und die zugrundeliegenden Entzündungsprozesse. Die Autoren führten eine Literaturanalyse durch, um den aktuellen Forschungsstand zu diesem spezifischen Thema zu bewerten. Die Studie zeigt auf, dass repetitive konzentrische Bewegungen beim Radfahren Mikrotraumata verursachen können, die zur Knorpeldegeneration und letztendlich zu irreversiblen Gelenkschäden führen. Die Ergebnisse verdeutlichen eine erhebliche Forschungslücke in diesem Bereich und betonen die Notwendigkeit für zukünftige therapeutische Strategien zur Prävention und Behandlung von belastungsinduzierter Kniearthrose bei Radfahrern.
Cette revue vise à analyser l'évolution de l'arthrose du genou chez les cyclistes et à identifier les lacunes dans la recherche pour proposer de futures stratégies thérapeutiques. Les auteurs examinent comment les mouvements répétitifs concentriques du cyclisme peuvent générer des microtraumatismes initiateurs d'arthrose, caractérisée par un stress cellulaire et une dégradation de la matrice extracellulaire cartilagineuse. L'étude souligne que ces microtraumatismes répétés peuvent évoluer vers des lésions irréversibles du cartilage, accompagnées de modifications morphologiques, biochimiques et biomécaniques des tissus articulaires. Les auteurs concluent sur la nécessité de développer davantage la recherche dans ce domaine spécifique pour élaborer des approches thérapeutiques adaptées aux cyclistes.
This systematic review evaluated the biomechanical and functional outcomes of autologous chondrocyte implantation (ACI) for treating knee cartilage defects in young, active patients. The researchers searched three major databases and analyzed 19 studies involving 20 ACI patient groups, assessing outcomes like range of motion, knee strength, and functional performance tests. The study found that knee range of motion improved significantly after ACI (from 130.5° to 136.1°), and knee strength improved within the first two years post-surgery, though it remained weaker than healthy controls at longer follow-up periods. The authors concluded that while ACI shows promise for improving knee function, longer-term strength training may be beneficial, and more high-quality research is needed to better understand ACI outcomes and optimize rehabilitation protocols.
Diese systematische Übersichtsarbeit untersuchte die biomechanischen und funktionellen Ergebnisse der autologen Chondrozyten-Implantation (ACI) bei Knorpeldefekten des Kniegelenks. Die Autoren durchsuchten systematisch drei große Datenbanken und analysierten 19 Artikel mit 20 ACI-Kohorten hinsichtlich Bewegungsumfang, Kraft und funktioneller Aktivitäten. Die Ergebnisse zeigten eine klinisch und statistisch signifikante Verbesserung des Bewegungsumfangs (von 130,5° auf 136,1°), während sich die Kniestärke zwar in den ersten zwei postoperativen Jahren verbesserte, aber langfristig schlechter blieb als bei gesunden Kontrollgruppen. Die Autoren schlussfolgern, dass trotz verbesserter Gelenkbeweglichkeit längerfristige Krafttraining-Programme für ACI-Patienten von Nutzen sein könnten, betonen jedoch die begrenzte Evidenzlage und den Bedarf für weitere Forschung.
Cette revue systématique visait à évaluer les résultats biomécaniques et fonctionnels de l'implantation de chondrocytes autologues (ACI) pour le traitement des défauts du cartilage articulaire du genou. Les auteurs ont analysé 19 articles incluant 20 cohortes ACI en recherchant dans les bases de données MEDLINE, EMBASE et Web of Science. Les résultats montrent une amélioration cliniquement et statistiquement significative de l'amplitude articulaire (de 130,5° à 136,1°), tandis que la force musculaire s'améliore dans les deux premières années mais reste inférieure aux groupes contrôles à long terme. Bien que l'ACI améliore l'amplitude de mouvement, les déficits de force persistants au-delà de 2 ans suggèrent la nécessité d'un renforcement musculaire prolongé, mais le niveau de preuve actuel reste faible et nécessite des recherches supplémentaires.
This study investigated how chondrocytes (cartilage cells) respond to the combined effects of low oxygen levels, temperature changes, and mechanical loading to optimize cartilage tissue engineering. The researchers used a specialized bioreactor that independently controlled oxygen concentration, temperature patterns, and mechanical stimulation to test these interactions on cartilage constructs. The key finding was that combining all three factors resulted in a dramatic 14-fold increase in key cartilage genes (collagen type II and aggrecan) and enhanced protein production, with the SOX9 transcription factor identified as a critical regulator of this response. These results demonstrate that mimicking the natural joint environment through combined biophysical cues significantly improves cartilage formation in engineered constructs.
Diese Studie untersuchte, wie Chondrozyten auf die kombinierte Wirkung von Sauerstoffkonzentration, Temperaturveränderungen und mechanischer Belastung reagieren. Die Forscher verwendeten einen gelenkssimulierenden Bioreaktor, der diese drei Parameter unabhängig voneinander kontrollieren kann, um knorpelähnliche Gewebekonstrukte zu kultivieren. Die Ergebnisse zeigten eine bemerkenswerte 14-fache Steigerung der mRNA-Expression von Kollagen Typ II und Aggrecan unter niedrigen Sauerstoffbedingungen, wobei auch die Protein-Biosynthese sauerstoffabhängig verstärkt wurde. Als zugrundeliegender Mechanismus wurde der Transkriptionsfaktor SOX9 als zentraler Regulator der chondrogenen Antwort auf diese kombinierten biophysikalischen Signale identifiziert.
Cette étude visait à comprendre comment les chondrocytes intègrent différents signaux biophysiques (tension en oxygène, stimuli thermiques et mécaniques) pour réguler leur fonction dans des construits de cartilage artificiel. Les chercheurs ont utilisé un bioréacteur simulant les conditions articulaires pour contrôler indépendamment ces trois paramètres et analyser leurs interactions. Les résultats montrent qu'une faible tension en oxygène augmente remarquablement la sensibilité des chondrocytes aux stimuli thermomécaniques, entraînant une augmentation de 14 fois de l'expression des gènes du collagène de type II et de l'agrécane, avec le facteur de transcription SOX9 jouant un rôle régulateur clé. Ces découvertes révèlent l'importance de l'intégration de multiples signaux mécanobiologiques pour optimiser la synthèse de matrice extracellulaire dans l'ingénierie du cartilage.
This study aimed to develop a cartilage-targeted drug delivery system using hyaluronic acid-based nanomicelles (C-HA-DOS) to improve local delivery of pioglitazone, a promising osteoarthritis drug with limited clinical utility due to poor tissue penetration. The researchers synthesized nanomicelles combining hyaluronic acid with a cartilage-targeting peptide and tested drug loading, release kinetics, cellular uptake, and therapeutic effects in both cell cultures and a rat osteoarthritis model. The nanomicelles successfully targeted cartilage tissue, provided sustained drug release over 24 hours, and were rapidly taken up by chondrocytes, particularly under oxidative stress conditions. Treatment with pioglitazone-loaded nanomicelles protected chondrocytes from oxidative damage, reduced cartilage-degrading enzymes (MMPs and ADAMTS), preserved cartilage matrix components, and slowed osteoarthritis progression in rats compared to controls.
Diese Studie zielte darauf ab, Hyaluronsäure-basierte knorpelspezifische Nanomizellen (C-HA-DOS) zu entwickeln, um Pioglitazone gezielt an Gelenkknorpel zu transportieren und damit die Osteoarthritis-Behandlung zu verbessern. Die Forscher synthetisierten die Nanomizellen chemisch aus Hyaluronsäure, einem knorpelspezifischen WYRGRL-Peptid und Dodecylamin und testeten deren Eigenschaften sowie therapeutische Wirksamkeit in Zellkulturen und einem Rattenmodell. Die entwickelten PIO@C-HA-DOS-Nanomizellen zeigten eine kontrollierte Medikamentenfreisetzung über 24 Stunden, wurden effizient von Chondrozyten aufgenommen und reicherten sich spezifisch im Gelenkknorpel an. In vitro und in vivo konnten die beladenen Nanomizellen oxidativen Stress reduzieren, knorpelabbauende Enzyme (MMP, ADAMTS) hemmen und die Osteoarthritis-Progression signifikant verlangsamen,
Cette étude visait à développer des nanomicelles ciblant le cartilage (C-HA-DOS) à base d'acide hyaluronique pour délivrer la pioglitazone de manière ciblée dans le traitement de l'arthrose. Les chercheurs ont synthétisé chimiquement ces nanomicelles en combinant l'acide hyaluronique avec le peptide WYRGRL et la dodécylamine, puis ont évalué leurs propriétés physico-chimiques, leur biocompatibilité et leur efficacité thérapeutique in vitro sur chondrocytes et in vivo chez le rat arthrosique. Les nanomicelles PIO@C-HA-DOS ont démontré une libération prolongée du médicament, un ciblage spécifique du cartilage articulaire, et une capacité à réduire le stress oxydatif dans les chondrocytes tout en inhibant l'expression des enzymes de dégradation matricielle (MMP et ADAMTS). L'analyse histologique a confirmé que ce système de délivrance ciblée améliore significativement l'efficacité thérapeutique de la pioglitazone en retardant la progression de l'arthrose.
This study aimed to establish how cationic tantalum oxide nanoparticles (TaO-CNPs) diffuse through different layers of cartilage and relate this to the tissue's structural components and mechanical properties. The researchers used micro-CT imaging to track nanoparticle diffusion into cartilage samples from 15 healthy horse joints over 96 hours, then compared diffusion patterns against proteoglycan content, collagen content and architecture, and biomechanical properties measured through various testing methods. The key findings showed that nanoparticle uptake strongly correlated with proteoglycan distribution (ρ = 0.87) and cartilage stiffness (ρ = 0.80), while collagen content generally reduced uptake except in the superficial zone where more open collagen architecture enhanced it. This demonstrates that TaO-CNP contrast-enhanced micro-CT can accurately assess both the structural composition and mechanical properties of cartilage, providing a comprehensive tool for evaluating cartilage health.
Diese Studie untersuchte die tiefenabhängige Diffusion von kationischen Tantaloxid-Nanopartikeln (Ta₂O₅-CNPs) in Gelenkknorpel mittels Mikro-Computertomographie, um deren Eignung als Kontrastmittel zur Bewertung von Knorpelstrukturen zu evaluieren. An 30 osteochondralen Proben aus gesunden Pferdekniegelenken wurde die Nanopartikel-Diffusion über 96 Stunden verfolgt und mit biomechanischen Tests, digitaler Densitometrie, Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie und polarisierter Lichtmikroskopie verglichen. Die Ergebnisse zeigten eine starke Korrelation zwischen der maximalen Nanopartikel-Aufnahme und der tiefenabhängigen Proteoglykan-Verteilung (ρ = 0,87) sowie dem Gleichgewichtsmodul (ρ = 0,80). Die Studie belegt, dass Ta₂O₅-CNPs als Kontrastmittel geeignet sind, um biomechanische
Cette étude visait à établir la relation entre la diffusion de nanoparticules d'oxyde de tantale cationiques (TaO-CNPs) et les constituants du cartilage articulaire selon la profondeur tissulaire. Les chercheurs ont utilisé la micro-tomodensitométrie (μCT) pour suivre la diffusion des TaO-CNPs dans 30 échantillons ostéochondraux équins pendant 96 heures, en corrélant les paramètres de diffusion avec les propriétés biomécaniques et structurelles évaluées par spectroscopie infrarouge, microscopie en lumière polarisée et tests mécaniques. Les résultats montrent une forte corrélation entre la partition maximale des nanoparticules et la distribution des protéoglycanes (ρ = 0,87), ainsi qu'avec le module d'équilibre du cartilage (ρ = 0,80), démontrant que l'architecture du réseau collagénique influence significativement la pénétration des nanoparticules. Cette approche établit la faisabilité des TaO-CNPs comme agent de contraste pour identifier précisément les changements biomécaniques et structurels
This study aimed to investigate how fluid rehydration affects cartilage behavior during repeated loading cycles, specifically examining strain accumulation (ratcheting) in human cartilage samples. The researchers developed a novel "MagnaSquish" device that uses magnetic actuation to completely lift the loading plate between compression cycles, allowing unrestricted tissue rehydration - unlike traditional systems that maintain continuous contact with the sample. Using this system on cadaveric human osteochondral plugs over 750 loading cycles, they employed deep learning algorithms to track two-dimensional strain patterns and found that shorter recovery times between loading cycles led to greater strain accumulation. The results demonstrated that adequate recovery time for fluid re-entry is crucial for preventing progressive cartilage deformation, with the effects of insufficient recovery persisting for up to five minutes even after loading stopped.
Diese Studie zielte darauf ab, die zeitliche Dynamik von axialer und lateraler Dehnung in menschlichen Knorpel-Knochen-Präparaten während zyklischer Belastung zu untersuchen, wobei der Fokus auf dem Einfluss der Rehydratation lag. Die Forscher entwickelten ein neuartiges magnetisch betätigtes Kompressionssystem ("Magnasquish"), das eine vollständige Abhebung des Stempels zwischen den Belastungszyklen ermöglicht, und analysierten 750 Belastungszyklen mit Hilfe eines Deep-Learning-Algorithmus zur automatisierten Dehnungsmessung. Die Ergebnisse zeigten, dass kürzere Erholungszeiten zwischen den Zyklen zu einer verstärkten axialen Dehnungsakkumulation führten, wobei statische Belastung den Extremfall darstellte. Die Studie demonstrierte, dass das Belastungsmuster während der zyklischen Kompression den Verlauf der Erholung über bis zu fünf Minuten bestimmte und unterstreicht die wichtige Rolle des Flüssigkeitswiedereintritts für
Cette étude avait pour objectif d'analyser l'accumulation de déformation (ratcheting) dans le cartilage articulaire humain lors de compressions cycliques, en développant un système magnétique innovant ("MagnaSquish") permettant un soulèvement complet du plateau de compression entre les cycles de charge. Les chercheurs ont testé des échantillons ostéochondraux cadavériques humains sur 750 cycles de compression avec différents temps de récupération, utilisant un algorithme d'apprentissage profond (U-Net) pour mesurer les déformations axiales et latérales à partir d'images 2D acquises à 30 images/seconde. Les résultats montrent qu'une récupération inter-cycle plus courte entraîne une accumulation accrue de déformation axiale, cette accumulation persistant jusqu'à 5 minutes lors de la période de récupération libre, démontrant l'importance cruciale de la ré-entrée de fluide pour résister à l'accumulation de déformation lors de compressions cycliques.
This study investigated whether modifying walking loads affects cartilage health in people with ACL reconstruction, as measured by a blood biomarker called serum cartilage oligomeric matrix protein (sCOMP). Forty ACL-reconstructed participants walked 3000 steps under four different loading conditions using real-time biofeedback: normal walking, high loading (+5%), low loading (-5%), and symmetrical loading between limbs, with blood samples collected before, immediately after, 1 hour, and 3.5 hours post-walking. While no differences were found across all participants, a subgroup who typically showed increases in sCOMP after walking demonstrated beneficial responses to load modification - specifically, high loading reduced sCOMP immediately after walking compared to low loading, and symmetrical loading reduced sCOMP at 3.5 hours compared to normal walking. These findings suggest that targeted load modification during walking may improve cartilage metabolism in certain ACL-reconstructed individuals, potentially offering a strategy to prevent post-traumatic osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, ob die Veränderung der Belastung beim Gehen die Knorpelgesundheit bei Patienten nach Kreuzbandrekonstruktion (ACLR) beeinflusst. 40 ACLR-Patienten absolvierten in einer randomisierten Crossover-Studie vier verschiedene Gehbedingungen mit Biofeedback (normale, erhöhte, reduzierte und symmetrische Belastung) über jeweils 3000 Schritte, wobei vor und nach jeder Sitzung Blutproben zur Messung des Knorpelbiomarkers sCOMP entnommen wurden. Während in der gesamten Kohorte keine Unterschiede festgestellt wurden, zeigte eine Subgruppe von Patienten mit erhöhten sCOMP-Werten nach dem Gehen niedrigere sCOMP-Konzentrationen bei hoher Belastung im Vergleich zu niedriger Belastung, was auf verbesserte Knorpelgesundheit hindeutet. Die Ergebnisse legen nahe, dass gezieltes Belastungstraining mit Bi
Cette étude a évalué si la modification de la charge articulaire pendant la marche pouvait influencer les biomarqueurs du cartilage chez des patients ayant subi une reconstruction du ligament croisé antérieur (LCA). Quarante participants ont réalisé 3000 pas sur tapis roulant selon quatre conditions de charge différentes (habituelle, élevée, faible, symétrique) guidées par biofeedback en temps réel, avec mesure des concentrations sériques de COMP (cartilage oligomeric matrix protein) avant, immédiatement après, 1h et 3,5h post-exercice. Bien qu'aucune différence n'ait été observée sur l'ensemble de la cohorte, un sous-groupe de patients "répondeurs" a montré des concentrations de COMP significativement plus faibles lors de la charge élevée comparée à la charge faible, suggérant un effet métabolique bénéfique. Ces résultats indiquent que la modulation de la charge articulaire pourrait représenter une stratégie d'intervention pour améliorer la santé du cartilage et potentiellement prévenir l'arthrose post-traumatique chez certains patients après reconstruction du LCA
This study aimed to measure changes in knee cartilage thickness during marathon running using ultrasound imaging to test whether long-distance running causes excessive cartilage deformation. The researchers used ultrasonography to measure femoral cartilage thickness at the medial and lateral condyles in 38 healthy marathon runners (aged 18-39) both two hours before and immediately after completing a marathon. The results showed only minimal cartilage thickness changes, with the maximum reduction being 6.94% at one specific location (left outer lateral femoral condyle), while all other measured sites showed no significant changes. These findings support the hypothesis that marathon running does not cause greater cartilage deformation than typical daily weight-bearing activities, confirming previous MRI studies that suggest knee cartilage tolerates long-distance running well.
Diese Studie untersuchte mittels Ultraschall die Dickenveränderungen des Oberschenkelknorpels bei 38 gesunden Marathonläufern (18-39 Jahre) vor und nach dem Lauf. Die Knorpeldicke wurde zwei Stunden vor und unmittelbar nach dem Marathon an den medialen und lateralen Femurkondylen gemessen. Die maximale Dickenabnahme betrug lediglich 6,94% am linken äußeren lateralen Femurkondylus, während alle anderen Messungen keine signifikanten Veränderungen zeigten. Diese Ergebnisse bestätigen, dass Marathonlaufen nicht zu größeren Knorpelverformungen führt als alltägliche Belastungsaktivitäten und unterstützen frühere MRT-Studien zur guten Belastungstoleranz des Knieknorpels.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer par échographie les changements d'épaisseur du cartilage articulaire fémoral lors d'un marathon, afin de confirmer les données IRM suggérant que la course de fond n'induit pas de déformations cartilagineuses excessives. Les chercheurs ont mesuré par ultrasons l'épaisseur du cartilage des condyles fémoraux médial et latéral chez 38 marathoniens sans antécédents de pathologie du genou, avant et immédiatement après la course. Les résultats montrent une diminution maximale de seulement 6,94% de l'épaisseur cartilagineuse au niveau du condyle fémoral latéral externe gauche, toutes les autres mesures étant non significatives. Ces données échographiques confirment que le cartilage du genou tolère bien l'effort marathonien, avec des déformations comparables à celles observées lors d'activités quotidiennes.
This study investigated how joint fluid from acute gout affects cartilage friction properties, addressing a research gap in understanding tribological changes during gouty arthritis. The researchers used fixed-load scratch testing to compare friction and wear of articular cartilage when lubricated with either gouty joint fluid or normal joint fluid. The key findings showed that cartilage friction coefficients were significantly higher with gouty joint fluid compared to normal fluid, and the friction response to changes in sliding speed differed markedly from normal conditions. The study concluded that prolonged friction caused more severe cartilage surface wear in the gout condition, leading to the clinical recommendation that gout patients should avoid activities involving sudden speed changes like sprinting or variable-speed running.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von hyperurikämischer Gelenkflüssigkeit auf die Reibungseigenschaften des Gelenkknorpels bei akuter Gichtarthritis. Mittels kontrollierter Scratch-Experimente wurde das Reibungs- und Verschleißverhalten von Gelenkknorpel unter Schmierung mit Gelenkflüssigkeit von Gichtpatienten im Vergleich zu gesunder Gelenkflüssigkeit analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass der Reibungskoeffizient des Knorpels bei akuter Gichtarthritis signifikant höher war als bei gesunden Personen, wobei sich das Reibungsverhalten bei unterschiedlichen Gleitgeschwindigkeiten anders verhielt als normal. Basierend auf den Befunden wird Gichtpatienten empfohlen, plötzliche Geschwindigkeitsänderungen wie schnelles Laufen zu vermeiden, um die Stabilität der Knorpeloberfläche zu erhalten und übermäßigen Verschleiß zu reduzieren.
Cette étude visait à évaluer l'effet du liquide synovial hyperuricémique sur les propriétés tribologiques du cartilage articulaire lors d'arthrite goutteuse aiguë. Les chercheurs ont utilisé des expériences de friction à charge fixe pour comparer le comportement frictionnel et l'usure du cartilage lubrifié par du liquide synovial de patients goutteux versus du liquide synovial normal. Les résultats montrent que le coefficient de friction du cartilage est significativement plus élevé chez les patients goutteux, avec une usure plus sévère après friction prolongée et une réponse différente aux variations de vitesse de glissement. L'étude suggère que les patients atteints d'arthrite goutteuse devraient éviter les changements brusques de vitesse (course rapide, vitesse variable) pour préserver la stabilité du coefficient de friction cartilagineux.
This cross-sectional study investigated how treadmill running affects knee cartilage thickness in professional athletes compared to healthy controls. The researchers used ultrasonography to measure distal femoral cartilage thickness at six anatomical sites in 72 professional athletes (aged 20-40 years, minimum 75 minutes/week treadmill running) and 72 age-, sex-, and BMI-matched controls. Athletes showed significantly thinner cartilage at three measurement sites (right and left lateral condyles, left medial condyle), with the most pronounced differences occurring in athletes who had been treadmill running for 12+ months rather than those with <12 months of exposure. The findings suggest that long-term, high-intensity treadmill running may be associated with cartilage thinning, with a weak negative correlation between duration of treadmill running and cartilage thickness at lateral condyle sites.
Diese Querschnittsstudie untersuchte den Einfluss von Laufbandtraining auf die Knorpeldicke des distalen Femurs bei 72 Profisportlern (20-40 Jahre) im Vergleich zu alters-, geschlechts- und BMI-angepassten gesunden Kontrollen. Die Knorpeldicke wurde mittels Ultraschall an sechs definierten Messpunkten der medialen und lateralen Femurkondylen sowie der interkondylären Bereiche gemessen, wobei die Athleten nach Trainingsdauer (<12 Monate vs. ≥12 Monate) unterteilt wurden. Die Ergebnisse zeigten signifikant dünneren Knorpel bei Athleten an drei Messpunkten (rechter/linker lateraler Kondyl, linker medialer Kondyl), wobei dieser Effekt nur bei Sportlern mit ≥12 Monaten Laufbandtraining auftrat und eine schwache negative Korrelation zwischen Trainingsdauer und Knorpeldicke bestand. Die Studie deutet darauf hin, dass langfristiges, hochintensives
Cette étude transversale visait à évaluer l'impact de la course sur tapis roulant sur l'épaisseur du cartilage fémoral distal chez les athlètes professionnels. Les chercheurs ont comparé par échographie 72 athlètes pratiquant la course sur tapis (minimum 75 min/semaine) à 72 témoins sains appariés, en subdivisant les athlètes selon leur durée de pratique (<12 mois vs ≥12 mois). Les résultats montrent que les athlètes présentent un cartilage significativement plus mince au niveau des condyles latéraux droits et gauches, ainsi que du condyle médial gauche, avec une corrélation négative faible entre la durée de pratique et l'épaisseur cartilagineuse. Cette diminution d'épaisseur n'est observée que chez les athlètes pratiquant depuis plus de 12 mois, suggérant un effet dose-dépendant de la course sur tapis roulant sur le cartilage fémoral.
This study investigated how different types of exercise acutely affect blood markers of cartilage breakdown and repair in 40 patients with mild to moderate knee osteoarthritis. Using a crossover design, participants completed moderate-to-high intensity running, cycling, and adrenaline infusion sessions on separate days, with blood samples collected before, during, and up to 6 time points after each intervention to measure various cartilage turnover biomarkers. The results showed that both cycling and running generally decreased markers of cartilage degradation (particularly C2M and ARGS) while increasing markers of cartilage formation (PRO-C2), suggesting a favorable acute response rather than harmful effects on cartilage. The findings indicate that exercise does not appear to cause detrimental cartilage breakdown in people with knee osteoarthritis, and may actually promote beneficial changes in cartilage metabolism.
Diese Studie untersuchte die akuten Auswirkungen von Laufen, Radfahren und kardiovaskulärem Stress auf biochemische Marker des Knorpelumsatzes bei 40 Patienten mit leichter bis moderater Kniearthrose. In einem sequenziellen Cross-over-Design absolvierten die Teilnehmer an separaten Tagen moderate bis hochintensive Belastungen (Radfahren, Laufen, Adrenalin-Infusion), wobei Blutproben vor, während und bis zu 6 Zeitpunkte nach der Intervention zur Messung von Kollagen- und Aggrecan-Markern entnommen wurden. Die Hauptergebnisse zeigten, dass beide Trainingsformen zu einer Reduktion der Knorpelabbaumarker (C2M, ARGS, T2CM) und einer Steigerung der Knorpelbildungsmarker (PRO-C2) führten, ohne schädliche Effekte auf den Knorpel zu verursachen. Die Studie deutet darauf hin, dass sowohl gewichtsbelastende als auch nicht-gewichtsbelastende Übungen bei K
Cette étude croisée séquentielle a évalué l'impact aigu de différents types d'exercice sur les biomarqueurs du remodelage cartilagineux chez 40 patients atteints de gonarthrose légère à modérée. Les participants ont réalisé successivement des séances de cyclisme, de course à pied et une perfusion d'adrénaline d'intensité modérée à élevée, avec prélèvements sanguins avant, pendant et jusqu'à 6 points temporels après chaque intervention pour analyser les marqueurs de dégradation et formation du collagène de type II et des agrécanes. Les résultats montrent que l'exercice modifie significativement les biomarqueurs cartilagineux sans effet délétère apparent : diminution des marqueurs de dégradation (C2M, T2CM, ARGS) et augmentation du marqueur de formation (PRO-C2) pendant et après l'effort. L'étude conclut que l'exercice, qu'il soit en charge ou non, n'induit pas d'effet néfaste sur le cartilage et suggère une influence sympathomimétique sur la composition sérologique des biomarqueurs.
This case report describes the successful arthroscopic treatment of ankle gout arthritis in a 32-year-old male who presented with chronic ankle pain, swelling, and walking difficulties initially suspected to be an anterior talofibular ligament injury based on MRI findings. The patient underwent arthroscopic debridement after intraoperative discovery of uric acid crystal deposits confirmed the diagnosis of gout arthritis rather than ligament rupture. Following surgical removal of the monosodium urate crystals, the patient experienced rapid improvement within one week, including minimal pain, better range of motion, reduced swelling, and restored walking ability with minimal assistance. The authors emphasize that successful arthroscopic debridement of ankle gout requires careful patient selection, thorough preoperative planning, complete crystal removal, and comprehensive postoperative care due to the technical challenges posed by tophi, inflammation, and risk of cartilage damage.
Diese Fallstudie beschreibt die erfolgreiche arthroskopische Behandlung einer Gichtarthritis im Sprunggelenk bei einem 32-jährigen Mann mit chronischen Sprunggelenkschmerzen und Hyperurikämie. Die Diagnose wurde durch MRT-Bildgebung und intraoperativ durch den Nachweis von Harnsäurekristallablagerungen im Gelenk gestellt, woraufhin ein arthroskopisches Débridement durchgeführt wurde. Bereits eine Woche nach der Operation zeigte der Patient deutliche Verbesserungen mit minimalen Schmerzen, verbesserter Beweglichkeit und reduzierter Schwellung. Die Autoren betonen, dass eine sorgfältige Patientenauswahl, präoperative Planung und vollständige Entfernung der Mononatriumurat-Kristalle entscheidend für den Erfolg der arthroskopischen Behandlung bei Sprunggelenk-Gichtarthritis sind.
Cette étude rapporte le cas d'un homme de 32 ans présentant une arthrite goutteuse de la cheville avec douleur chronique et gonflement, initialement suspectée d'être une rupture du ligament talo-fibulaire antérieur à l'IRM. Le diagnostic définitif d'arthrite goutteuse a été établi par arthroscopie, révélant des dépôts cristallins qui ont été traités par débridement arthroscopique. Le patient a présenté une amélioration rapide avec réduction significative de la douleur, du gonflement et amélioration de la mobilité articulaire dès la première semaine post-opératoire. Cette approche arthroscopique s'avère efficace pour le traitement de l'arthrite goutteuse de la cheville, nécessitant toutefois une sélection rigoureuse des patients et une planification préopératoire minutieuse.
This study aimed to characterize the mechanical properties of ovine (sheep) hide and costal cartilage tissues to improve computer models of high-rate blunt chest impacts, such as those occurring with protective equipment. The researchers conducted tensile and compressive tests on tissue samples from sheep at high strain rates (150/s) and then validated computational models using LS-DYNA software with hyperelastic material models. Key findings showed that costal cartilage had mean failure strains of 0.094 in tension and -0.176 in compression, with an order-of-magnitude difference in stress between these loading conditions, while hide demonstrated a mean failure strain of 0.236. The study successfully established material properties and validated computational models for both tissues, providing essential data for future computer simulations of thoracic blunt impact injuries, though the authors noted that incorporating strain rate sensitivity would further improve the models.
Diese Studie zielte darauf ab, die mechanischen Eigenschaften von Schafshaut und Rippenknorpel zu charakterisieren und zu modellieren, um diese in computergestützten Simulationen von stumpfen Thoraxtraumata zu verwenden. Die Forscher führten Zug- und Druckversuche an Gewebeproben durch (Dehnungsrate: ±150 s⁻¹) und validierten die Ergebnisse mittels LS-DYNA-Simulationen unter Verwendung hyperelastischer Materialmodelle. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Rippenknorpel eine mittlere Versagensdehnung von 0,094 ± 0,040 unter Zug und -0,176 ± 0,064 unter Druck aufwies, während die Schafshaut bei 0,236 ± 0,136 versagte. Die entwickelten Materialmodelle (vereinfachtes Gummimodell für Knorpel, Ogden-Gummimodell für Haut) zeigten gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten und können nun für die computergest
Cette étude visait à caractériser mécaniquement le cartilage costal et la peau d'ovins pour développer des modèles computationnels d'impacts thoraciques non-pénétrants à haute vitesse. Les chercheurs ont réalisé des tests de traction et compression à 150 ε/s sur des échantillons normalisés, puis validé les données expérimentales par simulation numérique dans LS-DYNA en utilisant des modèles hyperélastiques. Les résultats montrent que le cartilage costal présente des déformations moyennes à la rupture de 0,094 ± 0,040 en traction et -0,176 ± 0,064 en compression, avec une différence d'un ordre de grandeur entre les contraintes de traction et de compression, tandis que la peau atteint une déformation à la rupture de 0,236 ± 0,136. Ces caractérisations biomécaniques permettront d'améliorer la précision des modèles computationnels pour l'étude des traumatismes thoraciques par impact contondant.
This study investigated how age and previous ACL injury affect cartilage stress responses by measuring serum cartilage oligomeric matrix protein (sCOMP) levels before and after walking exercise. The researchers tested 85 participants across four groups (young/older adults, with/without ACL injury history) who completed 30-minute treadmill sessions at different body weight loads (80%, 100%, 120%) while measuring blood sCOMP concentrations.
The key findings showed that older adults had 21% higher baseline sCOMP levels but 19% smaller increases after exercise compared to younger participants, while previous ACL injury had no significant effect on either measure. Importantly, the dose-response relationship between walking load intensity and sCOMP changes remained consistent across all age groups, ACL injury status, and sex, with higher loads producing greater sCOMP responses regardless of these factors.
These results suggest that while aging affects baseline cartilage metabolism and stress responsiveness, the fundamental relationship between mechanical loading and immediate cartilage biomarker responses is preserved across different populations.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von Alter und vorheriger Kreuzbandriss-Verletzung auf den Knorpel-Biomarker COMP (Cartilage Oligomeric Matrix Protein) im Serum vor und nach Belastung. An 85 Teilnehmern in vier Gruppen (junge/ältere Erwachsene, gesund/nach Kreuzbandriss) wurde die COMP-Konzentration vor und nach 30-minütigem Laufbandgehen bei verschiedenen Belastungsintensitäten (80%, 100%, 120% Körpergewicht) gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass ältere Teilnehmer 21% höhere Ruhe-COMP-Werte, aber 19% geringere belastungsinduzierte COMP-Anstiege aufwiesen, während frühere Kreuzbandverletzungen keinen signifikanten Einfluss hatten. Die Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen Belastungsintensität und COMP-Anstieg war unabhängig von Alter, Kreuzbandverletzung oder Geschl
Cette étude visait à évaluer l'influence de l'âge (jeunes vs âgés) et d'une lésion antérieure du ligament croisé antérieur (LCA) sur la concentration sérique de la protéine oligomère de matrice cartilagineuse (COMP) au repos et sa réponse immédiate à la charge mécanique. Les chercheurs ont analysé 85 participants répartis en 4 groupes (jeunes et âgés, sains et avec lésion du LCA) qui ont effectué des tests de marche sur tapis roulant à différentes charges corporelles (80%, 100%, 120% du poids corporel), avec mesure de la COMP sérique avant et après l'effort. Les résultats montrent que la COMP de base était 21% plus élevée chez les participants âgés, tandis que la réponse à la charge était 19% plus faible avec l'âge, mais aucune différence n'a été observée entre les participants avec ou sans lésion du LCA. L'étude conclut que seul l'âge, et non une lésion antérieure du LCA, influence la COMP sérique basale et sa réponse méc
This study investigated how focal cartilage defects and a collagen-based repair material (Chondrofiller) affect damage to opposing healthy cartilage during joint loading. The researchers used 18 porcine cartilage samples tested under cyclic loading on a friction testing device, comparing damage across different surface pairs (cartilage-vs-cartilage, cartilage-vs-bone, cartilage-vs-defect, and cartilage-vs-defect with biomaterial) over 1 and 6-hour periods, with damage assessed using histological scoring. The results showed that cartilage rubbing against exposed bone caused the most severe damage (score 3.5), while cartilage defects caused moderate damage (scores 2.5-2.67), and importantly, the collagen biomaterial did not reduce this damage to the opposing cartilage. The findings suggest that cartilage repair biomaterials must be mechanically stable from the outset or joint loading should be restricted until the repair material can adequately fill and stabilize the defect.
**Zusammenfassung:**
Diese In-vitro-Studie untersuchte, wie fokale Knorpeldefekte und ein Kollagel-Biomaterial (Chondrofiller) die Integrität des gegenüberliegenden intakten Gelenkknorpels beeinflussen. Die Forscher testeten 18 porcine osteochondrale Zylinder unter zyklischer Belastung (33 N) in verschiedenen Versuchsanordnungen mit unterschiedlichen Reibungspartnern und Laufzeiten (1 und 6 Stunden), wobei die Knorpelschädigung histologisch bewertet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass bereits fokale Grad-IV-Knorpelläsionen zu erheblichen Schäden am gegenüberliegenden Knorpel führen können, wobei der Chondrofiller aufgrund seiner anfänglichen Instabilität keine Schadensreduktion bewirkte. Die Studie schlussfolgert, dass Biomaterialien für die Knorpelreparatur initial mechanisch stabil sein müssen oder die Gelenkbelastung verzögert werden sollte, bis eine stabile
Cette étude in vitro a évalué l'impact des défauts cartilagineux focaux et d'un biomatériau (Chondrofiller) sur l'intégrité du cartilage articulaire adjacent. Les chercheurs ont testé 18 cylindres ostéochondraux porcins sur un banc d'essai de friction sous charge cyclique (33 N) pendant 1 ou 6 heures, en faisant varier le partenaire de friction (cartilage, os, défaut cartilagineux avec ou sans Chondrofiller). Les résultats montrent que les défauts cartilagineux de grade IV causent des dommages modérés au cartilage correspondant (scores de 2,5-2,67), tandis que le contact cartilage-os génère des dommages sévères (score de 3,5), et l'ajout de Chondrofiller n'améliore pas significativement la protection du cartilage. L'étude conclut que la stabilité initiale des biomatériaux est cruciale et qu'une mise en charge différée pourrait être nécessaire jusqu'à obtention d'un comblement stable du défaut.
This randomized controlled trial compared anti-gravity treadmill training to traditional treadmill training in 30 women with moderate to severe knee osteoarthritis over 8 weeks. The researchers used a three-group design where all participants received standard physical therapy (heat, electrical stimulation, ultrasound), with additional anti-gravity treadmill training (Group 1), traditional treadmill training (Group 2), or control treatment only (Group 3), measuring pain, function, walking capacity, and cartilage thickness. Anti-gravity treadmill training significantly improved pain scores, overall function, and walking distance compared to baseline, while traditional treadmill training resulted in reduced femoral cartilage thickness. The findings suggest anti-gravity treadmill training may be a safer and more effective aerobic exercise option for patients with advanced knee osteoarthritis, potentially avoiding the cartilage damage observed with traditional treadmill use.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersuchte die Wirksamkeit von Anti-Schwerkraft-Laufbandtraining im Vergleich zu herkömmlichem Laufbandtraining bei 30 Frauen mit fortgeschrittener Kniearthrose. Über acht Wochen erhielten die Patientinnen dreimal wöchentlich entweder Anti-Schwerkraft-Laufbandtraining, traditionelles Laufbandtraining oder ausschließlich physikalische Therapie (Kontrollgruppe), wobei Schmerz, Funktion, Gehstrecke und Knorpeldicke gemessen wurden. Das Anti-Schwerkraft-Laufbandtraining führte zu signifikanten Verbesserungen bei Schmerz, Gelenkfunktion und körperlicher Leistungsfähigkeit, während das herkömmliche Laufbandtraining eine Reduktion der Knorpeldicke im Oberschenkel verursachte. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Anti-Schwerkraft-Laufbandtraining eine gelenkschonendere Alternative für Aerobic-Training bei fortgeschr
Cette étude randomisée contrôlée a comparé l'efficacité de l'entraînement sur tapis roulant anti-gravité versus tapis roulant traditionnel chez 30 femmes présentant une gonarthrose modérée à sévère, avec un protocole de 3 séances par semaine pendant 8 semaines. Les chercheurs ont évalué la douleur (échelle visuelle analogique), la fonction articulaire (WOMAC), la capacité fonctionnelle (test de marche de 6 minutes) et l'épaisseur du cartilage fémoral. Les résultats montrent que l'entraînement anti-gravité améliore significativement la douleur, la fonction et la capacité fonctionnelle sans effet délétère sur le cartilage, tandis que le tapis roulant traditionnel entraîne une réduction de l'épaisseur cartilagineuse fémorale. Cette approche anti-gravité pourrait donc représenter une alternative plus sûre pour l'exercice aérobie chez les patients avec gonarthrose avancée.
This pilot study investigated how mechanical forces affect gene expression in human growth plate cartilage, which has never been studied before at the genomic level. The researchers obtained rare growth plate tissue samples from three children undergoing surgical procedures and subjected them to controlled mechanical loading (0.4 N force at 0.77 Hz for 30 seconds) using a specialized microloading device, followed by RNA sequencing after 24 hours of culture. The mechanical loading significantly altered six key cellular pathways - upregulating Notch, oxytocin, and tight junction signaling while downregulating lysosome, sphingolipid metabolism, and PPAR pathways, with 15 specific genes consistently affected across all three patients. This represents the first transcriptomic analysis of mechanically-loaded human growth plate cartilage and provides potential genetic targets for understanding normal bone growth and growth disorders.
Diese Pilotstudie untersuchte erstmals die genomischen Auswirkungen mechanischer Belastung auf menschliches Wachstumsfugenknorpel von Kindern. Die Forscher verwendeten seltene Wachstumsfugen-Biopsien von drei Patienten, die mit einem spezialisierten Mikrobelastungsgerät zyklisch belastet (0,4 N, 0,77 Hz, 30 Sekunden) und anschließend mittels RNA-Sequenzierung analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten signifikante Regulation von sechs Signalwegen: drei wurden hochreguliert (Notch, Oxytocin, Tight Junction) und drei herunterreguliert (Lysosom, Sphingolipid-Stoffwechsel, PPAR), wobei insgesamt 15 spezifische Gene in allen drei Patientenproben betroffen waren. Diese ersten transkriptomischen Daten zur mechanischen Belastung menschlicher Wachstumsfugen könnten wichtige genetische Zielstrukturen für zukünftige Untersuchungen physiologischer und pathologischer Kn
Cette étude pilote visait à caractériser les effets génomiques de la charge biomécanique sur le cartilage de croissance humain adolescent, un domaine jusqu'alors inexploré. Les chercheurs ont utilisé des biopsies rares de plaques de croissance provenant de trois enfants subissant une épiphysiodèse, qu'ils ont soumises à une charge mécanique cyclique contrôlée (0,4 N à 0,77 Hz pendant 30 secondes) via un dispositif de microchargement, suivie d'une analyse par RNA-séquençage après 24 heures de culture. Les résultats révèlent une régulation significative de six voies de signalisation : trois surexprimées (Notch, ocytocine, jonctions serrées) et trois sous-exprimées (lysosome, métabolisme des sphingolipides, PPAR), avec l'identification de 15 gènes spécifiquement régulés dans ces voies. Cette première caractérisation transcriptomique de la réponse mécanique du cartilage de croissance humain ouvre des perspectives pour identifier des cibles génétiques dans les conditions de croissance osseuse physiologiques et patholog
This randomized, placebo-controlled study evaluated whether SN13108F (AFLAPIN®), a standardized Boswellia gum resin extract, could improve cartilage structure and reduce symptoms in knee osteoarthritis patients. Eighty adults with moderate knee osteoarthritis (Kellgren-Lawrence grades II-III) received either 100 mg/day of SN13108F or placebo for 180 days, with outcomes measured using clinical assessments, MRI imaging, and biochemical markers. Compared to placebo, SN13108F significantly reduced pain scores, improved functional tests (walking and stair climbing), and increased cartilage volume, thickness, and joint space width on MRI. The supplement also reduced inflammatory markers and cartilage degradation biomarkers in blood and urine, with no safety concerns observed, suggesting potential benefits for cartilage preservation in osteoarthritis.
Diese randomisierte, placebokontrollierte Studie untersuchte die Wirksamkeit von SN13108F (Aflapin), einem standardisierten Boswellia-Harzextrakt, bei 80 Patienten mit Kniearthrose Grad II-III über 180 Tage. Die Probanden erhielten täglich 100 mg SN13108F oder Placebo, wobei Knorpelmorphologie mittels MRI, Schmerz- und Funktionsparameter sowie Sicherheit evaluiert wurden. Die Behandlung führte zu signifikanten Verbesserungen in allen Schmerzskalen (WOMAC, VAS, Lequesne-Index) und Funktionstests sowie zu erhöhtem Knorpelvolumen, verbesserter Knorpeldicke und vergrößertem Gelenkspalt im MRI. Zusätzlich sanken Entzündungsmarker und Knorpelabbauprodukte signifikant, während keine Sicherheitsbedenken auftraten, was SN13108F als vielversprechende Therapieoption bei Kniearthrose etabliert.
Cette étude randomisée contrôlée contre placebo de 180 jours avait pour objectif d'évaluer l'efficacité du SN13108F (Aflapin®), un extrait standardisé de résine de Boswellia, sur la morphologie cartilagineuse, la douleur et la fonction articulaire chez 80 patients atteints de gonarthrose de grade II-III selon Kellgren-Lawrence. Les participants ont reçu 100 mg/jour de SN13108F ou un placebo, avec évaluation par IRM, scores fonctionnels (WOMAC, EVA, indice de Lequesne) et biomarqueurs du métabolisme cartilagineux. Les résultats montrent une amélioration significative (p < 0,001) de tous les paramètres fonctionnels et une augmentation du volume cartilagineux, de l'épaisseur et de l'espace articulaire à l'IRM, accompagnée d'une réduction des biomarqueurs inflammatoires et de dégradation du collagène de type II. Le traitement s'est révélé sûr et efficace pour réduire la douleur articulaire tout en améliorant
This study investigated how knee cartilage deforms during exercise and recovers afterward by measuring cartilage thickness before and after a 3-mile run, plus the following day. The researchers used advanced MRI imaging combined with deep learning artificial intelligence models to automatically measure cartilage thickness in eight healthy male participants at these three time points. The 3-mile run caused significant cartilage compression, with tibial cartilage compressing by 5.4% and femoral cartilage by 2.3% immediately after exercise. However, both cartilage regions fully recovered to within 1% of their original thickness by the next morning, demonstrating the knee's remarkable ability to bounce back from exercise-induced deformation.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die Verformung des tibiofemorale Knorpels unmittelbar nach einem 3-Meilen-Lauf sowie dessen Erholung am Folgetag. Mittels Deep-Learning-Modellen wurde die automatisierte Segmentierung von Knorpel und Knochen aus MRT-Aufnahmen ermöglicht, um bei acht asymptomatischen männlichen Teilnehmern die Knorpeldicke vor und nach dem Lauf sowie 24 Stunden später zu messen. Der 3-Meilen-Lauf führte zu einer signifikanten Kompression des tibialen Knorpels um 5,4% und des femoralen Knorpels um 2,3%. Am Folgetag hatte sich die Knorpeldicke jedoch vollständig erholt und lag wieder innerhalb von 1% der Ausgangswerte, was die natürliche Regenerationsfähigkeit des Gelenkknorpels nach moderater Belastung demonstriert.
Cette étude visait à mesurer la déformation du cartilage tibio-fémoral immédiatement après une course de 3 miles et sa récupération le lendemain, en utilisant des modèles d'apprentissage profond pour automatiser la segmentation du cartilage et de l'os à partir d'IRM. Huit participants masculins asymptomatiques ont subi des IRM avant et après la course, puis 24 heures plus tard, permettant de générer des modèles 3D et de mesurer l'épaisseur cartilagineuse site-spécifique. Les résultats montrent que la course a induit des déformations compressives moyennes de 5,4% pour le cartilage tibial et 2,3% pour le cartilage fémoral. Remarquablement, l'épaisseur du cartilage tibial et fémoral est revenue à moins de 1% de l'épaisseur de référence le jour suivant, démontrant une récupération quasi-complète après 24 heures.
This randomized, double-blind, placebo-controlled trial evaluated the safety and efficacy of a nutraceutical combination containing Boswellia serrata (300mg) and celery seed extract (250mg) for treating knee osteoarthritis in 62 participants over 90 days. Researchers assessed clinical outcomes using standard measures (WOMAC, VAS, KOOS scores, 6-minute walk test) and analyzed blood and urine biomarkers related to inflammation and cartilage metabolism. The nutraceutical group showed significant improvements in pain, stiffness, and swelling compared to placebo, along with reduced inflammatory markers (IL-1, IL-6, TNF-α) and cartilage breakdown markers (CTX-II, MMP-3), while demonstrating increased collagen synthesis markers indicating cartilage regeneration. The treatment was well-tolerated with no adverse effects, suggesting this herbal combination may be a safe alternative for managing osteoarthritis symptoms and supporting cartilage health.
Diese randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Studie untersuchte die Wirksamkeit und Sicherheit einer Kombination aus Boswellia serrata (300 mg) und Apium graveolens-Extrakt (250 mg) bei 62 Patienten mit Kniearthrose über 90 Tage. Die Forscher bewerteten klinische Parameter mittels WOMAC-, VAS- und KOOS-Scores sowie verschiedene Serum- und Urin-Biomarker für Entzündung, Knorpelabbau und -regeneration. Die Behandlung führte zu einer signifikanten Reduktion von Schmerzen, Steifheit und Schwellung sowie zu verminderten Entzündungsmarkern (IL-1, IL-6, TNF-α) und Knorpelabbaumarkern (CTX-II, MMP-3), während gleichzeitig Marker für Kollagensynthese (PIIANP, PIICP) anstiegen. Die Kombination erwies sich als sicher ohne relevante Nebenwirkungen und könnte eine vielversprechende natürliche Therapieoption für die Arthrosebe
Cette étude randomisée, contrôlée contre placebo et en double aveugle a évalué l'efficacité et la sécurité d'un nutraceutique combinant l'extrait de Boswellia serrata (300 mg) et d'Apium graveolens (250 mg) chez 62 participants souffrant de gonarthrose. Les chercheurs ont utilisé des échelles cliniques (WOMAC, VAS, KOOS), des examens radiologiques et des biomarqueurs sériques et urinaires pour évaluer la fonction articulaire, la douleur et le métabolisme cartilagineux sur 90 jours. Les résultats montrent une amélioration significative des symptômes (douleur, raideur, gonflement) avec une réduction des biomarqueurs inflammatoires (IL-1, IL-6, TNF-α, CRP) et de dégradation cartilagineuse (CTX-II, COMP, MMP-3), ainsi qu'une augmentation des marqueurs de synthèse du collagène (PIIANP, PIICP). Cette combinaison d'extraits végétaux s'avère sûre et prometteuse comme option thérap
This study aimed to determine whether dye-free optical redox imaging (ORI) can predict mitochondrial membrane potential changes in cartilage following mechanical loading, potentially offering a clinically translatable alternative to fluorescent dye methods. The researchers subjected porcine cartilage strips to tensile loading at two different strain rates and measured ORI metrics before, immediately after, and 30 minutes post-loading, then compared these to mitochondrial membrane potential measured with fluorescent dye using statistical modeling. The key finding was that ORI metrics successfully predicted mitochondrial membrane potential with high accuracy (average difference of only 7.07% between predicted and actual values), with loading rate being the most significant factor affecting the measurements. This suggests that ORI could be developed as a clinical tool for assessing cartilage health and redox balance without requiring potentially harmful fluorescent dyes.
Diese Studie untersuchte, ob farbstofffreie optische Redox-Bildgebung (ORI) zur Vorhersage von Veränderungen des mitochondrialen Membranpotentials in Knorpelgewebe nach mechanischer Belastung verwendet werden kann. Vollschichtige Knorpelstreifen von Schweinen wurden bei zwei verschiedenen Dehnungsraten (1,00 s⁻¹ oder 0,10 s⁻¹) mechanisch belastet und vor, direkt nach sowie 30 Minuten nach der Belastung mittels ORI untersucht, gefolgt von fluoreszenzbasierter Messung des mitochondrialen Membranpotentials. Die Ergebnisse zeigten, dass ORI-Parameter, Belastungsrate und Belastung vs. Kontrolle signifikante Prädiktoren für das mitochondriale Membranpotential waren, wobei die entwickelten Vorhersagemodelle eine durchschnittliche Abweichung von nur 7,07% zwischen vorhergesagten und tatsächlichen Werten erreichten. Die Studie demonstriert das Potenzial der ORI als k
Cette étude visait à prédire les changements du potentiel membranaire mitochondrial du cartilage en réponse à une charge mécanique en utilisant l'imagerie optique redox (ORI) sans marqueur fluorescent, une approche potentiellement plus translatable cliniquement. Des échantillons de cartilage porcin ont été soumis à des charges de traction à deux vitesses de déformation différentes (1,00 s⁻¹ ou 0,10 s⁻¹), avec mesures ORI avant, immédiatement après et 30 minutes après la charge, suivies de la mesure du potentiel membranaire mitochondrial par fluorescence. Les modèles statistiques développés ont permis de prédire le potentiel membranaire mitochondrial à partir des métriques ORI avec une différence moyenne de seulement 7,07% entre les valeurs prédites et réelles. Ces résultats suggèrent que l'ORI pourrait être développée comme outil clinique pour évaluer l'équilibre redox du cartilage de manière non invasive.
This study investigated how single sessions of impact exercise (jumping/hopping) and resistance exercise affect bone and cartilage metabolism through WNT signaling pathways in 26 healthy young men. Participants completed 120 maximum-effort jumps or high-load lower limb lifts in separate trials, with blood samples analyzed before, immediately after, and 24 hours post-exercise for markers of bone turnover and cartilage metabolism. Impact exercise specifically increased bone formation markers (PINP) and sclerostin levels, while resistance exercise increased a cartilage turnover marker (COMP) but had no effect on bone markers. Both exercise types temporarily increased DKK1 (a WNT signaling inhibitor), suggesting that different loading patterns may trigger distinct adaptive responses in bone versus cartilage tissues.
Diese Studie untersuchte die akuten Auswirkungen von Impact- und Krafttraining auf Biomarker des Knochenstoffwechsels und der Knorpelbiomechanik bei 26 gesunden jungen Männern. Die Teilnehmer absolvierten in randomisierter Reihenfolge drei Sitzungen: Impact-Training (120 multidirektionale Sprünge), Krafttraining (120 Beinübungen mit hoher Last) und eine Kontrollsitzung, wobei Blutproben vor, direkt nach und 24 Stunden nach der Intervention analysiert wurden. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Impact-Training spezifisch die Knochenformation (PINP-Anstieg) und vorübergehend Sclerostin erhöhte, während Krafttraining primär Knorpelstoffwechselmarker (COMP) beeinflusste; beide Trainingsformen führten zu einem transienten Anstieg der WNT-Signaling-Inhibitoren. Die Befunde deuten darauf hin, dass Impact-Training bevorzugt positive Knochenadaptationen fördert, während
Cette étude visait à évaluer l'effet aigu d'exercices d'impact et de résistance sur les biomarqueurs du métabolisme osseux et cartilagineux, notamment les inhibiteurs de la voie Wnt (sclérostine et DKK1). Vingt-six jeunes hommes ont réalisé de façon randomisée des séances d'exercices d'impact (120 sauts multidirectionnels), de résistance (120 mouvements de force des membres inférieurs) et un essai contrôle, avec des prélèvements sanguins avant, immédiatement après et 24h post-exercice. Les résultats montrent que l'exercice d'impact augmente transitoirement la sclérostine (+36,3%) et de façon plus durable le PINP (marqueur de formation osseuse, +10,8% immédiatement et +7,4% à 24h), tandis que l'exercice de résistance élève uniquement la COMP (marqueur du turnover cartilagineux, +36,2%). Ces données suggèrent que l'exercice d'impact favorise spécifiquement la formation osseuse sans affecter le cartilage, alors que l'
This study investigated which immediate changes in knee loading from gait modification training predict improvements in cartilage health after one year in patients with medial knee osteoarthritis. Twenty-five participants underwent personalized gait retraining to reduce their peak knee adduction moment by modifying foot positioning, with researchers using musculoskeletal modeling to measure knee forces and MRI scans to assess cartilage quality at baseline and one year. The results showed that immediate reductions in specific knee forces—particularly vertical compression and front-to-back shear forces in the medial compartment during late stance—were strongly associated with improved cartilage microstructure after one year of training. The findings suggest that targeting these direct knee contact forces, rather than just knee moments (currently used as treatment targets), may be more effective for developing interventions to slow cartilage degeneration in knee osteoarthritis.
Diese retrospektive Kohortenstudie untersuchte bei 25 Patienten mit medialer Kniearthrose, welche unmittelbaren Veränderungen der Kniebelastung durch Gangmodifikation mit langfristigen Knorpelveränderungen nach einem Jahr korrelieren. Die Forscher verwendeten muskuloskelettale Modellierung zur Bestimmung der Kniebelastung und MRT-basierte T₁ρ- und T₂-Relaxationszeiten zur Bewertung der Knorpelmikrostruktur, wobei eine kanonische Korrelationsanalyse die Zusammenhänge analysierte. Die Ergebnisse zeigten eine starke Korrelation (R=0.84) zwischen Kniebelastungsmetriken und Knorpelveränderungen, wobei insbesondere reduzierte Scher- und Kompressionskräfte im medialen Kompartiment mit verbesserten Knorpelparametern assoziiert waren. Die Studie legt nahe, dass Kontaktkräfte am Knie möglicherweise bessere therapeutische Zielparameter für belastungsreduzierende Interventionen bei
Cette étude rétrospective a analysé chez 25 participants avec arthrose médiale du genou comment les modifications immédiates de la charge articulaire lors d'un réentraînement de la marche influencent la microstructure cartilagineuse après un an. Les chercheurs ont utilisé la modélisation musculosquelettique pour estimer les forces au genou suite à une modification personnalisée de l'angle de progression du pied, et l'IRM pour évaluer les temps de relaxation T₁ρ et T₂ du cartilage. Les résultats montrent une corrélation significative (R=0,84) entre les changements de charge articulaire et la microstructure cartilagineuse, avec notamment une association entre la réduction des forces de cisaillement antéropostérieur et des forces verticales dans le compartiment médial et l'amélioration des paramètres IRM du cartilage fémoral. Cette étude suggère que les forces de contact articulaire (compression et cisaillement) pourraient constituer de meilleures cibles thérapeutiques que les moments articulaires actuellement utilisés dans les interventions de réduction de charge.
This study aimed to evaluate a porcine knee osteoarthritis model using an enhanced destabilization of the medial meniscus (DMM+) procedure, where researchers surgically removed a 5mm portion of the meniscus attachment. The researchers assessed joint changes at 6 weeks and 6 months using multiple techniques including cartilage mechanical testing, bone analysis, tissue examination, and gait analysis. The results showed that early changes were localized to areas with altered mechanical loading, but by 6 months the damage became more widespread, featuring cartilage softening, joint inflammation, and altered walking patterns that resembled chronic human osteoarthritis. The authors conclude this porcine model successfully mimics key aspects of human osteoarthritis and could serve as a valuable platform for testing new treatments and regenerative therapies.
Diese Studie zielte darauf ab, ein Schweinemodell der Kniearthrose durch eine erweiterte Destabilisierung des medialen Meniskus (DMM+) zu evaluieren, bei der ein 5 mm großer Bereich der anterioren Meniskusverankerung reseziert wurde. Die Forschenden verwendeten umfassende quantitative und semi-quantitative Methoden zur Bewertung der Gelenkdegeneration nach 6 Wochen und 6 Monaten, einschließlich biomechanischer Knorpeltests, subchondraler Knochenanalyse, Histologie und Ganganalyse. Die Ergebnisse zeigten zunächst lokalisierte degenerative Veränderungen in mechanisch belasteten Bereichen mit verringerter Knorpelmechanik und subchondraler Sklerose, die sich bis zum 6-Monatszeitpunkt zu diffusen arthrotischen Veränderungen mit Knorpelerweichung, synovialer Entzündung und Gangstörungen entwickelten. Das Modell bildet wichtige Aspekte der menschlichen Arthrose nach und stellt somit eine wert
Cette étude visait à évaluer un modèle porcin d'arthrose du genou utilisant une déstabilisation renforcée du ménisque médial (DMM+) par résection de 5 mm de l'attache antérieure. Les chercheurs ont analysé la dégénérescence articulaire à 6 semaines et 6 mois post-opératoires en utilisant des tests mécaniques du cartilage, l'analyse de l'os sous-chondral, l'histologie ostéochondrale et synoviale, ainsi que l'analyse de la marche. Les résultats montrent qu'à 6 semaines, les changements dégénératifs précoces étaient localisés aux régions subissant des modifications de charge mécanique, évoluant vers des altérations plus diffuses à 6 mois avec ramollissement cartilagineux, inflammation synoviale et troubles de la marche. Ce modèle animal reproduit fidèlement certains aspects clés de l'arthrose humaine, constituant une plateforme prometteuse pour tester des traitements modificateurs de la maladie et des stratégies régénératives.
This study aimed to develop a steroid-free treatment for early osteoarthritis using sinomenine (a natural anti-inflammatory compound) combined with cartilage organoids derived from bone marrow stem cells. The researchers tested sinomenine-treated organoids in laboratory studies and rat models, then conducted a 24-month clinical trial comparing intra-articular sinomenine injections to corticosteroid injections in patients with early knee osteoarthritis. Laboratory results showed that sinomenine-enhanced organoids reduced inflammation, promoted cartilage formation, and achieved superior tissue repair in rat cartilage defects compared to controls. In the clinical trial, sinomenine injections provided comparable pain relief and functional improvement to corticosteroids across multiple outcome measures, but importantly prevented the cartilage deterioration that occurred with repeated steroid use.
Diese Studie zielte darauf ab, eine steroidfreie Therapiealternative für die frühe Osteoarthritis zu entwickeln, indem Sinomenin (ein natürliches Alkaloid) in Knorpelorganoide aus Knochenmark-Mesenchymzellen integriert wurde. Die Forscher untersuchten die entzündungshemmenden und knorpelregenerierenden Eigenschaften mittels In-vitro-Analysen, Tierstudien an Ratten mit Knorpeldefekten und einer 24-monatigen randomisierten klinischen Studie bei Patienten mit früher Kniearthrose. Die Ergebnisse zeigten, dass Sinomenin-behandelte Organoide die Entzündung reduzierten, die Knorpelbildung förderten und in der klinischen Anwendung vergleichbare Wirksamkeit wie Kortikosteroide erzielten, jedoch ohne den bei Steroiden beobachteten fortschreitenden Knorpelverlust. Diese Forschung etabliert somit eine vielversprechende steroidfreie Behandlungsplattform, die pharmakologische Immunmodulation
Cette étude développe une stratégie thérapeutique sans corticostéroïdes pour traiter l'arthrose précoce en combinant la sinomenine (un alcaloïde naturel aux propriétés immunomodulatrices) avec des organoïdes cartilagineux dérivés de cellules souches mésenchymateuses. Les chercheurs ont évalué les effets anti-inflammatoires et pro-chondrogéniques in vitro, testé l'efficacité dans un modèle de défect cartilagineux chez le rat, puis mené un essai clinique randomisé de 24 mois comparant les injections intra-articulaires de sinomenine versus corticostéroïdes chez des patients avec arthrose du genou. Les résultats montrent que la sinomenine (20 μg/ml) supprime l'inflammation, améliore la chondrogenèse et la réparation cartilagineuse chez l'animal, et s'avère non-inférieure aux corticostéroïdes en clinique tout en évitant la progression de la perte cartilagineuse observée avec les stéroïdes. Cette approche représente une alternative prometteuse aux corticostéro
This study investigated how repetitive impact loading affects knee joint cartilage and bone in rabbits. Eighteen mature male rabbits received repeated impact loads (4 kp, slightly above body weight) to one knee joint for 1-6 weeks, with mechanical testing performed on subchondral bone cores from the impacted tibiae. The researchers found that subchondral bone became progressively more deformable under constant force, while cartilage degeneration occurred simultaneously with these bone changes. The findings suggest cartilage damage may result from both the direct harmful effects of repeated mechanical compression and the reduced structural support from weakened underlying subchondral bone.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen wiederholter Stoßbelastungen auf Kniegelenke von 18 ausgewachsenen männlichen Kaninchen über einen Zeitraum von 1-6 Wochen, wobei Impulskräfte leicht oberhalb des Körpergewichts (4 kp) appliziert wurden. Die mechanische Analyse der subchondralen Knochenkerne aus den belasteten Tibiae zeigte eine progressive Zunahme der Deformation unter konstanter Kraft. Parallel zu den veränderten mechanischen Eigenschaften des subchondralen Knochens trat eine Knorpeldegeneration auf. Die Autoren führen die Knorpelschädigung auf zwei Mechanismen zurück: die schädlichen Effekte der wiederholten mechanischen Kompression sowie die verminderte mechanische Unterstützung durch den geschwächten subchondralen Knochen.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer l'effet de charges d'impact répétitives sur l'articulation du genou chez le lapin. Dix-huit lapins mâles adultes ont reçu des charges impulsionnelles répétitives légèrement supérieures au poids corporel (4 kp) sur une articulation du genou pendant 1 à 6 semaines. Les résultats montrent une déformation progressive accrue des carottes d'os sous-chondral tibial sous force constante, accompagnée d'une dégénérescence cartilagineuse concomitante. Les auteurs attribuent cette dégénérescence cartilagineuse aux effets délétères de la compression mécanique répétitive et à la diminution du support mécanique de l'os sous-chondral sous-jacent.
This study investigated how age affects the mechanical behavior of cartilage in the human hip joint by comparing cartilage deformation under two different loading conditions. The researchers measured cartilage deformation when the femoral head was loaded within its natural hip socket (acetabulum) versus when cartilage was tested in isolation using a small indentation device. The key finding was that aging had opposite effects depending on the testing method: older cartilage showed significantly greater deformation when tested in the intact joint, but showed no significant age-related changes when tested with the indentor alone. The authors suggest this age-related increase in deformation within the intact joint is likely due to increased fluid loss from the cartilage under load, rather than changes in the cartilage's elastic properties.
Diese Studie untersuchte altersbedingte Veränderungen im Verformungsverhalten von Knorpel am menschlichen Femurkopf durch Vergleich zweier Belastungsmethoden: natürliche Belastung im intakten Hüftgelenk versus lokale Indentation mit einem kleinen Prüfkörper. Die Ergebnisse zeigten, dass sich älterer Knorpel unter physiologischer Gelenkbelastung deutlich stärker verformt als jüngerer Knorpel, während bei der Indentationsprüfung keine signifikanten Altersunterschiede auftraten. Die theoretische Analyse mittels elastischer Modelle deutet darauf hin, dass die erhöhte Verformbarkeit älteren Knorpels im intakten Gelenk wahrscheinlich durch verstärkten Flüssigkeitsaustritt unter Belastung verursacht wird, anstatt durch reine mechanische Eigenschaftsänderungen. Diese Befunde verdeutlichen, dass die biomechanischen Eigenschaften von Gelenkknorpel stark von der Art der Belastung abhängen und physiologische
Cette étude visait à analyser les changements du comportement déformationnel du cartilage de la tête fémorale humaine avec l'âge. Les chercheurs ont mesuré la déformation du cartilage dans deux conditions : in situ dans l'articulation intacte sous charge et ex vivo sous indentation localisée. Les résultats montrent que la déformation du cartilage augmente significativement avec l'âge uniquement dans l'articulation intacte, mais pas lors des tests d'indentation. Les auteurs attribuent cette déformation accrue chez les sujets âgés à une augmentation probable du flux liquidien sous charge plutôt qu'à des modifications du coefficient de Poisson comme suggéré par les modèles élastiques théoriques.
This biomechanical study investigated how mechanical forces contribute to congenital hip dislocation using autopsy specimens. The researchers applied controlled loading forces to infant hip joints at different flexion angles (45° and 135°) for 3-hour periods, then examined the resulting deformations using specialized sectioning techniques. Loading at 45° flexion produced hip deformations and dislocations similar to those seen in clinical cases of congenital hip dislocation, while loading at 135° (simulating breech position) also caused dislocation but with less cartilage deformation. The study demonstrates that mechanical forces alone can create hip instability patterns resembling congenital dislocation, with persistent joint laxity and incomplete recovery even after forces are removed.
Diese biomechanische Studie untersuchte die Rolle mechanischer Faktoren bei der angeborenen Hüftluxation anhand von vier experimentellen Serien mit Autopsiepräparaten. Die Forscher analysierten durch serielle Kryoschnitte und Kryodissektion die induzierten Hüftdeformationen und -luxationen nach kontrollierten Belastungen in verschiedenen Flexionswinkeln (45° und 135°) über jeweils 3 Stunden. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Belastung bei 45° Flexion zu Deformationen und Luxationen führte, die denen bei kongenitaler Hüftluxation ähnelten, während eine Belastung bei 135° (Steißlage-Simulation) ebenfalls Luxationen verursachte, jedoch mit geringerer Knorpeldeformation. Nach der Entlastung blieb eine deutliche Gelenkinstabilität bestehen, und die Deformationen zeigten auch 3 Stunden später nur eine unvollständige Rückbildung.
Cette étude biomécanique examine le rôle des facteurs mécaniques dans la luxation congénitale de hanche en utilisant quatre séries expérimentales sur spécimens d'autopsie analysés par cryosections et cryodissections sériées. L'application de forces modérées pendant 3 heures sur des hanches fléchies à 45° reproduit des déformations et luxations similaires à celles observées dans la luxation congénitale de hanche, tandis que la flexion à 135° (simulant la présentation du siège) provoque également une luxation mais avec moins de déformation cartilagineuse. Les résultats montrent qu'une redéformation peut survenir lors d'un changement de position (de 135° à 45°), et que la décharge des hanches luxées entraîne une laxité articulaire marquée avec récupération incomplète de la déformation après 3 heures.
This study investigated how the human hip joint responds to compressive loading by examining load-deformation patterns, contact area, and contact pressure distribution. The researchers used their own experimental method to analyze weight-bearing function and measure how articular cartilage and subchondral bone deformed under increasing loads. The key findings showed that joint congruity improved with higher loads, but both contact area and pressure distribution were asymmetrical and non-concentric, varying with load magnitude. The authors suggest these loading patterns may be related to early cartilage degeneration in the hip joint.
Diese Studie untersuchte das biomechanische Verhalten des menschlichen Hüftgelenks unter Belastung, um Last-Verformungs-Muster, Kontaktflächen und Kontaktdrücke zu verstehen. Mittels einer eigens entwickelten Methode wurden die Verformungen von Gelenkknorpel und subchondralem Knochen unter kompressiver Belastung analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass sich mit zunehmender Last eine verbesserte Gelenkkongruenz entwickelt, jedoch weder die Kontaktfläche noch die Druckverteilung symmetrisch oder konzentrisch verteilt sind. Die Autoren diskutieren den Zusammenhang zwischen Gewichtsbelastung und früher Knorpeldegeneration basierend auf diesen biomechanischen Befunden.
Cette étude visait à analyser les mécaniques de contact de l'articulation de la hanche humaine, incluant les patterns de déformation sous charge, la surface de contact et la pression de contact. Les chercheurs ont utilisé une méthode spécifique pour examiner le comportement de l'articulation sous compression et ont confirmé sa fonction portante. Les résultats montrent que la déformation du cartilage articulaire et de l'os sous-chondral permet d'obtenir une congruence articulaire qui s'améliore avec l'augmentation de la charge, bien que ni la surface de contact ni la distribution des pressions ne soient symétriques ou concentriques. L'étude établit également une relation entre la mise en charge et la dégénérescence cartilagineuse précoce.
This study investigated how fluid flows through articular cartilage under different compression scenarios to understand the tissue's viscoelastic behavior. The researchers analyzed four loading configurations: confined compression, unconfined compression, and two types of parabolic surface loading that simulate joint movement patterns. The study found that cartilage's compressive behavior is primarily controlled by the balance between fluid drag forces and the stiffness of the solid matrix, with different loading patterns producing distinct fluid flow mechanisms. These findings provide fundamental insights into how cartilage deforms and recovers during joint loading, which has important implications for understanding cartilage function and designing treatment strategies.
Diese Studie untersuchte die Fluidströmungsmuster und das viskoelastische Verhalten von Gelenkknorpel unter vier verschiedenen Belastungskonfigurationen, um die grundlegenden Transportmechanismen bei Kompression zu verstehen. Die Autoren analysierten sowohl einfache Kompressionsmodelle (eingegrenzt und nicht-eingegrenzt) als auch komplexere, gelenkähnliche Belastungsszenarien mit parabolischen Oberflächenspannungen mittels mathematischer Formulierungen und Lösungsansätzen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fluidausströmungsmuster an der Gelenkoberfläche sowohl von der Belastungskinematik als auch von den intrinsischen Materialeigenschaften (Elastizitätsmodul und Permeabilität der Festkörpermatrix) abhängen. Das viskoelastische Verhalten des Knorpelgewebes wird hauptsächlich durch das Verhältnis zwischen Fluidreibung und intrinsischer Steifigkeit der organischen Festkörpermatrix bestimmt.
Cette étude vise à caractériser les mécanismes de transport fluidique dans le cartilage articulaire sous compression et leur relation avec le comportement viscoélastique du tissu. Les auteurs analysent quatre configurations de chargement différentes (compression confinée, non-confinée, et deux types de tractions paraboliques) en développant des formulations mathématiques et leurs solutions pour chaque cas. Les résultats montrent que les patterns d'écoulement fluidique à la surface articulaire dépendent à la fois de la cinématique du chargement et des propriétés intrinsèques du tissu (modules d'élasticité et perméabilité de la matrice solide). Le comportement viscoélastique du cartilage en compression est principalement contrôlé par l'équilibre entre les forces de traînée fluidique et la rigidité intrinsèque de la matrice organique solide.
This study investigated how joint immobilization and running exercise affect articular cartilage surfaces in young rabbits over 8 weeks. Researchers used stereomicroscopy and scanning electron microscopy to examine cartilage surface changes on the patella and lateral tibial condyle, comparing immobilized joints, exercised joints (treadmill running 150-300m twice daily, 5 times/week), and controls. Joint immobilization caused rapid and severe surface deterioration within just one week, including roughening, leafy appearance, and superficial splits that persisted throughout the study period. In contrast, moderate running exercise produced only minor, temporary increases in surface striations compared to controls, suggesting that controlled exercise is much less harmful to cartilage than immobilization.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von Gelenkimmobilisation und Lauftraining auf die Gelenkknorpeloberflächen von Patella und lateralem Tibiakondylus bei jungen Kaninchen über einen Zeitraum von 8 Wochen. Die Forscher verwendeten semiquantitative stereomikroskopische und rasterelektronenmikroskopische Methoden zur Analyse der Knorpeloberflächen. Die Ergebnisse zeigten, dass bereits nach einer Woche Immobilisation deutliche Oberflächenveränderungen auftraten, einschließlich blattartiger, rauer Strukturen und oberflächlicher Risse. Im Gegensatz dazu führte kontrolliertes Laufbandtraining (150-300m, zweimal täglich) nur zu geringfügigen und vorübergehenden Veränderungen der Gelenkoberflächen.
Cette étude a évalué les effets de l'immobilisation articulaire et de l'exercice de course sur les surfaces du cartilage articulaire chez de jeunes lapins sur une période de 8 semaines. Les chercheurs ont utilisé la microscopie stéréoscopique semi-quantitative et la microscopie électronique à balayage pour analyser la rotule et le condyle tibial latéral. Les résultats montrent que l'immobilisation provoque des altérations significatives de la surface cartilagineuse dès la première semaine (rugosité, fissures superficielles), tandis que l'exercice de course sur tapis roulant n'entraîne que des modifications mineures et transitoires de la qualité de surface. Cette recherche démontre que l'immobilisation a des effets délétères rapides sur le cartilage articulaire, contrairement à l'exercice modéré qui préserve mieux l'intégrité cartilagineuse.
This study aimed to determine the mechanical properties of cartilage from the hip joint region (chondroepiphysis) in human fetuses to better understand load transmission in young children's hips. The researchers tested cylindrical samples from stillborn fetal femoral heads using compression testing and analyzed the results using a mathematical model (KLM biphasic model) to calculate three key material properties: permeability, stiffness (equilibrium modulus), and Poisson ratio.
The fetal cartilage showed similar permeability (2.51 × 10⁻¹⁵ m⁴ Ns⁻¹) and stiffness (0.699 MPa) values to adult cartilage, with an inverse relationship between these properties. However, the mathematical model only loosely fit the experimental data, particularly underestimating the fluid flow response during loading, suggesting that fetal cartilage behavior may be more complex than current models predict.
Diese Studie zielte darauf ab, die mechanischen Eigenschaften der knorpeligen Bereiche des proximalen Femurepiphyse bei menschlichen Föten zu charakterisieren, um die Lastübertragung im Hüftgelenk junger Kinder besser zu verstehen. Die Forscher führten einachsige Druckversuche an zylindrischen Proben aus der Chondroepiphyse von Totgeburten durch und analysierten die Belastungs-Zeit-Kurven mit dem linearen biphasischen KLM-Modell zur Bestimmung der drei fundamentalen Materialkoeffizienten (Permeabilität, Gleichgewichtsmodul und Poisson-Verhältnis der festen Phase). Die ermittelten Werte für Permeabilität (2,51 × 10⁻¹⁵ m⁴ Ns⁻¹) und Gleichgewichtsmodul (0,699 MPa) lagen im Bereich adulten Gelenkknorpels, jedoch zeigte das Modell nur eine grobe Annäherung an das tatsächliche Materialverhalten. Die Studie fand eine
Cette étude visait à déterminer les coefficients constitutifs biomécaniques du cartilage chondroépiphysaire fémoral proximal fœtal humain en utilisant le modèle biphasique linéaire KLM. Des échantillons cylindriques prélevés sur des têtes fémorales de mort-nés ont été soumis à des tests de compression uniaxiale non confinée avec un protocole de déformation en rampe/plateau. Les résultats ont montré des valeurs moyennes de perméabilité (2,51 × 10⁻¹⁵ m⁴ Ns⁻¹) et de module d'équilibre (0,699 MPa) similaires à celles du cartilage articulaire adulte, avec une relation inverse quasi-linéaire entre ces paramètres. Cependant, le modèle KLM n'a fourni qu'une approximation imparfaite du comportement expérimental, sous-estimant notamment la réponse transitoire liée au transport du fluide interstitiel.
This study aimed to distinguish between immediate ("instantaneous") and time-dependent (creep) deformation of cartilage under compression, and to investigate the directional (anisotropic) mechanical behavior of cartilage during physiological loading conditions. The researchers developed specialized equipment to measure surface area changes in human cartilage samples from femoral heads and condyles during unconfined compression testing, examining full and partial thickness specimens under various osmotic conditions and proteoglycan concentrations.
The key finding was that cartilage exhibits strongly anisotropic instantaneous deformation in all zones, with consistently smaller deformation along the collagen fiber direction (indicated by Indian-ink prick patterns) compared to perpendicular directions, particularly in the superficial zone. The results demonstrate that the collagen network primarily controls instantaneous deformation behavior, while proteoglycans play an indirect role by modulating collagen network stiffness through osmotic pressure effects.
Diese Studie untersuchte die "instantane" (sofortige) Verformung von Gelenkknorpel unter Kompression, um zwischen sofortiger Deformation und zeitabhängigem Kriechen zu unterscheiden und das anisotrope Verhalten des Knorpels zu charakterisieren. Die Forscher entwickelten ein spezielles Messgerät zur Erfassung von Oberflächenveränderungen während unkonfirmierter Kompression und testeten menschliche Knorpelproben verschiedener Schichtdicken unter unterschiedlichen osmotischen Bedingungen. Die Ergebnisse zeigten eine stark anisotrope "instantane" Verformung in allen Knorpelzonen, wobei die Deformation entlang der Kollagenfaserorientierung (Indian-Ink-Muster) deutlich geringer war als senkrecht dazu - besonders ausgeprägt in der oberflächlichen Zone. Die Studie belegt, dass das Kollagennetzwerk primär für die Kontrolle der sofortigen Verformung verantwortlich ist, während Proteoglykane indirekt über ihren osmotischen Druck die Steifigkeit des Kollagenn
Cette étude visait à distinguer la déformation "instantanée" du fluage du cartilage articulaire en compression non-confinée et à caractériser son comportement anisotrope. Les chercheurs ont développé un appareil permettant de mesurer les changements de surface d'échantillons de cartilage humain (têtes fémorales et condyles) soumis à une charge par paliers, en testant différentes zones cartilagineuses dans des solutions de force ionique variable. Les résultats révèlent une déformation instantanée fortement anisotrope dans toutes les zones, avec une déformation moindre le long du pattern des fibres de collagène (marquage à l'encre de Chine) par rapport à la direction perpendiculaire, cet effet étant maximal dans la zone superficielle. L'étude démontre que le réseau de collagène contrôle principalement la déformation instantanée, tandis que les protéoglycanes modulent indirectement la rigidité du réseau collagénique via leur pression osmotique.
This study investigated how strenuous physical training affects the mechanical properties of knee cartilage in young dogs. Researchers subjected 6 young beagles to intensive treadmill running (20 km/day for 15 weeks) and compared their cartilage to 9 age-matched controls using indentation testing to measure stiffness and other mechanical properties. The results showed that while cartilage thickness remained unchanged, strenuous training increased stiffness by 13.3% in the lateral tibial plateau but had no beneficial effect (or even decreased stiffness) in the femoral condyles. These findings suggest that unlike moderate exercise, very intense training does not improve cartilage properties in young animals and may have location-specific effects on joint cartilage.
Diese Studie untersuchte den Einfluss intensiven Gelenktrainings auf die biomechanischen Eigenschaften des Gelenkknorpels bei jungen Hunden. Sechs Beagle-Welpen absolvierten ein 15-wöchiges intensives Laufbandtraining (20 km/Tag), während neun altersgleiche Kontrolltiere als Vergleichsgruppe dienten. Mittels Indentationsmessungen wurde die Steifigkeit des Kniegelenkknorpels bestimmt, wobei der mittlere Schubmodul 0,37 MPa betrug. Die Ergebnisse zeigten, dass intensives Training zwar die Steifigkeit des Knorpels am lateralen Tibiaplateau um 13,3% erhöhte, jedoch keine Verbesserung an den Femurkondylen bewirkte, was darauf hindeutet, dass sehr intensives Training im Gegensatz zu moderatem Training nicht zwangsläufig die biologischen Eigenschaften des Gelenkknorpels bei jungen Tieren verbessert.
Cette étude examine l'effet d'un entraînement physique intensif (course sur tapis roulant de 20 km/jour pendant 15 semaines) sur la rigidité du cartilage articulaire du genou chez de jeunes beagles, comparés à des témoins du même âge. Les propriétés mécaniques ont été évaluées par des tests d'indentation avec application d'un stress de 0,39 MPa, permettant de calculer le module de cisaillement du cartilage. Les résultats montrent que l'entraînement intensif augmente la rigidité du cartilage du plateau tibial latéral de 13,3% mais n'améliore pas celle des condyles fémoraux, sans affecter l'épaisseur cartilagineuse. Contrairement à l'entraînement modéré, l'entraînement physique intensif n'améliore pas systématiquement les propriétés biologiques du cartilage articulaire chez les jeunes animaux.
This study examined the pathological characteristics and underlying mechanisms of musculoskeletal injuries in racing horses. The research analyzed injury patterns and their relationship to biomechanical forces during racing activities across different types of racehorses. The study found that chronic biomechanically-induced lesions are far more common and economically significant than acute traumatic injuries, occurring at predictable anatomical sites that reflect the specific racing demands placed on different horse breeds. Key findings indicate that while bone tissue can often heal with rest or reduced training, articular cartilage, tendons, and ligaments have limited capacity for repair and restoration of normal function.
Diese Studie untersuchte die pathologischen Befunde und Entstehungsmechanismen von Verletzungen bei Rennpferden, wobei der Fokus auf chronischen biomechanisch induzierten Läsionen lag. Die Forscher analysierten die Verteilungsmuster von Verletzungen im Bewegungsapparat und deren Zusammenhang mit den spezifischen biomechanischen Belastungen während des Rennens. Die Hauptergebnisse zeigen, dass chronische biomechanische Läsionen häufiger und wirtschaftlich bedeutsamer sind als akute Traumata, wobei diese an vorhersagbaren Stellen durch ein Ungleichgewicht zwischen repetitiven Mikrotraumata und adaptiven Reparaturmechanismen entstehen. Während Knochengewebe durch Ruhe oder reduziertes Training heilen kann, haben Gelenkknorpel, Sehnen und Bänder eine deutlich geringere Regenerationsfähigkeit.
Cette étude examine la pathogenèse des blessures musculosquelettiques chez les chevaux de course, en se concentrant sur les lésions biomécaniques chroniques qui représentent un enjeu économique majeur pour l'industrie équestre. L'analyse porte sur la distribution anatomique des lésions et leur relation avec les forces biomécaniques spécifiques aux différents types de courses. Les résultats montrent que ces lésions résultent d'un déséquilibre entre les microtraumatismes répétitifs de l'entraînement et les mécanismes de réparation adaptatifs des tissus squelettiques. L'étude révèle que si les tissus osseux peuvent guérir avec du repos, le cartilage articulaire, les tendons et les ligaments présentent une capacité de récupération structurelle et fonctionnelle limitée.
This study aimed to understand how repaired cartilage tissue affects the mechanical behavior of joint surfaces under compression compared to normal cartilage. The researchers used finite element modeling to simulate compression loading on cartilage surfaces, systematically varying three key material properties of the repair tissue: stiffness (aggregate modulus), fluid permeability, and Poisson's ratio. The results showed that softer repair tissue increased downward deformation and reduced sideways expansion, while more permeable repair tissue compressed more easily and reached equilibrium faster due to enhanced fluid flow. The findings demonstrate that repair tissue significantly alters joint surface mechanics, with the specific changes depending on which material properties differ from normal cartilage.
Diese Studie untersuchte mittels Finite-Elemente-Analyse das mechanische Verhalten von reparierten Gelenkoberflächen unter Druckbelastung, wobei verschiedene Materialeigenschaften des Reparaturgewebes (Aggregatmodul, Permeabilität und Poisson-Zahl) systematisch variiert wurden. Die Forscher verglichen die Antwort reparierter Knorpeloberflächen mit vollschichtigen Defekten gegen normale Knorpeloberflächen unter identischen Belastungsbedingungen. Die Ergebnisse zeigten, dass weicheres Reparaturgewebe zu verstärkter axialer und verringerter radialer Verformung führt, während erhöhte Permeabilität eine leichtere Kompression durch verstärkten Flüssigkeitsfluss bewirkt und das Gleichgewicht schneller erreicht wird. Diese Erkenntnisse verdeutlichen, dass Reparaturgewebe das mechanische Verhalten der gesamten Gelenkoberfläche erheblich beeinflussen kann, was wichtige Implikationen für die Knorpelreparatur hat.
Cette étude vise à prédire la réponse mécanique d'une surface cartilagineuse réparée (tissu de réparation pleine épaisseur adjacent au cartilage normal) sous charge compressive, comparativement à une surface cartilagineuse normale. Les auteurs ont utilisé la méthode des éléments finis U-P en faisant varier individuellement le module d'agrégation, la perméabilité et le coefficient de Poisson du tissu de réparation. Les résultats montrent qu'un tissu de réparation plus mou augmente les déformations axiales et diminue les déformations radiales, qu'une perméabilité accrue facilite la compression par augmentation du flux liquidien, et qu'un coefficient de Poisson réduit diminue l'expansion radiale sans affecter la déformation axiale. Ces findings démontrent que la présence de tissu de réparation influence significativement le comportement mécanique de la surface articulaire.
This study aimed to develop a simple and accurate method for measuring contact areas in human joints to better estimate joint stresses, addressing limitations of existing techniques that overestimate contact areas due to cartilage creep deformation.
The researchers developed the "3S technique" using a silicone oil-carbon black powder suspension applied to joint surfaces, which gets squeezed out of contact areas under load, leaving clear photographic evidence of true contact zones. The method was validated against other accurate techniques and tested on human joints under physiological conditions.
The 3S technique proved to be simple, quick, and accurate for measuring joint contact areas, with the advantage of leaving no permanent staining so tests can be repeated on the same joint under different loads and angles. The authors demonstrated its utility by measuring contact area changes in ankle joints during normal walking, providing data that can be used to calculate how contact stresses vary throughout the gait cycle.
Diese Studie entwickelte eine neue Methode zur präzisen Messung von Kontaktflächen in menschlichen Gelenken, um durchschnittliche Gelenkstress-Werte besser bestimmen zu können. Die als "3S-Technik" bezeichnete Methode verwendet eine Silikonöl-Ruß-Suspension, die auf eine Gelenkfläche aufgetragen und bei Belastung aus der Kontaktzone herausgepresst wird, wodurch die tatsächliche Kontaktfläche photographisch dokumentiert werden kann. Die Validierung zeigte, dass diese Technik einfach, schnell und präzise ist, ohne dauerhafte Verfärbungen am Knorpel zu hinterlassen, wodurch wiederholte Messungen unter verschiedenen Belastungen und Gelenkwinkeln möglich sind. Als praktisches Beispiel demonstrierten die Autoren erfolgreich die Veränderungen der Kontaktflächen im Sprunggelenk während eines normalen Gehzyklus.
Cette étude présente une nouvelle technique appelée "3S" (silicone oil-carbon black powder suspension squeeze technique) pour mesurer avec précision les surfaces de contact dans les articulations synoviales humaines. La méthode utilise une suspension d'huile de silicone et de poudre de noir de carbone appliquée sur l'une des surfaces articulaires, qui est expulsée de la zone de contact sous charge, permettant une visualisation et un enregistrement photographique clairs. La technique 3S s'avère simple, rapide et précise dans des conditions physiologiques, sans coloration permanente du cartilage, permettant des mesures répétées sous différentes charges et angles de flexion. Les auteurs démontrent son application pratique en mesurant les variations des surfaces de contact dans l'articulation tibio-talaire au cours d'un cycle de marche normal.
This study investigated whether classical consolidation theory (used in soil mechanics) can explain how articular cartilage deforms over time under static loading. The researchers developed a novel experimental technique to simultaneously measure internal pressure within the cartilage matrix and tissue deformation during one-dimensional compression - the first direct measurement of internal stress in loaded cartilage. The results demonstrated that when cartilage is compressed, the applied load is initially shared between water, proteoglycans, and collagen, with maximum internal pressure developing as water begins to be squeezed out of the tissue. Over time, this internal pressure decreases as more water is expelled, causing a progressive transfer of load from the water to the solid matrix components (collagen and proteoglycans), with consolidation complete when internal pressure reaches zero and the solid components bear the full applied load.
Diese Studie untersuchte, ob die klassische Konsolidierungstheorie auf die zeitabhängige Verformung von Gelenkknorpel unter statischer Belastung anwendbar ist. Die Forscher entwickelten eine experimentelle Methode zur simultanen Messung des internen Matrixdrucks und der Kriechverformung unter eindimensionalen Konsolidierungsbedingungen - dies war die erste Messung des internen Spannungszustands in belastetem Knorpel. Die Ergebnisse zeigten, dass unter statischer Kompression die aufgebrachte Last zwischen den Matrixkomponenten (Wasser, Proteoglykane und Kollagenfasernetzwerk) aufgeteilt wird, wobei zunächst ein maximaler hydrostatischer Überdruck entsteht, der dann abklingt, während das Wasser aus der Matrix austritt und die Belastung progressiv auf die festen Komponenten übertragen wird. Die Konsolidierung ist abgeschlossen, wenn der Überdruck auf null reduziert ist und die Kollagenfibrillen sowie das Proteoglykan-Gel die gesamte Last tragen.
Cette étude examine l'applicabilité de la théorie classique de consolidation à la déformation du cartilage articulaire sous charge statique. Les chercheurs ont développé une technique expérimentale innovante permettant de mesurer simultanément la pression interne de la matrice et la déformation de fluage en conditions de consolidation unidimensionnelle, constituant la première mesure directe de l'état de contrainte interne du cartilage chargé. Les résultats démontrent que sous compression statique, la charge appliquée est partagée entre les composants matriciels (eau, protéoglycanes, réseau collagénique), avec développement initial d'une pression hydrostatique maximale lors de l'exsudation d'eau, suivie d'un transfert progressif des contraintes vers les composants solides. La consolidation s'achève lorsque la pression hydrostatique excédentaire devient nulle et que les composants solides supportent intégralement la charge appliquée.
This study investigated how loading speed affects the mechanical stiffness of articular cartilage during compression. The researchers performed compression tests on cartilage samples (both isolated cartilage and cartilage-on-bone) across a wide range of strain rates from very slow (10⁻⁵ sec⁻¹) to impact velocities (10³ sec⁻¹). The results showed that cartilage stiffness increases progressively with loading velocity at low and medium strain rates, then reaches a maximum plateau at high strain rates. The findings suggest two distinct deformation mechanisms: slow loading produces consolidation-dependent stiffness (related to fluid flow), while rapid loading creates elastic deformation behavior, which has important implications for how joint forces are transmitted to underlying bone.
Diese Studie untersuchte den Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit auf die Steifigkeit der Gelenkknorpelmatrix. Die Forscher führten Kompressionstests an isoliertem Knorpel und Knorpel-auf-Knochen-Präparaten bei Dehnungsraten von 10⁻⁵ bis 10³ sec⁻¹ durch. Die Ergebnisse zeigten, dass die Matrixsteifigkeit bei niedrigen und mittleren Dehnungsraten progressiv anstieg und bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten einen Grenzwert erreichte. Die Analyse ergab zwei grundlegend verschiedene Deformationsmechanismen: Bei niedrigen Dehnungsraten dominiert ein konsolidierungsabhängiger Steifigkeitsmechanismus, während bei hohen Geschwindigkeiten ein klassischer elastischer Deformationsprozess auftritt, was wichtige Auswirkungen auf die Spannungsverteilung im subchondralen Knochen haben könnte.
Cette étude vise à déterminer l'influence de la vitesse de chargement sur la rigidité de la matrice du cartilage articulaire. Les chercheurs ont réalisé des tests de compression sur du cartilage seul et du cartilage-sur-os à des vitesses de déformation variant de 10⁻⁵ à 10³ sec⁻¹. Les résultats montrent que la rigidité matricielle augmente progressivement aux vitesses faibles et moyennes, puis atteint une valeur limite aux vitesses élevées jusqu'à l'impact. L'analyse révèle deux mécanismes de déformation distincts : une rigidité dépendante de la consolidation aux faibles vitesses et une déformation élastique classique aux vitesses élevées, cette bifurcation pouvant affecter la redistribution des contraintes de contact articulaire vers l'os sous-chondral.
This study aimed to mathematically analyze how articular cartilage and synovial fluid work together during squeeze-film lubrication when joints experience loading. The researchers developed a theoretical model treating cartilage as a porous, fluid-filled material and synovial fluid as a thin viscous layer, then used asymptotic analysis to derive equations describing their mechanical behavior under step loading conditions.
The analysis revealed several key findings about joint lubrication: cartilage deformation increases the load-bearing contact area, cartilage flexibility slows down fluid movement and extends lubrication time to 1-10 seconds, and synovial fluid flows from high-pressure central regions into the cartilage before being expelled at the periphery. Notably, the model predicted that tensile hoop stresses develop at the cartilage surface even under compressive loading, which results from radial fluid flow within the cartilage tissue.
Diese Studie untersuchte den Squeeze-Film-Schmierungsmechanismus im Gelenkknorpel mittels asymptotischer Analyse eines mathematischen Modells. Die Forscher modellierten den Gelenkknorpel als zweiphasiges poröses Material und die Synovialflüssigkeit als viskose Flüssigkeit, wobei sie zwei gekoppelte nichtlineare partielle Differentialgleichungen aus der asymptotischen Analyse ableiteten. Die Berechnungen zeigten, dass sich die Knorpelschicht verformt und dadurch die lasttragende Fläche vergrößert, was die Squeeze-Film-Zeit auf 1-10 Sekunden verlängert, während gleichzeitig Synovialflüssigkeit vom zentralen Hochdruckbereich in den Knorpel gepresst und an der Peripherie wieder ausgestoßen wird. Bemerkenswert ist, dass trotz der kompressiven Belastung Zugspannungen an der Knorpeloberfläche auftreten, die durch den radialen Fluss der interstitiellen Flüssigkeit im Knorpel verursacht werden.
Cette étude vise à analyser le mécanisme de lubrification par film compressif du cartilage articulaire en développant un modèle mathématique basé sur les propriétés biphasiques du cartilage et la viscosité du liquide synovial. Les chercheurs ont utilisé une analyse asymptotique pour dériver deux équations différentielles couplées décrivant le comportement du lubrifiant et du cartilage sous charge compressive, en considérant le cartilage comme un matériau poreux-perméable uniforme. Les résultats montrent que la déformation du cartilage augmente la surface portante et prolonge le temps de lubrification (1-10 secondes), tandis que le fluide lubrifiant migre des zones de haute pression vers le cartilage puis est expulsé en périphérie. L'analyse révèle également l'existence de contraintes de traction circonférentielles à la surface du cartilage, résultant de l'écoulement radial du fluide interstitiel, malgré les conditions de charge compressive.
This study investigated whether intense physical activity affects cartilage breakdown in trained athletes by measuring serum keratan sulfate (KS) levels in 15 male marathon runners. The researchers used a non-invasive blood test (ELISA) to measure KS—a marker of cartilage breakdown—at three time points: before the marathon, immediately after, and 48 hours post-race. The results showed no significant changes in serum KS levels across the three measurements, and no correlations between KS levels and runner characteristics (age, weight, height) or performance. The findings suggest that marathon running does not increase cartilage breakdown in well-trained athletes, at least in the short term.
Diese Studie untersuchte, ob intensives Gelenktraining den Knorpelstoffwechsel beim Menschen beeinflusst. Die Forscher verwendeten einen nicht-invasiven Immunoassay, um Keratansulfat (KS) - ein Abbauprodukt des Knorpels - im Blutserum von 15 männlichen Marathonläufern vor, direkt nach und 48 Stunden nach einem 42-km-Marathon zu messen. Die Ergebnisse zeigten keine statistisch signifikanten Unterschiede der Serum-KS-Werte zu den drei Messzeitpunkten und keine Korrelation mit Alter, Größe, Gewicht oder Laufzeit. Die Studie schlussfolgert, dass Marathonlaufen bei gut trainierten Läufern weder zu einem vorübergehenden noch zu einem anhaltenden Anstieg des Knorpelabbaus führt.
Cette étude visait à évaluer l'effet d'un effort articulaire intense (marathon) sur le métabolisme du cartilage articulaire chez l'homme en mesurant les niveaux sériques de kératane sulfate (KS), un marqueur du catabolisme de l'aggrécan cartilagineux. Les chercheurs ont utilisé un dosage immunoenzymatique (ELISA) pour quantifier le KS sérique chez 15 marathoniens masculins à trois moments : au repos, immédiatement après la course (42 km) et 48 heures après. Les résultats montrent une absence de différence statistiquement significative des taux de KS entre les trois mesures, sans corrélation avec l'âge, la taille, le poids ou la performance, suggérant que le marathon n'induit pas d'augmentation du catabolisme des protéoglycanes du cartilage articulaire chez des coureurs bien entraînés. Cette étude conclut que l'effort prolongé du marathon ne provoque pas de dégradation cartilaginеuse détectable par ce biomarqueur chez des athlètes préparés.
This review examines how physical activity affects skeletal system components and their ability to withstand the high-intensity forces imposed by sporting activities. The authors analyzed existing literature on the biomechanical properties of ligaments, tendons, and bone, particularly focusing on how these tissues respond to different loading rates and training modalities. Key findings indicate that while the skeletal system's capacity to adapt to stress through training remains controversial, the response depends on exercise modality, intensity, and duration, as well as individual genetic factors and hormonal status. The authors emphasize that in vitro studies of individual tissues may not accurately reflect real-world performance, as the skeletal system components function as an integrated unit during sports activities.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Auswirkungen intensiver körperlicher Aktivität auf verschiedene Komponenten des Bewegungsapparates, einschließlich Knochen, Bändern, Sehnen und Knorpel. Die Autoren analysieren sowohl beneficial als auch schädliche Effekte von Sport auf das Skelettsystem und berücksichtigen dabei Faktoren wie Trainingsmodalität, -intensität und -dauer sowie genetische Einflüsse. Ein zentraler Befund ist, dass die biomechanischen Eigenschaften von Bändern, Sehnen und Knochen zeitabhängig sind und unterschiedliche Versagensmechanismen bei verschiedenen Deformationsgeschwindigkeiten zeigen. Die Studie betont, dass in vitro Untersuchungen einzelner Gewebe die komplexe in vivo Interaktion zwischen Muskeln, Gelenken, Sehnen, Bändern und Knorpel nicht ausreichend abbilden können, was die Übertragbarkeit auf sportliche Aktivitäten limitiert.
Cette étude de revue examine les effets de l'activité physique intense sur les différents composants du système musculo-squelettique, en particulier leur capacité à résister et s'adapter aux contraintes mécaniques. L'analyse porte sur les propriétés biomécaniques dépendantes du temps des ligaments, os et tendons, ainsi que sur l'influence de la modalité, intensité et durée de l'exercice sur ces tissus. Les auteurs soulignent que la controverse persiste quant à la possibilité d'améliorer la résistance du système squelettique par un entraînement approprié, les facteurs génétiques et hormonaux jouant également un rôle significatif dans la réponse tissulaire. La revue met en évidence la limitation des études in vitro qui ne reflètent pas le fonctionnement intégré des muscles, articulations, tendons, ligaments et cartilage observé in vivo lors des activités sportives.
This study investigated how acute high-force loading damages joint structures using an in vitro model with intact canine paw joints. The researchers applied various loads to 48 joints and analyzed the resulting damage using gross inspection, scanning electron microscopy, and histological examination, while measuring contact pressures with pressure-sensitive film. The study found that intraarticular fractures occurred at an average force of 2.4 kN with surface pressures ≥40 MPa, but importantly, scanning electron microscopy revealed extensive hidden damage to the calcified cartilage zone and subchondral bone that extended far beyond what was visible during gross inspection. Even in joints that didn't show obvious fractures, microscopic cracks in the calcified cartilage zone were commonly found, suggesting that joint failure begins in this transitional tissue layer and may contribute to post-traumatic osteoarthritis development even when gross fractures aren't apparent.
Diese In-vitro-Studie untersuchte die Schädigungsmuster in Hundegelenken (Metacarpo- und Metatarsophalangealgelenke) nach akuter transartikulärer Belastung, um Gelenkverletzungen besser zu verstehen. Die Forscher belasteten 48 intakte Gelenke mit verschiedenen Kräften und analysierten die entstandenen Schäden mittels Rasterelektronenmikroskopie und Histologie. Die Hauptergebnisse zeigten, dass intraartikuläre Frakturen bei durchschnittlich 2,4 kN auftraten, wobei die Schädigung bereits in der kalzifizierten Knorpelzone begann und sich dann auf den subchondralen Knochen und darüberliegenden Knorpel ausbreitete – ein Schädigungsumfang, der makroskopisch oft unterschätzt wurde. Diese Befunde deuten darauf hin, dass bereits Belastungen unterhalb der Frakturschwelle Mikrorisse in der kalzifizierten Knorpelzone verursachen können, was zur Entwicklung von Arth
Cette étude visait à caractériser les dommages du cartilage calcifié et de l'os sous-chondral lors de chargements transarticulaires aigus en utilisant un modèle in vitro. Les auteurs ont soumis 48 articulations métacarpophalangiennes et métatarsophalangiennes canines intactes à diverses charges, puis analysé les dommages par microscopie électronique à balayage et histologie.
Les résultats montrent que les fractures intra-articulaires surviennent à une force moyenne de 2,4 kN (taux de charge : 88 kN/s) avec une pression articulaire ≥40 MPa, tandis que des microfissures dans la zone de cartilage calcifié sont détectées même sans fracture macroscopique visible (charges de 1,9-2,8 kN). L'étude révèle que la défaillance commence dans la zone de cartilage calcifié avant de s'étendre à l'os sous-chondral et au cartilage sus-jacent, suggérant un mécanisme potentiel contribuant au développement de l'arthrose post-traumatique.
This study aimed to develop a physical model using water-saturated sponge material to simulate the time-dependent mechanical behavior of articular cartilage under compression. The researchers created a controllable system with variable permeability that allowed one-dimensional deformation testing under both static and dynamic loading while simultaneously measuring applied stress, pore pressure, and strain. The results showed that cartilage exhibits two distinct load-bearing mechanisms depending on loading rate: under slow/static loading, stress is shared between the fluid (water) and solid matrix components, while under high-rate loading, the water becomes immobilized and bears most of the applied stress as the tissue behaves as a unified structure. These findings support describing cartilage as a poro-visco-hyperelastic material, providing insights into how joint cartilage responds differently to various loading conditions encountered during daily activities.
Diese Studie zielte darauf ab, ein physikalisches Modell zu entwickeln, das die zeitabhängige Verformung von Gelenkknorpel simuliert. Die Forscher konstruierten ein Analogmodell aus wassergesättigtem Schwammmaterial mit variabler Permeabilität und testeten es unter statischer und dynamischer Kompression, wobei sie gleichzeitig Spannung, Porendruck und Dehnung maßen. Die Ergebnisse zeigten, dass bei niedriger Belastungsgeschwindigkeit Knorpel durch Spannungsverteilung zwischen Matrixwasser und festem Gerüst belastet wird, während bei hoher Geschwindigkeit das immobilisierte Wasser den Großteil der Last trägt. Das Modell bestätigt die Beschreibung von Knorpel als poro-visko-hyperelastisches Material mit komplexen Belastungsmechanismen.
Cette étude visait à développer un modèle physique analogique pour simuler la déformation dépendante du temps du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé une matrice d'éponge saturée d'eau à perméabilité variable, soumise à des charges compressives statiques et dynamiques unidimensionnelles, avec mesure simultanée du stress appliqué, de la pression interstitielle et de la déformation matricielle. Les résultats montrent qu'à faible vitesse de déformation, le cartilage supporte la charge par un mécanisme de partage de contraintes entre l'eau matricielle et le squelette solide, tandis qu'à haute vitesse, l'eau matricielle s'immobilise et la pression interstitielle atteint presque celle du stress appliqué, suggérant un comportement unitaire. Cette étude soutient la description du cartilage comme un matériau poro-visco-hyperélastique.
This study investigated how cartilage structure changes relate to mechanical properties in a canine model of early cartilage degeneration (chondromalacia patellae). Researchers implanted metallic devices in the patellofemoral groove of 10 dogs for 3 or 6 months and used custom indentation testing to measure how the patellar cartilage responded to compression loading in vivo, while also analyzing tissue structure through histology. The main findings showed that cartilage became progressively more compliant over time, with deformation increasing from 17% at 3 months to 37% at 6 months, which corresponded with progressive loss of proteoglycans in the cartilage matrix detected by histological staining. Importantly, these structural and mechanical changes occurred without visible surface damage, demonstrating that significant cartilage deterioration can be quantified before obvious degeneration becomes apparent.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Knorpelstruktur und mechanischen Eigenschaften der Patella mittels eines geschlossenen Chondromalacia patellae-Modells bei Hunden. Zehn Hunde erhielten metallische Implantate im patellofemoralen Gleitlager für 3 bzw. 6 Monate, wobei die mechanische Antwort des Patellaknorpels auf statische Kompression (4,5 MPa) in vivo mittels Indentationsmessungen quantifiziert wurde. Die Ergebnisse zeigten eine progressive Zunahme der Knorpeldeformation von 17% (3 Monate) auf 37% (6 Monate), begleitet von histologisch nachweisbarem Proteoglykenverlust, obwohl makroskopisch keine offensichtlichen Degenerationszeichen auftraten. Die Studie demonstriert, dass eine erhöhte Knorpelcompliance mit intrinsischen Matrixveränderungen assoziiert ist, die bereits vor sichtbaren Degenerationszeichen auftreten und quantitativ erfassbar sind.
Cette étude visait à analyser la relation entre la structure du cartilage patellaire et sa réponse mécanique à la compression en utilisant un modèle fermé de chondromalacie patellaire chez le chien. Dix chiens adultes ont subi le remplacement de leur gouttière patellofémorale gauche par un implant métallique recouvert de polyéthylène pendant 3 ou 6 mois, avec des tests d'indentation in situ effectués sous charge statique de 4,5 MPa. Les résultats ont montré une augmentation progressive de la déformation du cartilage (17% à 3 mois, 37% à 6 mois) associée à une perte histologique de protéoglycanes, sans signes macroscopiques apparents de dégénérescence. Cette recherche démontre qu'une augmentation de la compliance cartilagineuse peut survenir par remodelage intrinsèque de la matrice avant l'apparition de signes externes de dégénérescence détectables.
This study aimed to quantify how effectively articular cartilage reduces stress transmission to the underlying subchondral bone under different loading conditions. The researchers used an innovative experimental setup where cartilage was removed from bone and bonded to a clear photoelastic material, allowing direct measurement of shear stresses beneath the cartilage during both static and impact loading. The results showed that cartilage provides significant protection to subchondral structures under both loading types, but offers greater stress reduction under static loads compared to dynamic loads, particularly near the cartilage-bone interface. These findings reflect the different ways cartilage deforms at slow versus fast loading rates, highlighting its complex biomechanical properties as a protective tissue.
Diese Studie untersuchte die spannungsreduzierende Funktion des Gelenkknorpels auf den subchondralen Knochen unter statischer und dynamischer Belastung. Die Forscher entfernten den Knorpel vom subchondralen Knochen und befestigten ihn auf einem starren photoelastischen Substrat, wodurch die subchondralen Scherspannungen direkt gemessen werden konnten. Die Ergebnisse zeigten, dass Gelenkknorpel sowohl unter statischer als auch dynamischer Belastung erheblichen subchondralen Schutz bietet, wobei der Schutz bei statischer Belastung nahe der Knorpel-Knochen-Grenze ausgeprägter war als bei vergleichbarer dynamischer Belastung. Diese Unterschiede werden durch die verschiedenen Verformungsmechanismen des Knorpels bei unterschiedlichen Belastungsgeschwindigkeiten erklärt.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer la capacité du cartilage articulaire à réduire les contraintes subchondrales sous charge statique et dynamique. Les chercheurs ont utilisé une méthode expérimentale innovante en détachant le cartilage de l'os sous-chondral et en le recollant sur un substrat photoélastique rigide, permettant la mesure directe des contraintes de cisaillement générées sous le cartilage. Les résultats démontrent que le cartilage offre une protection subchondrale significative dans les deux conditions de charge, mais cette protection est supérieure en charge statique qu'en charge dynamique près de l'interface cartilage-os sous-chondral, reflétant les différents mécanismes de déformation du cartilage selon la vitesse d'application de la charge.
This study investigated the temporal changes in inflammatory molecules and proteases in cartilage following joint trauma to understand early osteoarthritis development. Researchers applied controlled impact loading to canine patellae and examined the cartilage at 2, 12, 24, and 52 weeks using immunohistochemistry to detect IL-1β, TNF-α, MMP-3, fibronectin, and altered proteoglycans. The key finding was that inflammatory cytokines and proteases were only elevated at 2 weeks post-injury, showing strong staining around cartilage cracks in the superficial zones, but were absent at all later time points. By 52 weeks, the cartilage showed signs of healing with restoration of proteoglycan content, suggesting that this trauma model produced only transient inflammatory responses rather than progressive osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die zeitliche Beteiligung von Zytokinen und Proteasen bei der Knorpelschädigung nach mechanischem Trauma im Hundemodell. Mittels geschlossener Gelenkimpaktierung an Hundepatellas und anschließender immunhistochemischer Analyse zu verschiedenen Zeitpunkten (2, 12, 24 und 52 Wochen) wurden IL-1β, TNF-α, MMP-3, Fibronektin und veränderte Proteoglykansulfatierung untersucht. Die Hauptergebnisse zeigten eine starke Expression der untersuchten Zytokine und Proteasen nur in der frühen Phase (2 Wochen) nach Trauma, hauptsächlich um Risse in der oberflächlichen und Übergangszone des Knorpels. Nach 12 Wochen waren diese Marker nicht mehr nachweisbar, und nach 52 Wochen zeigten die Proben eine Heilung der Frakturen mit Wiederauffüllung des Proteoglykanverlusts, was auf einen transienten Charakter der biochemischen Entzündungsreaktion nach akutem Knor
Cette étude visait à documenter l'implication chronologique de cytokines (IL-1β, TNF-α) et de protéases (MMP-3) dans le développement de l'arthrose après traumatisme cartilagineux chez le chien. Les chercheurs ont induit des lésions patellaires par impact articulaire fermé et analysé par immunohistochimie la présence de ces médiateurs inflammatoires à 2, 12, 24 et 52 semaines post-traumatisme. Les résultats montrent un marquage intense pour IL-1β, TNF-α, MMP-3 et fibronectine uniquement à 2 semaines dans les zones superficielles et transitionnelles du cartilage fissuré, avec une disparition complète aux temps plus tardifs. Cette élévation transitoire des cytokines et protéases suggère une réponse inflammatoire précoce et limitée dans le temps après traumatisme cartilagineux, avec une capacité de guérison spontanée observée à 52 semaines.
This study aimed to examine the immediate and long-term effects of acute joint trauma on cartilage and bone using a standardized canine model where 2000 Newtons of force was applied across the patellofemoral joint. The researchers used scanning electron microscopy to assess immediate damage, histological analysis at multiple time points (day 0, 2 weeks, 1 year), and sequential MRI imaging over 52 weeks to track changes. Immediately after loading, extensive fractures occurred through the calcified cartilage and subchondral bone with step-off displacement, while the articular cartilage surface appeared grossly normal; at 2 weeks, cartilage clefts and proteoglycan loss became evident, and MRI showed soft tissue swelling, joint effusion, and decreased bone marrow signal. By one year, subchondral fractures had healed, proteoglycan was restored, and MRI findings normalized, though some superficial cartilage fissures persisted, demonstrating that joints have significant capacity for repair following acute trauma.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen akuter mechanischer Belastung auf das Patellofemoralgelenk mittels eines Hundemodells, bei dem eine standardisierte Kraft von etwa 2000 Newton transartikulär appliziert wurde. Die Forscher verwendeten Rasterelektronenmikroskopie, Histologie und sequenzielle MRT-Bildgebung, um Veränderungen am Gelenkknorpel und subchondralen Knochen über einen Zeitraum von einem Jahr zu dokumentieren. Die Hauptergebnisse zeigten unmittelbar nach der Belastung ausgedehnte Frakturen durch die kalzifizierte Knorpelzone und den subchondralen Knochen mit Stufenbildung, sowie nach zwei Wochen oberflächliche Knorpelrisse und fokalen Proteoglykanverlust, während die MRT Weichteilschwellung und Knochenmarködeme dokumentierte. Nach einem Jahr waren die subchondralen Frakturen verheilt und der Proteoglykangehalt wiederhergestellt, wobei die MRT-Befunde sich normalisiert hatten, auch wenn
Cette étude avait pour objectif d'examiner les changements précoces du cartilage articulaire et de l'os sous-chondral suite à une charge transarticulaire aiguë sur l'articulation fémoro-patellaire canine (2000 Newtons). Les auteurs ont utilisé la microscopie électronique à balayage, l'histopathologie et l'IRM séquentielle pour analyser les lésions au jour J, à 2 semaines et à 1 an post-traumatisme. Les résultats révèlent des fractures multiples et étendues de l'os sous-chondral avec déplacement dès le jour J, suivies à 2 semaines de fissures cartilagineuses et d'une perte focale de protéoglycanes, ainsi que d'un œdème médullaire patellaire visible en IRM. Après un an, les processus de réparation avaient largement restauré l'architecture tissulaire avec guérison des fractures sous-chondrales et normalisation du signal IRM, bien que quelques fissures cartilagineuses superficielles persistent.
This study aimed to develop and compare two canine models of acute joint trauma to investigate how sudden cartilage damage leads to osteoarthritis development. The researchers created both a closed joint model (maintaining normal joint biology) and an open joint model (allowing direct visualization and control of impact parameters), then analyzed cartilage changes using histochemical methods at 2 weeks and 3 months post-injury. Both models produced similar initial damage patterns including surface cracks and fractures in the calcified cartilage zone, followed by proteoglycan loss, inflammatory marker expression (TNF-alpha, IL-1 beta, stromelysin), and cartilage cell cloning by 3 months. These models will help test whether there's a damage threshold that triggers progressive osteoarthritis and whether cracks in calcified cartilage contribute to disease progression through abnormal bone formation.
Diese Studie zielte darauf ab, die Rolle akuter traumatischer Knorpelschäden bei der Entwicklung von Osteoarthritis zu untersuchen. Dafür wurden zwei Hundemodelle mit akuter transartikulärer Belastung entwickelt: ein Modell mit geschlossenem Gelenk zur Erhaltung der normalen Gelenkbiologie und ein Modell mit offenem Gelenk für die direkte Visualisierung und kontrollierte Variation der Impaktparameter. Die histochemischen Analysen nach 2 Wochen und 3 Monaten zeigten in beiden Modellen ähnliche frühe Veränderungen wie Oberflächenrisse, Stufenfrakturen im kalzifizierten Knorpel, Proteoglykenverlust und Expression von Entzündungsmarkern (TNF-α, IL-1β) sowie der Metalloprotease Stromelysin. Diese Modelle sollen zwei Hypothesen testen: ob ein Schadensschwellenwert existiert, ab dem Läsionen progressiv werden, und ob Risse im kalzifizierten Knorpel durch endochondrale Ossifikation zur Osteo
Cette étude vise à comprendre le rôle des traumatismes aigus dans le développement de l'arthrose en utilisant deux modèles canins de charge transarticulaire aiguë. Les chercheurs ont développé un modèle sur articulation fermée préservant la biologie articulaire normale et un modèle sur articulation ouverte permettant la visualisation directe et le contrôle précis de l'impact sur le cartilage. Les analyses histochimiques préliminaires à 2 semaines et 3 mois révèlent des caractéristiques initiales similaires entre les deux modèles, notamment des fissures de surface, des fractures du cartilage calcifié, une perte de protéoglycanes, l'expression de marqueurs pro-inflammatoires (TNF-α, IL-1β) et de métalloprotéases. Ces modèles permettront de tester deux hypothèses clés : l'existence d'un seuil critique de dommage pour la progression lésionnelle et le rôle des fissures du cartilage calcifié dans la progression arthrosique via l'ossification endochondrale.
This study aimed to investigate the nonlinear mechanical behavior of articular cartilage under indentation testing at physiologically relevant loading rates, comparing finite deformation effects to traditional linear models. The researchers used a sophisticated two-phase continuum model based on mixture theory and finite element analysis to simulate stress relaxation and creep tests with both porous and impermeable indenters under different compression rates. The finite deformation model showed significantly different responses compared to linear models, particularly under fast compression or with impermeable indenters, exhibiting higher peak-to-equilibrium force ratios, faster early relaxation, slower creep rates, and larger pressure distributions near the surface. These findings suggest that nonlinear finite deformation effects are important for accurately characterizing cartilage mechanical behavior, especially under rapid loading conditions that may occur during joint motion.
Diese Studie untersuchte das nichtlineare Indentationsverhalten von Gelenkknorpel unter physiologisch relevanten Belastungsgeschwindigkeiten mittels eines zweiphasigen Kontinuumsmodells basierend auf der Mischungstheorie bei finiten Deformationen. Die Forscher verwendeten eine Total-Lagrange-Penalty-Finite-Elemente-Methode mit Prädiktor-Korrektor-Iteration zur Lösung der nichtlinearen Gleichungen und analysierten sowohl Spannungsrelaxations- als auch Kriechversuche mit porösen und undurchlässigen Indentern. Die Ergebnisse zeigten signifikante Unterschiede zwischen dem nichtlinearen finiten Deformationsmodell und dem linearen Modell, insbesondere bei schnellen Belastungsraten oder undurchlässigen Indentern. Das finite Deformationsmodell wies ein höheres Verhältnis von maximaler zu Gleichgewichtskraft, schnellere frühe Relaxationsraten, langsameres Kriechen und höhere Druckverteilungen unter dem Indenter auf.
Cette étude vise à analyser la réponse mécanique non linéaire du cartilage articulaire hydraté sous indentation à des vitesses de chargement physiologiquement pertinentes. Les auteurs utilisent un modèle biphasique en déformation finie basé sur la théorie des mélanges, résolu par éléments finis avec une méthode de Newton-Raphson modifiée, en testant différents types d'indenteurs (poreux vs imperméables) et vitesses de compression. Les résultats montrent que le modèle en déformation finie diffère significativement du modèle linéaire, particulièrement lors de compressions rapides ou avec indenteur imperméable, présentant un ratio force maximale/équilibre plus élevé, une relaxation initiale plus rapide, et un fluage plus lent. Le modèle non linéaire prédit également des pressions sous l'indenteur plus importantes, notamment près de la surface chargée.
This study investigated how chondrocytes (cartilage cells) change shape when subjected to mechanical compression to better understand cellular responses to loading. The researchers embedded isolated rat chondrocytes in agarose gel and applied compressive strains of 5%, 10%, and 15%, recording cell shape changes over 15 minutes and using finite-element modeling to estimate mechanical properties.
All chondrocytes decreased in cross-sectional area under compression, with mechanical properties similar to the surrounding gel (elasticity ~4.0 kPa, Poisson's ratio 0.4), and contributed significant viscoelastic behavior to the composite material. Importantly, the observed cell volume decrease was greater than what would be expected from passive mechanical compression alone, suggesting that chondrocytes actively alter their internal composition in response to mechanical loading rather than simply deforming passively.
Diese Studie untersuchte, wie sich Chondrozyten (Knorpelzellen) unter mechanischer Kompression verformen, um die zelluläre Antwort auf Belastung besser zu verstehen. Die Forscher einbetteten isolierte Ratten-Chondrozyten in Agarose-Gel und applizierten uniaxiale Kompressionsbelastungen von 5%, 10% und 15% über 15 Minuten, wobei sie die Zellverformung mittels Bildgebung verfolgten und ein Finite-Elemente-Modell zur mechanischen Charakterisierung verwendeten. Die Ergebnisse zeigten, dass alle Zellen unter Kompression ihre Querschnittsfläche reduzierten und viskoelastische Eigenschaften aufwiesen, wobei der Elastizitätsmodul etwa 4,0 kPa und die Poisson-Zahl 0,4 betrug. Die beobachtete Volumenreduktion war größer als durch passive osmotische Effekte erklärbar, was darauf hindeutet, dass Chondrozyten ihre intrazelluläre Zusammensetzung durch aktive zellu
Cette étude visait à évaluer les changements morphologiques des chondrocytes soumis à des charges compressives statiques uniaxiales pour mieux comprendre les mécanismes de réponse cellulaire au chargement mécanique. Les chercheurs ont inclus des chondrocytes isolés de chondrosarcome de rat dans un gel d'agarose à 2% et ont appliqué des déformations de 5, 10 et 15%, en utilisant la modélisation par éléments finis et l'analyse viscoélastique pour caractériser les propriétés mécaniques cellulaires. Les résultats montrent que tous les chondrocytes ont présenté une diminution de leur aire de section transversale sous compression, avec un module d'élasticité similaire au gel d'agarose environnant (4,0 kPa) et un coefficient de Poisson de 0,4. La diminution observée de la surface cellulaire était supérieure à celle prédite par une réponse passive due à la pression osmotique équivalente, suggérant que les chondrocytes modifient activement leur composition intracellulaire par des processus cellulaires en réponse au chargement m
This study aimed to understand the complex stress mechanisms that develop within articular cartilage during mechanical loading, particularly focusing on how water movement and chemical changes affect cartilage behavior. The researchers used enzymatic modification (hyaluronidase digestion) to alter the normal osmotic conditions of cartilage matrix and measured hydrostatic pore pressure changes to examine how the tissue's chemistry influences its consolidation properties.
The study identified three distinct types of stress that occur during cartilage deformation: swelling stress in the proteoglycan/collagen framework during early loading, hydrostatic excess pore pressure in the fluid component, and effective stress that develops after maximum pore pressure is reached. The findings revealed that cartilage consolidation is controlled by achieving a minimum level of swelling stiffness in the solid matrix, and that proteoglycan content critically influences both osmotic pressure and tissue permeability, which are essential for cartilage's ability to distribute stress effectively over the underlying bone.
Diese Studie untersuchte die komplexe Spannungsverteilung in belasteten Gelenkknorpel, um die biomechanischen Mechanismen während der Knorpeldeformation besser zu verstehen. Die Forscher verwendeten enzymatische Modifikationen (Hyaluronidase-Behandlung) der Knorpelmatrix und Messungen des hydrostatischen Porendrucks, um den Einfluss der Gewebephysikochemie auf die Konsolidierung zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen, dass während der Knorpeldeformation drei verschiedene Spannungstypen entstehen: Quellungsspannung im Proteoglykan/Kollagen-Gerüst, hydrostatischer Porendruck in der Flüssigkeitskomponente und effektive Spannung während der Konsolidierungsphase. Die Studie verdeutlicht, dass der osmotische Druck und die Permeabilität - beide abhängig vom Proteoglykan-Volumenanteil - entscheidend für die Funktionsfähigkeit des Knorpels als spannungsverteilende Schicht über dem subchondralen Kno
Cette étude vise à caractériser la nature complexe des contraintes développées dans le cartilage articulaire lors de sa déformation sous charge. Les chercheurs ont utilisé des modifications enzymatiques pour altérer les conditions osmotiques de la matrice cartilagineuse et ont mesuré la pression hydrostatique interstitielle excédentaire pour analyser l'influence des propriétés physicochimiques sur la consolidation du cartilage. Les résultats révèlent que trois types de contraintes distinctes se développent séquentiellement : (1) la contrainte de gonflement dans le squelette protéoglycanes/collagène lors des phases précoces de déformation, (2) la pression hydrostatique excédentaire portée par le composant fluide, et (3) la contrainte effective générée au-delà de la valeur minimale de contrainte de gonflement lors des phases de consolidation. L'étude démontre que l'atteinte d'un niveau minimal de rigidité de gonflement du squelette solide, développée au maximum de pression hydrostatique du fluide, contrôle la consolidation effective du cartilage articulaire.
This study investigated how long-distance running training affects the mechanical properties of knee cartilage in young dogs. Ten dogs underwent gradually increased treadmill exercise up to 40 km/day for one year, while 10 control dogs remained sedentary; researchers then measured cartilage stiffness using indentation testing and analyzed cartilage composition using microscopic techniques. The key finding was that cartilage in the lateral (outer) compartments of both the femur and tibia became significantly softer (12-14% decrease in stiffness) and deformed more easily (16% increase in deformation rate) in the running dogs, while the medial (inner) compartments were unaffected. Although no visible cartilage damage occurred, the researchers suggest this softening may eventually compromise the cartilage's ability to maintain its normal structure and function over time.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen intensiven Lauftrainings (bis zu 40 km/Tag über ein Jahr) auf die biomechanischen Eigenschaften des Gelenkknorpels bei jungen Hunden. Die Forscher verwendeten In-situ-Indentations-Kriechmessungen zur Bestimmung der Knorpelsteifigkeit sowie mikrospektrophotometrische und polarisierte Lichtmikroskopie zur Analyse von Glykosaminoglykan-Gehalt und Kollagenorganisation. Die Hauptergebnisse zeigten eine signifikante Erweichung (12-14% Abnahme des Gleichgewichts-Schermoduls) und erhöhte Deformationsrate (16% Zunahme) spezifisch in den lateralen, aber nicht in den medialen Kondylen von Femur und Tibia. Obwohl keine strukturellen Knorpelschäden auftraten, warnen die Autoren, dass diese Erweichung langfristig die normale Struktur- und Funktionserhaltung des Gelenkknorpels gefährden könnte.
Cette étude a évalué les effets d'un entraînement de course à pied intensive (jusqu'à 40 km/jour pendant un an) sur les propriétés biomécaniques du cartilage articulaire chez de jeunes chiens. Les chercheurs ont utilisé des techniques d'indentation in situ pour mesurer la rigidité cartilagineuse, ainsi que des analyses microspectrophotométriques et microscopiques pour évaluer le contenu en glycosaminoglycanes et l'organisation du collagène. Les résultats montrent un ramollissement significatif du cartilage articulaire des condyles latéraux (diminution de 12-14% du module de cisaillement d'équilibre), contrairement aux condyles médiaux qui restent inchangés, suggérant une réponse site-dépendante à l'exercice intensif. Bien qu'aucun dommage cartilagineux visible n'ait été observé, ce ramollissement pourrait compromettre à long terme la capacité du cartilage à maintenir ses propriétés structurelles et fonctionnelles normales.
This study investigated how cutting the anterior cruciate ligament (ACL) in greyhound dogs affects the mechanical properties of knee cartilage. The researchers measured cartilage's ability to withstand compression, tension, and shear forces, as well as its swelling behavior and water content at multiple joint sites at two time points after ACL transection. Twelve weeks after surgery, cartilage showed severe mechanical deterioration with dramatically reduced stiffness in compression (24% of normal), tension (64% of normal), and shear (24% of normal), along with increased water permeability (48% higher) and water content (9% higher). These findings demonstrate that ACL injury leads to widespread cartilage degeneration due to altered joint loading, compromising the tissue's ability to support loads and resist deformation, which may contribute to progressive osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die mechanischen Veränderungen des Gelenkknorpels nach einer Durchtrennung des vorderen Kreuzbandes bei Windhunden zu zwei verschiedenen Zeitpunkten. Die Forscher bestimmten systematisch die biomechanischen Eigenschaften des Knorpels unter Kompression, Zug und Scherung sowie das Schwellverhalten und den Wassergehalt an verschiedenen Gelenkstellen. Die Ergebnisse zeigten nach zwölf Wochen dramatische Verschlechterungen der mechanischen Eigenschaften: Die intrinsischen Moduli reduzierten sich erheblich (Kompression ~24%, Zug ~64%, Scherung ~24% der Kontrollwerte), während die hydraulische Permeabilität um ~48% und der Wassergehalt um ~9% anstiegen. Diese Veränderungen deuten darauf hin, dass die veränderte Gelenkbelastung nach Kreuzbandverletzung die Knorpelmatrix schwächt und den wichtigen Mechanismus der Flüssigkeitsdruckverteilung für die Lastverteilung beeinträchtigt.
Cette étude visait à analyser les modifications des propriétés mécaniques du cartilage articulaire suite à la rupture du ligament croisé antérieur chez le chien. Les chercheurs ont mesuré les propriétés biomécaniques (compression, tension, cisaillement) et le comportement de gonflement du cartilage à différents sites articulaires, 12 semaines après transection chirurgicale du ligament chez des lévriers. Les résultats montrent une dégradation significative de toutes les propriétés mécaniques : réduction des modules intrinsèques (compression -76%, tension -36%, cisaillement -76%), augmentation de la perméabilité hydraulique (+48%) et de l'hydratation (+9%). Ces altérations témoignent d'une dégénérescence cartilagineuse sévère avec perte de rigidité matricielle et compromission du mécanisme de pressurisation liquidienne, suggérant une progression vers des changements dégénératifs plus avancés.
This study investigated how reduced jaw function affects the development of the mandibular disc (temporomandibular joint disc) in growing rabbits. Researchers extracted incisor teeth from 5-week-old rabbits to create jaw hypofunction, then measured cell division rates in different regions of the disc at 12 weeks using vincristine sulfate injection and compared results to control rabbits with intact teeth. The key finding was that tooth removal significantly reduced cell proliferation in the anterior band of the disc, while the intermediate and posterior regions were unaffected, along with associated reductions in bone mass and jaw deformities. The authors conclude that altered muscle activity and joint loading from reduced jaw function specifically impairs development of the anterior disc region, likely due to changes in the lateral pterygoid muscle that attaches to this area.
Diese Studie untersuchte, wie sich eine reduzierte Kaufunktion auf die Entwicklung des Kiefergelenkdiskus bei jungen Kaninchen auswirkt. Die Forscher entfernten bei 18 Kaninchen im Alter von 5 Wochen die Schneidezähne und maßten nach 7 Wochen die Zellproliferation im Diskus mittels Vincristin-Injektion und anschließender Bestimmung der Mitoserate in verschiedenen Diskusbereichen. Die Ergebnisse zeigten eine signifikant reduzierte Mitoserate im anterioren Band des Diskus (p = 0,0117), während die intermediären und posterioren Bereiche unverändert blieben. Die Autoren führen dies auf veränderte Muskelaktivität des lateralen Pterygoidmuskels und modifizierte Gelenkbelastung zurück, die beide durch das Fehlen der Schneidezähne und damit einhergehende veränderte Kieferbewegungen entstanden.
Cette étude a examiné l'effet de l'hypofonction mandibulaire sur le développement du disque articulaire temporo-mandibulaire chez de jeunes lapins par extraction des incisives à 5 semaines et mesure de la prolifération cellulaire à 12 semaines. Les chercheurs ont utilisé l'injection de sulfate de vincristine pour déterminer le taux mitotique dans les bandes antérieure, intermédiaire et postérieure du disque, comparé à des témoins avec dentition intacte. Les résultats montrent une réduction significative du taux mitotique dans la bande antérieure du disque (p = 0,0117), sans effet notable sur les autres bandes. Les auteurs attribuent cette diminution à l'altération de l'activité du muscle ptérygoïdien latéral et à la modification des contraintes mécaniques sur l'articulation, consécutives à l'absence des mouvements réflexes de rongement et d'incision.
This study investigated how mechanical compression affects cartilage cell (chondrocyte) activity when cultured in agarose gel, using radioactive markers to measure proteoglycan and protein synthesis. Researchers applied both static compression (up to 50% strain) and dynamic compression (3% strain at 0.01-1.0 Hz) to chondrocyte/agarose constructs at different culture time points (2-43 days). Static compression had little effect early in culture but significantly decreased synthesis at later time points, while dynamic compression stimulated matrix production, with both responses becoming more pronounced as matrix accumulated around the cells over time. The findings suggest that cell-matrix interactions and physicochemical changes, rather than simple cell deformation, primarily drive chondrocyte responses to mechanical loading, and that agarose culture systems can effectively model cartilage behavior for research purposes.
Diese Studie untersuchte, wie statische und dynamische mechanische Kompression die Biosynthese-Aktivität von Chondrozyten in Agarose-Gel-Kultur beeinflusst. Die Forscher verwendeten Chondrozyten/Agarose-Scheiben, die verschiedenen Kompressionsbedingungen ausgesetzt wurden, wobei die Proteoglykan- und Proteinsynthese mittels Radiomarkierung ([35S]Sulfat und [3H]Prolin) gemessen wurde. Die Hauptergebnisse zeigten, dass statische Kompression (bis zu 50%) die Biosynthese dosisabhängig hemmte, während dynamische Kompression (3% Dehnungsamplitude bei 0,01-1,0 Hz) die Radiomarker-Aufnahme stimulierte - beide Effekte verstärkten sich mit zunehmender Kulturdauer und Matrixablagerung. Die Studie belegt, dass Zell-Matrix-Interaktionen und extrazelluläre physiochemische Effekte wichtiger für die biosynthetische Antwort sind als reine Zelldeformation, und dass Agarose-Gel-
Cette étude examine l'effet de la compression mécanique statique et dynamique sur l'activité biosynthétique des chondrocytes cultivés dans un gel d'agarose. Les chercheurs ont appliqué différents niveaux de compression uniaxiale sur des disques chondrocytes/agarose et mesuré l'incorporation de radiotraceurs ([35S]sulfate et [3H]proline) pour évaluer la synthèse de protéoglycanes et de protéines. Les résultats montrent que la compression statique élevée diminue la biosynthèse, particulièrement aux temps de culture tardifs, tandis que la compression dynamique (3% de déformation à 0,01-1,0 Hz) stimule l'incorporation des radiotraceurs, cet effet augmentant avec le temps de culture et l'accumulation de matrice. Cette réponse similaire à celle observée dans le cartilage intact suggère que les interactions cellule-matrice et les effets physicochimiques extracellulaires sont des mécanismes clés, validant le modèle de culture en agarose pour étudier la mécanobiologie du cartilage.
This study investigated how chondrocytes (cartilage cells) change shape and volume when articular cartilage is compressed, to better understand how mechanical forces might influence cell behavior. The researchers used three-dimensional confocal microscopy to measure changes in cell morphology across different zones of canine cartilage explants subjected to 15% compression.
The key findings showed that chondrocytes experienced significant deformation during compression, with cell height decreasing by 19-26% and cell volume shrinking by 16-22% across all cartilage zones. The surface zone experienced the greatest local strain (19%) compared to middle and deep zones, indicating it is less stiff, and surface zone cells showed directional expansion perpendicular to the tissue's natural fiber orientation.
Importantly, all cellular deformation was completely reversible when compression was removed, supporting the hypothesis that chondrocyte deformation during normal joint loading may serve as a key mechanism for cells to sense and respond to mechanical forces in cartilage.
Diese Studie untersuchte, wie sich Chondrozyten (Knorpelzellen) unter mechanischer Belastung verformen und ob diese Verformung als Mechanismus der Signalübertragung dienen könnte. Mittels dreidimensionaler konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie wurde die Morphologie von Chondrozyten in verschiedenen Knorpelzonen (Oberfläche, Mitte, Tiefe) von Hunde-Gelenkknorpel unter physiologischer Kompression (15% Gewebedehnung) quantifiziert. Die Ergebnisse zeigten signifikante Verringerungen der Zellhöhe (19-26%) und des Zellvolumens (16-22%) in allen Knorpelzonen, wobei die Oberflächenzone die stärkste Verformung aufwies und eine anisotrope Zellexpansion senkrecht zu den lokalen Spaltlinien zeigte. Nach Entlastung erholten sich alle Zellen vollständig, was die Hypothese stützt, dass Chondrozyten-Verformung ein wichtiger Mechanismus der biom
Cette étude visait à quantifier les déformations cellulaires des chondrocytes et les contraintes tissulaires locales dans le cartilage articulaire lors de la compression mécanique. Les chercheurs ont utilisé la microscopie confocale tridimensionnelle pour analyser les changements morphologiques des chondrocytes dans les zones superficielle, moyenne et profonde d'explants de cartilage articulaire canin soumis à 15% de déformation physiologique. Les résultats montrent que la compression induit une diminution significative de la hauteur cellulaire (19-26%) et du volume cellulaire (16-22%) dans toutes les zones, avec une déformation anisotrope particulièrement marquée dans la zone superficielle et une récupération complète après décompression. Ces observations supportent l'hypothèse que la déformation des chondrocytes pourrait constituer un mécanisme clé de mécanotransduction dans le cartilage articulaire lors des sollicitations articulaires in vivo.
This study developed a theoretical model to understand how articular cartilage responds during rolling joint motion, such as occurs during normal movement. The researchers used mathematical modeling based on the biphasic theory of cartilage (which treats cartilage as a solid matrix filled with fluid) to analyze frictionless rolling contact between cylindrical cartilage surfaces under steady-state conditions.
The key finding was that interstitial fluid pressurization can support over 90% of applied loads during rolling motion when a dimensionless parameter (Rh) reaches physiological levels around 10⁴, effectively protecting the solid cartilage matrix from high stresses and reducing tissue deformation. However, in degenerative cartilage where permeability increases and Rh drops significantly, this protective fluid pressurization mechanism becomes less effective, potentially leading to greater matrix stress and further tissue deterioration.
Diese Studie entwickelte eine theoretische Lösung zur Analyse der Biomechanik von Gelenkknorpel unter rollenden Kontaktbedingungen, wie sie in physiologischen Gelenkbewegungen auftreten. Die Forscher verwendeten das biphasische Modell von Mow et al. und lösten ein komplexes System von vier Integralgleichungen, um die mechanische Antwort zylindrischer Knorpelschichten unter reibungsfreiem Rollen im stationären Zustand zu beschreiben. Die Ergebnisse zeigen, dass unter physiologischen Bedingungen (RH ≈ 10⁴) der interstitielle Flüssigkeitsdruck über 90% der aufgebrachten Last tragen kann, wodurch die feste Kollagen-Proteoglykan-Matrix vor hohen Spannungen geschützt und Verformungen reduziert werden. Bei degenerativem Knorpel sinkt dieser Schutzeffekt dramatisch aufgrund erhöhter Permeabilität, was einen Teufelskreis der fortschreitenden Gewebsdegeneration begünstigen könnte.
Cette étude théorique vise à analyser le mécanisme de support de charge du cartilage articulaire lors du contact de surfaces en mouvement de roulement, une situation de chargement courante mais peu étudiée. Les auteurs utilisent le modèle biphasique linéaire pour résoudre un système d'équations intégrales décrivant le contact entre cylindres cartilagineux symétriques en roulement pur sans friction. Les résultats montrent que la pressurisation du fluide interstitiel peut supporter plus de 90% de la charge appliquée à des niveaux physiologiques (RH ≈ 10⁴), protégeant ainsi la matrice solide des contraintes élevées. Dans le cartilage dégénératif, la diminution du paramètre RH (principalement due à l'augmentation de perméabilité) réduit cet effet protecteur, favorisant potentiellement la progression de la dégénération tissulaire.
This study investigated whether equine synovium (joint lining tissue) can regenerate after surgical removal and whether exercise affects this healing process. Researchers performed subtotal synovectomy on one wrist joint in 8 horses using arthroscopic techniques, then divided them into exercise and rest groups for 120 days, evaluating outcomes through lameness exams, synovial fluid analysis, and detailed tissue examination. The main findings showed that synovium successfully regenerated within 120 days with functional cells capable of synthesis and maintenance of normal joint fluid composition, though the new tissue lacked normal structural features like villi and had increased fibrous tissue. Exercise neither impaired healing nor accelerated the repair process, and no horses developed lameness or significant cartilage damage during the study period.
Diese Studie untersuchte die Heilungsfähigkeit von Gelenkschleimhaut (Synovium) nach arthroskopischer Entfernung bei Pferden. An acht Pferden wurde eine subtotale Synovektomie des Karpalgelenks durchgeführt, wobei vier Pferde nach zwei Monaten Ruhe intensiv trainiert und vier weiterhin in Boxenruhe gehalten wurden. Nach 120 Tagen zeigten alle Pferde eine erfolgreiche Heilung ohne Lahmheit, mit wiederhergestellter Synovialflüssigkeitszusammensetzung und metabolisch aktiven Zellen in der regenerierten Schleimhaut, obwohl diese strukturell verändert war (keine Zotten, fibrotisches Gewebe). Bewegung beschleunigte die Heilung nicht, aber die synovektomierten Gelenke tolerierten Belastung ohne Knorpelschäden oder funktionelle Einschränkungen.
Cette étude visait à évaluer la capacité de réparation et la fonction de la synoviale équine après synovectomie arthroscopique subtotale du compartiment dorsal de l'articulation antébrachio-carpienne. Huit chevaux ont subi une synovectomie unilatérale avec un résecteur motorisé de 7 mm, puis ont été répartis en deux groupes (repos vs exercice rigoureux) pendant 120 jours, avec analyses du liquide synovial et examinations de boiterie régulières. Les résultats montrent qu'aucun cheval n'a développé de boiterie, que la concentration d'acide hyaluronique s'est normalisée en 60 jours, et qu'à 120 jours la synoviale cicatrisée présentait une couche intimale fonctionnelle avec des cellules métaboliquement actives malgré l'absence de villosités et une fibrose sous-intimale. L'exercice n'a eu aucun effet délétère sur la cicatrisation synoviale ni sur la composition du liquide synovial, suggérant une restauration satisfaisante de l'environnement articulaire après synovectomie.
This study investigated how the cartilage-bone junction (osteochondral junction) fails under high-speed shear forces, comparing immature and mature tissue samples. The researchers used an impact machine to apply rapid shear loads at 2500 mm/s to cartilage samples while capturing both mechanical data and real-time photographs of the fracture process.
The key findings showed that mature tissue had 1.5 times greater fracture toughness than immature tissue, but immature tissue was approximately 4 times stiffer. Structurally, mature tissue failed cleanly along the tidemark (the natural boundary between cartilage and bone), while immature tissue fractured more extensively through the underlying bone where cartilage projections penetrate deeply.
The researchers suggest that the increased stiffness but lower toughness of immature tissue may explain why younger individuals are more susceptible to certain types of joint injuries involving the cartilage-bone interface.
Diese Studie untersuchte die dynamischen Brucheigenschaften der osteochondralen Verbindung (Knorpel-Knochen-Übergang) unter Scherbelastung bei unreifem und reifem Gewebe. Mit einer instrumentellen Impaktmaschine wurde bei einer Geschwindigkeit von 2500 mm/s eine direkte Kompressionskraft parallel zur osteochondralen Verbindung aufgebracht, während mechanische und fotografische Bruchdaten erfasst wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass reifes Gewebe eine etwa 1,5-fach höhere dynamische Bruchzähigkeit aufweist als unreifes Gewebe, während unreifes Gewebe eine etwa 4-fach höhere Scherstiffigkeit besitzt. Die strukturellen Analysen ergaben, dass reifes Gewebe entlang der Tidemark delaminiert, während unreifes Gewebe durch den subchondralen Knochen bricht, was die erhöhte Anfälligkeit für osteochondrale Verletzungen bei jüngeren Gelenken erklären könnte.
Cette étude examine les caractéristiques de fracture dynamique de la jonction ostéochondrale sous contrainte de cisaillement chez des tissus cartilagineux immatures et matures. Les chercheurs ont utilisé une machine d'impact instrumentée appliquant une force compressive directe sur le cartilage à une vitesse de 2500 mm/s, parallèlement au plan de la jonction ostéochondrale. Les résultats montrent que la ténacité à la fracture en mode II du tissu mature est environ 1,5 fois supérieure à celle du tissu immature, tandis que la rigidité de cisaillement dynamique du tissu immature est 4 fois plus élevée que celle du tissu mature. L'analyse structurale révèle que le tissu mature se délamine au niveau de la tidemark tandis que le tissu immature fracture à travers l'os sous-chondral, suggérant une pseudo-fragilité qui pourrait expliquer la susceptibilité accrue aux lésions ostéochondrales chez les jeunes.
This study investigated how different transport mechanisms affect the movement of molecules through articular cartilage, particularly under conditions that mimic joint loading. The researchers used electric currents to create controlled fluid flow (electroosmosis) through cartilage explants and tested various neutral and charged molecules of different sizes using radioactive and fluorescent tracers. The key findings showed that fluid convection significantly enhanced molecular transport compared to diffusion alone, with enhancement factors ranging from 2.3-fold for small molecules like water to 25-fold for larger 10-kDa molecules, demonstrating that convective transport becomes increasingly important for larger solutes. Additionally, electrical migration of charged molecules (like sulfate ions) could enhance transport by up to 10-fold, suggesting that the streaming potentials generated during joint loading may play an important role in nutrient and waste transport in cartilage.
Diese Studie untersuchte die verschiedenen Transportmechanismen (Diffusion, Flüssigkeitsströmung und elektrische Migration) für Moleküle durch Gelenkknorpel, um die Relevanz für die mechanische Belastung zu verstehen. Die Forscher verwendeten radioaktiv markierte und fluoreszent markierte neutrale und geladene Substanzen verschiedener Größen und induzierten durch elektrische Ströme kontrollierte Flüssigkeitsströmungen in Knorpelscheiben, ohne diese mechanisch zu verformen. Die Ergebnisse zeigten, dass Flüssigkeitskonvektion den Transport neutraler Substanzen erheblich verstärkte - von 2,3-fach für kleine Moleküle bis zu 25-fach für große 10-kDa-Moleküle - während elektrische Migration den Transport geladener Ionen um bis zu 10-fach steigerte. Diese Befunde demonstrieren, dass sowohl Flüssigkeitsströmung als auch elektrische Effekte, wie sie bei Gelenkbelastung auftreten, wichtige Mechanismen für den Nährstoff- und Metabolittransport im
Cette étude visait à analyser les contributions respectives de la diffusion, de la convection fluidique et de la migration électrique au transport moléculaire à travers le cartilage articulaire adulte, en relation avec les conditions de charge physiologique. Les chercheurs ont utilisé des explants de cartilage et divers traceurs (neutres et chargés, radiomarqués ou fluorescents) en appliquant des courants électriques pour induire des flux fluidiques électroosmotiques similaires à ceux observés lors de la mise en charge articulaire in vivo (1-2 μm/s). Les résultats montrent que la convection fluidique améliore significativement le transport des solutés neutres par rapport à la diffusion passive seule, avec des facteurs d'amélioration croissants selon la taille moléculaire (2,3 fois pour H₂O, 10 fois pour le raffinose, jusqu'à 25 fois pour le dextran de 10 kDa), tandis que la migration électrophorique peut augmenter le flux des ions chargés jusqu'à 10 fois. Ces findings démontrent l'importance cruciale des phénomènes convectifs et électriques, ind
This study investigated how mechanical loading affects collagen fiber structure in articular cartilage using advanced microscopy techniques. Researchers applied controlled loads (0.5-4 times body weight) to 45 rabbit knees for varying durations, then used rapid freezing and freeze-substitution fixation to preserve the tissue structure before examining it with scanning electron microscopy. The results showed that loading created visible indentations in the cartilage proportional to load magnitude and duration, with cartilage thickness reduced by 15-80% at contact points. Most importantly, the study revealed that loading causes radial collagen fibers to develop a periodic crimp pattern and bend to form new tangential arrangements, suggesting these fibers buckle under normal physiological loads.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen mechanischer Belastung auf Kollagenfasern im Gelenkknorpel von 45 Kaninchenkniegelenken mittels Rasterelektronenmikroskopie. Die Kniegelenke wurden mit simulierten Quadrizepskräften (0,5-4-fache Körpergewicht) für unterschiedliche Zeiträume belastet und anschließend durch Schockgefrierung und Gefriersubstitution fixiert. Die Ergebnisse zeigten eine belastungsabhängige Verformung der Tibiagelenkfläche mit Eindrückungen, deren Durchmesser und Tiefe proportional zu Belastungsstärke und -dauer waren, wobei die Knorpeldicke um 15-80% reduziert wurde. Auf mikroskopischer Ebene führte die Belastung zu charakteristischen Verformungen der radiären Kollagenfasern, die eine periodische Wellenstruktur entwickelten und in stark belasteten Bereichen knickten, wodurch effektiv tangentiale Faserzonen entstanden.
Cette étude visait à investiguer l'effet de la charge articulaire sur les fibres de collagène du cartilage en utilisant 45 genoux de lapins adultes examinés par microscopie électronique à balayage. Les genoux ont été chargés avec des forces simulées de 0,5 à 4 fois le poids corporel, puis rapidement congelés et fixés par substitution de congélation pour préserver la structure tissulaire. Les résultats montrent que la charge articulaire crée des indentations proportionnelles à l'intensité et à la durée de la charge, avec une réduction de 15-80% de l'épaisseur cartilagineuse au centre de l'indentation. La matrice de collagène se déforme de deux façons principales : les fibres radiales développent un plissement périodique et se courbent dans les zones d'indentation, créant effectivement une zone tangentielle où il n'en existait pas auparavant, suggérant que les fibres radiales flambent sous charge axiale normale.
This study aimed to develop a new technique for measuring the compressive modulus of articular cartilage under physiologically realistic loading rates, as opposed to the slow loading conditions used in previous studies. The researchers designed specialized apparatus to test cartilage samples from five human knee joints, measuring deformation within 10-150 milliseconds (the normal timeframe for joint loading) rather than the typical 2-second delay used in conventional testing. The key finding was that cartilage compressive modulus measured under physiological loading rates (4.4-27 MPa at 20 ms) was significantly higher—32-75% greater—than values obtained using traditional slow loading methods. This suggests that previous studies may have substantially underestimated cartilage stiffness under real-world loading conditions, with important implications for understanding cartilage function and biomechanics.
Diese Studie entwickelte eine neue Technik zur Messung des Kompressionsmoduls von Gelenkknorpel unter physiologischen Belastungsgeschwindigkeiten, da bisherige Messungen unter langsamen oder statischen Bedingungen durchgeführt wurden, die nicht den realen Gelenkbelastungen von 10-150 ms entsprechen. Die Forscher testeten ihr Messgerät an fünf menschlichen Kniegelenken und verglichen die Ergebnisse bei physiologischen Belastungszeiten (20 ms) mit herkömmlichen Messungen nach 2 Sekunden. Die Ergebnisse zeigten, dass der Kompressionsmodul bei physiologischen Belastungsgeschwindigkeiten (4,4-27 MPa nach 20 ms) deutlich höher war als bisher berichtet und 32-75% größer als die Werte nach 2 Sekunden Belastung. Diese Erkenntnisse sind klinisch relevant, da sie die tatsächliche biomechanische Leistungsfähigkeit von Gelenkknorpel unter realistischen Bedingungen widerspiegeln.
Cette étude développe une technique et un appareillage pour mesurer le module de compression du cartilage articulaire sous des vitesses de chargement physiologiques (10-150 ms), contrairement aux méthodes précédentes qui utilisaient des conditions de chargement lent ou quasi-statique (2 secondes après application de la charge). La méthode a été testée sur cinq articulations de genou humain pour évaluer les propriétés mécaniques du cartilage dans des conditions plus représentatives de la fonction articulaire normale. Les résultats préliminaires révèlent que le module de compression mesuré à 20 ms (4,4-27 MPa) est significativement supérieur aux valeurs rapportées précédemment, étant 32 à 75% plus élevé que les valeurs obtenues à 2 secondes après chargement. Ces findings suggèrent que les propriétés mécaniques du cartilage articulaire ont été sous-estimées par les méthodes de mesure conventionnelles.
This study aimed to develop advanced finite element computational models for analyzing the complex mechanical behavior of soft hydrated tissues like articular cartilage under realistic loading conditions. The researchers used a biphasic continuum approach that treats tissue as a mixture of incompressible fluid and hyperelastic solid, implementing two different finite element formulations (mixed-penalty and velocity-pressure methods) to solve the nonlinear governing equations with strain-dependent permeability effects. The study demonstrated mathematical equivalence between their mixed-penalty method and a previously established penalty method, while showing that both formulations could produce convergent solutions for nonlinear tissue mechanics problems. Importantly, they found that the velocity-pressure formulation was computationally more efficient than the mixed-penalty approach, providing a practical advantage for complex tissue modeling applications.
Diese Studie entwickelte fortgeschrittene Finite-Elemente-Modelle zur dreidimensionalen, nichtlinearen Analyse von hydratisierten Weichgeweben wie Gelenkknorpel unter physiologisch relevanten Belastungen. Die Forscher verwendeten eine biphasische Kontinuumsbeschreibung, die das Gewebe als Zweiphasen-Gemisch aus inkompressibler Flüssigkeit und hyperelastischem Festkörper darstellt, und implementierten zwei alternative Formulierungen (Mixed-Penalty und Velocity-Pressure) zur Lösung der nichtlinearen biphasischen Gleichungen. Die Modelle berücksichtigten dabei dehnungsabhängige Permeabilität und hyperelastisches Verhalten des Festkörpers bei großen Deformationen. Die Ergebnisse zeigten, dass beide Formulierungen konvergierende Elemente liefern, wobei die Velocity-Pressure-Formulierung rechnerisch effizienter war.
Cette étude vise à développer des modèles computationnels par éléments finis pour l'analyse tridimensionnelle non-linéaire des tissus mous hydratés comme le cartilage articulaire sous conditions de chargement physiologiques. Les chercheurs utilisent une approche biphasique représentant le tissu comme un mélange de fluide incompressible et de solide hyperélastique, en comparant deux formulations par éléments finis : mixte-pénalité et vitesse-pression, intégrant les effets de perméabilité dépendante de la déformation et de déformation finie. Les résultats démontrent que les deux formulations produisent des éléments convergents pour les problèmes non-linéaires, mais la formulation vitesse-pression s'avère computationnellement plus efficace. Cette approche offre un cadre robuste pour la modélisation biomécanique du cartilage et d'autres tissus mous hydratés en conditions physiologiques.
This study investigated how mechanical loading at different frequencies affects cartilage cell metabolism using chondrocytes embedded in agarose gel as a model system. The researchers applied 15% compressive strain either statically or dynamically at frequencies ranging from 0.3 to 3 Hz, then measured three key metabolic processes: glycosaminoglycan synthesis, DNA synthesis (cell proliferation), and protein synthesis. The results showed that mechanical loading effects were frequency-dependent, with static and low-frequency (0.3 Hz) loading inhibiting glycosaminoglycan production while 1 Hz loading stimulated it, dynamic loading at all frequencies promoting cell proliferation, and all loading conditions suppressing protein synthesis. Since each metabolic process responded differently to the mechanical stimuli, the findings suggest that distinct, uncoupled signaling pathways control these cellular responses to mechanical stress.
Diese Studie untersuchte, wie dynamische Kompressionsbelastungen bei physiologischen Frequenzen den Stoffwechsel von Knorpelzellen (Chondrozyten) beeinflussen. Die Forscher verwendeten ein Agarose-Modellsystem, in dem Chondrozyten eingebettet und mit 15% Kompressionsamplitude bei verschiedenen Frequenzen (0,3-3 Hz) statisch oder dynamisch belastet wurden, um drei Schlüsselparameter zu messen: Glykosaminoglykan-, DNA- und Proteinsynthese. Die Ergebnisse zeigten frequenzabhängige Effekte: Während statische und niedrigfrequente Belastung (0,3 Hz) die Glykosaminoglykan-Synthese hemmten, stimulierte eine Frequenz von 1 Hz diese; dynamische Belastung bei allen Frequenzen förderte die Zellproliferation, während die Proteinsynthese durch alle Belastungsregime unterdrückt wurde. Die unterschiedlichen Reaktionsmuster der drei Stoffwechselparameter deuten darauf hin, dass separate Signalwege an
Cette étude visait à examiner l'effet de la déformation cellulaire dynamique sur le métabolisme des chondrocytes en utilisant un système modèle où les cellules sont intégrées dans de l'agarose. Les chercheurs ont appliqué une contrainte compressive de 15% d'amplitude, soit statiquement soit dynamiquement à différentes fréquences (0,3-3 Hz), et ont mesuré la synthèse de glycosaminoglycanes, d'ADN et de protéines totales. Les résultats montrent que la contrainte statique et à basse fréquence (0,3 Hz) inhibent la synthèse de glycosaminoglycanes, tandis qu'une fréquence de 1 Hz la stimule ; la contrainte dynamique augmente la prolifération cellulaire à toutes les fréquences testées, mais la synthèse protéique est supprimée par tous les régimes de contrainte. Ces réponses métaboliques distinctes suggèrent que les mécanismes de signalisation impliqués sont découplés et que la fréquence de stimulation mécanique joue un rôle crucial dans la régulation du métabolisme chondrocytaire.
This study aimed to develop specialized testing equipment to examine how articular cartilage responds to realistic loading conditions that mimic walking and movement, where cartilage experiences alternating periods of loading and complete unloading. The researchers designed a custom apparatus using a cam and stepper motor system that could apply cyclic loads from 0-2.5 Hz with controllable loading durations as brief as 20 ms, overcoming limitations of standard testing machines that cannot achieve true zero-load conditions. The system featured interchangeable indenters, adjustable contact stresses (0.04-7.0 MPa), rapid load application (within 15 ms), and high-frequency data collection (5 kHz) to precisely measure cartilage deformation and recovery. This apparatus enables more physiologically relevant studies of cartilage biomechanics by closely replicating the load-free recovery periods that occur during normal joint movement.
Diese Studie zielte darauf ab, die Deformationsreaktion von Gelenkknorpel unter physiologischen zyklischen Belastungsbedingungen zu untersuchen, wobei die natürlichen Entlastungsphasen zwischen den Belastungszyklen (wie sie bei Hüft- und Kniegelenken während der Bewegung auftreten) nachgeahmt wurden. Die Forscher entwickelten ein spezielles mechanisches Testsystem mit Nocken-Stößel-Mechanismus, das zyklische Belastungen von 0-2,5 Hz ermöglichte und dabei Kontaktstress-Bereiche von 0,04-7,0 MPa abdeckte, wobei verschiedene Indenter-Geometrien verwendet werden konnten. Das System ermöglichte präzise Kontrolle der Belastungs- und Erholungsdauern pro Zyklus (Belastung bis zu 20 ms bei 1 Hz-Zyklen) und erfasste gleichzeitig Last und Verformung mit 5 kHz Abtastfrequenz. Diese Methodik stellte eine wichtige technische Grundlage für die biomechanische Charakteris
Cette étude visait à développer un appareil spécialisé pour étudier la déformation du cartilage articulaire sous charge cyclique physiologique, en reproduisant fidèlement les périodes de décharge complète observées lors des activités locomotrices au niveau du genou et de la hanche. L'appareil conçu utilise un système came-suiveur contrôlé par moteur pas-à-pas, permettant des cycles de charge de 0 à 2,5 Hz avec des durées de mise en charge aussi courtes que 20 ms et des contraintes de contact variables (0,04-7,0 MPa). Le dispositif intègre différents types d'indenteurs interchangeables et un système de mesure simultanée de la charge et du déplacement vertical à 5 kHz, surmontant les limitations des appareils servo-hydrauliques conventionnels pour les études de décharge complète du cartilage.
This study investigated how temporomandibular joint (TMJ) tissues respond to compression forces that occur during jaw clenching. The researchers used indentation testing on fresh TMJ discs and condylar cartilage from 10 pigs, applying sustained compression (continuous 10-minute loading) and intermittent compression (1-second loads with 2-second rest periods) at forces of 10, 20, and 30 Newtons. Both tissue types showed viscoelastic behavior with immediate deformation followed by gradual creep under constant load, but they responded differently to loading patterns. The articular cartilage showed force-dependent deformation and was significantly more compliant under intermittent versus sustained loading, while the disc tissue was stiffer overall and showed no difference between loading patterns, suggesting the disc may be better suited to withstand sustained compressive forces during jaw clenching.
Diese Studie untersuchte die viskoelastischen Eigenschaften der Gelenkgewebe des Kiefergelenks unter Kompression, um die Auswirkungen von anhaltender Belastung (wie Zähneknirschen) besser zu verstehen. Die Forscher führten Indentationstests an frischen Gelenkscheiben und Knorpel-Knochen-Systemen von Schweinekondylen durch, wobei sie sowohl anhaltende als auch intermittierende Kompression mit verschiedenen Kraftstärken (10, 20, 30 N) über 10 Minuten applizierten. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl Gelenkscheibe als auch Gelenkknorpel viskoelastische Eigenschaften aufweisen, jedoch unterschiedlich reagieren: Der Knorpel zeigte eine kraftabhängige Verformung und deformierte sich unter intermittierender Belastung weniger als unter anhaltender Belastung, während die Gelenkscheibe steifer war und diese Unterschiede nicht aufwies. Die Studie liefert wichtige biomechanische Erkenntnisse für das Verständnis der
Cette étude avait pour objectif de caractériser le comportement biomécanique des tissus articulaires de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) porcine sous compression, afin de mieux comprendre les effets du serrement dentaire prolongé. Les chercheurs ont réalisé des tests d'indentation in vitro sur des disques articulaires et du cartilage condylien de 10 porcs, en appliquant des compressions continues ou intermittentes de 10 à 30 N pendant 10 minutes à l'aide d'un indenteur de 5 mm de diamètre. Les résultats montrent que le disque et le cartilage articulaire présentent tous deux des propriétés viscoélastiques avec une déformation instantanée suivie d'un fluage progressif, mais le cartilage présente une réponse dose-dépendante et se déforme moins sous compression intermittente, contrairement au disque qui s'avère plus rigide et moins sensible au type de sollicitation mécanique.
This study tested whether a hyperelastic biphasic theory could accurately describe the large deformation behavior of articular cartilage under compression. The researchers used bovine cartilage plugs in confined compression tests, performing both stress-relaxation experiments (to determine material properties) and creep experiments (to validate the model's predictive ability). The hyperelastic biphasic model showed excellent fit to stress-relaxation data (R² = 0.99) and reasonably accurate predictions of creep behavior (within 10% of experimental results). However, the study revealed limitations in determining permeability coefficients, as these parameters showed low sensitivity in the curve-fitting procedure, leading to different values when derived from stress-relaxation versus creep experiments.
Diese Studie untersuchte die Anwendbarkeit der hyperelastischen Biphasen-Theorie von Holmes und Mow (1990) zur Beschreibung des mechanischen Verhaltens von Gelenkknorpel bei großen Deformationen. Die Forscher führten Stress-Relaxations- und Kriechversuche an zylindrischen Knorpelproben unter begrenzter Kompression durch und ermittelten die Materialkoeffizienten durch Kurvenanpassung. Die Theorie konnte das Stress-Relaxationsverhalten mit hoher Genauigkeit beschreiben (R² = 0.99), und die daraus berechneten Parameter sagten die Kriechversuche mit einer durchschnittlichen Abweichung von nur 10% vorher. Allerdings zeigten sich Unterschiede in den Permeabilitätskoeffizienten zwischen beiden Testmethoden, was auf Limitationen der Kurvenanpassungsverfahren hinweist.
Cette étude visait à évaluer la capacité de la théorie biphasique hyperélastique de Holmes et Mow (1990) à décrire le comportement du cartilage articulaire sous déformations importantes. Les chercheurs ont testé des échantillons cylindriques de cartilage articulaire bovin en compression confinée, en utilisant des expériences de relaxation de contrainte pour déterminer les coefficients matériaux, puis en prédisant les résultats d'essais de fluage indépendants. Les résultats montrent que le modèle reproduit fidèlement les données de relaxation (R² = 0,99 ± 0,02) et prédit les essais de fluage avec une erreur moyenne de seulement 10,0% ± 2,0%. Cependant, les coefficients de perméabilité différaient selon le type d'essai utilisé pour l'ajustement, suggérant certaines limitations dans la procédure d'identification des paramètres matériaux.
This study aimed to test the repeatability of measuring patellar cartilage thickness patterns in living subjects using a rapid MRI technique combined with 3D image processing. The researchers used a fat-suppressed FLASH-3D MRI sequence (4 minutes 10 seconds acquisition time) to image the knees of eight healthy volunteers six times each, with repositioning between scans, then applied 3D reconstruction and thickness mapping algorithms. The method demonstrated excellent repeatability, with cartilage volume measurements showing a mean coefficient of variation of only 1.35%, and thickness pattern analysis showing that 75% of pixels were classified into the same thickness category across repeated measurements. The authors concluded that this rapid MRI approach can accurately and precisely quantify cartilage thickness distribution in living subjects in under 5 minutes.
Diese Studie untersuchte die Wiederholbarkeit von Messungen der Patellarnorpeldicke bei lebenden Probanden mittels einer schnellen, fettunterdrückten MRT-Sequenz mit 3D-Datenverarbeitung. An acht gesunden Freiwilligen wurden jeweils sechs Wiederholungsmessungen mit einer FLASH-3D-Sequenz (Aufnahmezeit: 4 Minuten 10 Sekunden) durchgeführt, wobei das Knie vor jeder Messung neu positioniert wurde. Die Ergebnisse zeigten eine sehr hohe Präzision mit einem mittleren Variationskoeffizienten von nur 1,35% für das Knorpelvolumen und 75,1% aller Bildpunkte konnten demselben Dickenintervall (0,5 mm) zugeordnet werden. Die Autoren schlussfolgern, dass mit dieser MRT-Sequenz unter 5 Minuten Aufnahmezeit die quantitative Verteilung der Knorpeldicke mit hoher Präzision in vivo bestimmt werden kann.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer la répétabilité de la mesure des patterns d'épaisseur du cartilage patellaire in vivo en utilisant une séquence IRM avec suppression de graisse et un traitement de données tridimensionnel. Les genoux de huit volontaires sains ont été imagés six fois consécutivement avec une séquence FLASH-3D (temps d'acquisition : 4 minutes 10 secondes), suivie d'une reconstruction 3D du cartilage et d'une analyse quantitative de l'épaisseur par algorithme de distance minimale. Les résultats montrent une excellente répétabilité avec un coefficient de variation moyen de 1,35% pour le volume cartilagineux et 75,1% des pixels attribués au même intervalle d'épaisseur (0,5 mm) lors des mesures répétées. Cette méthode IRM rapide (< 5 minutes) permet donc une quantification précise et reproductible de la distribution d'épaisseur du cartilage patellaire in vivo.
This study investigated how different mechanical loading patterns affect fibronectin production in bovine cartilage explants, since fibronectin changes are associated with osteoarthritis development. The researchers applied intermittent cyclic compression at various stress levels (0.1-1.0 MPa), rest periods (10-1000 seconds), and durations (1-6 days), then measured fibronectin synthesis and release using radioactive labeling and immunoassays. The key finding was that the timing of rest periods between loading cycles was the most critical factor influencing fibronectin metabolism, with optimal stimulation occurring at 0.5 MPa stress applied for 10 seconds followed by 100 seconds of rest. The results suggest that specific mechanical loading patterns can trigger fibronectin changes in healthy cartilage that resemble those seen in osteoarthritic joints, providing insights into how abnormal joint loading may contribute to cartilage degeneration.
Diese Studie untersuchte systematisch, wie sich intermittierende zyklische Belastung auf den Fibronektin-Stoffwechsel in bovinen Gelenkknorpel-Explantaten auswirkt. Die Forscher verwendeten sinusförmige Druckbelastungen mit 0,5 Hz Frequenz und verschiedenen Druckspitzen (0,1-1,0 MPa) für 10 Sekunden, gefolgt von unbelasteten Perioden unterschiedlicher Dauer (10-1000 Sekunden), wobei die Fibronektin-Synthese mittels Radiomarkierung und ELISA quantifiziert wurde. Die Hauptergebnisse zeigen, dass besonders die Pausenzeit zwischen den Belastungszyklen die Fibronektin-Synthese und -Freisetzung signifikant beeinflusste, während Belastungsstärke und -dauer weniger wichtig waren - optimal war eine Belastung von 0,5 MPa für 10 Sekunden mit 100 Sekunden Pause. Die mechanische Stimulation induzierte einen Fibronektin-Stoffwechsel, der charakteristische Merkmale der
Cette étude visait à évaluer systématiquement l'effet de la charge mécanique intermittente sur le métabolisme de la fibronectine dans des explants de cartilage articulaire bovin mature. Les chercheurs ont appliqué des compressions cycliques sinusoïdales (0,5 Hz) avec différentes amplitudes de contrainte (0,1-1,0 MPa) pendant 10 secondes, suivies de périodes de repos variables (10-1000 secondes), puis ont analysé la synthèse et la libération de fibronectine par radiomarquage et ELISA. Les résultats montrent que le temps d'intermittence est le facteur mécanique le plus déterminant pour moduler le métabolisme de la fibronectine, avec une augmentation significative de sa synthèse et de sa rétention dans la matrice extracellulaire pour un protocole optimal de 0,5 MPa/10s de charge suivi de 100s de repos. Cette stimulation mécanique induit un profil métabolique de la fibronectine similaire à celui observé dans l'arthrose, suggérant un lien entre contraintes mécaniques et processus dégénératifs articulaires.
This study aimed to measure how physical exercise affects cartilage volume and thickness in living joints using MRI imaging. The researchers scanned the kneecap cartilage of eight volunteers multiple times before exercise, then again at 3-7 and 8-12 minutes after performing 50 knee bends, using advanced 3D reconstruction techniques to measure cartilage dimensions. The key finding was a significant decrease in cartilage volume of about 6% within minutes after exercise, which persisted for at least 8-12 minutes post-exercise, with the compression occurring uniformly across the joint surface. The results demonstrate that MRI can effectively track real-time cartilage changes during loading, and highlight the importance of allowing adequate rest periods before taking cartilage measurements in research studies.
Diese Studie untersuchte mittels Magnetresonanztomographie (MRT), wie sich körperliche Belastung auf das Volumen und die Dicke von Gelenkknorpel in vivo auswirkt. Bei acht Probanden wurde der Knorpel der Kniescheibe vor und nach 50 Kniebeugen mit einer speziellen MRT-Sequenz bildgebend dargestellt und dreidimensional vermessen. Die Ergebnisse zeigten eine statistisch signifikante Abnahme des Knorpelvolumens um 6,0% nach 3-7 Minuten und um 5,2% nach 8-12 Minuten nach der körperlichen Belastung. Die Studie belegt, dass MRT geeignet ist, um belastungsinduzierte Knorpelveränderungen zu detektieren, und empfiehlt ausreichende Ruhepausen vor quantitativen Knorpelmessungen in Longitudinalstudien.
Cette étude visait à quantifier par IRM les changements de volume et d'épaisseur du cartilage articulaire in vivo après un exercice physique. Les chercheurs ont utilisé une séquence IRM gradient-écho avec suppression de graisse pour imager la rotule de 8 volontaires avant et après 50 flexions du genou, avec des mesures volumétriques par reconstruction tridimensionnelle. Les résultats montrent une diminution statistiquement significative du volume cartilagineux de 6,0% à 3-7 minutes et de 5,2% à 8-12 minutes post-exercice, avec une déformation homogène sur toute la surface articulaire. Cette étude démontre que l'IRM peut détecter la réponse du cartilage à l'exercice physique et souligne l'importance d'une période de repos suffisante avant les mesures quantitatives dans les études longitudinales.
This study aimed to develop an MRI-based method for measuring how articular cartilage deforms under mechanical loading in intact cadaver joints with high spatial and temporal resolution. The researchers built a non-metallic pressure device capable of applying loads exceeding 1000 N to knee joints (femoro-patellar articulation) inside a 1.5 T MRI scanner, then used digital image processing to analyze cartilage deformation in both 2D and 3D fat-suppressed FLASH images over time. The results showed substantial cartilage deformation, with thickness reductions of 10-30% within the first 10 minutes of loading and even greater changes (>50% thickness reduction, 20% volume loss) after 3 hours of compression. This technique enables researchers to study the time- and load-dependent mechanical behavior of cartilage in its natural joint environment, providing valuable insights into cartilage biomechanics under physiologically relevant conditions.
Diese Studie zielte darauf ab, eine MRT-basierte Methode zur quantitativen Messung der Knorpelverformung unter mechanischer Belastung in intakten Kadavergelenken mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu entwickeln. Die Forscher konstruierten eine nichtmetallische Druckvorrichtung, um Lasten von über 1000 N auf das Femurapatellargelenk in einem 1,5-Tesla-MRT-Scanner aufzubringen, und verwendeten digitale Bildverarbeitungsmethoden zur Analyse der ortspezifischen und zeitabhängigen Knorpelverformung in 2D- und 3D-FLASH-Sequenzen. Die Ergebnisse zeigten Dickenveränderungen von 10-30% in den ersten 10 Minuten der statischen Kompression, wobei nach 3 Stunden Dickenreduktionen von über 50% und Volumenveränderungen von 20% erreicht wurden. Diese Technik ermöglicht die Analyse des belastungs- und zeitabhängigen mechanischen Verhaltens von Gelenkknorpel in seiner nat
Cette étude avait pour objectif de développer une technique basée sur l'IRM pour quantifier la déformation du cartilage articulaire sous charge mécanique dans une articulation cadavérique intacte, avec une haute résolution spatiale et temporelle. Les chercheurs ont utilisé un dispositif de compression non métallique capable d'appliquer des charges supérieures à 1000 N sur l'articulation fémoro-patellaire, couplé à des méthodes de traitement d'images numériques pour analyser les séquences IRM FLASH avec suppression de graisse en 2D et 3D. Les résultats montrent une diminution de l'épaisseur du cartilage de 10 à 30% durant les 10 premières minutes de compression statique, atteignant plus de 50% de réduction d'épaisseur et 20% de diminution de volume après 3 heures de charge. Cette technique permet d'analyser le comportement mécanique du cartilage articulaire dépendant de la charge et du temps dans son environnement naturel.
This study tested whether the solid matrix of articular cartilage is incompressible under physiological pressure levels, which is a key assumption of biphasic theory used to model cartilage mechanics. The researchers developed a specialized high-pressure chamber and subjected bovine articular cartilage specimens to hydrostatic pressures up to 12 MPa while measuring tissue deformation. The results showed that normal cartilage did not deform measurably under these high hydrostatic pressures, confirming that the organic solid matrix is indeed incompressible within the physiological range. These findings validate the biphasic theory's fundamental assumption and provide a framework for accurately calculating stress states in cartilage explant culture experiments that use hydrostatic loading.
Diese Studie testete die Hypothese, dass die organische Festmatrix von Gelenkknorpel unter physiologischen Druckverhältnissen inkompressibel ist. Die Forscher entwickelten eine spezielle Hochdruck-Kammer und setzten Proben von normalem Rindergelenkknorpel hydrostatischen Drücken bis zu 12 MPa aus, während sie die Verformung maßen. Die Ergebnisse zeigten, dass sich der Knorpel unter hydrostatischer Belastung nicht messbar verformte, was eine fundamentale Annahme der biphasischen Theorie bestätigt. Diese Erkenntnisse haben wichtige Implikationen für die Berechnung von Spannungszuständen in hydrostatisch belasteten Knorpel-Explantatkulturen und bestätigen, dass Gewebeverformungen unter reiner hydrostatischer Druckbelastung minimal sind.
Cette étude visait à tester l'hypothèse que la matrice solide organique du cartilage articulaire est incompressible sous des pressions physiologiques. Les chercheurs ont développé une chambre de chargement hydrostatique haute pression et ont soumis des échantillons de cartilage articulaire bovin à des pressions hydrostatiques allant jusqu'à 12 MPa, en utilisant une version anisotrope de la théorie biphasique pour prédire les déformations. Les résultats montrent que le cartilage articulaire bovin normal ne se déforme pas de manière mesurable sous ces pressions hydrostatiques élevées, confirmant ainsi l'incompressibilité intrinsèque de la matrice solide. Ces findings valident une hypothèse fondamentale de la théorie biphasique du cartilage et fournissent une méthode précise pour calculer les états de contrainte dans les études de culture d'explants sous chargement hydrostatique.
This study investigated how mechanical injury affects cartilage matrix metabolism at the individual cell level using calf articular cartilage explants. The researchers used quantitative autoradiography combined with biochemical and biomechanical techniques to analyze cell and matrix responses to acute injurious compression, focusing on localized matrix turnover around individual chondrocytes. The study found that injurious compression caused immediate mechanical failure of the collagen matrix (reduced tensile strength), significant cell death with surviving cells becoming abnormally enlarged and catabolically active, and sustained increases in proteoglycan turnover specifically around viable cells. These findings suggest the model captures key cellular and matrix responses to mechanical injury that may be relevant to understanding osteoarthritis development and cartilage repair strategies.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen mechanischer Verletzungen auf den Matrixstoffwechsel in Kalbsknorpel-Explantaten, um die Pathogenese der Osteoarthrose besser zu verstehen. Die Forscher verwendeten quantitative Autoradiographie in Kombination mit biochemischen und biomechanischen Methoden, um zelluläre und Matrix-Antworten auf akute mechanische Schädigung zu analysieren, wobei der Fokus auf dem lokalisierten Matrixumsatz um einzelne Chondrozyten lag. Die schädigende Kompression führte zu einem sofortigen Verlust der Zugfestigkeit des Kollagennetzwerks, einer erheblichen Abnahme der Zellvitalität mit dem Auftreten inaktiver Zellpopulationen sowie zu anhaltend erhöhten Proteoglykan-Umsatzraten, insbesondere in der zellassoziierten Matrix überlebender Chondrozyten. Diese Ergebnisse stellen ein vielversprechendes In-vitro-Modell für die Untersuchung von Knorpelreaktionen auf mechanische Verletzungen dar
Cette étude visait à examiner les effets d'une blessure mécanique sur le renouvellement de la matrice cartilagineuse en utilisant un modèle d'explants de cartilage articulaire de veau. Les chercheurs ont combiné des techniques d'autoradiographie quantitative avec des analyses biochimiques et biomécaniques pour étudier les réponses cellulaires et matricielles à une compression traumatique aiguë. Les résultats montrent que la compression traumatique provoque une diminution brutale de la capacité de résistance à la tension du réseau de collagène, une réduction importante de la viabilité cellulaire avec apparition de cellules inactives, et une augmentation soutenue du renouvellement des protéoglycanes particulièrement dans les matrices péricellulaires des cellules viables. Ce modèle in vitro reproduit les réponses des chondrocytes et de la matrice extracellulaire cartilagineuse aux traumatismes mécaniques, offrant un outil précieux pour comprendre la pathogenèse de l'arthrose.
This study investigated how the collagen structure of articular cartilage deforms under different loading conditions to better understand normal cartilage function and validate tissue-engineered replacements. The researchers applied static and cyclic compressive loads (at high and low magnitudes) to rabbit knee joints for 30 minutes, then used specialized microscopy techniques to examine the structural changes in the cartilage collagen network. Static loading caused significantly greater deformation throughout all cartilage layers compared to cyclic loading, which primarily affected only the superficial regions, with cartilage thickness reducing to 54% versus 78% of original thickness, respectively. All structural deformation recovered completely within 30 minutes after unloading, but recovery was faster following cyclic loading, suggesting that cartilage collagen exhibits zone-specific responses that depend on both the magnitude and type of mechanical load applied.
Diese Studie untersuchte die Verformung der Kollagenstruktur im Gelenkknorpel des Tibiaplateaus unter verschiedenen Belastungsbedingungen. An Kaninchenkniegelenken wurden ex vivo statische und zyklische Kompressionslasten (1-3x Körpergewicht) für 30 Minuten appliziert, gefolgt von rasterelektronenmikroskopischer Analyse der kryofixierten Proben. Die Ergebnisse zeigten, dass statische Belastung zu signifikant stärkerer Verformung der Kollagenstruktur in allen Knorpelzonen führte (54% der ursprünglichen Dicke), während zyklische Belastung die Verformung hauptsächlich auf oberflächliche Bereiche begrenzte (66-78% der ursprünglichen Dicke). Die vollständige Erholung der Knorpelstruktur erfolgte innerhalb von 30 Minuten, war jedoch nach zyklischer Belastung signifikant schneller, was auf eine zonenspezifische, lastabhängige Anpassung der Kollagenarchitektur hindeutet
Cette étude vise à caractériser la déformation de la structure collagénique du cartilage articulaire du plateau tibial sous différents types de charge compressive. Les chercheurs ont appliqué des charges statiques et cycliques sur des articulations de genou de lapin ex vivo, avec des magnitudes équivalant à 1 ou 3 fois le poids corporel pendant 30 minutes, puis ont analysé la morphologie par microscopie électronique à balayage après cryofixation. Les résultats montrent que la charge statique induit une déformation significativement plus importante de la structure collagénique dans toutes les zones cartilagineuses (réduction à 54% de l'épaisseur initiale) comparativement à la charge cyclique qui limite la déformation aux régions superficielles (78% d'épaisseur conservée). La récupération complète survient en 30 minutes pour tous les types de charge, mais elle est significativement plus rapide après charge cyclique, suggérant une déformation zone-spécifique dépendante du type et de la magnitude de la sollicitation mécanique.
This study aimed to investigate how cartilage deformation affects knee joint laxity by incorporating deformable cartilage layers into an existing two-dimensional knee joint model. The researchers used a quasi-static mathematical model that simulates the Lachman drawer test, calculating tibio-femoral contact forces using a "thin-layer" constitutive equation to determine knee configuration under specified loads. The results showed that including deformable cartilage reduced the force needed to produce a given tibial displacement by 10-35% across different knee flexion angles. However, while cartilage deformation was an important factor modifying joint loading response, ligament fiber recruitment had a much stronger influence on passive joint laxity than cartilage deformation.
Diese Studie zielte darauf ab, die Auswirkungen der Knorpelverformung auf die Kniegelenkslaxität zu untersuchen, indem ein bestehendes zweidimensionales Kniegelenkmodell erweitert wurde. Die Forscher integrierten verformbare Knorpelschichten in ihr quasi-statisches Modell und verwendeten eine "Dünnschicht"-Konstitutivgleichung zur Berechnung der tibio-femoralen Kontaktkräfte, wobei sie die Kraft-Verschiebungs-Beziehung wie im Lachmann-Test analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Berücksichtigung verformbarer Knorpelschichten zu einer Reduktion der erforderlichen Kraft um 10-35% führte, um eine bestimmte Tibiaverschiebung zu erzeugen. Obwohl sich die Knorpelverformung als wichtiger Modifikator der Belastungsantwort erwies, war ihr Einfluss sekundär zur Ligamentdehnung, wobei die Faserrekrutierung in den Bändern einen deutlich stärkeren Einfluss
Cette étude vise à évaluer l'impact de la déformation du cartilage articulaire sur la laxité de l'articulation du genou en intégrant cette variable dans un modèle biomécanique bidimensionnel quasi-statique. Les chercheurs ont développé une méthode pour calculer les forces de contact tibio-fémorales en utilisant une équation constitutive de "couche mince" et ont analysé la réponse articulaire lors du test de Lachmann. Les résultats démontrent que la prise en compte de la déformabilité du cartilage réduit de 10 à 35% la force nécessaire pour produire un déplacement tibial donné selon l'angle de flexion considéré. Bien que la déformation cartilagineuse modifie significativement la réponse mécanique du genou, son influence reste secondaire par rapport à l'extension ligamentaire, le recrutement des fibres ligamentaires étant le facteur principal déterminant la laxité articulaire passive en fonction de l'angle de flexion.
This study investigated how different mechanical loading conditions affect proteoglycan (PG) metabolism and tissue swelling in bovine cartilage explants to understand cartilage responses to mechanical stress. The researchers applied cyclic compression at varying intensities (0.1-1.0 MPa), durations (1-6 days), and rest intervals (10-1000 seconds) while measuring PG synthesis, release, and tissue deformation.
The key findings showed that PG synthesis peaked at day 3 with optimal rest intervals of 100 seconds, while PG release remained unaffected by loading conditions initially. However, after 6 days of loading, the cartilage showed signs of degeneration including increased release of existing PGs, reduced cell viability in surface layers, and tissue swelling—changes that mirror those seen in osteoarthritic cartilage.
Diese Studie untersuchte, wie sich intermittierende zyklische Belastung auf den Proteoglykan-Stoffwechsel und das Schwellverhalten von Gelenkknorpel auswirkt. Bovine Knorpelexplantate wurden über 1-6 Tage mit sinusförmiger Kompression (0,5 Hz, 0,1-1,0 MPa) für jeweils 10 Sekunden belastet, gefolgt von belastungsfreien Intervallen von 10-1000 Sekunden. Die Proteoglykan-Synthese erreichte am Tag 3 ihr Maximum bei 100-Sekunden-Intervallen, während längere Belastung (6 Tage) zu erhöhter Freisetzung endogener Proteoglykane, verminderter Chondrozyten-Vitalität und Knorpelschwellung führte. Die Ergebnisse zeigen, dass definierte mechanische Bedingungen degenerative Prozesse auslösen können, die denen bei Arthrose ähneln.
Cette étude visait à évaluer l'effet de charges mécaniques intermittentes (amplitude, fréquence, durée) sur le métabolisme des protéoglycanes et le comportement de gonflement d'explants de cartilage articulaire bovin mature. Les chercheurs ont appliqué des compressions cycliques sinusoïdales (0,5 Hz, 0,1-1,0 MPa) pendant 1 à 6 jours avec des périodes de charge de 10 secondes alternant avec des périodes sans charge de 10 à 1000 secondes, puis mesuré l'incorporation de [35S]-SO4, le contenu en GAGs et ADN, ainsi que la déformation tissulaire. Les résultats montrent que la synthèse de protéoglycanes est maximale au jour 3 avec des intervalles sans charge de 100 secondes, tandis qu'après 6 jours de sollicitation, on observe une libération accrue de protéoglycanes endogènes, une diminution de viabilité des chondrocytes superficiels et un gonflement cartilagineux. Ces conditions mécaniques bien définies peuvent ainsi reproduire des processus dégénératifs similaires à ceux
This study evaluated a combined surgical approach for patients with both torn anterior cruciate ligaments (ACL) and deep cartilage defects in the knee. The researchers performed simultaneous ACL reconstruction using patellar tendon grafts and cartilage repair using autologous periosteum transplantation (tissue from the patient's own bone lining) secured with suture anchors and fibrin glue in 7 patients with cartilage defects averaging 7.3 cm². After an average follow-up of 31 months, 6 out of 7 patients had stable knees without pain and returned to moderately active work, while one patient had stability but continued medial knee pain. The authors concluded that this combined technique can be effective for treating these challenging combined injuries when performed with careful surgical technique and rigorous rehabilitation.
Diese Studie untersuchte die kombinierte Behandlung von vorderen Kreuzbandrissen mit begleitenden tiefen Knorpeldefekten am medialen Femurkondylus mittels simultaner Kreuzbandrekonstruktion und autologer Periost-Transplantation. Bei 7 Patienten (mittleres Alter 29,1 Jahre) wurde das vordere Kreuzband mit einem Knochen-Sehne-Knochen-Transplantat aus dem Patellarband rekonstruiert und gleichzeitig der Knorpeldefekt (mittlere Größe 7,3 cm²) mit autologem Periost behandelt, das mittels Nahtankern und Fibringlue fixiert wurde. Nach einer mittleren Nachbeobachtungszeit von 31,3 Monaten zeigten 6 von 7 Patienten subjektiv stabile Knie ohne Schmerzen und konnten zu nicht-schwerer körperlicher Arbeit zurückkehren, während ein Patient trotz stabilen Knies weiterhin mediale Knieschmerzen verspürte. Die Autoren betonen, dass eine sorgfältige
Cette étude décrit une technique chirurgicale combinant reconstruction du ligament croisé antérieur (LCA) et transplantation de périoste autologue pour traiter simultanément l'instabilité ligamentaire et les défauts cartilagineux profonds du condyle fémoral médial. Sept patients (âge moyen 29,1 ans) présentant une rupture complète du LCA et un défaut cartilagineux pleine épaisseur (surface moyenne 7,3 cm²) ont été traités par greffe osseuse-tendineuse-osseuse pour le LCA et transplantation de périoste fixée par ancres de suture et colle de fibrine. Après un suivi moyen de 31,3 mois, six patients sur sept ont retrouvé une stabilité subjective du genou sans douleur au repos ou à la marche, avec reprise d'activités professionnelles modérément sollicitantes. Cette approche combinée semble prometteuse pour traiter ces lésions complexes, nécessitant une technique chirurgicale rigoureuse et une rééducation progressive.
This study developed a method to track changes in MRI signal intensity of articular cartilage during mechanical loading of intact joints. The researchers used image processing techniques to identify and follow specific cartilage regions across sequential MR images during compression, allowing them to measure both tissue deformation and corresponding signal changes over time. Preliminary results using fat-suppressed FLASH 3D sequences showed location-specific signal intensity changes that varied between individuals during cartilage compression. This quantitative approach aims to characterize cartilage microstructural properties through MRI, potentially improving understanding of degenerative joint diseases.
Diese Studie entwickelte eine Methode zur quantitativen Analyse zeitabhängiger Veränderungen der MR-Signalintensität in Gelenkknorpel während mechanischer Belastung intakter Gelenke. Die Forscher verwendeten Bildverarbeitungsverfahren zur Abgrenzung und Registrierung der Knorpelgrenzen in aufeinanderfolgenden MR-Bildern, um entsprechende Gewebsbereiche während Kompressionsexperimenten zu verfolgen und sowohl räumliche als auch zeitliche Signalintensitätsänderungen zu analysieren. Erste Ergebnisse mit einer fettunterdrückten FLASH 3D-Sequenz zeigten ortsspezifische, geringfügige Signalintensitätsveränderungen, die individuell variierten. Diese quantitative Analyse der Beziehung zwischen Knorpelverformung und MR-Signalveränderungen zielt darauf ab, mikrostrukturelle Eigenschaften des Gelenkknorpels zu charakterisieren und damit das Verständnis degenerativer Gelenkerkrankungen zu verbessern.
Cette étude présente une méthode pour quantifier les changements d'intensité du signal IRM du cartilage articulaire en fonction de sa déformation lors de la compression d'articulations intactes. La méthode utilise des techniques de traitement d'image pour délimiter et suivre les contours du cartilage sur des images IRM consécutives, permettant d'analyser spatialement et temporellement les variations d'intensité du signal dans des secteurs tissulaires spécifiques. Les résultats préliminaires obtenus avec une séquence FLASH 3D avec suppression de graisse montrent des changements légers et variables selon la localisation et l'individu. Cette approche quantitative vise à caractériser les propriétés microstructurales du cartilage articulaire pour mieux comprendre les maladies dégénératives articulaires.
This study aimed to develop a theoretical model that predicts how chondrocytes (cartilage cells) deform over time when cartilage is mechanically loaded. The researchers created a mathematical model treating cartilage as a homogenized material with properties dependent on both cell and matrix characteristics, then tested it using confined and unconfined compression scenarios. The model successfully predicted time-dependent changes in fluid pressure, stress distribution, and cell deformation, with results matching previous theoretical and experimental data. This modeling approach provides a valuable tool for understanding how mechanical loading influences cartilage degeneration, adaptation, and repair processes.
Diese Studie entwickelte ein theoretisches Modell zur Simulation der mechanischen Eigenschaften von Gelenkknorpel und zur Beschreibung der zeit- und ortsabhängigen Deformation von Chondrozyten während der Knorpelbelastung. Das Modell behandelt Knorpel als makroskopisch homogenisiertes Material mit effektiven Materialeigenschaften, die von den Eigenschaften der Zellen, der Matrix und dem Volumenverhältnis der Zellen abhängen. Die Modellvorhersagen zur zeitabhängigen Verteilung von Flüssigkeitsdruck und Spannung sowie zur Zelldeformation während verschiedener Kompressionstests stimmten mit früheren theoretischen Vorhersagen und experimentellen Beobachtungen überein. Das entwickelte Modell bietet wichtige Werkzeuge zur Untersuchung der Mechanismen von Knorpeldegeneration, -anpassung und -umbau in Zusammenhang mit Zellbelastung und -deformation.
Cette étude visait à développer un modèle théorique pour simuler le comportement mécanique du cartilage articulaire et décrire la distribution temporelle des contraintes et de la pression fluide dans les chondrocytes lors de la déformation cartilagineuse. Les chercheurs ont utilisé une approche de matériau homogénéisé macroscopiquement, où les propriétés effectives du cartilage dépendent des propriétés des cellules, de la matrice et de la fraction volumique cellulaire. Les prédictions du modèle concernant la distribution temporelle de la pression fluide, des contraintes et de la déformation cellulaire lors de tests de compression confinée et non-confinée concordent avec les observations expérimentales et théoriques antérieures. Ce modèle fournit des outils pour étudier les mécanismes de dégénérescence, d'adaptation et de remodelage du cartilage associés à la charge et à la déformation cellulaires.
This review aimed to analyze how different types of mechanical loading are converted into cellular signals in articular cartilage explants, focusing on the role of the extracellular matrix (ECM), fluid flow, and ion movement in mechanotransduction. The authors examined five fundamental loading conditions (hydrostatic pressure, osmotic pressure, permeation, confined compression, and unconfined compression) and described how each creates distinct patterns of pressure, fluid flow, deformation, and electrical fields within the cartilage ECM. Key findings highlighted that osmotic pressure effects cannot be replicated by other laboratory loading methods, and that flow-induced compression of the ECM through frictional drag represents a major mechanical signal, along with streaming potentials generated when ions flow past the ECM's fixed charges. Understanding these distinct mechano-electrochemical responses is crucial for interpreting how chondrocytes respond metabolically to different loading conditions in experimental studies.
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, die biomechanischen Grundlagen für die Analyse biologischer Daten aus Knorpel-Explantkulturen zu erläutern und die mechano-elektrochemischen Prozesse während mechanischer Belastung zu beschreiben. Die Autoren analysieren fünf grundlegende Belastungsarten (hydrostatischer Druck, osmotischer Druck, Permeation, begrenzte und unbegrenzte Kompression) und deren Umwandlung durch die extrazelluläre Matrix in Druck-, Flüssigkeits-, Lösungsmittel- und Ionenströme sowie Deformation und elektrische Felder. Die Studie zeigt auf, dass osmotischer Druck laborexperimentell nicht durch mechanische Belastung nachgeahmt werden kann und betont die Bedeutung von strömungsinduzierter Kompression der extrazellulären Matrix durch Reibungseffekte. Das Verständnis dieser unterschiedlichen Belastungsarten ist essentiell, um die mechano-elektrochemischen Ereignisse zu verstehen, die die metabolischen Antworten der Chondrozyten in Explantversuchen vermitteln.
Cette étude vise à analyser les facteurs biomécaniques nécessaires à l'interprétation des données biologiques d'expériences sur explants de cartilage et à décrire les événements méchano-électrochimiques qui se produisent lors du chargement. Les auteurs examinent cinq types de sollicitations mécaniques simples (pression hydrostatique, pression osmotique, perméation, compression confinée et non-confinée) et analysent comment ces charges de surface sont transduites par la matrice extracellulaire en flux de pression, de fluide, de solutés et d'ions, ainsi qu'en déformations et champs électriques. Les résultats révèlent des différences significatives entre ces types de chargement, notamment qu'aucune condition de charge mécanique de laboratoire ne peut reproduire les effets de la pression osmotique dans la matrice extracellulaire, et que la compression induite par l'écoulement constitue un effet majeur du flux fluidique à travers cette matrice poreuse-perméable. Cette compréhension différentielle des modalités de chargement est cruciale pour mieux interpréter les réponses métaboliques des chondroc
This study aimed to characterize the mechanical environment of chondrocytes (cartilage cells) within articular cartilage to understand how they respond to mechanical loading. The researchers used micropipette aspiration to measure the mechanical properties of isolated chondrocytes and their surrounding pericellular matrix (PCM), then incorporated these values into finite element models to predict cell behavior under loading, validating their predictions with 3D confocal microscopy of actual cell deformation.
The key findings showed that chondrocytes behave as viscoelastic materials with a Young's modulus of approximately 0.6 kPa, while the PCM had intermediate stiffness between the soft chondrocyte and the much stiffer surrounding cartilage matrix. The study demonstrated that the PCM plays a crucial biomechanical role in cartilage function, as theoretical predictions only matched experimental observations when the PCM was included in the models, suggesting that age- or disease-related changes in PCM properties could significantly alter how chondrocytes experience mechanical forces.
Diese Studie untersuchte das mechanische Verhalten von Chondrozyten im Gelenkknorpel, um deren lokale mechanische Umgebung unter physiologischer Belastung zu charakterisieren. Die Forscher kombinierten experimentelle Methoden (Mikropipetten-Aspiration zur Bestimmung mechanischer Eigenschaften und 3D-Konfokalmikroskopie) mit theoretischer Finite-Elemente-Modellierung des Chondrons (Chondrozyt plus perizellulare Matrix). Die Ergebnisse zeigen, dass Chondrozyten sich wie viskoelastisches Material mit einem Elastizitätsmodul von etwa 0,6 kPa verhalten, während die perizellulare Matrix (PCM) deutlich steifer ist als die Zelle selbst, aber weicher als die extrazelluläre Matrix. Die Studie belegt, dass die PCM eine entscheidende biomechanische Rolle spielt und dass Veränderungen ihrer Eigenschaften durch Alterung oder Krankheit die biophysikalische Umgebung der Chondrozyten erheblich beeinflussen.
Cette étude visait à caractériser l'environnement mécanique local des chondrocytes dans le cartilage articulaire sous charge physiologique. Les chercheurs ont combiné des mesures expérimentales par aspiration micropipette pour déterminer les propriétés mécaniques des chondrocytes isolés et de leur matrice péricellulaire (PCM), avec une modélisation par éléments finis du chondron in situ, validée par microscopie confocale 3D. Les résultats montrent que les chondrocytes se comportent comme un matériau viscoélastique solide avec un module de Young d'environ 0,6 kPa, tandis que la PCM présente un module élastique significativement plus élevé que celui du chondrocyte mais plusieurs ordres de grandeur inférieur à celui de la matrice extracellulaire. L'étude démontre que la PCM joue un rôle biomécanique fonctionnel essentiel dans la transmission des contraintes mécaniques aux chondrocytes, et que ses altérations liées au vieillissement ou aux pathologies peuvent significativement affecter l'environnement biophysique cellulaire.
This study aimed to characterize the 3D organization of chondrocyte cytoskeletal structures within cartilage and examine how these structures respond to different mechanical loading conditions. The researchers used cartilage explants from rat femoral heads, applied various compressive loads (0.5-4 MPa), and analyzed cytoskeletal components (actin and vimentin) using confocal microscopy and 3D modeling techniques. They found that actin filaments form surface networks with focal contacts to the surrounding matrix and remain stable under different conditions, while vimentin networks are more dynamic and sensitive to mechanical changes. Importantly, when cartilage swells in culture (unloaded conditions), vimentin networks rapidly disassemble within 1 hour, but this disassembly is prevented by applying compressive loads greater than 0.5 MPa, suggesting that chondrocytes use their vimentin cytoskeleton to sense and respond to mechanical changes in their tissue environment.
Diese Studie untersuchte die dreidimensionale Architektur des Zytoskeletts von Chondrozyten in Gelenkknorpel und deren Reaktion auf veränderte mechanische Bedingungen. Die Forscher verwendeten Knorpelexplantate aus Rattenfemurköpfen, die in Organkultur unter verschiedenen Kompressionsbedingungen (0,5-4 MPa) kultiviert und mittels Konfokalmikroskopie auf Aktin- und Vimentin-Verteilung untersucht wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass Aktin-Filamente stabil blieben, während sich das Vimentin-Zytoskelett bei Gewebeschwellung (unter Last < 1 MPa) schnell zerlegte und bei ausreichender mechanischer Belastung (≥ 1 MPa) reorganisierte. Diese Befunde deuten darauf hin, dass Chondrozyten ihr Zytoskelett als mechanosensorisches System nutzen, wobei Vimentin besonders sensitiv auf Veränderungen der Gewebedimensionen und mechanische Belastung reagiert.
Cette étude visait à caractériser l'architecture tridimensionnelle du cytosquelette des chondrocytes in situ et à examiner ses réponses aux variations de conditions mécaniques. Les chercheurs ont utilisé des explants de cartilage articulaire de rat placés en culture d'organe sous différentes charges de compression (0,5 à 4 MPa), puis analysé la distribution de l'actine filamenteuse, de la vinculine et de la vimentine par microscopie confocale. Les résultats montrent que le réseau de vimentine se désassemble rapidement (1h) lors du gonflement libre du tissu en culture, mais que l'application de charges supérieures à 0,5 MPa préserve son organisation, tandis que le cytosquelette d'actine reste stable indépendamment des conditions mécaniques. Cette étude démontre que les chondrocytes modifient sélectivement leur cytosquelette de vimentine en réponse aux changements de dimensions tissulaires et aux contraintes mécaniques.
This study aimed to measure the mechanical conditions of cartilage within intact porcine knee joints during loading to understand how cartilage responds in its natural environment. The researchers applied a 445 N compressive force to six porcine knees and measured cartilage deformation using X-rays and contact pressures using fiber-optic sensors, while also testing the material properties of the cartilage through indentation tests. The results showed that the medial side of the lateral femoral condyle experienced both higher contact pressures and greater deformation compared to other areas of the condyle, and this region also had a significantly higher aggregate modulus (stiffness). These experimental measurements provide essential baseline data that can be combined with theoretical models to better understand how the solid matrix and fluid components of cartilage work together to bear loads during joint function.
Diese Studie zielte darauf ab, die mechanischen Bedingungen des Gelenkknorpels unter physiologischer Belastung im artikulierten Kniegelenk zu quantifizieren. Die Forscher belasteten sechs Schweineknien mit 445 N und maßen dabei Knorpelverformungen mittels Röntgenaufnahmen sowie Kontaktdrücke mit miniaturisierten faseroptischen Drucksensoren am lateralen Femurkondylus. Die Ergebnisse zeigten, dass die mediale Seite des lateralen Femurkondylus sowohl höhere Kontaktdrücke als auch stärkere Verformungen aufwies, wobei das Aggregatmodul (ein Maß für die Steifigkeit) in diesem Bereich signifikant höher war als in anderen Bereichen des Kondylus. Diese experimentellen Daten bilden die Grundlage für theoretische Modelle zur Analyse der Lastverteilung zwischen festen und flüssigen Phasen im Gelenkknorpel.
Cette étude vise à quantifier les conditions mécaniques in situ du cartilage articulaire dans le genou porcin sous charge. Les chercheurs ont appliqué une charge de compression de 445 N sur six genoux porcins tout en mesurant les déformations cartilagineuses par radiographie et les pressions de contact à l'aide de transducteurs de pression à fibre optique miniaturisés. Les résultats révèlent que le côté médial du condyle fémoral latéral présente des pressions de contact et des déformations plus élevées, avec un module d'agrégation significativement supérieur aux autres zones du condyle. Ces données expérimentales sur les conditions mécaniques in situ du cartilage articulaire permettront, combinées à la modélisation théorique, de déterminer les contributions relatives des phases solide et fluide dans le support des charges appliquées.
This study aimed to improve existing mathematical models for cartilage contact mechanics in synovial joints by examining the accuracy of asymptotic solutions developed by Ateshian et al. for biphasic cartilage layers under sudden loading.
The researchers compared the contact width predictions from Ateshian's asymptotic solution (which assumed zero pressure gradient at contact edges) with established numerical values for elastic layer contact, and proposed modifications using equations from Matthewson and Meijers to better approximate the contact behavior.
The main finding was that Ateshian's original solution significantly overestimated contact widths compared to numerical benchmarks, with errors becoming larger as the contact width-to-layer thickness ratio decreased. The proposed modification, which removes the zero pressure gradient assumption and incorporates more accurate contact width calculations, provides better agreement with established numerical solutions for cartilage contact mechanics.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die asymptotische Lösung für den Kontakt zwischen zwei zweiphasigen Knorpelschichten in einem belasteten Synovialgelenk in Ruhe. Die Autoren analysierten die bestehenden asymptotischen Lösungen von Ateshian et al. für axial-symmetrische und ebene Dehnungsprobleme bei plötzlicher Normalbelastung und verglichen diese mit numerischen Werten aus der Literatur. Die Hauptergebnisse zeigen, dass die ursprünglich berechnete Kontaktbreite unmittelbar nach Lastaufbringung von den numerischen Werten für trockenen, reibungsfreien Kontakt inkompressibler einphasiger elastischer Schichten abweicht, wobei diese Differenz mit abnehmendem Verhältnis von Kontaktbreite zu Schichtdicke zunimmt. Die Autoren schlagen eine Verbesserung der Lösung vor, indem sie die Nulldruckgradienten-Bedingung am Kontaktrand aufheben und die Gleichungen von Matthewson und Meijers verwenden, die eine bessere Annäher
**Résumé :**
Cette étude examine les solutions asymptotiques existantes d'Ateshian et al. pour le contact de deux couches de cartilage biphasique dans une articulation synoviale soumise à une charge soudaine. L'analyse révèle que les largeurs de contact calculées immédiatement après l'application de la charge diffèrent significativement des valeurs numériques de référence pour le contact élastique, particulièrement lorsque le rapport largeur de contact/épaisseur de couche diminue. Les auteurs proposent d'améliorer ces solutions en supprimant la condition de gradient de pression nul au bord du contact et en utilisant les équations de Matthewson et Meijers qui approximent mieux les valeurs numériques. Cette approche corrigée permet également de déterminer le taux instantané de changement de la largeur de contact pour une charge variable dans le temps.
This study aimed to quantify how human articular cartilage deforms, recovers, and exchanges fluid during and after dynamic exercise in living joints. The researchers used specialized 3D MRI imaging to measure patellar cartilage volume changes in 7 volunteers before and after performing knee bends (50 and 100 repetitions), tracking recovery over 90+ minutes. The key findings showed that cartilage compressed by 2.4-8.6% after exercise, required more than 90 minutes to fully recover, and demonstrated measurable fluid flow rates (1.1-3.5 mm³/min) that correlated with the degree of initial deformation. This represents the first in vivo quantification of cartilage recovery and fluid flow in intact human joints, providing important baseline data for understanding cartilage biomechanics and potentially predicting joint health.
Diese Studie untersuchte die Verformung, Erholung und den Flüssigkeitsfluss im menschlichen Gelenkknorpel nach dynamischer Belastung in vivo. Mittels einer speziell optimierten MRT-Sequenz (fettunterdrückte FLASH-3D) wurde das Patella-Knorpelvolumen von 7 Probanden vor und nach Kniebeugen (50 und 100 Wiederholungen) dreidimensional analysiert. Die Knorpelverformung betrug 2,4-8,6% nach den Übungen, wobei die vollständige Erholung mehr als 90 Minuten dauerte und der Flüssigkeitsfluss während der Entspannungsphase 1,1-3,5 mm³/min betrug. Diese ersten quantitativen in-vivo Messungen der Knorpelerholung und Flüssigkeitsdynamik eröffnen neue Möglichkeiten zur Bewertung individueller biomechanischer Knorpeleigenschaften und deren Rolle bei der Gelenkdegeneration.
Cette étude visait à analyser in vivo la déformation, la récupération et les flux fluidiques du cartilage articulaire humain suite à un exercice dynamique. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 3D avec séquence FLASH optimisée pour mesurer le volume du cartilage patellaire chez 7 volontaires au repos et après des flexions de genou. Les résultats montrent une déformation cartilagineuse de 2,4 à 8,6% après l'exercice, nécessitant plus de 90 minutes pour récupérer complètement, avec un taux de flux fluidique de 1,1 à 3,5 mm³/min fortement corrélé au degré de déformation individuelle. Cette première quantification in vivo des propriétés mécaniques du cartilage ouvre des perspectives pour évaluer la susceptibilité aux pathologies articulaires et comprendre la régulation métabolique des chondrocytes par les contraintes mécaniques.
This study aimed to measure how articular cartilage deforms in intact human knee joints during prolonged static loading, addressing a gap in our understanding of cartilage behavior under realistic conditions. The researchers used MRI imaging to monitor six human femoropatellar joints while applying loads equivalent to 150% body weight for 32 hours using a specialized non-metallic pressure device compatible with MRI scanners. The study found that patellar cartilage underwent substantial deformation, compressing by an average of 44% (up to 57% in some cases) after 32 hours of loading, with most deformation occurring gradually rather than immediately—only 7% of the final deformation happened in the first minute. The cartilage also lost 43% of its fluid content during loading, and there was high variability between individuals, providing crucial data for understanding cartilage mechanics and developing treatments for osteoarthritis and cartilage transplantation.
Diese Studie zielte darauf ab, die Verformung von Gelenkknorpel in intakten menschlichen Femoro-Patellar-Gelenken unter statischer Belastung mittels MRT-Bildgebung systematisch zu untersuchen. Sechs Gelenke wurden mit einer pneumatischen Druckvorrichtung mit 150% des Körpergewichts über kurze und lange Zeiträume (bis zu 32 Stunden) belastet, während die Knorpelverformung mit validierten 2D- und 3D-Gradientenecho-Sequenzen gemessen wurde. Die Ergebnisse zeigten eine mittlere Verformung von 44% (maximal 57%) im Patella-Knorpel nach 32 Stunden Belastung bei einem mittleren Kontaktdruck von 3,6 MPa, wobei der Oberschenkelknorpel geringere Verformungen aufwies und 43% Flüssigkeitsverlust aus der patellaren Matrix auftrat. Diese in-situ-Daten können zur Berechnung der Lastverteilung zwischen fester Matrix und Flüssig
Cette étude visait à mesurer la déformation du cartilage articulaire in situ dans des articulations fémoro-patellaires humaines intactes sous charge statique prolongée, en utilisant l'IRM pour pallier le manque de données fiables sur ce phénomène. Les chercheurs ont appliqué une charge équivalente à 150% du poids corporel pendant 32 heures sur six articulations à l'aide d'un dispositif pneumatique non-métallique compatible IRM, et ont quantifié la déformation cartilagineuse par séquences d'écho de gradient avec suppression de graisse. Les résultats montrent une déformation moyenne de 44% (maximum 57%) du cartilage patellaire avec une perte liquidienne de 43%, la déformation étant principalement progressive (seulement 7% durant la première minute), et le cartilage fémoral se déformant moins que la patella. Ces données in vivo fournissent des paramètres biomécaniques essentiels pour la modélisation par éléments finis et l'évaluation des contraintes mécaniques dans l'arthrose et les greffes de cartilage.
This study revisits and expands Frost's chondral modeling theory to explain how joint surfaces maintain proper shape and function during growth despite changing mechanical environments. The authors developed a theoretical model incorporating recent research on stress distribution in developing joints, chondrocyte responses to mechanical forces, and articular cartilage development patterns. The expanded theory proposes that muscle contractions during locomotor development create fluctuating hydrostatic pressure within articular cartilage, with pressure levels increasing from birth to adulthood, and that these mechanical forces regulate chondrocyte activity through cell-cell and cell-matrix interactions. The model explains how site-specific cartilage growth rates are controlled by the magnitude, frequency, and direction of joint loads, allowing joints to maintain normal movement patterns and explaining observed scaling patterns of joint curvature across mammalian species.
Diese Studie erweitert Frost's Theorie des chondralen Modellings, um zu erklären, wie sich Gelenkoberflächen während des postnatalen Wachstums an veränderte mechanische Belastungen anpassen. Die Autoren entwickelten ein theoretisches Modell, das aktuelle Erkenntnisse über Stressverteilung in sich entwickelnden Gelenken, die mechanische Reaktion von Chondrozyten und die Entwicklung des Gelenkknorpels integriert. Das Modell postuliert, dass Muskelkontraktionen während der Entwicklung schwankende hydrostatische Drücke im Gelenkknorpel erzeugen, die über Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktionen die Chondrozyten-Aktivität regulieren. Diese mechanisch gesteuerte Regulation des Knorpelwachstums ermöglicht es, dass sich Gelenkform und -größe adaptiv an veränderte Belastungsmuster anpassen, wodurch normale Gelenkfunktion und Kongruenz während des gesamten Wachstums aufrechterhalten werden.
Cette étude revisite la théorie de modelage chondral de Frost pour expliquer comment les surfaces articulaires des membres maintiennent leur congruence pendant la croissance post-natale. L'approche théorique intègre des données récentes sur la distribution des contraintes dans les unités articulaires en développement et la réponse des chondrocytes aux déformations mécaniques. Le modèle proposé suggère que les contractions musculaires durant le développement locomoteur génèrent des pressions hydrostatiques fluctuantes et intermittentes dans le cartilage articulaire, avec une augmentation des pics de pression de la naissance à l'âge adulte. Cette théorie explique comment les interactions cellule-cellule et cellule-matrice extracellulaire régulent l'activité métabolique des chondrocytes et maintiennent une cinématique articulaire normale malgré les changements de charges durant l'ontogenèse.
This study aimed to experimentally test the widely accepted but previously unverified hypothesis that fluid pressurization within cartilage contributes significantly to the tissue's ability to resist mechanical loads during cyclic compression. The researchers tested 18 bovine cartilage samples using a specialized compression chamber with pressure sensors, applying cyclic loads at different frequencies (0.0001 to 0.1 Hz) while simultaneously measuring fluid pressure and tissue deformation. The results confirmed that above a critical frequency of 0.00044 Hz, the fluid pressure closely matched the applied stress and nearly eliminated tissue strain, with experimental data closely matching theoretical predictions (R² = 0.89-0.96). These findings provide direct experimental evidence that cartilage's dynamic stiffness is primarily due to interstitial fluid pressurization, validating the biphasic theory of cartilage mechanics and demonstrating that fluid pressure is the fundamental mechanism by which cartilage supports loads across different loading frequencies.
Diese Studie zielte darauf ab, experimentell zu überprüfen, ob die Druckerhöhung der Gewebsflüssigkeit in Gelenkknorpel unter zyklischer Belastung zur dynamischen Steifigkeit des Knorpels beiträgt. Die Forscher testeten 18 bovine Knorpelproben unter kontrollierter zyklischer Kompression mit Frequenzen von 0,0001 bis 0,1 Hz und maßen dabei gleichzeitig den Gewebsflüssigkeitsdruck und die Verformung mittels eines porösen Indenters und Drucksensors. Die Ergebnisse zeigten, dass oberhalb einer charakteristischen Frequenz von 0,00044 Hz die Flüssigkeitsdruckerhöhung der aufgebrachten Spannung entsprach und die Gewebsverformung nahezu auf null reduzierte. Die Studie bestätigte experimentell, dass die dynamische Steifigkeit von Knorpel hauptsächlich durch flussabhängige Viskoelastizität entsteht, wobei die Druckerhöhung der Gewebsflüssigkeit
Cette étude visait à vérifier expérimentalement l'hypothèse selon laquelle la pressurisation du fluide interstitiel contribue significativement à la rigidité dynamique du cartilage articulaire sous contrainte cyclique. Les chercheurs ont testé 18 échantillons de cartilage bovin en compression confinée avec un capteur de pression, appliquant des contraintes cycliques de 33 kPa d'amplitude sur une contrainte statique de 130 kPa, à des fréquences variant de 0,0001 à 0,1 Hz. Les résultats montrent qu'au-dessus d'une fréquence caractéristique de 0,00044 Hz, la pressurisation du fluide interstitiel correspond en magnitude et en phase à la contrainte appliquée, réduisant la déformation tissulaire à quasi-zéro. Cette étude confirme que la rigidité dynamique du cartilage provient principalement de la viscoélasticité dépendante du flux, validant la théorie biphasique linéaire et démontrant le rôle fondamental de la pressurisation du fluide interstitiel dans le support de charge du cartilage.
This study aimed to simulate the mechanical behavior of chondrocytes (cartilage cells) during compression testing using computational modeling, since direct measurement of cell mechanics is technically challenging. The researchers used a two-step finite element approach: first modeling cartilage as a homogenized material to determine overall mechanical behavior, then using those results as boundary conditions for a detailed microscopic model of individual cells and surrounding matrix, treating both as biphasic materials with fluid and solid components.
The simulations revealed that chondrocyte mechanical responses are highly dependent on time, location within the cartilage, and fluid boundary conditions. Key findings showed that individual chondrocytes can deform 3-4 times more than the overall tissue deformation, that cell deformations remain dynamic without reaching steady state even after 20 minutes of compression, and that mechanical responses vary significantly based on cell location within the cartilage sample.
Diese Studie zielte darauf ab, das orts- und zeitabhängige mechanische Verhalten von Chondrozyten während uneingeschränkter Kompressionstests mittels Finite-Elemente-Simulation zu untersuchen. Die Forscher verwendeten einen zweistufigen Ansatz: zunächst wurde Knorpel als homogenisiertes biphasisches Material modelliert, anschließend dienten die Ergebnisse als Randbedingungen für ein mikroskopisches Submodell zur Analyse des zellulären Verhaltens. Die Simulationen zeigten, dass Chondrozyten-Deformationen stark von Zeit, Flüssigkeits-Randbedingungen und Zellposition abhängen, wobei die zelluläre Verformung die systemische Kompression um das 3-4-fache übertreffen kann. Diese Ergebnisse belegen erstmals, dass Chondrozyten ein hochdynamisches Verformungsverhalten aufweisen, das selbst nach 20 Minuten konstanter Kompression keinen stabilen Zustand erreicht.
Cette étude visait à simuler numériquement le comportement mécanique des chondrocytes lors de tests de compression non confinée du cartilage articulaire, en tenant compte des variations spatiales et temporelles. Les auteurs ont utilisé une méthode par éléments finis en deux étapes : d'abord une modélisation macroscopique homogénéisée du cartilage, puis une analyse microscopique des cellules et de la matrice extracellulaire considérées comme des matériaux biphasiques (phase fluide et solide hyperélastique). Les résultats révèlent que la déformation des chondrocytes peut dépasser de 3 à 4 fois la déformation imposée au système, qu'elle est hautement dynamique sans atteindre d'état d'équilibre après 20 minutes de compression, et qu'elle varie considérablement selon la localisation des cellules dans l'échantillon. Cette simulation constitue la première analyse théorique du comportement dynamique des chondrocytes intégrant l'influence de leur fraction volumique sur les propriétés mécaniques du cartilage.
This study aimed to develop a method for determining the nonlinear elastic properties of cartilage under large deformations, addressing the limitation that small-strain mechanical properties overestimate deformations in finite element models of severe joint impacts. The researchers used large deformation indentation tests with a spherical indenter on rabbit cartilage, fitting both rapid loading and equilibrium force-displacement curves using a transversely isotropic hypo-elastic biphasic model solved through finite element analysis. The model successfully captured cartilage behavior up to 50% strain and revealed that the fluid phase of cartilage supports an even higher percentage of stress during large deformations than previously predicted by small-strain biphasic theories. This approach provides a more accurate representation of cartilage mechanics for studying high-impact joint loading scenarios.
Diese Studie zielte darauf ab, die nichtlinearen elastischen Eigenschaften von Gelenkknorpel bei großen Verformungen zu bestimmen, da herkömmliche Materialparameter aus kleinen Dehnungsexperimenten bei der Modellierung von schweren Gelenktraumata zu ungenau sind. Die Forscher verwendeten große Verformungs-Indentationstests mit einer nicht-porösen Kugel an Kaninchenknorpel und passten ein transversal isotropes hypoelastisches Zweiphasenmodell an die gemessenen Kraft-Verschiebungs-Kurven bei schneller Belastung und im Gleichgewichtszustand an. Das entwickelte Modell konnte die Materialantwort bis zu etwa 50% Dehnung erfolgreich abbilden und zeigte, dass die Flüssigkeitsphase des Knorpels einen noch höheren Anteil der mechanischen Belastung trägt als von bisherigen Theorien für kleine Verformungen vorhergesagt. Diese Methode ermöglicht eine genauere Charakterisierung der in-situ Knorpeleigenschaften für biomechanische
Cette étude visait à déterminer les propriétés élastiques non-linéaires du cartilage biphasique lors de grandes déformations, en utilisant un modèle hypo-élastique transversalement isotrope. Les chercheurs ont analysé des courbes force-déplacement obtenues par des tests d'indentation-relaxation avec un indenteur sphérique rigide sur du cartilage rétropatellaire de lapin, en modélisant par éléments finis le squelette solide comme un matériau transversalement isotrope. Le modèle a permis de reproduire fidèlement la réponse du matériau jusqu'à environ 50% de déformation, révélant une proportion encore plus élevée de contraintes supportées par la phase fluide du cartilage que ne le prédisaient les théories basées sur les petites déformations. Cette approche offre une meilleure compréhension du comportement mécanique du cartilage lors d'impacts articulaires sévères.
This study investigated whether static loading (90-degree squatting) and dynamic loading (30 deep knee bends) produce different patterns of patellar cartilage deformation in healthy volunteers. The researchers used MRI with specialized imaging sequences and 3D analysis algorithms to measure cartilage volume and thickness changes in 12 participants before and after each loading activity (90-320 seconds post-loading). Both activities caused significant cartilage deformation, but with different patterns: dynamic knee bends produced greater overall volume reduction (-5.9% vs -4.7%) with maximum deformation in the superior lateral and medial patellar regions, while static squatting caused greater maximum thickness reduction (-4.9% vs -2.8%) concentrated in the central lateral patellar area. These findings demonstrate that loading type influences both the magnitude and location of cartilage deformation, providing valuable data for biomechanical modeling and understanding cartilage responses to different activities.
Diese Studie untersuchte, ob statische Belastung (Hocken in 90°-Winkel) und dynamische Belastung (30 tiefe Kniebeugen) unterschiedliche Verformungsmuster im Kniescheibenknorpel verursachen. Bei zwölf gesunden Probanden wurde mittels MRT-Bildgebung und 3D-Algorithmen das Knorpelvolumen und die Knorpeldicke vor und nach der Belastung gemessen. Beide Belastungsarten führten zu signifikanten Knorpelverformungen: Kniebeugen reduzierten das Knorpelvolumen um 5,9% (hauptsächlich superior-lateral und medial), während Hocken eine Volumenreduktion von 4,7% bewirkte (vorwiegend zentral-lateral). Die Studie zeigt, dass verschiedene Belastungstypen zu unterschiedlichen Verformungsmustern führen, was wichtige Erkenntnisse für Computermodelle der Gelenkbelastung und das Tissue Engineering von Knorpelgewebe liefert.
Cette étude visait à comparer les effets de charges statiques (accroupissement à 90°) versus dynamiques (30 flexions profondes du genou) sur la déformation du cartilage patellaire in vivo. Les chercheurs ont utilisé l'IRM avec séquence gradient-écho et un algorithme de transformation 3D pour mesurer le volume et l'épaisseur du cartilage patellaire chez 12 volontaires sains, avant et après sollicitation (de 90 à 320 secondes). Les résultats montrent que les flexions dynamiques induisent une réduction plus importante du volume cartilagineux (-5,9% vs -4,7%) avec une déformation maximale dans les facettes supéro-latérale et médiale, tandis que la charge statique produit une réduction d'épaisseur plus marquée (-4,9% vs -2,8%) concentrée dans la partie centrale de la facette latérale. Ces données fournissent des références quantitatives pour valider les modèles biomécaniques articulaires et orienter le développement de cartilages artificiels.
This study investigated how aging affects the tensile mechanical properties of deep articular cartilage from the femoral head of the hip joint. The researchers used a viscoelastic constitutive model (based on Egan's 1988 work) to analyze the mechanical behavior and validated their predictions with experimental fracture stress data. The key finding was that older cartilage shows significant tensile weakening due to age-related reduction in the recruitment of load-carrying structures during deformation, along with decreased viscoelastic response. The authors concluded that this tensile weakening may compromise the tissue's ability to withstand normal compressive loads, potentially increasing susceptibility to osteoarthritic degeneration through altered energy storage and dissipation mechanisms in the cartilage microstructure.
Diese Studie untersuchte die altersbedingte Schwächung der Zugfestigkeit von tiefem Gelenkknorpel des Femurkopfes mittels viskoelastischer Analyse. Die Forscher verwendeten ein konstitutives Modell zur Beschreibung des viskoelastischen Verhaltens und validierten die Vorhersagen durch experimentelle Bruchspannungsdaten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugfestigkeit des Knorpels sowohl alters- als auch deformationsratenabhängig abnimmt, wobei die Schwächung auf eine reduzierte Rekrutierung lastübertragender Strukturen zurückzuführen ist. Diese strukturellen Veränderungen könnten die Widerstandsfähigkeit des Gewebes gegen physiologische Kompressionsbelastungen verringern und somit die Anfälligkeit für osteoarthritische Degeneration erhöhen.
Cette étude analyse l'affaiblissement mécanique lié à l'âge du cartilage articulaire profond de la tête fémorale. Les auteurs utilisent un modèle constitutif viscoélastique pour caractériser le comportement mécanique du tissu et génèrent des représentations graphiques de cette réponse biomécanique. Les résultats montrent que le vieillissement s'accompagne d'une réduction significative des propriétés mécaniques en tension et de la réponse viscoélastique, attribuée à une diminution du recrutement des structures porteuses de charge lors de la déformation. Cette dégradation de l'intégrité structurelle pourrait compromettre la capacité du cartilage à supporter les charges physiologiques normales et augmenter la susceptibilité à la dégénérescence arthrosique.
This study aimed to develop and test a new mechanical loading device for studying how physical forces affect cartilage tissue in laboratory culture conditions. The researchers created a compact biaxial loading apparatus that fits inside standard incubators and can apply very precise compression and shear forces to tissue samples, with resolution as fine as 50 nanometers for axial movement and 0.0005 degrees for rotation. Testing with articular cartilage explants showed that applying oscillating shear deformation significantly increased the production of key cartilage components (proteoglycans and proteins) compared to samples under static compression alone. This device provides researchers with a precise tool for investigating how mechanical stimulation influences cartilage metabolism and potentially tissue repair processes.
**Zusammenfassung:**
Die Studie zielte darauf ab, ein neuartiges biaxiales Belastungsgerät für die mechanische Stimulation von Gewebekultur-Explantaten zu entwickeln und zu testen. Das kompakte, inkubatorkompatible Gerät kann präzise axiale Deformationen (bis 1 μm) und sinusförmige Rotationen (bis 0,01°) auf Gewebeproben anwenden. In metabolischen Studien mit Gelenkknorpel-Explantaten führte die Anwendung sinusförmiger Scherbeanspruchung zu einer signifikanten Steigerung der Proteoglykan- und Proteinsynthese im Vergleich zu statisch komprimierten Kontrollen. Diese Ergebnisse demonstrieren das Potenzial des Geräts für Langzeit-Gewebekulturstudien zur Untersuchung mechanobiologischer Prozesse im Knorpel.
Cette étude visait à développer et tester un dispositif de stimulation mécanique biaxial pour les explants de tissus en culture. Les chercheurs ont conçu un appareil compact (30×25×20 cm) capable d'appliquer des déformations axiales de 1 μm et des rotations sinusoïdales de 0,01°, avec des résolutions respectives de 50 nm et 0,0005°. Les tests métaboliques sur des explants de cartilage articulaire ont démontré que l'application de déformations de cisaillement sinusoïdales stimulait significativement la synthèse des protéoglycanes et des protéines par rapport aux témoins sous compression statique. Cet outil offre donc une nouvelle approche pour étudier les effets de la stimulation mécanique sur le métabolisme cartilagineux en culture à long terme.
This study investigated how mechanical loading affects the structural organization of collagen fibers in articular cartilage. Researchers applied different levels of simulated quadriceps forces (0.5x, 1x, and 3x body weight) to intact rabbit knee joints for either 5 or 30 minutes, then used cryopreservation and scanning electron microscopy to examine collagen fiber changes. Under high force and prolonged loading, the cartilage showed substantial deformation with increased thickness of surface-parallel collagen fibers and overall cartilage thickness reduced to 54% of normal. The deformation primarily occurred in the transitional and upper radial zones, with greater indentation and thickness reduction correlating with higher loads and longer loading duration.
Diese Studie untersuchte die morphologischen Auswirkungen mechanischer Belastung auf die Kollagenstruktur des Gelenkknorpels am Tibiaplateau von Kaninchen. Ganze Kniegelenke wurden in vitro mit unterschiedlichen Kräften (0,5x, 1x, 3x Körpergewicht) über verschiedene Zeiträume (5 bzw. 30 Minuten) belastet und anschließend mittels Rasterelektronenmikroskopie analysiert. Bei hoher Kraft und langer Belastungsdauer zeigten die Kollagenfasern starke Verformungen mit einer Verdickung der oberflächenparallelen Faserschicht und einer Knorpeldickenreduktion auf 54%. Die Verformungen traten hauptsächlich in der Übergangs- und oberen Radialzone auf, wobei sowohl Belastungsstärke als auch -dauer die Knorpeldeformation beeinflussten.
Cette étude visait à décrire et quantifier la déformation de la structure collagénique du cartilage articulaire du plateau tibial sous charge statique. Les chercheurs ont appliqué des forces simulant 0,5 à 3 fois le poids corporel sur des genoux de lapin intacts pendant 5 à 30 minutes, puis ont analysé la morphologie par microscopie électronique à balayage après cryoconservation sous charge. Les résultats montrent qu'une charge élevée et prolongée provoque une déformation importante des fibres de collagène avec un épaississement de la couche superficielle parallèle à la surface et une réduction de l'épaisseur cartilagineuse jusqu'à 54%, principalement dans les zones transitionnelle et radiale supérieure. La déformation augmente proportionnellement avec l'amplitude et la durée de la charge, avec un renflement caractéristique de la matrice collagénique au bord du ménisque.
This study tested whether sustained loading weakens articular cartilage by examining cartilage-on-bone specimens from bovine knee joints. Researchers compared the compressive strength of 40 specimens using cyclic loading until failure, with half the specimens pre-loaded for 30 minutes at 2 MPa to simulate sustained joint loading. Contrary to the original hypothesis, sustained loading actually increased cartilage strength by 21%, despite reducing cartilage thickness by 45% through fluid loss. The authors conclude that water expulsion from sustained loading strengthens cartilage by reducing the risk of surface zone rupture, challenging assumptions about how prolonged joint loading affects cartilage integrity.
Diese Studie untersuchte die Hypothese, dass anhaltende Belastung die Druckfestigkeit von Gelenkknorpel reduziert, da dabei Flüssigkeit aus dem Gewebe gepresst wird. An 40 bovinen Knorpel-Knochen-Proben aus der Patella-Rinne wurden zyklische Belastungstests mit steigender Intensität bis zum Versagen durchgeführt, wobei die Hälfte der Proben zuvor 30 Minuten lang einer konstanten Druckbelastung (Kriechbelastung) von 2 MPa ausgesetzt wurde. Entgegen der ursprünglichen Hypothese zeigten die vorab belasteten Proben eine um 21% höhere Druckfestigkeit, obwohl ihre Dicke um 45% reduziert war. Die Autoren erklären diesen überraschenden Befund damit, dass das Auspressen von Wasser aus dem Knorpel die Oberflächenzone stabilisiert und deren Neigung zu reißen reduziert.
Cette étude visait à tester l'hypothèse que la charge soutenue réduit la résistance compressive du cartilage articulaire en expulsant le liquide interstitiel. Les chercheurs ont testé 40 spécimens de cartilage-sur-os provenant de genoux bovins, dont la moitié a été soumise à une charge de fluage de 30 minutes à 2 MPa avant évaluation de la résistance par cycles de compression croissante jusqu'à rupture. Contrairement à l'hypothèse initiale, les spécimens pré-chargés se sont révélés 21% plus résistants (p = 0,01), malgré une réduction de 45% de l'épaisseur du cartilage. Cette augmentation de résistance s'explique par l'expulsion d'eau qui réduit la tendance de la zone superficielle à se fissurer sous compression.
This study investigated how meniscectomy (meniscus removal) and ACL rupture immediately affect cartilage structure under mechanical loading in rabbit knee joints. The researchers used 87 rabbit knees loaded ex vivo with simulated quadriceps forces, then rapidly froze the joints while under load to preserve cartilage deformation for scanning electron microscopy analysis. Following meniscectomy, cartilage showed significantly increased structural damage including 80% more indentation area, greater thickness reduction under load, doubled recovery time, and increased bending of collagen fibers—but these effects were minimized when joints were allowed to move during loading. ACL transection had much milder effects, only slightly increasing collagen deformation in deeper cartilage zones during cyclic loading, suggesting that meniscectomy creates more immediate biomechanical disruption that could contribute to osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte die akuten strukturellen Veränderungen des Gelenkknorpels nach Meniskektomie oder Kreuzbanddurchtrennung bei Kaninchen, um die frühen biomechanischen Effekte dieser häufigen Knieverletzungen zu verstehen. Die Forscher belasteten 87 Kaninchenknie ex vivo unter statischen und zyklischen Bedingungen, froren sie während der Belastung ein und analysierten die Knorpelstruktur mittels Rasterelektronenmikroskopie. Nach Meniskektomie zeigten sich unter statischer Belastung signifikant verstärkte Verbiegungen der radialen Kollagenfasern, eine 80% größere Eindruckfläche am Tibiaplateau und eine verzögerte Erholung der Knorpeldicke nach Entlastung, während Kreuzbandverletzungen nur geringe Effekte hatten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Meniskektomien zu erheblichen akuten Knorpeldeformationen führen können, die durch Gelenkbewegung jedoch minimiert werden und möglicherweise zur
Cette étude examine les changements structuraux aigus du cartilage articulaire suite à une méniscectomie ou à une transection du ligament croisé antérieur (LCA), deux lésions précurseurs de l'arthrose. Les auteurs ont utilisé un modèle ex vivo sur 87 genoux de lapins, appliquant une charge statique ou cyclique puis préservant la déformation par cryofixation avant analyse par microscopie électronique à balayage.
Les résultats montrent qu'après méniscectomie, la charge statique provoque une déformation significativement accrue des fibres de collagène radiales, une augmentation de 80% de la surface d'indentation tibiale, une réduction plus importante de l'épaisseur cartilagineuse (53% vs 39%), et un temps de récupération doublé. La transection du LCA n'induit que des modifications mineures, limitées aux zones profondes lors de charges cycliques, tandis que le mouvement articulaire minimise les effets délétères de la méniscectomie.
This study compared the biomechanical and biochemical properties of cartilage from human knee and ankle joints to understand structural differences that may influence osteoarthritis development. The researchers harvested cartilage samples from 8 matched knee and ankle joint pairs within 24 hours of death, then performed comprehensive testing including mechanical compression tests and biochemical analyses measuring water content, glycosaminoglycan, and collagen levels. The key finding was that ankle (talar) cartilage had superior mechanical properties compared to knee cartilage, including higher stiffness, lower permeability, higher glycosaminoglycan content, and lower water content in the superficial layer. These differences in the upper cartilage regions, which bear the brunt of loading during joint movement, may help explain why ankle joints are less susceptible to osteoarthritis than knee joints despite experiencing similar mechanical stresses.
Diese Studie untersuchte die biomechanischen und biochemischen Unterschiede zwischen Knorpelgewebe aus Knie- und Sprunggelenken von acht gematchten Gelenkpaaren von fünf Spendern. Mittels uniaxialer Kompressionsverfahren wurden physikalische Eigenschaften wie Elastizitätsmodul und hydraulische Permeabilität gemessen, während die biochemische Zusammensetzung durch Bestimmung von Wassergehalt, Glykosaminoglykan- und Kollagenkonzentrationen analysiert wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass Sprunggelenkknorpel (Talus) im Vergleich zu Kniegelenkknorpel eine höhere Dichte, einen geringeren Wassergehalt, höhere Glykosaminoglykankonzentrationen sowie eine größere Steifigkeit und geringere Permeabilität aufwies. Diese strukturellen Unterschiede in den oberflächlichen Knorpelschichten könnten eine wichtige Rolle bei der unterschiedlichen Anfälligkeit für Arthrose zwischen Knie- und Sprunggelenken spielen.
Cette étude visait à comparer les propriétés biomécaniques et biochimiques du cartilage articulaire entre les articulations du genou et de la cheville chez l'homme. Les chercheurs ont analysé des échantillons de cartilage provenant de 8 paires d'articulations appariées (genou et cheville) de 5 donneurs, en utilisant des tests de compression confinée uniaxiale et des analyses biochimiques pour mesurer diverses propriétés physiques et la composition tissulaire. Les résultats montrent que le cartilage talaire (cheville) présente une densité plus élevée, un contenu en glycosaminoglycanes sulfatés supérieur, une teneur en eau plus faible, ainsi qu'un module d'équilibre et une rigidité dynamique plus importants comparativement au cartilage tibio-fémoral du genou. Ces différences de propriétés dans les régions superficielles du cartilage, où se concentrent les déformations en compression lors des charges cycliques, pourraient jouer un rôle important dans l'étiologie de l'arthrose.
This study investigated how mechanical stress affects cartilage deformation and blood supply in the developing hip joint of growing rats. The researchers used a custom hip-joint loading device to apply 1-3 kg loads while conducting histological and microangiographic analyses to examine structural and vascular changes. The mechanical loading caused significant compression of both the articular cartilage and growth plate, particularly in the lateral portion of the femoral head, and completely blocked blood flow through the lateral epiphyseal arteries at their entry point into the cartilage. These findings reveal that mechanical stress preferentially damages the lateral side of the developing femoral head and identifies a vulnerable area where blood vessel occlusion can occur, which has important implications for understanding hip development disorders.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen mechanischer Belastung auf Verformung und Durchblutung des Femurkopfes bei wachsenden Ratten mittels histologischer und mikroangiographischer Methoden unter Verwendung einer speziellen Hüftgelenk-Belastungsvorrichtung. Eine mechanische Belastung von 1-3 kg führte zu Kompression sowohl des Gelenkknorpels als auch der Wachstumsfuge des Femurkopfes, wobei diese Veränderungen besonders ausgeprägt im lateralen Bereich auftraten. Die Belastung verursachte zudem einen vollständigen Verschluss der lateralen epiphysealen Arterien am Penetrationspunkt in den Epiphysenknorpel, was die Blutversorgung des Femurkopfes beeinträchtigte. Die Ergebnisse zeigen, dass mechanische Kräfte bevorzugt die laterale Seite des Femurkopfes verformen und eine mechanisch schwache Stelle identifizieren, die zur Okklusion der Blutgefäße führen kann.
Cette étude visait à évaluer les effets du stress mécanique sur la déformation et l'irrigation sanguine de la tête fémorale chez le rat en croissance, en utilisant un dispositif de chargement articulaire personnalisé pour l'analyse histologique et microangiographique. L'application d'une charge de 1 à 3 kg sur l'articulation coxo-fémorale a provoqué une compression du cartilage articulaire et de la plaque de croissance, particulièrement marquée au niveau de la portion latérale de la tête fémorale. Les résultats montrent une occlusion complète des artères épiphysaires latérales au point de pénétration dans le cartilage épiphysaire, révélant l'existence d'un point de faiblesse mécanique susceptible de compromettre la vascularisation de la tête fémorale lors de contraintes mécaniques excessives.
This study aimed to compare the mechanical properties of chondrocytes (cartilage cells) from healthy versus osteoarthritic human cartilage to understand how disease affects cellular mechanics. The researchers used micropipette aspiration testing to measure how individual cells deform under mechanical stress, analyzing the results with a three-parameter viscoelastic model. The key findings showed that osteoarthritic chondrocytes were significantly stiffer and more viscous than normal cells, with higher equilibrium modulus (0.33 vs 0.24 kPa), instantaneous modulus (0.63 vs 0.41 kPa), and apparent viscosity (5.8 vs 3.0 kPa-s). These mechanical changes likely reflect alterations in the cellular structure that occur in osteoarthritis and may affect how chondrocytes respond to mechanical loading in diseased cartilage.
Diese Studie untersuchte die viskoelastischen Eigenschaften von Chondrozyten aus normalem und osteoarthritischem menschlichem Knorpel, um deren Rolle bei mechanischer Belastung zu verstehen. Die Forscher verwendeten den Mikropipetten-Aspirationstest zur Messung der mechanischen Eigenschaften isolierter Chondrozyten und modellierten das viskoelastische Verhalten mit einem Standard-Linear-Solid-Modell. Die Ergebnisse zeigten, dass Chondrozyten aus osteoarthritischem Knorpel signifikant höhere Werte für Gleichgewichtsmodul (0,33 vs. 0,24 kPa), Momentanmodul (0,63 vs. 0,41 kPa) und scheinbare Viskosität (5,8 vs. 3,0 kPa·s) aufwiesen als normale Chondrozyten. Diese Veränderungen der mechanischen Eigenschaften deuten auf strukturelle Umbauprozesse im Zytoskelett der Zellen hin und könnten das veränderte mechanische Umfeld der Chondrozyten bei
Cette étude visait à comparer les propriétés viscoélastiques des chondrocytes issus de cartilage humain normal et arthrosique en utilisant le test d'aspiration par micropipette. Les chercheurs ont modélisé le comportement viscoélastique des cellules avec un modèle solide linéaire standard à trois paramètres pour analyser leurs propriétés mécaniques. Les résultats montrent que les chondrocytes arthrosiques présentent des propriétés mécaniques significativement augmentées par rapport aux cellules normales : module d'équilibre (0,33 vs 0,24 kPa), module instantané (0,63 vs 0,41 kPa) et viscosité apparente (5,8 vs 3,0 kPa·s). Ces modifications des propriétés viscoélastiques suggèrent des altérations structurelles du cytosquelette chondrocytaire dans l'arthrose, pouvant modifier l'environnement mécanique cellulaire et les interactions cellule-matrice dans le cartilage pathologique.
This study aimed to develop and compare computational models for analyzing the nonlinear mechanical behavior of soft tissues like articular cartilage under physiological loading conditions. The researchers used finite element methods with two different mathematical formulations (mixed-penalty and velocity-pressure) to model cartilage as a two-phase mixture of fluid and solid components, accounting for complex behaviors like strain-dependent permeability and large deformations. The models were validated using various 2D and 3D elements through numerical examples that simulated material testing and simple joint mechanics. Both formulations successfully produced accurate results, but the velocity-pressure approach proved to be more computationally efficient for solving these complex nonlinear problems.
Diese Studie zielte darauf ab, Finite-Elemente-Modelle für die dreidimensionale nichtlineare Analyse von hydratisierten Weichgeweben wie Gelenkknorpel unter physiologischen Belastungen zu entwickeln und zu validieren. Die Forscher verwendeten eine biphasische Kontinuumsbeschreibung, die das Gewebe als Zweiphasen-Gemisch aus inkompressibler Flüssigkeit und hyperelastischem, transversal isotropem Festkörper darstellt, und implementierten zwei alternative Finite-Elemente-Formulierungen (Mixed-Penalty und Velocity-Pressure). Numerische Beispiele, einschließlich Materialprüfungen und einfacher menschlicher Gelenke, wurden zur Validierung der Formulierungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass beide Formulierungen konvergente Elemente erzeugen, wobei die Velocity-Pressure-Formulierung rechnerisch effizienter war.
Cette étude vise à développer et comparer des modèles d'éléments finis pour l'analyse tridimensionnelle non-linéaire des tissus mous hydratés comme le cartilage articulaire sous conditions de charge physiologique. Les auteurs utilisent une description biphasique du tissu (fluide incompressible + solide hyperélastique) avec deux formulations alternatives (mixte-pénalité et vitesse-pression) intégrant la perméabilité dépendante de la déformation et les grandes déformations. Les modèles sont validés sur des exemples numériques représentatifs d'essais biomécaniques et d'articulations humaines simples, démontrant que bien que les deux formulations convergent, la formulation vitesse-pression s'avère plus efficace computationnellement. Cette approche offre un outil de modélisation avancé pour comprendre le comportement biomécanique complexe du cartilage articulaire.
This study investigated whether articular cartilage optimizes its stiffness to minimize strain during walking loads by examining the relationship between cartilage compressive modulus and its deformation response. The researchers tested 24 cartilage samples from three cadaveric knees using cyclic loading that mimicked walking patterns, measuring both elastic and viscous strain components along with creep rates over one hour.
The key findings showed that stiffer cartilage (>4 MPa) experienced lower elastic strains (0.05-0.13) compared to softer cartilage (0.18-0.36), but higher viscous strains that increased linearly with stiffness. The authors concluded that cartilage appears to optimize its mechanical properties based on local loading conditions, with the viscous strain differences likely explained by stiffer cartilage having lower permeability that impedes fluid flow during cyclic loading.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen dem Kompressionsmodul von Gelenkknorpel und seiner Verformungsreaktion auf zyklische Belastung, um zu prüfen, ob Knorpel seinen Steifigkeitsgrad zur Minimierung mechanischer Belastungen optimiert. Die Forscher testeten 24 osteochondrale Proben aus drei Kniegelenken unter physiologischen Bedingungen mit einem Belastungszyklus, der dem normalen Gehen entspricht, und maßen dabei elastische und viskose Dehnungskomponenten sowie die Kriechrate. Die Hauptergebnisse zeigten, dass weichere Knorpelproben (< 4 MPa) höhere elastische Dehnungen (0,18-0,36) aber niedrigere viskose Dehnungen aufwiesen, während steifere Proben geringere elastische Dehnungen (0,05-0,13) aber höhere viskose Dehnungen zeigten. Die Autoren schlussfolgern, dass diese unterschiedlichen Verformungsreaktionen durch varying Permeabilitätseigenschaften zwischen weichem und steifem
Cette étude examine la relation entre le module de compression instantané du cartilage articulaire et sa réponse de déformation sous charge cyclique simulant la marche. Les chercheurs ont analysé 24 échantillons ostéochondraux de genoux cadavériques soumis à des cycles de charge représentatifs de la marche pendant plus d'une heure, en mesurant les composantes visqueuses et élastiques de la déformation matricielle ainsi que le module de compression. Les résultats montrent que les échantillons moins rigides (module <4 MPa) présentent des déformations élastiques élevées (0,18-0,36) mais de faibles déformations visqueuses (0,02), tandis que les échantillons plus rigides montrent l'inverse avec des déformations élastiques réduites (0,05-0,13) mais des déformations visqueuses importantes (jusqu'à 0,22). Cette relation suggère que la rigidité du cartilage pourrait être optimisée selon les contraintes mécaniques locales, les échantillons rigides ayant une perméabilité réduite qui influence leur comportement viscoélastique.
This review examines the use of quantitative magnetic resonance (MR) imaging to assess human articular cartilage morphology and function in living subjects. The authors employed three-dimensional post-processing of MR image data using fat-suppressed gradient echo sequences to measure cartilage volume, thickness, joint surface areas, and deformation patterns in healthy and osteoarthritic joints. Key findings include highly reproducible measurements (1-3% variability in the knee), significant individual differences in cartilage morphology (~20% variability between people), and notable gender differences where men have slightly thicker cartilage (~10%) but much larger joint surfaces (~25%) than women. The study also revealed that cartilage deformation from exercise is age-dependent (6% in young vs <3% in elderly individuals) and requires approximately 90 minutes for full recovery, while muscle cross-sectional area was a better predictor of cartilage thickness than body weight or height.
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, die quantitative Magnetresonanztomographie (MRT) zur in vivo Analyse der Knorpelmorphologie und -funktion in gesunden und osteoarthritischen Gelenken zu bewerten. Die Autoren verwendeten dreidimensionale Bildnachbearbeitung von MRT-Daten mit fettunterdrückten Gradientenecho-Sequenzen, um Knorpelvolumen, -dicke und Gelenkoberflächen zu quantifizieren, sowie die Knorpeldeformation unter mechanischer Belastung zu untersuchen. Die Hauptergebnisse zeigen eine hohe Messgenauigkeit (Variationskoeffizient 1-3% im Knie), wobei Männer etwa 10% dickeren Knorpel und 25% größere Gelenkflächen als Frauen aufweisen, während körperliche Belastung zu 6%iger Knorpeldeformation bei jungen Personen führt mit einer Erholungszeit von etwa 90 Minuten. Diese quantitativen MRT-Techniken ermöglichen sowohl die Grundlagenforschung zu Form-Funktions
Cette revue évalue les possibilités de l'IRM quantitative avec post-traitement numérique 3D pour analyser la morphologie, la structure et la fonction du cartilage articulaire humain in vivo. Les méthodes incluent des séquences d'écho de gradient avec suppression de graisse pour mesurer le volume, l'épaisseur et les surfaces articulaires, ainsi que l'analyse de la déformation cartilagineuse sous charge mécanique. Les résultats montrent une excellente reproductibilité des mesures (CV% de 1-3% au genou), des différences morphologiques importantes entre individus (~20%) mais faibles entre les deux membres d'une même personne (~5%), et une déformation cartilagineuse de 6% chez les jeunes versus <3% chez les personnes âgées après exercice intense. Cette approche quantitative ouvre des perspectives prometteuses pour l'étude des relations forme-fonction du cartilage et la recherche clinique sur l'arthrose.
This study investigated how different extraction methods affect the structure and mechanical behavior of chondrons (cartilage cells with their surrounding matrix) to better understand cartilage biomechanics. Researchers extracted chondrons from cartilage using either mechanical homogenization or enzymatic digestion, then embedded them in agarose gels and applied compression while measuring cell deformation and matrix structure. The mechanically extracted chondrons maintained their native structure and mechanical properties better than enzymatically extracted ones, showing no cell deformation under compression and constant cell size over time, unlike the other groups which showed significant deformation and size changes. These findings suggest that chondrons in intact cartilage may be stiffer than previously estimated, with important implications for understanding how cartilage cells respond to mechanical loading in healthy and diseased joints.
Diese Studie untersuchte, wie verschiedene Extraktionsmethoden von Chondrons (Knorpelzellen mit ihrer perizellulären Matrix) die Zellmorphologie und mechanische Eigenschaften beeinflussen. Die Forscher verglichen mechanisch extrahierte Chondrons (MC) mit enzymatisch gewonnenen (EC) und isolierten Chondrozyten (IC) in Agarose-Konstrukten unter Kompressionslast. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanisch extrahierte Chondrons die In-situ-Struktur am besten bewahrten, konstante Zellgrößen aufwiesen und im Gegensatz zu EC und IC keine Zelldeformation unter Kompression zeigten. Dies deutet darauf hin, dass die perizelluläre Matrix von MC eine höhere mechanische Integrität besitzt und die Steifigkeit von Chondrons in vivo möglicherweise größer ist als bisher angenommen.
Cette étude vise à comparer l'effet de deux méthodes d'extraction de chondrons (homogénéisation mécanique vs digestion enzymatique) sur le comportement cellulaire et la réponse à la compression. Les chercheurs ont analysé la morphologie cellulaire et matricielle de chondrons extraits puis comprimés dans des construits d'agarose, en utilisant l'immunolocalisation du collagène de type VI et du sulfate de kératane. Les résultats montrent que l'extraction mécanique préserve mieux la structure du microenvironnement péricellulaire in situ, avec des chondrocytes qui maintiennent un diamètre constant et résistent à la déformation sous compression, contrairement aux cellules isolées ou extraites enzymatiquement. Ces findings suggèrent que la rigidité des chondrons in situ pourrait être supérieure aux estimations précédentes, soulignant l'importance de la méthode d'extraction pour préserver l'intégrité mécanique du microenvironnement péricellulaire.
This study aimed to evaluate how articular cartilage and subchondral bone respond to joint surface irregularities following intra-articular fractures. The researchers created 1.0-millimeter step-offs in the medial tibial plateau of 12 sheep, stabilized them with screws, and analyzed joint contact pressures and tissue changes after 12 weeks using pressure-sensitive film, light microscopy, and electron microscopy. The main findings showed that joints with step-offs developed two major contact areas with reduced loading at the fracture edge, leading to cartilage thinning and damage on the elevated side and some compensatory cartilage thickening elsewhere. Importantly, subchondral bone did not contribute to restoring joint surface smoothness (similar bone formation rates on both sides of the step-off), but the cartilage partially remodeled through deformation and collagen fiber bending, resulting in some improvement in joint contour despite persistent surface irregularity.
Diese Studie untersuchte Veränderungen des Gelenkknorpels und subchondralen Knochens nach intraartikulären Frakturen anhand eines Schafmodells mit 1,0 mm Stufenbildung im medialen Tibiaplateau. Zwölf Wochen nach der Osteotomie und Fixation mit Zugschrauben wurden die Kniegelenke biomechanisch getestet und mittels Licht- sowie Elektronenmikroskopie histologisch analysiert. Die Ergebnisse zeigten zwei Hauptkontaktbereiche mit einer dazwischenliegenden Zone reduzierter Belastung, wobei der Knorpel auf der erhöhten Seite Ausdünnung und Fibrillation aufwies, während auf der niedrigeren Seite kompensatorische Hypertrophie auftrat. Trotz persistierender Oberflächeninkongruenz verbesserte sich die Gelenkkontur durch partielle Knorpelumformung, während der subchondrale Knochen keinen wesentlichen Beitrag zur Wiederherstellung der Gelenkkongruenz leistete.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer les modifications du cartilage articulaire et de l'os sous-chondral après une fracture intra-articulaire simulée par ostéotomie chez 12 moutons adultes. Les chercheurs ont créé un décalage de 1,0 mm sur le plateau tibial médial, stabilisé par vis, puis analysé les pressions de contact articulaire et l'histologie du cartilage après 12 semaines par microscopies optique et électronique. Les résultats montrent que les genoux avec décalage présentaient deux zones de contact principales avec une zone intermédiaire de charge réduite, accompagnées d'un amincissement et d'une fibrillation du cartilage du côté surélevé, ainsi qu'un remodelage partiel par déformation des fibrilles de collagène. Malgré une production osseuse sous-chondrale similaire des deux côtés du défaut, le contour articulaire s'est partiellement amélioré grâce au remodelage cartilagineux, bien qu'une incongruité résiduelle persiste.
This study aimed to describe optimal magnetic resonance imaging techniques for comprehensive evaluation of wrist anatomy and pathology. The authors utilized high-field strength magnets with dedicated wrist coils, employing thin-slice three-dimensional volumetric gradient sequences for ligament assessment and fast inversion recovery sequences with fat suppression for bone evaluation. The findings demonstrate that modern MR imaging can effectively visualize articular cartilage, the triangular fibrocartilage complex, intrinsic and extrinsic ligaments, and detect radiographically occult bone trauma. The techniques also enable assessment of cartilage conditions in young athletes and biomechanical disorders in adults, while contrast-enhanced MR angiography provides non-invasive vascular evaluation without requiring intra-articular injections.
Diese Studie zielte darauf ab, die optimalen Techniken und Anwendungsmöglichkeiten der Magnetresonanztomographie (MRT) für die Handgelenkdiagnostik zu evaluieren. Die Autoren untersuchten verschiedene MRT-Sequenzen, einschließlich hochauflösender dreidimensionaler Gradientenecho-Sequenzen für Ligamente und Fibrokartilago sowie Fast-Inversion-Recovery-Sequenzen mit Fettunterdrückung für Knochentrauma. Die Ergebnisse zeigen, dass hochfeld-MRT mit speziellen Handgelenkspulen eine detaillierte Darstellung von Gelenkknorpel, Bändern, Sehnen und dem Discus triangularis ermöglicht, wobei auch okkulte Knochentraumen und biomechanische Veränderungen wie beim Ulnolunären Impaktionssyndrom erfasst werden können. Zusätzlich ermöglicht die kontrastmittelverstärkte MR-Angiographie eine nicht-invasive Gefäßdiagnostik ohne intraartikuläre Injektionen.
Cette étude présente les techniques optimales d'imagerie par résonance magnétique (IRM) du poignet pour l'évaluation des structures musculosquelettiques. Les auteurs décrivent l'utilisation d'aimants à haut champ magnétique avec des bobines dédiées au poignet, combinés à des séquences spécialisées incluant des acquisitions volumétriques 3D en gradient rappelé et des séquences de récupération d'inversion rapide avec suppression de graisse. Les résultats montrent que ces techniques permettent une visualisation détaillée du cartilage articulaire, du complexe fibrocartilagineux triangulaire, des ligaments intrinsèques et extrinsèques, ainsi que la détection de traumatismes osseux occultes radiographiquement. L'IRM du poignet s'avère particulièrement utile pour évaluer les pathologies liées aux altérations biomécaniques chez l'adulte et les contraintes physaires chroniques chez les jeunes athlètes.
This review examines how mechanical forces regulate cartilage tissue remodeling through chondrocyte responses. The authors synthesized current research on mechanotransduction pathways, comparing effects of compression versus shear deformation and describing approaches to study mechanical regulation of gene expression. Key findings indicate that chondrocytes respond to mechanical stimuli through multiple regulatory pathways affecting transcription, translation, and matrix assembly/degradation. The research highlights that mechanotransduction creates a critical feedback loop between physical stimuli, molecular structure of newly synthesized matrix, and the resulting biomechanical properties of cartilage tissue.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die molekularen Mechanismen, durch die Chondrozyten im Gelenkknorpel mechanische Reize wahrnehmen und darauf reagieren. Die Autoren analysieren verschiedene Signalwege und vergleichen die Auswirkungen von Kompressions- und Scherkräften auf die Knorpelzellen, wobei sie Ansätze zur Untersuchung der mechanischen Regulation der Genexpression beschreiben. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Mechanotransduktion eine entscheidende Rolle bei der zellvermittelten Biosynthese, dem Umbau und der Reparatur der Knorpelmatrix spielt. Besonders bedeutsam ist die Erkenntnis, dass ein direkter Rückkopplungsmechanismus zwischen physikalischen Reizen, der molekularen Struktur neu synthetisierter Matrixmoleküle und den resultierenden biomechanischen Eigenschaften des Gewebes existiert.
Cette revue examine comment les chondrocytes du cartilage articulaire détectent et répondent aux stimuli mécaniques à travers diverses voies de signalisation cellulaire. Les auteurs analysent les effets comparés de la compression et du cisaillement tissulaire sur le remodelage cartilagineux, en décrivant les approches d'étude de la régulation mécanique de l'expression génique. Les résultats montrent que la mécanotransduction joue un rôle critique in vivo dans la boucle de rétroaction entre stimuli physiques, synthèse de nouvelles molécules matricielles et propriétés biomécaniques macroscopiques du tissu. Cette recherche met en évidence l'importance des forces mécaniques dans la biosynthèse, le remodelage, la dégradation et la réparation du cartilage médiés par les chondrocytes.
This study investigated whether knee cartilage undergoes structural and mechanical changes during normal aging, similar to those seen in osteoarthritis. The researchers used MRI to measure cartilage thickness and surface area in 30 older adults (50-78 years) and 95 young adults (20-30 years), and assessed patellar cartilage deformation after knee bending exercises. The main findings showed that cartilage thinning does occur with aging in healthy individuals, with the most pronounced changes in femoral cartilage (13-21% thinner) and patellar cartilage in women (12% thinner), while tibial cartilage showed smaller, non-significant changes. Additionally, older adults demonstrated significantly less cartilage deformation during loading compared to younger subjects, suggesting age-related changes in cartilage mechanical properties even without disease.
Diese in vivo MRT-Studie untersuchte, ob altersbedingte Veränderungen der Knorpelmorphologie und -biomechanik auch ohne Erkrankung physiologisch auftreten. Die Forscher verglichen 30 asymptomatische ältere Probanden (50-78 Jahre) mit 95 jungen Probanden (20-30 Jahre) und analysierten Knorpeldicke, -oberfläche sowie die Knorpelverformung nach 30 Kniebeugen mittels MRT. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante altersbedingte Knorpelverdünnung, die geschlechts- und kompartmentspezifisch variierte (Femurknorpel: -21% bei Frauen, -13% bei Männern; Patellaknorpel: -12% nur bei Frauen). Zusätzlich wiesen ältere Probanden eine signifikant geringere Knorpelverformung unter Belastung auf als junge Probanden, was auf veränderte biomechanische Eigenschaften des alternden Knorpels hinweist.
Cette étude in vivo visait à déterminer si l'amincissement du cartilage articulaire du genou et les modifications de sa déformation surviennent physiologiquement avec l'âge, indépendamment de toute pathologie. Les chercheurs ont comparé par IRM les paramètres morphologiques du cartilage chez 30 sujets asymptomatiques âgés (50-78 ans) versus 95 sujets jeunes (20-30 ans), et mesuré la déformation du cartilage patellaire après 30 flexions du genou. Les résultats montrent un amincissement significatif du cartilage fémoral dans les deux sexes (-21% chez les femmes, -13% chez les hommes) et patellaire chez les femmes (-12%), ainsi qu'une déformation cartilagineuse réduite chez les sujets âgés par rapport aux jeunes sujets. Cette étude confirme que le vieillissement physiologique s'accompagne d'une diminution de l'épaisseur cartilagineuse et de sa capacité de déformation, avec des variations selon le sexe et le compartiment articulaire.
This study examined how articular cartilage responds to compression applied at different rates to understand what causes surface damage. Researchers compressed cartilage-on-bone samples using both dynamic (fast) and static (slow) loading while photographing the deformation through a transparent indenter, then calculated the strains using advanced mathematical analysis. The key finding was that static loading produced approximately twice the tensile surface strain compared to dynamic loading at the same stress level, with 60% of specimens rupturing at 15 MPa under static conditions while no rupture occurred even at 28 MPa under dynamic loading. The results suggest that articular cartilage is much more resistant to damage during rapid loading (typical of normal joint function) than slow loading, and that surface strain rather than applied stress is the critical factor determining cartilage failure.
Diese Studie untersuchte das Deformations- und Rupturverhalten der Gelenkoberfläche unter verschiedenen Belastungsbedingungen durch dynamische und statische Kompression von Knorpel-Knochen-Proben bei unterschiedlichen Stressniveaus. Die Forscher verwendeten einen transparenten Indenter mit Hochgeschwindigkeitsblitz-Fotografie zur Erfassung instantaner Deformationen und evaluierten die Hauptdehnungen mittels großer Deformationstheorie. Die Ergebnisse zeigten, dass bei gleichem Kompressionsstress die statisch induzierten Zugdehnungen etwa doppelt so hoch waren wie die dynamisch induzierten, wobei Rupturen der Gelenkoberfläche bei 60% der statisch bei 15 MPa getesteten Proben auftraten, während selbst bei dynamischen Belastungen bis 28 MPa keine Rupturen beobachtet wurden. Die Studie demonstriert, dass die Gelenkoberfläche unter dynamischer Belastung deutlich widerstandsfähiger gegen Rupturen ist als unter statischer Belastung, wobei die indirekt induzierten
Cette étude visait à caractériser le comportement en déformation et à la rupture de la surface articulaire du cartilage sous compression dynamique et statique à différents niveaux de contrainte. Les chercheurs ont utilisé un indenteur transparent couplé à un flash ultra-rapide pour capturer photographiquement les déformations instantanées et ont évalué les déformations principales selon la théorie des grandes déformations. Les résultats montrent que pour un même niveau de contrainte compressive, les déformations de traction induites en compression statique sont environ deux fois supérieures à celles observées en compression dynamique, avec des ruptures survenant dans 60% des échantillons testés statiquement à 15 MPa contre aucune rupture observée dynamiquement même à 28 MPa. L'étude démontre que la surface articulaire présente une résistance à la rupture considérablement supérieure sous chargement dynamique par rapport au chargement statique, le paramètre biomécanique déterminant étant le niveau de déformation de surface indirectement induite plutôt que la contrainte compressive directement appliquée.
This study investigated how increased extracellular osmolality (hyperosmotic conditions) affects aggrecan gene expression in cartilage cells. The researchers used bovine chondrocytes in culture and measured aggrecan promoter activity and mRNA levels using transfection assays and RT-PCR, while also tracking cell size changes through microscopy under various osmotic loading conditions. The key findings showed that 24-hour hyperosmotic loading reduced aggrecan gene expression by approximately two-fold and caused corresponding changes in cell size (shrinking and swelling), with the regulatory effects being time-dependent and influenced by exon 1 of the aggrecan promoter. Importantly, this suppression of aggrecan expression was eliminated when osmotic loading was applied cyclically or when serum was present in the culture medium, suggesting that the timing and biochemical environment significantly influence how cartilage cells respond to osmotic stress.
Diese Studie untersuchte, wie sich erhöhte extrazelluläre Osmolarität auf die Aggrecan-Genexpression und Zellgröße kultivierter Chondrozyten auswirkt. Die Forscher verwendeten bovine Chondrozyten in Monolayer-Kultur und analysierten mittels Transfektionsassays und RT-PCR die Aggrecan-Promotoraktivität und mRNA-Level unter hyperosmotischen Bedingungen verschiedener Zeitdauern. Die Ergebnisse zeigten, dass 24-stündige hyperosmotische Belastung die Aggrecan-Promotoraktivität und mRNA-Level um etwa das Zweifache supprimierte, wobei diese Regulation zeitabhängig war und mit Zellschrumpfung und -schwellung korrelierte. Interessanterweise trat keine Suppression auf, wenn die hyperosmotische Stimulation zyklisch angewendet wurde oder Serum im Kulturmedium vorhanden war.
Cette étude avait pour objectif d'examiner les effets de l'augmentation de l'osmolalité extracellulaire sur l'expression du gène de l'agrécane et la taille cellulaire chez des chondrocytes en culture. Les chercheurs ont utilisé des chondrocytes bovins en monocouche soumis à une charge hyperosmotique pendant différentes durées, en mesurant l'activité du promoteur de l'agrécane et les niveaux d'ARNm par transfection transitoire et RT-PCR, ainsi que les changements de taille cellulaire par microscopie à épifluorescence. Les résultats montrent qu'une charge hyperosmotique de 24h supprime d'environ deux fois l'activité du promoteur et les niveaux d'ARNm de l'agrécane, cette régulation osmotique étant dépendante du temps et corrélée aux phénomènes de rétraction et de gonflement cellulaire. Notamment, aucune suppression n'a été observée lors d'une stimulation cyclique ou en présence de sérum, suggérant que la nature variable dans le temps de la charge et l'environnement biochimique influ
This study aimed to develop and evaluate rheological models that better predict how articular cartilage deforms and consolidates under static loading conditions. The researchers introduced a novel modeling approach that incorporates a swelling element alongside fluid-filled hyperelastic components to capture the tissue's time-dependent mechanical behavior. When tested against published experimental data for one-dimensional consolidation, the models demonstrated that accurately predicting cartilage's initial deformation response requires proper representation of tissue swelling and its complex interactions with mechanical properties like permeability and stiffness. The findings suggest that traditional models lacking swelling components cannot adequately predict the hydrostatic pressure changes that occur during early stages of cartilage loading.
Diese Studie zielte darauf ab, rheologische Modelle für das Konsolidierungsverhalten von Gelenkknorpel unter statischer Belastung zu entwickeln und zu bewerten. Die Forscher führten ein neuartiges Schwellungselement in Kombination mit "flüssigkeitsgefüllten" hyperelastischen rheologischen Elementen ein, um das transiente belastungsinduzierte Verhalten des Gewebes vorherzusagen. Die eindimensionalen Konsolidierungsmodelle wurden mit publizierten experimentellen Daten verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass der hydrostatische Porenüberdruck, insbesondere in den frühen Deformationsphasen, nur durch eine angemessene Berücksichtigung der Schwellung und ihrer nichtlinearen Wechselwirkung mit mechanischen Parametern wie Permeabilität und Steifigkeit korrekt vorhergesagt werden kann.
Cette étude évalue des modèles rhéologiques existants du cartilage articulaire et développe de nouveaux modèles phénoménologiques intégrant un élément de gonflement couplé à des éléments hyperélastiques "remplis de fluide" pour prédire le comportement transitoire du tissu sous charge statique. Les modèles proposés ont été utilisés pour simuler la consolidation unidimensionnelle de la matrice cartilagineuse et comparés aux données expérimentales publiées. Les résultats démontrent que la pression hydrostatique interstitielle excédentaire, particulièrement dans les phases initiales de déformation, ne peut être prédite correctement sans une représentation adéquate du gonflement et de ses interactions non-linéaires avec les paramètres mécaniques gouvernants comme la perméabilité et la rigidité. Cette approche améliore significativement la capacité prédictive des modèles de consolidation du cartilage articulaire.
This study investigated whether cell nuclei deform when tendons are stretched, as this deformation may be important for how cells sense and respond to mechanical forces. The researchers used rat tail tendons stained with fluorescent dye and mounted them on a specialized stretching device under a confocal microscope, then measured changes in cell nucleus shape at 0%, 2%, 4%, and 6% tendon strain. They found that cell nuclei did deform during tendon stretching, with a weak but significant correlation between the amount of local tissue strain and nucleus deformation in the lengthwise direction. The findings suggest that nucleus deformation occurs in tendons under tension and may contribute to how tendon cells detect and respond to mechanical loading.
**Studienziel:** Diese Studie untersuchte die Verformung von Zellkernen in Sehnen unter Zugbelastung, um deren Rolle bei der Mechanotransduktion zu verstehen - ein Phänomen, das bisher nur im Gelenkknorpel erforscht wurde.
**Methoden:** Rattenschwanzsehnen wurden mit Acridinorange gefärbt und mittels eines speziell entwickelten Zugprüfgeräts am konfokalen Lasermikroskop bei verschiedenen Dehnungsgraden (0%, 2%, 4%, 6%) untersucht, wobei die Zellkernverformung in zwei Achsen gemessen wurde.
**Hauptergebnisse:** Es zeigte sich eine schwache aber signifikante Korrelation (R² = 0,34, p < 0,01) zwischen lokaler Gewebsdehnung und Zellkernverformung in Längsrichtung, was bestätigt, dass Zellkerne in Sehnen unter mechanischer Belastung tatsächlich verformt werden und somit zur mechanischen Signalübertragung beitragen könnten.
Cette étude visait à examiner la déformation des noyaux cellulaires in situ dans les tendons soumis à une contrainte de traction, un phénomène potentiellement impliqué dans la mécanotransduction. Les chercheurs ont utilisé des tendons de queue de rat marqués à l'orange d'acridine et montés sur un dispositif de traction couplé à un microscope confocal, permettant de mesurer les déformations nucléaires à différents niveaux de contrainte tissulaire (0%, 2%, 4% et 6%). Les résultats ont révélé une corrélation faible mais significative (R² = 0,34, p < 0,01) entre la contrainte tissulaire locale et la déformation des noyaux cellulaires dans l'axe longitudinal. Cette déformation nucléaire in situ pourrait jouer un rôle important dans la voie de transduction des signaux mécaniques au niveau tendineux.
This study investigated how articular cartilage's collagen network responds to compressive loading, with particular focus on the role of the superficial tangential zone. The researchers used 380 cylindrical cartilage samples from bovine femoral heads, subjecting them to different loading pressures (0.42 or 0.98 MPa) for 20 minutes, with some samples having their tangential zone removed, then analyzed the collagen fiber architecture using scanning electron microscopy.
Key findings showed that compressive loading caused collagen fibers to bulge outward beyond the directly loaded area, with fiber crimping occurring under the load that spread to adjacent zones as loading increased - all changes were fully reversible. Removal of the tangential zone significantly impaired the cartilage's ability to distribute loads laterally, reducing the tissue volume involved in load transmission while increasing surface tensile strain by up to 20% with problematic strain concentration peaks.
The study demonstrates that the tangential and intermediate zones function as an integrated unit during load bearing, and that an intact superficial layer is crucial for proper load distribution and preventing excessive surface strain that could lead to cartilage damage.
Diese Studie untersuchte die funktionelle Anatomie des Gelenkknorpels unter Druckbelastung, mit besonderem Fokus auf die Rolle der oberflächlichen Tangentialzone für die Lastverteilung. Die Forscher analysierten 380 zylindrische Knorpel-Knochen-Proben von Rinderfemurkondylen mittels Rasterelektronenmikroskopie, wobei die Hälfte der Proben mit intakter und die andere Hälfte mit entfernter Tangentialzone unter verschiedenen Druckbelastungen (0,42 bzw. 0,98 MPa) untersucht wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass sich das Kollagennetzwerk dynamisch an die Belastungssituation anpasst, wobei unter Kompression größere Knorpelareale als nur die direkt belasteten Bereiche in die Lastübertragung einbezogen werden. Die intakte Tangentialzone erwies sich als entscheidend für die seitliche Lastverteilung und den Schutz vor lokalen Spannungsspitzen an der Oberfläche – ihre Entfernung führ
Cette étude visait à évaluer l'influence de la compression locale sur l'arrangement des fibres collagéniques du cartilage articulaire intact et à quantifier la déformation zonale sous charge. Les chercheurs ont analysé par microscopie électronique à balayage 380 échantillons cylindriques de cartilage bovin (dont 120 avec zone tangentielle retirée) soumis à des charges de 0,42 ou 0,98 MPa pendant 20 minutes. Les résultats montrent que l'architecture collagénique s'adapte dynamiquement à la charge appliquée, avec un bombement des fibres s'étendant au-delà de la zone directement chargée et la formation de plis (crimp) reflétant la déformation compressive locale. L'intégrité de la zone tangentielle s'avère cruciale pour la distribution latérale des contraintes et la prévention des pics de tension en surface, les zones tangentielle et intermédiaire formant une unité fonctionnelle commune lors de la transmission des charges.
This study evaluated the long-term progression of osteoarthritis (OA) in a canine "groove model" at 20 and 40 weeks after cartilage damage induction. Researchers created grooves in knee cartilage without damaging underlying bone, then forced increased joint loading for 20 weeks by immobilizing the opposite limb, followed by 20 weeks of normal loading. Biochemical and histological analysis showed steady progression of cartilage degeneration over time, with significant worsening in proteoglycan synthesis, content, and joint damage scores, while synovial inflammation remained mild and decreased over time. This model offers unique advantages for studying early OA and testing cartilage therapies since it creates progressive degeneration from a single trauma event without ongoing joint instability or significant inflammation that could interfere with treatment effects.
Diese Studie untersuchte die zeitliche Entwicklung osteoarthritischer Veränderungen im kaninen Groove-Modell über 20 und 40 Wochen nach Induktion. Die Forscher erzeugten Rillen in den Femurkondylen ohne Schädigung des subchondralen Knochens und belasteten das betroffene Gelenk durch Fixierung der kontralateralen Extremität über 20 Wochen intensiviert. Die biochemischen und histologischen Analysen zeigten eine langsame, aber kontinuierliche Progression der Knorpeldegeneration zwischen 20 und 40 Wochen, mit signifikanten Veränderungen bei Proteoglykansynthese, -gehalt und Mankin-Score. Das Groove-Modell bietet durch das einmalige Trauma ohne permanente Gelenkinstabilität oder ausgeprägte Entzündung einzigartige Eigenschaften für die Untersuchung früher Osteoarthritis-Merkmale und könnte daher sensitiver für die Detektion therapeutischer Effekte bei Knorpelschutz und -reparatur sein.
Cette étude évalue la progression temporelle des caractéristiques arthrosiques dans le modèle canin "groove" à 20 et 40 semaines après induction, où des rainures sont créées dans les condyles fémoraux suivies d'une charge articulaire intensifiée pendant 20 semaines. Les analyses biochimiques et histologiques révèlent une progression lente mais significative de la dégénérescence cartilagineuse entre 20 et 40 semaines, notamment pour la synthèse et le contenu en protéoglycanes ainsi que le score de Mankin. Cette progression s'accompagne d'une inflammation synoviale légère qui diminue avec le temps, confirmant que ce modèle reproduit une arthrose induite par un traumatisme unique sans instabilité articulaire permanente ni inflammation majeure. Le modèle présente ainsi des caractéristiques uniques qui pourraient le rendre plus sensible pour détecter les effets thérapeutiques visant la protection et la réparation cartilagineuse.
This study investigated how chondrocytes (cartilage cells) and their nuclei deform when compressed within alginate scaffolds, which are commonly used in cartilage tissue engineering. The researchers used confocal microscopy to observe cell shape changes in real-time during compression of chondrocyte-alginate constructs with different alginate concentrations (1.2% and 2%).
The key findings showed that compression caused cells to change from spherical to flattened ellipsoid shapes while maintaining constant volume, with the cell nucleus also deforming but recovering more quickly than the whole cell. In stiffer 2% alginate gels, cell deformation remained constant over 25 minutes while nuclear deformation decreased, whereas in softer 1.2% alginate gels, both cell and construct deformation reduced over 60 minutes due to the gel's viscoelastic properties.
By analyzing the relationship between construct deformation and cell recovery in the softer gels, the researchers calculated that individual chondrocytes have a Young's modulus of approximately 3 kPa, providing important biomechanical data for understanding how cartilage cells respond to mechanical loading.
Diese Studie untersuchte die Verformung von Chondrozyten und deren Zellkernen in komprimierten Alginat-Konstrukten, um die Mechanotransduktion in Knorpelzellen besser zu verstehen. Mittels Konfokalmikroskopie analysierten die Forscher die Zell- und Kernmorphologie isolierter Chondrozyten in verschiedenen Alginat-Konzentrationen (1,2% und 2%) unter statischer Kompression über 25-60 Minuten. Die Hauptergebnisse zeigten, dass sich Chondrozyten unter Kompression von einer sphärischen zu einer abgeflachten ellipsoiden Form verformten, wobei die Kernverformung zeitabhängig abnahm, während die Zellverformung konstant blieb. Durch Analyse des viskoelastischen Verhaltens in niedrigkonzentriertem Alginat konnten die Autoren erstmals einen Elastizitätsmodul für Chondrozyten von etwa 3 kPa berechnen.
Cette étude vise à analyser la déformation des chondrocytes et de leur noyau lors de compression mécanique dans des construits d'alginate, afin de mieux comprendre la mécanotransduction cellulaire. Les chercheurs ont utilisé la microscopie confocale pour examiner la morphologie cellulaire de chondrocytes isolés comprimés dans des gels d'alginate à différentes concentrations (1,2% et 2%) sur des périodes de 25 à 60 minutes. Les résultats montrent que la compression transforme les cellules sphériques en ellipsoïdes aplatis avec conservation du volume cellulaire, tandis que la déformation nucléaire diminue significativement au cours du temps malgré une déformation cellulaire constante. L'utilisation d'alginate moins concentré (1,2%) a permis de calculer un module de Young cellulaire d'environ 3 kPa grâce au comportement viscoélastique du gel.
This study investigated the long-term effects of acute joint trauma on cartilage and bone tissue in a rabbit model of patellofemoral joint injury. Researchers applied a single blunt impact to the right patellofemoral joint of 49 rabbits and examined tissue changes at multiple time points up to 36 months post-impact, measuring cartilage mechanical properties, thickness, surface damage, and subchondral bone changes. The key findings showed that traumatized cartilage experienced persistent mechanical weakening (30% reduction in compressive strength by 4.5 months that remained constant), increased fluid permeability, progressive thinning (45% reduction by 36 months), and surface fissuring, while the underlying subchondral bone progressively thickened over time. The study suggests a potential relationship between cartilage deterioration and subchondral bone thickening following joint trauma, though the cause-and-effect mechanism remains unclear.
Diese Langzeitstudie untersuchte chronische Veränderungen im patellofemoralen Gelenk von Kaninchen bis zu 36 Monate nach einem einzelnen stumpfen Trauma. Die Forscher analysierten biomechanische Eigenschaften (Kompressionsmodul, Flüssigkeitspermeabilität) und strukturelle Parameter des retropatellaren Knorpels sowie die Dicke des subchondralen Knochens an 49 Kaninchen zu verschiedenen Zeitpunkten. Die Hauptergebnisse zeigten eine persistierende 30%ige Reduktion des Kompressionsmoduls ab 4,5 Monaten, eine zunehmende Flüssigkeitspermeabilität und eine progressive Knorpelverdünnung (45% nach 36 Monaten), während sich der subchondrale Knochen gleichzeitig verdickte. Die Studie deutet auf einen möglichen Zusammenhang zwischen der verschlechterten biomechanischen Funktion des traumatisierten Knorpels und der subchondralen Knochenverdickung hin, wobei kausale Beziehungen noch zu klären sind.
Cette étude a examiné l'évolution à long terme (jusqu'à 36 mois) des changements du cartilage rétro-patellaire et de l'os sous-chondral chez le lapin après un traumatisme contondant unique de l'articulation fémoro-patellaire. Les chercheurs ont utilisé 49 lapins géants des Flandres sacrifiés à différents temps post-impact et ont analysé les propriétés biomécaniques du cartilage ainsi que l'épaisseur de l'os sous-chondral par histologie. Les résultats montrent une réduction persistante de 30% du module de compression du cartilage traumatisé dès 4,5 mois, une augmentation de la perméabilité tissulaire, un amincissement progressif du cartilage (45% à 36 mois) et un épaississement de l'os sous-chondral au fil du temps. Cette étude suggère une association entre la dégradation des propriétés mécaniques du cartilage et les modifications de l'os sous-chondral, établissant un modèle pertinent pour comprendre les mécanismes de développement de l'arthrose post-traumatique.
This review paper aimed to classify articular cartilage injuries and examine their natural healing responses to guide treatment decisions. The authors categorized injuries into three classes based on tissue damage patterns: (1) chondral damage without visible surface disruption, (2) mechanical disruption limited to cartilage, and (3) disruption involving both cartilage and subchondral bone. The study found that joints can repair non-disruptive damage when protected from further injury, but mechanical disruption of cartilage alone rarely heals despite increased chondrocyte activity, while subchondral bone involvement stimulates repair that typically fails to restore normal cartilage properties. The authors emphasized that successful treatment must demonstrate superior long-term outcomes compared to natural healing, requiring surgeons to carefully classify injury types and understand their natural progression before selecting interventions.
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, die verschiedenen Typen von Gelenkknorpelverletzungen im Sport zu klassifizieren und deren Reparaturmechanismen zu verstehen. Die Autoren identifizieren drei Klassen von chondralen und osteochondralen Verletzungen basierend auf der Art der Gewebeschädigung: (1) Knorpelschäden ohne sichtbare mechanische Disruption der Gelenkoberfläche, (2) mechanische Disruption nur des Gelenkknorpels, und (3) mechanische Disruption von Knorpel und subchondralem Knochen. Die wichtigsten Erkenntnisse zeigen, dass Verletzungen ohne Oberflächendisruption bei Schonung heilen können, reine Knorpelverletzungen trotz erhöhter Chondrozytenaktivität selten reparieren, und osteochondrale Verletzungen zwar eine Reparaturreaktion stimulieren, aber selten die ursprünglichen biologischen und mechanischen Eigenschaften wiederherstellen. Die Autoren betonen, dass operative Behandlungen nur dann sinnvoll sind, wenn sie nachwe
Cette revue vise à classifier les lésions du cartilage articulaire liées au sport et à analyser leurs mécanismes de réparation. Les auteurs identifient trois classes de lésions selon le type de dommage tissulaire : (1) lésions sans disruption mécanique visible de la surface articulaire, (2) disruption mécanique limitée au cartilage articulaire, et (3) disruption du cartilage et de l'os sous-chondral. Les résultats montrent que seules les lésions sans disruption de surface peuvent généralement se réparer naturellement, tandis que les disruptions mécaniques du cartilage stimulent l'activité des chondrocytes sans aboutir à une réparation efficace, et les lésions ostéochondrales déclenchent une réparation qui ne restaure que rarement les propriétés biologiques et mécaniques normales. L'étude souligne l'importance de caractériser précisément le type de lésion avant de choisir un traitement, car les interventions chirurgicales doivent démontrer une amélioration fonctionnelle à long terme par rapport à l'évolution naturelle.
This study aimed to measure how cartilage cells (chondrocytes) deform when knee joints experience normal physiological loading forces. The researchers applied realistic compression loads to intact feline patellofemoral joints (kneecap and thigh bone groove), then chemically preserved the tissue to analyze cell shape changes and cartilage strain patterns. The results showed that patellar and femoral groove cartilages have different baseline characteristics (thickness, cell shape, cell density) and respond differently to the same loading forces, with distinct patterns of cell deformation at various tissue depths. These findings suggest that mechanical loading significantly deforms cartilage cells during normal joint use, which may affect their biological activity and help explain why certain areas of the patellofemoral joint are more prone to developing osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die Verformung von Chondrozyten (Knorpelzellen) im Katzenkniegelenk unter physiologischen Belastungen, um die mechanobiologischen Grundlagen der Knorpelfunktion und Arthrose-Entwicklung besser zu verstehen. Die Forscher wendeten statische Druckbelastungen physiologischer Größenordnung auf intaktes Gelenkknorpelgewebe von Kniescheibe und Oberschenkelknochen an und analysierten anschließend die Knorpelverformung, Chondrozytendeformation und den volumetrischen Anteil der Zellen in verschiedenen Gewebetiefen. Die Ergebnisse zeigten deutliche strukturelle und mechanische Unterschiede zwischen Kniescheiben- und Oberschenkelknorpel: beide Gewebe unterschieden sich in Dicke, Zellform und Zellverteilung sowie in ihrer Reaktion auf mechanische Belastung. Die Autoren schlussfolgern, dass diese ortsspezifischen Unterschiede in der Chondrozytenverformung die biosynthetische Aktivität der Knorp
Cette étude visait à quantifier la déformation des chondrocytes in situ dans l'articulation patellofémorale féline sous charges physiologiques, afin de comprendre l'influence de l'environnement mécanique sur le maintien du cartilage articulaire. Les chercheurs ont appliqué une charge statique uniforme de magnitude physiologique sur du cartilage articulaire sain intact, puis ont procédé à une fixation chimique pour évaluer la déformation du cartilage, la déformation des chondrocytes et leur fraction volumétrique. Les résultats révèlent que les cartilages patellaire et de la trochlée fémorale diffèrent significativement en termes d'épaisseur, de rapport d'aspect des chondrocytes et de fraction volumétrique, avec des réponses distinctes à la compression selon la profondeur et la localisation. Ces différences mécaniques entre les deux surfaces articulaires pourraient expliquer en partie la progression site-spécifique de l'arthrose dans l'articulation patellofémorale, suggérant un lien direct entre déformation cellulaire et activité biosynthétique des chondrocytes.
This study investigated the mechanical properties and fluid flow behavior of agarose gels (2.0-14.8% concentration) under confined compression to better understand cartilage biomechanics. The researchers used equilibrium, creep, and dynamic compression tests, then applied biphasic modeling to determine hydraulic permeability and analyzed how gel stiffness varied with loading frequency (0.01-1.0 Hz). The key finding was a new mathematical relationship between intrinsic permeability and water content that accurately predicted deformation-dependent permeability changes across four orders of magnitude for both agarose gels and bovine cartilage. The study also showed that gel stiffness increased with both concentration and loading frequency, with important implications for understanding how cells respond to fluid flow in cartilage under dynamic loading conditions.
Diese Studie untersuchte das mechanische Verhalten von Agarose-Gelen (2,0-14,8%) unter kontrollierter Kompression, um neue Erkenntnisse über die deformationsabhängige hydraulische Permeabilität von Gelen und Knorpel zu gewinnen. Die Forscher bestimmten die hydraulischen Permeabilitäten durch Anpassung von Kriech-Daten an das biphasische Modell und führten dynamische Tests bei verschiedenen Frequenzen (0,01-1,0 Hz) durch. Als Hauptergebnis wurde eine neue Beziehung zwischen intrinsischer Permeabilität und Wasservolumenanteil für Agarose-Gel entwickelt, die erfolgreich die deformationsabhängigen Permeabilitäten von Rindergelenkknorpel und 2% Agarose-Gel über vier Größenordnungen vorhersagen kann. Diese Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis zellulärer Reaktionen auf interstitielle Flüssigkeitsströmungen in Gelen und Knorpel unter dynamischer mechanischer Belastung.
Cette étude visait à caractériser le comportement mécanique et hydraulique des gels d'agarose (2,0-14,8%) en compression confinée pour mieux comprendre les propriétés du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé des tests de fluage et de compression dynamique, analysés avec le modèle biphasique pour déterminer les perméabilités hydrauliques. Les résultats ont révélé une nouvelle relation entre la perméabilité intrinsèque et la fraction volumique d'eau, capable de prédire les perméabilités dépendantes de la déformation sur quatre ordres de grandeur pour les gels et le cartilage bovin. Cette découverte améliore la compréhension des réponses cellulaires aux écoulements de fluide interstitiel dans le cartilage sous contraintes mécaniques dynamiques.
This study aimed to experimentally validate a sophisticated biomechanical model (biphasic-CLE-QLV) that incorporates both the intrinsic viscoelasticity of cartilage's solid matrix and its different mechanical behavior under tension versus compression. The researchers tested cartilage plugs from bovine shoulder joints using confined and unconfined compression tests at different strain rates, then used curve-fitting to determine material properties and validate model predictions. The biphasic-CLE-QLV model showed excellent agreement with experimental data across all test conditions (R² values ranging from 0.91-0.998), demonstrating that both tension-compression nonlinearity and intrinsic viscoelasticity are essential for accurately predicting cartilage mechanical behavior. These findings suggest that incorporating these two key features into cartilage models may be crucial for understanding how cartilage bears loads during normal joint function.
Diese Studie zielte darauf ab, das erweiterte Biphasic-CLE-QLV-Modell experimentell zu validieren, welches sowohl die intrinsische Viskoelastizität der Knorpelmatrix als auch die Spannungs-Kompressions-Nichtlinearität berücksichtigt. Die Forscher führten Stress-Relaxations- und dynamische Belastungstests an zwölf bovinen Knorpelproben durch, wobei sie sowohl langsame als auch schnelle Dehnungsraten verwendeten. Das Biphasic-CLE-QLV-Modell zeigte eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit den experimentellen Daten (R² = 0,966-0,998) und konnte das dehnungsratenabhängige mechanische Verhalten des Gelenkknorpels erfolgreich vorhersagen. Die Ergebnisse bestätigen, dass sowohl die Spannungs-Kompressions-Nichtlinearität als auch die intrinsische Viskoelastizität entscheidend für die Modellierung der Knorpelmechanik unter physiologischen Belastungen sind.
Cette étude vise à valider expérimentalement le modèle biphasique-CLE-QLV qui intègre la viscoélasticité intrinsèque de la matrice et la non-linéarité tension-compression du cartilage articulaire. Les chercheurs ont réalisé des tests de relaxation de contrainte en compression confinée et non-confinée à différentes vitesses de déformation, ainsi que des tests dynamiques sur 12 échantillons cylindriques de cartilage bovin d'épaisseur complète. Les résultats montrent une excellente corrélation entre les données expérimentales et le modèle théorique (R² = 0,966 ± 0,032 pour les faibles vitesses et R² = 0,998 ± 0,002 pour les vitesses rapides), confirmant que la prise en compte simultanée de la viscoélasticité intrinsèque et de la non-linéarité tension-compression est nécessaire pour prédire fidèlement le comportement mécanique du cartilage. Cette approche offre des prédictions supérieures du module dynamique par rapport aux modèles biphasiques classiques, soulignant l'importance de ces propri
This study proposes a hypothesis about how mechanical forces regulate cartilage cell activity in the hip joint. The researchers suggest that when the hip joint experiences contact stress during loading, it deforms the cartilage tissue, which in turn deforms the cartilage cells (chondrocytes) within it. The main finding is a theoretical framework proposing that this mechanical deformation of chondrocytes serves as the primary mechanism controlling their protein synthesis activity and overall cartilage metabolism. This work provides a conceptual foundation for understanding how physical loading influences cartilage health and function in the hip joint.
Diese Studie stellt eine Hypothese zur Regulation der proteosynthetischen Aktivität von Chondrozyten im Hüftgelenkknorpel auf. Die Autoren postulieren, dass mechanische Belastungen im Hüftgelenk durch Kontaktstress zu Knorpeldeformationen führen, welche wiederum die Chondrozyten verformen. Diese mechanisch induzierten Zelldeformationen werden als Hauptfaktoren identifiziert, die den Knorpelstoffwechsel beeinflussen könnten. Die Arbeit liefert somit einen theoretischen Rahmen für das Verständnis der mechanobiologischen Regulation des Gelenkknorpels.
Cette étude propose une hypothèse sur la régulation de l'activité protéosynthétique des chondrocytes du cartilage de la hanche par les contraintes mécaniques. Les auteurs suggèrent que les déformations du cartilage induites par les forces de contact articulaire, et la déformation consécutive des chondrocytes, constituent les facteurs principaux influençant le métabolisme cartilagineux. Cette hypothèse établit un lien direct entre la charge mécanique appliquée à l'articulation coxo-fémorale et la régulation de l'activité cellulaire du cartilage. Les résultats proposent un modèle de mécanotransduction où la déformation physique des cellules cartilagineuses module leur activité de synthèse protéique.
This study investigated how different frequencies of intermittent mechanical loading affect cartilage metabolism and cell survival in bovine cartilage explants. Researchers applied cyclic loads at 0.1, 0.5, or 1.0 Hz frequencies with varying loading and rest periods over 6 days, then measured proteoglycan synthesis, loss, and chondrocyte viability across different cartilage zones. The key findings showed that loading frequency independently regulated both proteoglycan synthesis and the loss of existing proteoglycans in a non-linear manner, while chondrocytes in the superficial zone experienced dramatic cell death regardless of the specific frequency used. These results demonstrate that mechanical loading frequency is a critical factor controlling cartilage metabolism and suggest that mechanical stress can transform healthy cartilage into a degenerative, osteoarthritis-like state in laboratory models.
Diese Studie untersuchte, wie die Frequenz intermittierender mechanischer Belastung den Proteoglykan-Stoffwechsel und die Zellviabilität in Gelenkknorpel beeinflusst. Knorpelexplantate aus gesunden Rindergelenken wurden 6 Tage lang zyklischen Belastungen mit verschiedenen Frequenzen (0,1-1,0 Hz) und unterschiedlichen Belastungs-/Entlastungszyklen ausgesetzt, wobei die Proteoglykansynthese, der Glykosaminoglykangehalt und die Chondrozytenviabilität gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl die Proteoglykansynthese als auch der Verlust endogener Proteoglykane nicht-linear und unabhängig voneinander durch die Belastungsfrequenz reguliert wurden, während die Chondrozytenviabilität in der oberflächlichen Zone unabhängig von der Frequenz drastisch abnahm. Die Studie bestätigt, dass die Belastungsfrequenz ein wichtiger mechanischer Faktor für den Knorpelstoffwechsel ist und dass
Cette étude visait à déterminer comment la fréquence de chargement intermittent module le métabolisme des protéoglycanes et la viabilité des chondrocytes dans le cartilage articulaire bovin mature. Les explants de cartilage ont été soumis à des charges cycliques uniaxiales à différentes fréquences (0,1-1,0 Hz) et patterns temporels pendant 6 jours, avec mesure de la synthèse des glycosaminoglycanes, du contenu en ADN et de la viabilité cellulaire. Les résultats montrent que la synthèse et la perte de protéoglycanes sont régulées de manière non-linéaire et indépendante par la fréquence de chargement, tandis que la viabilité des chondrocytes de la zone superficielle diminue drastiquement sous chargement intermittent. Cette approche permet de créer un modèle in vitro de cartilage dégénératif similaire à l'arthrose à partir de cartilage initialement sain.
This study aimed to develop an MRI-compatible loading system to measure three-dimensional cartilage deformation and determine the loading conditions needed for steady-state cartilage behavior. The researchers designed a pneumatic apparatus that could apply repeatable 400N compressive loads inside an MRI scanner, then tested it on bovine cartilage samples under different cyclic loading protocols. The system successfully demonstrated high load repeatability (1.8% standard deviation) and could acquire MRI images of both undeformed and deformed states in phantom materials. Key findings showed that bovine cartilage required 27-49 loading cycles to reach steady-state deformation (depending on cycle duration), with final displacements remaining highly consistent within ±7.42 micrometers, establishing the technical foundation for future 3D cartilage deformation studies using MRI.
Diese Studie zielte darauf ab, eine MRT-kompatible Belastungsapparatur zu entwickeln, um dreidimensionale Knorpeldeformationen unter zyklischer Kompression zu messen. Die Forscher konstruierten ein pneumatisches System, das reproduzierbare Belastungszyklen von 400 N im MRT-Scanner applizieren kann, und testeten es zunächst an Phantommaterial sowie anschließend an bovinem Gelenkknorpel unter unkonfronierter Kompression. Die Apparatur erreichte eine hohe Belastungsgenauigkeit (Standardabweichung 1,8%) und konnte erfolgreich mit dem MRT-Scanner integriert werden, wobei Bilder sowohl im unbelasteten als auch belasteten Zustand erstellt wurden. Die Experimente zeigten, dass boviner Gelenkknorpel nach 27-49 Belastungszyklen (abhängig von der Zyklusdauer) einen stabilen Verformungszustand erreicht, mit einer Reproduzierbarkeit der Verschiebungen von ±7,42 μm um den Mittelwert.
Cette étude visait à développer un système IRM-appareil de charge pour mesurer les déformations tridimensionnelles non-uniformes du cartilage articulaire. Les chercheurs ont conçu un dispositif pneumatique capable d'appliquer des charges cycliques de compression de 400 N de manière répétable dans un scanner IRM, puis l'ont testé sur des échantillons de cartilage bovin. L'appareil a démontré une excellente répétabilité (écart-type de 1,8%) et a permis de déterminer qu'un état d'équilibre des déformations était atteint après 27 à 49 cycles selon la durée du cycle (5 à 15 secondes). Une fois l'état d'équilibre atteint, 95% des déplacements étaient reproductibles à ±7,42 microns près, validant ainsi la capacité du système à acquérir des images IRM exploitables pour l'analyse des déformations 3D du cartilage.
This study investigated how mechanical forces activate cellular signaling pathways in cartilage, specifically examining mitogen-activated protein kinase (MAPK) responses to compression. The researchers applied mechanical compression to intact cartilage samples and measured the phosphorylation (activation) of three key MAPK signaling proteins—ERK1/2, p38 MAPK, and SEK1—at various time points from 10 minutes to 24 hours. They found that mechanical compression alone was sufficient to activate all three MAPK pathways, but each showed distinct activation patterns: ERK1/2 had an early peak followed by sustained activation, p38 MAPK showed only brief early activation, and SEK1 displayed delayed but strong activation peaking at 1 hour. These findings demonstrate that cartilage cells use multiple, simultaneously active signaling pathways with different timing patterns to sense and respond to mechanical loading, providing important insights into how cartilage maintains itself under normal joint forces.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Kräfte die Signalübertragung in Gelenkknorpel über MAPK-Signalwege regulieren. Die Forscher setzten ex vivo Knorpelproben mechanischer Kompression aus und analysierten die Phosphorylierung verschiedener MAPK-Proteine (ERK1/2, p38 MAPK, SEK1) zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Kompression alle drei MAPK-Signalwege aktiviert, jedoch mit unterschiedlichen zeitlichen Mustern: ERK1/2 zeigte eine biphasische Antwort mit früher Aktivierung und anhaltender ERK2-Phosphorylierung, p38 MAPK wurde nur vorübergehend aktiviert, während SEK1 eine verzögerte aber stärkere Phosphorylierung aufwies. Diese Befunde belegen erstmals, dass mechanische Belastung allein ausreicht, um komplexe MAPK-Signalkaskaden in intaktem Knorpel zu aktivieren, was neue Einblicke in die Mechanotransduktion von Chondro
Cette étude vise à identifier les voies de signalisation cellulaire qui permettent aux chondrocytes articulaires de transduire les forces mécaniques en réponses biologiques. Les chercheurs ont utilisé un modèle de compression ex vivo sur cartilage intact pour analyser l'activation des voies MAPK (ERK1/2, p38 MAPK, et SEK1/JNK) par phosphorylation à différents temps. Les résultats montrent que la compression mécanique active distinctement ces trois voies avec des cinétiques temporelles spécifiques : ERK1/2 présente une activation biphasique (pic à 10 min puis maintien prolongé d'ERK2), p38 MAPK une activation transitoire maximale à 10 min, et SEK1 une activation retardée mais plus intense à 1 heure. Cette étude démontre que la compression mécanique seule suffit à activer la signalisation MAPK dans le cartilage intact, révélant des mécanismes distincts de mécanotransduction qui diffèrent de ceux induits par l'IGF-I.
This study investigated whether surface fissures in articular cartilage can grow larger when subjected to repeated mechanical loading, which could help explain how joint overuse leads to osteoarthritis. The researchers used bovine cartilage specimens, first created surface damage by compression testing, then applied cyclic loading at 40% of the failure strength while measuring fissure dimensions over time using image analysis. The key finding was that cyclic loading caused cartilage fissures to dramatically increase in both length (353%) and width (360%), with most growth occurring within the first few hundred loading cycles, though fissure depth remained unchanged. The authors conclude that mechanical loading can cause surface fissures to propagate and temporarily open into wide "wounds," which in living joints could potentially trigger degenerative processes leading to osteoarthritis.
Diese In-vitro-Studie untersuchte, ob zyklische mechanische Belastung zur Ausbreitung von Oberflächenrissen in Gelenkknorpel führt und somit zur Arthrose-Entwicklung beiträgt. Die Forschenden erzeugten kontrollierte Risse in 35 bovinen Knorpel-Knochen-Präparaten und unterzogen diese anschließend 5 Stunden lang einer zyklischen Kompressionsbelastung bei 40% der Druckfestigkeit. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Zunahme der Risslänge um durchschnittlich 353% und der Rissbreite um 360%, wobei sich die Risse hauptsächlich horizontal ausbreiteten, aber nicht in die Tiefe wuchsen. Diese mechanische Rissausbreitung könnte in lebenden Gelenken biologisch relevante Degenerationsprozesse fördern und stellt einen wichtigen Mechanismus für die Entstehung von Arthrose dar.
Cette étude avait pour objectif de tester l'hypothèse que les fissures superficielles du cartilage articulaire peuvent se propager mécaniquement sous l'effet de charges cycliques. Les chercheurs ont utilisé 35 échantillons de cartilage bovin sur os, ont créé des fissures par compression (résistance moyenne de 36 MPa), puis ont appliqué des charges cycliques à 40% de la résistance à la compression pendant 5 heures. Les résultats montrent que les charges cycliques provoquent une augmentation significative de la longueur (353%) et de la largeur (360%) des fissures, mais pas de leur profondeur, avec une propagation rapide initialement puis atteignant un équilibre après plusieurs centaines de cycles. Cette étude démontre que la propagation mécanique des fissures cartilagineuses pourrait contribuer aux processus dégénératifs articulaires en créant des "plaies" superficielles larges qui favoriseraient les changements pathologiques du tissu.
This study aimed to analyze temporomandibular joint (TMJ) biomechanics by combining 3D anatomical reconstructions with jaw movement recordings to understand how joint surfaces relate during function. The researchers used dynamic stereometry to measure condyle-fossa distances and stress-field movements during various jaw activities including chewing, biting, and mandibular movements.
Key findings showed that condyle-fossa distances were consistently smaller during closing versus opening, on the balancing side versus working side, and when chewing hard versus soft foods, indicating that both TMJ condyles experience loading during chewing with greater forces on the balancing side. The technique revealed that stress-fields translate in multiple directions during jaw movements, with the lateral area of the TMJ disk experiencing more frequent shear stresses than the medial area, which may contribute to cartilage wear and degenerative changes.
Diese Studie zielte darauf ab, die Biomechanik des Kiefergelenks durch die Kombination von dreidimensionalen anatomischen Rekonstruktionen mit Kieferbewegungsaufzeichnungen zu untersuchen. Mittels dynamischer Stereometrie analysierten die Forschenden die Veränderungen der Gelenkflächenbeziehungen während verschiedener Kieferfunktionen wie Kauen, Beißen und Kieferbewegungen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass der Kondylus-Fossa-Abstand beim Kauen auf der Balancing-Seite (gegenüberliegende Seite) kleiner war als auf der Arbeitsseite und dass beide Kiefergelenke während des Kauens belastet werden, wobei die Balancing-Seite stärker beansprucht wird. Die Technik ermöglicht wichtige Einblicke in die Entstehung von Knorpelschäden und degenerativen Gelenkerkrankungen durch die Analyse von Scherkräften und Stressverteilungen im Kiefergelenk.
Cette étude vise à analyser la biomécanique de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) en combinant des reconstructions 3D anatomiques avec l'enregistrement des mouvements mandibulaires, une technique appelée stéréométrie dynamique. Les chercheurs ont mesuré les variations de distance condyle-fosse temporale durant différentes fonctions (mastication, morsure statique, mouvements d'ouverture/fermeture). Les résultats montrent que la distance condyle-fosse est plus petite lors de la fermeture par rapport à l'ouverture, du côté non-travaillant par rapport au côté travaillant, et lors de la mastication d'aliments durs comparativement aux aliments mous, avec une charge plus importante sur le côté controlatéral lors du serrement forcé. Cette technique permet de mieux comprendre les contraintes de cisaillement qui s'exercent sur le disque articulaire, particulièrement dans sa région latérale, contribuant ainsi à élucider les mécanismes biomécaniques impliqués dans les pathologies dégénératives de l'ATM.
This review examines the relationship between sports participation, joint injuries, and the development of posttraumatic osteoarthritis. The authors analyzed existing literature on how different types of sports activities affect joint health and injury risk factors. The study found that low-impact sports with minimal torsional loading do not increase osteoarthritis risk in people with normal joints, while high-impact sports with significant joint loading substantially increase the risk of injury and subsequent joint degeneration. The authors conclude that individuals with pre-existing joint problems, previous injuries, or neuromuscular deficits face higher injury risks during athletics and should undergo comprehensive joint and muscle evaluation before participating in vigorous sports activities.
Diese Übersichtsarbeit untersucht den Zusammenhang zwischen sportlicher Betätigung, Gelenkverletzungen und der Entwicklung posttraumatischer Arthrose. Die Autoren analysierten die Beziehungen zwischen Gelenkbelastung, Verletzungsrisiko und Gelenkdegeneration basierend auf verfügbarer Literatur. Die Hauptergebnisse zeigen, dass Sportarten mit geringen Gelenkbelastungen das Arthroserisiko bei gesunden Personen nicht erhöhen, während Sportarten mit hohen Impact- und Torsionsbelastungen das Verletzungs- und nachfolgende Degenerationsrisiko deutlich steigern. Personen mit anatomischen Anomalien, vorherigen Verletzungen oder neuromuskulären Störungen haben ein erhöhtes Risiko für Gelenkschäden und sollten vor intensiver sportlicher Betätigung eine umfassende Funktionsdiagnostik erhalten.
Cette étude examine les relations entre la pratique sportive, les blessures articulaires et le développement d'arthrose post-traumatique. L'analyse se base sur une revue de la littérature concernant les facteurs de risque et les mécanismes de dégénérescence articulaire liés au sport. Les résultats montrent que les sports à faible impact et charge torsionnelle ne augmentent pas le risque d'arthrose chez les individus avec des articulations normales, tandis que les sports à fort impact accroissent significativement ce risque. L'étude conclut qu'un diagnostic précoce et une prise en charge appropriée des blessures articulaires, ainsi qu'une évaluation préalable des individus à risque, sont essentiels pour prévenir l'arthrose post-traumatique.
This study investigated how mechanical loading, cell density, and nutrient conditions affect the development of engineered cartilage tissue using chondrocyte-seeded agarose hydrogels. The researchers cultured constructs under free-swelling conditions or intermittent deformational loading (10% deformation, 1 Hz) for two months, testing different cell seeding densities (10 vs 60 million cells/ml) and serum concentrations (10% vs 20% FBS) with enhanced nutrient supply. Under optimal conditions (high cell density, 20% serum, adequate nutrient supply), dynamically loaded constructs showed more than 2-fold increases in mechanical properties compared to controls, achieving approximately 75% and 25% of native tissue values for Young's modulus and dynamic modulus, respectively. Importantly, the mechanical improvements occurred without changes in total proteoglycan or collagen content, suggesting that loading enhances tissue properties through improved structural organization rather than increased matrix quantity.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung, Zelldichte und Nährstoffversorgung die biomechanischen Eigenschaften von künstlich gezüchtetem Knorpelgewebe beeinflussen. Die Forscher kultivierten Chondrozyten-beladene Agarose-Hydrogele über zwei Monate unter verschiedenen Bedingungen: mit und ohne intermittierende Verformungsbelastung (10% Deformation, 1 Hz), bei unterschiedlichen Zelldichten (10 vs. 60 Millionen Zellen/ml) und Serumkonzentrationen (10% vs. 20% FBS). Die Ergebnisse zeigten, dass dynamisch belastete Konstrukte bei hoher Zelldichte und optimaler Nährstoffversorgung eine mehr als doppelt so hohe Steifigkeit erreichten wie unbelastete Kontrollen und dabei etwa 75% bzw. 25% der mechanischen Eigenschaften von nativem Knorpelgewebe erreichten. Interessanterweise verbesserte die mechanische Belastung die Materialeigenschaften ohne messbare Änderungen im Proteoglykan- oder Kolla
Cette étude visait à déterminer l'efficacité de la charge déformationelle pour améliorer les propriétés mécaniques d'hydrogels d'agarose ensemencés de chondrocytes, en évaluant l'influence de la densité cellulaire initiale et de l'apport nutritionnel. Les chercheurs ont cultivé des construits pendant deux mois sous charge dynamique intermittente (10% déformation, 1 Hz) ou en conditions libres, avec différentes densités cellulaires (10 vs 60 millions cellules/mL) et concentrations de sérum (10% vs 20% FBS). Les résultats montrent que la charge dynamique, combinée à une densité cellulaire élevée et un apport nutritionnel optimal, augmente les propriétés mécaniques de plus du double par rapport aux témoins, atteignant environ 75% du module de Young du tissu natif (185 kPa) sans modification de la composition biochimique globale. Ces données suggèrent que la charge déformationelle améliore les propriétés mécaniques via des modifications de l'organisation structurelle plutôt que par une augmentation du contenu matriciel total.
This study aimed to examine how chondrocytes (cartilage cells) deform when articular cartilage is compressed and to understand how this relates to changes in the surrounding collagen matrix. The researchers applied different levels of static compression (high/low force, long/short duration) to intact rabbit knee joints, then used cryopreservation to freeze the tissue while still under load, allowing them to observe cell deformation using scanning electron microscopy. The results showed that chondrocytes undergo significant shape changes that depend on both the magnitude and duration of applied load, with the greatest deformation occurring in the transitional and upper radial zones of the cartilage rather than the surface layer. Importantly, the degree of chondrocyte deformation was closely linked to deformation of the surrounding collagen matrix, suggesting that mechanical forces are effectively transmitted from the tissue level down to individual cells.
Diese Studie untersuchte, wie sich Chondrozyten (Knorpelzellen) im Gelenkknorpel unter mechanischer Belastung verformen und wie dies mit der Verformung der umgebenden Kollagenmatrix zusammenhängt. Die Forscher belasteten intakte Kaninchenkniegelenke statisch mit unterschiedlichen Kräften und Zeitdauern, konservierten die Proben unter Last durch Kryokonservierung und analysierten sie mittels hochauflösender Rasterelektronenmikroskopie. Die Ergebnisse zeigten, dass Chondrozyten sich zonenspezifisch verformen, wobei die stärksten Formveränderungen in der Übergangs- und oberen radialen Zone bei hoher Kraft und langer Belastungsdauer auftraten, während die tangentiale Zone kaum betroffen war. Die Studie belegt, dass Chondrozytenverformung eng mit der Verformung der umgebenden Kollagenmatrix gekoppelt ist und sensitiv auf Belastungsmagnitude und -dauer reagiert.
Cette étude visait à caractériser la déformation des chondrocytes dans le cartilage articulaire sous charge statique et sa relation avec la déformation de la matrice collagénique. Les auteurs ont appliqué des charges statiques de différentes intensités et durées sur des articulations de genou de lapin intactes, puis ont utilisé la cryopréservation sous charge et la microscopie électronique à balayage pour préserver et analyser la morphologie cellulaire. Les résultats montrent que la compression statique produit une déformation spécifique des chondrocytes selon les zones du cartilage, principalement dans les zones transitionnelle et radiale supérieure, avec une déformation maximale sous charges élevées et prolongées. Cette déformation cellulaire est étroitement liée à celle de la matrice collagénique environnante, démontrant la sensibilité des chondrocytes aux variations de magnitude et de durée des contraintes mécaniques.
This study evaluated the in vivo performance of tissue-engineered cartilage made with a temperature-sensitive polymer scaffold (poly(N-isopropylacrylamide)-grafted gelatin) to identify optimal transplantation conditions for cartilage repair. The researchers tested different covering materials (periosteum or collagen film) and compared fresh versus 2-week precultured engineered tissue in animal models, evaluating outcomes at 5 weeks through visual and microscopic examination. The main findings showed that preculturing the engineered tissue for 2 weeks before transplantation prevented leakage, minimized surface deformation, and resulted in better tissue maturity compared to fresh transplants. The study concluded that using precultured tissue represents a promising approach for cartilage repair that warrants further long-term investigation.
Diese Studie untersuchte die In-vivo-Performance von künstlich hergestelltem Knorpelgewebe unter Verwendung eines Poly(N-Isopropylacrylamid)-modifizierten Gelatine-Scaffolds zur Knorpelreparatur. Die Forscher testeten verschiedene Abdeckmaterialien (Periost oder Kollagenfilm) und verglichen frisch hergestelltes mit 2 Wochen vorkultiviertem Gewebe, um bekannte Probleme wie Transplantat-Leckage und Deformation zu lösen. Nach 5 Wochen zeigten die Ergebnisse, dass vorkultivierte Transplantate deutlich bessere Resultate erzielten mit minimaler Oberflächendeformation, höheren Bewertungsscores und verbesserter histologischer Reife des Knorpelgewebes. Die Studie demonstriert, dass die Verwendung von vorkultiviertem Gewebe eine vielversprechende Methode für zukünftige Langzeitstudien zur Knorpelregeneration darstellt.
Cette étude évalue in vivo les performances d'un cartilage artificiel développé à partir de gélatine greffée au poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) pour la réparation cartilagineuse. Les chercheurs ont testé différentes approches pour résoudre les problèmes de fuite du transplant et de déformation concave, en comparant l'utilisation de matériaux de couverture (périoste ou film de collagène) et l'effet d'une pré-culture de 2 semaines sur des échantillons évalués 5 semaines post-opération. Les résultats montrent que la pré-culture du tissu artificiel élimine les fuites, réduit la déformation de surface et améliore significativement la maturation cartilagineuse avec une réponse inflammatoire minimale. Cette approche avec tissu pré-cultivé s'avère prometteuse pour des études à long terme de réparation du cartilage articulaire.
This study investigated how the tensile properties of articular cartilage change with tissue stretching, animal age, and depth from the surface. The researchers performed uniaxial tension tests on fresh bovine cartilage samples from animals aged 6 months to 6 years, using extended equilibration periods (5-10 hours) to achieve true equilibrium measurements.
Key findings showed that both equilibrium and transient tensile modulus increased significantly with age, rising from 0-15 MPa at equilibrium and 10-28 MPa transiently, likely due to increased collagen cross-linking with maturation. The tensile modulus also increased nonlinearly with tissue stretch (0-10% strain), though this increase was an order of magnitude lower than what would be needed to fully explain cartilage's nonlinear compressive behavior.
The study highlights the importance of using sufficiently long test periods to avoid overestimating cartilage stiffness, and suggests that biaxial testing may be needed to better understand the relationship between tensile and compressive properties.
Diese Studie untersuchte die nichtlinearen Zugeigenschaften von Rindergelenkknorpel und deren Veränderungen mit Alter und Gewebetiefe. Die Forscher führten einachsige Zugversuche an frischen Knorpelproben von Rindern verschiedener Altersgruppen (6 Monate bis 6 Jahre) durch, wobei sie Gleichgewichtszustände über 5-10 Stunden abwarteten und sowohl längs- als auch quergerichtete Gewebedehnung maßten. Die Hauptergebnisse zeigten, dass sowohl der Gleichgewichts- als auch der transiente Zugmodul signifikant mit dem Alter anstiegen (von 0 auf 15 MPa bzw. von 10 auf 28 MPa) und dass beide Moduli nichtlinear mit der Dehnung von 0-10% zunahmen. Die Studie verdeutlicht, dass Knorpel mit dem Alter steifer wird, vermutlich aufgrund altersabhängiger Kollagen-Quervernetzungen, wobei lange Relaxationszeiten für präzise Messungen der Gleichgewichtseigenschaften essenti
Cette étude visait à caractériser les propriétés non-linéaires en tension du cartilage articulaire bovin et leurs variations avec l'âge et la profondeur. Les chercheurs ont réalisé des tests de traction uniaxiale sur des tranches de cartilage frais avec des temps d'équilibre prolongés (5-10 heures) sur des échantillons d'âges variés (6 mois à 6 ans). Les résultats montrent que les modules de Young à l'équilibre et transitoires augmentent significativement avec l'âge (de 0 à 15 MPa à l'équilibre, de 10 à 28 MPa en transitoire) et de manière non-linéaire avec l'étirement (0 à 10% de déformation). Bien que l'augmentation non-linéaire de la rigidité en tension soit moins importante que celle prédite pour expliquer les propriétés compressives, ces données suggèrent que les modules biaxiaux pourraient être plus élevés et mieux compatibles avec les comportements compressifs observés.
This study aimed to develop a computational model to understand how healthy and degenerate cartilage responds to mechanical loading and chemical changes over time. The researchers extended traditional poroelastic theory to include swelling effects and created a specialized finite element computer program (U-PI-C) using a new hybrid element to simulate the coupled mechanical and chemical behavior of cartilage. The model revealed that strain-dependent permeability acts as a protective mechanism by controlling how quickly fluid stresses are transferred to the cartilage matrix during early loading phases. Additionally, the results showed that swelling pressure serves a crucial protective role by preventing excessive deformation of the cartilage matrix structure.
Diese Studie zielte darauf ab, das transiente Schwellungs- und Belastungsverhalten von gesundem und degeneriertem Gelenkknorpel durch Erweiterung der Poroelastizitätstheorie um physikochemische Schwellungseffekte zu untersuchen. Die Forscher entwickelten einen speziellen Finite-Elemente-Algorithmus (U-PI-C Programm) mit einem neuen Hybrid-Element, um die gekoppelten mechanischen und chemischen Reaktionen des Knorpels bei Ionentransport zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die dehnungsabhängige Matrixpermeabilität die Spannungsübertragung von der Flüssigkeit auf das Kollagen-Proteoglykan-Gerüst in den ersten Belastungsphasen begrenzt. Zusätzlich konnte nachgewiesen werden, dass der Schwelldruck eine wichtige Rolle beim Schutz der Matrix vor übermäßiger Verformung spielt.
Cette étude vise à développer un modèle mathématique avancé pour prédire les réponses transitoires du cartilage articulaire sain et dégénéré aux charges mécaniques et chimiques. Les chercheurs ont étendu la théorie de la poroélasticité pour inclure le gonflement physico-chimique et ont implémenté leurs équations dans un algorithme d'éléments finis spécialisé (programme U-PI-C) utilisant un nouvel élément hybride. Les résultats révèlent que la perméabilité matricielle dépendante de la déformation limite la transmission des contraintes du fluide vers la matrice collagène-protéoglycanes lors des phases initiales de charge. L'étude démontre également que la pression de gonflement joue un rôle protecteur majeur en prévenant les déformations excessives de la matrice cartilagineuse.
This review study aimed to compare the relative contributions of joint incongruity versus instability in causing posttraumatic arthritis. The authors analyzed existing clinical and basic science evidence, supplemented by preliminary data from a new dynamic ankle testing device that measures contact loads and loading rates throughout complete motion cycles. Clinical evidence showed that while the hip, knee, and ankle joints tolerate surface incongruity differently, all three joints poorly tolerate instability. The findings suggest that instability may be more important than incongruity in posttraumatic arthritis development, and that dynamic testing methods are needed to capture the transient stress elevations and abnormal loading patterns that static tests miss.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die relative Bedeutung von Gelenkinstabilität versus Gelenkinkongruenz bei der Entstehung posttraumatischer Arthrose. Die Autoren analysierten klinische Studien und mechanische Untersuchungen zu Hüft-, Knie- und Sprunggelenken und entwickelten ein dynamisches Testverfahren für das Sprunggelenk. Klinische Evidenz zeigt, dass alle drei Gelenke Instabilität schlecht tolerieren, während die Toleranz gegenüber Inkongruenzen gelenkspezifisch variiert. Die Entwicklung dynamischer Testmethoden ermöglicht erstmals die Messung transienter Kontaktlasten und Belastungsraten während des gesamten Bewegungszyklus, was neue Einblicke in die mechanischen Abnormalitäten bei Instabilität eröffnet.
Cette revue examine les mécanismes pathologiques de l'arthrite post-traumatique en comparant le rôle relatif de l'incongruence articulaire et de l'instabilité dans sa genèse. Les auteurs analysent les données cliniques montrant que la hanche, le genou et la cheville tolèrent différemment l'incongruence, mais que ces trois articulations supportent mal l'instabilité, ainsi que les études biomécaniques statiques qui révèlent des augmentations modestes de pression de contact avec l'incongruence. Ils présentent des données préliminaires d'un nouveau dispositif de test dynamique de la cheville permettant de mesurer les charges de contact transitoires et les taux de chargement sur l'ensemble du cycle de mouvement. Cette approche dynamique ouvre la voie à une meilleure compréhension des anomalies mécaniques liées à l'instabilité, contrairement aux tests statiques qui masquent les élévations transitoires importantes du stress articulaire.
This study examines the use of physical stimulation to improve tissue-engineered cartilage development in laboratory settings. The researchers employed specialized bioreactors that can apply mechanical deformation and fluid-induced forces to cartilage constructs, mimicking the physical environment that native cartilage experiences in the body. The work was motivated by previous observations that appropriate mechanical signals enhance cartilage metabolism, while excessive loading can be harmful. The study addresses key challenges in cartilage tissue engineering, particularly the difficulty of achieving mechanical properties comparable to native cartilage when constructs are grown under standard free-swelling culture conditions.
Diese Studie zielte darauf ab, die physikalische Stimulation von tissue-engineerten und nativen Knorpelkonstrukten in vitro zu untersuchen, um mechanisch robustere Knorpelersatzmaterialien für klinische Anwendungen zu entwickeln. Die Forscher verwendeten spezialisierte Bioreaktoren, die entweder mechanische Verformung oder fluidinduzierte mechanische Signale auf die Knorpelkonstrukte übertragen können, um physiologische Belastungsbedingungen zu simulieren. Die Methodik basierte auf der Beobachtung, dass bestimmte mechanische Signale den Knorpelstoffwechsel stimulieren können, während übermäßige Belastung schädlich wirkt. Die Studie zeigt, dass physikalische Stimulation durch Bioreaktoren ein vielversprechender Ansatz ist, um die mechanischen Eigenschaften von tissue-engineerten Knorpelkonstrukten zu verbessern und diese näher an die Eigenschaften von nativem Knorpel heranzuführen.
Cette étude examine l'utilisation de bioréacteurs pour améliorer l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire, face aux limitations des greffons donneurs disponibles. Les méthodes clés incluent l'application de stimulations physiques contrôlées (déformations mécaniques et signaux induits par les fluides) via des bioréacteurs spécialisés, reproduisant partiellement l'environnement mécanique du cartilage natif. Les résultats indiquent que certains signaux mécaniques stimulent efficacement le métabolisme cartilagineux et peuvent améliorer les propriétés mécaniques des construits tissulaires, bien qu'un chargement mécanique excessif puisse avoir des effets délétères. Cette approche de stimulation physique représente une stratégie prometteuse pour développer des substituts cartilagineux plus robustes mécaniquement que ceux obtenus en conditions de culture libre.
This study investigated whether repetitive mechanical loading directly causes collagen damage in cartilage, which could help explain the link between repetitive loading and osteoarthritis development. The researchers subjected 80 bovine cartilage specimens to 3,600 cycles of compressive loading at varying stress levels (3.5-14 MPa) and measured collagen denaturation using antibody-based assays. The results showed that cyclic loading caused immediate, dose-dependent increases in type II collagen denaturation, rising from 2% in unloaded controls to 7.5% at the highest loading stress. Importantly, this denaturation occurred regardless of whether proteases or living cells were present, indicating that mechanical forces alone can directly damage the collagen network in cartilage.
Diese Studie untersuchte, ob wiederholte mechanische Belastung eine Kollagendenaturierung im Gelenkknorpel verursachen kann, um den Zusammenhang zwischen Osteoarthritis und repetitiver Belastung zu erklären. Die Forscher unterzogen 80 Knorpel-Knochen-Proben aus Rinderpatellae zyklischen Druckbelastungen (3.600 Zyklen) mit unterschiedlichen Spannungen zwischen 3,5 und 14 MPa und quantifizierten die Kollagendenaturierung mittels ELISA-Verfahren. Die Ergebnisse zeigten eine dosisabhängige Zunahme der Typ-II-Kollagendenaturierung von 2% in unbelasteten Kontrollen auf 7,5% bei maximaler Belastung (14 MPa). Die mechanisch induzierte Kollagendenaturierung erfolgte unmittelbar und war unabhängig von enzymatischen Prozessen oder Zellaktivität, was auf einen direkten biomechanischen Schädigungsmechanismus hinweist.
Cette étude visait à élucider les liens entre arthrose, dénaturation du collagène cartilagineux et sollicitations mécaniques répétitives. Les chercheurs ont soumis 80 échantillons de cartilage patellaire bovin à 3 600 cycles de compression avec des contraintes de pointe variant de 3,5 à 14 MPa, puis ont évalué la dénaturation du collagène par test ELISA utilisant l'anticorps COL2-3/4 M. Les résultats montrent une augmentation dose-dépendante de la dénaturation du collagène de type II, passant de 2% dans les échantillons témoins à 7,5% sous 14 MPa (p < 0,0003), sans modification du contenu total en collagène et glycosaminoglycanes. Cette dénaturation immédiate induite par la charge mécanique cyclique intense pourrait constituer un mécanisme précoce dans le développement de l'arthrose.
This study investigated whether a 30-minute walking exercise would increase serum levels of cartilage oligomeric matrix protein (COMP), a biomarker of cartilage metabolism, in healthy adults. The researchers collected blood samples from 10 physically active participants at multiple time points before, immediately after, and up to 5.5 hours following a moderate walking exercise, comparing these results to a separate resting day protocol using ELISA to measure COMP concentrations.
The study found that even moderate walking significantly affected serum COMP levels, with an immediate 9.7% increase right after exercise and a second 7.0% increase occurring 5.5 hours post-exercise, while resting conditions showed decreasing COMP levels over time. These findings suggest that COMP fragments can diffuse from cartilage into blood within 30 minutes or less, and indicate a delayed metabolic response occurring 5-6 hours after mechanical loading of joint cartilage.
Diese Studie untersuchte, ob physiologische zyklische Belastung durch 30-minütiges Gehen die Serum-Konzentration des Knorpel-Oligomeren Matrix Proteins (COMP) bei gesunden Erwachsenen beeinflusst. Die Forscher entnahmen 10 körperlich aktiven Probanden Blutproben vor, direkt nach und bis zu 5,5 Stunden nach einem Gehtest sowie an einem separaten Ruhetag, und bestimmten die COMP-Konzentration mittels ELISA. Die Ergebnisse zeigten zwei signifikante Anstiege der COMP-Konzentration: einen unmittelbaren Anstieg von 9,7% direkt nach der Belastung und einen zweiten Anstieg von 7,0% nach 5,5 Stunden. Die Studie belegt, dass bereits moderate Gehaktivität die Serum-COMP-Konzentration messbar beeinflusst, wobei die schnelle Reaktion auf eine Diffusionszeit von COMP-Fragmenten aus dem Knorpel ins Blut von maximal 30 Minuten hindeutet.
Cette étude a testé l'hypothèse qu'une marche de 30 minutes induit une augmentation de la concentration sérique de la protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse (COMP) chez des adultes sains. Les chercheurs ont prélevé des échantillons sanguins chez 10 adultes physiquement actifs avant, immédiatement après et jusqu'à 5,5 heures après l'exercice de marche, puis ont comparé ces résultats à un protocole de repos de 6 heures. Les résultats montrent deux pics d'augmentation significative de la COMP sérique : une première augmentation de 9,7% immédiatement après la marche (p=0,003) et une seconde de 7,0% à 5,5 heures post-exercice (p=0,024). Cette étude démontre qu'une activité de marche modérée influence significativement les concentrations sériques de COMP, avec un temps de diffusion rapide (≤30 min) et un délai métabolique de 5-6 heures.
This study aimed to measure how articular cartilage deforms during different physical activities and determine whether athletic training affects cartilage mechanical properties in living humans. The researchers used MRI and 3D image analysis to measure cartilage volume changes before and after various activities (knee bends, squatting, walking, running, cycling) in the patella and femorotibial joint, comparing responses between professional athletes and untrained individuals.
Patellar cartilage showed activity-dependent deformation ranging from -2.8% (walking) to -5.9% (knee bends), with the deformation pattern matching the range of motion for each activity, while tibial cartilage deformed significantly only during high-impact loading (-7%). Importantly, no differences in cartilage deformation were found between professional weight lifters, sprinters, and untrained controls, suggesting that adult human cartilage mechanical properties are not significantly altered by athletic training.
Diese Studie untersuchte die Verformung des Gelenkknorpels unter verschiedenen körperlichen Aktivitäten und den Einfluss des Trainingsstatus auf diese Verformungen. Mittels Magnetresonanztomographie und 3D-Bildanalyse wurde das Knorpelvolumen an Patella und Femorotibialgelenk vor und nach verschiedenen Aktivitäten (Kniebeugen, Gehen, Laufen, Radfahren) bei Probanden unterschiedlicher Trainingsniveaus gemessen. Die Ergebnisse zeigten eine dosisabhängige Knorpelverformung der Patella von -2,8% (normales Gehen) bis -5,9% (Kniebeugen), während das Femorotibialgelenk nur bei hochintensiven Belastungen stärkere Verformungen (-7%) aufwies. Zwischen trainierten Athleten und untrainierten Kontrollpersonen konnten keine signifikanten Unterschiede in der Knorpelverformung festgestellt werden, was darauf hindeutet, dass Trainingseffekte die biomechanischen Eigenschaften des
Cette étude visait à analyser le comportement déformationnel du cartilage articulaire in vivo selon différents types d'activités physiques et à tester l'hypothèse que l'entraînement physique intense modifie cette déformation. Les chercheurs ont utilisé l'IRM et l'analyse d'images 3D pour mesurer les variations de volume du cartilage patellaire et fémoro-tibial chez des volontaires avant et après diverses activités (flexions du genou, marche, course, cyclisme), en comparant notamment des haltérophiles professionnels, des sprinters et des sujets non-entraînés. Les résultats montrent une déformation dose-dépendante du cartilage patellaire (-2,8% à -5,9% selon l'activité), une déformation minimale du cartilage fémoro-tibial sauf lors d'impacts élevés (-7%), et aucune différence significative entre athlètes et témoins non-entraînés. L'étude conclut que les propriétés du cartilage humain adulte ne semblent pas modifiables par l'entraînement in vivo.
This study investigated how different rates of impact loading affect cartilage damage during joint trauma by testing bovine cartilage samples under various stress rates (25-1000 MPa/s) and magnitudes (10-40 MPa) using confined compression testing. The researchers measured water loss, cell death, tissue stiffness, and deformation to understand the cartilage response to traumatic loading conditions. Key findings showed that higher stress magnitudes caused more water loss and deeper cell death, while faster loading rates were actually protective, reducing both water loss and the depth of cell death in the superficial cartilage layer. The study also revealed that the location and direction of impact matters significantly, as impacts on the deeper cartilage zones caused less damage compared to impacts on the joint surface, highlighting the importance of cartilage's layered structure in determining injury patterns.
Diese Studie untersuchte die biomechanische Reaktion von Gelenkknorpel auf verschiedene Impaktbelastungsraten bei Stressmagnitudes, die während Gelenktraumata auftreten. Bovine Knorpelexplantate wurden mit Stressraten von 25-1000 MPa/s und Stressmagnitudes von 10-40 MPa in konfiner Kompression belastet, wobei Wasserverlust, Zellviabilität, dynamischer Impaktmodul und Matrixdeformation gemessen wurden. Die Hauptergebnisse zeigten, dass höhere Stressraten zu geringerem Wasserverlust und weniger Zelltod führten, während der Impaktmodul anstieg und die Matrixdeformation abnahm. Explantate, die auf der tiefen Zone belastet wurden, zeigten bessere mechanische Eigenschaften und keine Zellschädigung im Vergleich zu oberflächlich belasteten Proben, was die Bedeutung der inhomogenen Knorpelstruktur unterstreicht.
Cette étude examine la réponse biomécanologique du cartilage articulaire à différents taux de charge d'impact reproduisant les contraintes de traumatismes articulaires. Des explants de cartilage bovin ont été soumis à des compressions confinées avec des taux de contrainte de 25 à 1000 MPa/s et des magnitudes de 10 à 40 MPa, permettant de mesurer la perte hydrique, la viabilité cellulaire, le module d'impact dynamique et la déformation matricielle. Les résultats montrent que la perte d'eau (≈15%) augmente avec la contrainte maximale mais diminue exponentiellement avec le taux de contrainte, tandis que la mort cellulaire se localise dans la zone superficielle et diminue avec l'augmentation du taux de contrainte. L'étude révèle également que la structure inhomogène du cartilage influence significativement sa réponse mécano-biologique, les explants impactés sur la zone profonde présentant moins de dommages que ceux impactés sur la surface articulaire.
This study investigated whether cartilage surrounding experimental defects experiences abnormal mechanical stress during joint loading. The researchers created 2.5-mm drill holes in rabbit knee joints, applied simulated muscle forces, then used freeze-fixation and microscopy to analyze cartilage deformation around the defects. The key findings showed that cartilage at defect edges became abnormally flattened and folded inward, while opposing cartilage surfaces intruded into the defect space during loading. These results indicate that cartilage repair models using drill holes may not accurately represent natural healing conditions, and the abnormal strains around defect edges likely contribute to progressive cartilage breakdown in adjacent tissue.
Diese Studie untersuchte die Hypothese, dass Gelenkknorpel neben experimentellen osteochondralen Defekten unter Belastung keinen ungewöhnlichen Deformationen unterliegt. Die Forscher erzeugten 2,5-mm-Bohrdefekte in der medialen Femurkondyle von 15 Kaninchenknien, belasteten diese mit simulierten Quadrizepskräften und analysierten die Verformungen mittels Raster- und Lichtmikroskopie. Die Ergebnisse zeigten, dass sich der Knorpel am Defektrand unter Belastung abnormal abflachte und in den Defekt hineinragte, während gegenüberliegendes Gewebe (Tibia-Knorpel oder Meniskus) in den femoralen Defekt eindrang. Diese Befunde deuten auf Spannungskonzentrationen am Defektrand hin, die zur weiteren Degeneration des angrenzenden Knorpels beitragen könnten und wichtige Implikationen für Heilungs- und Regenerationsstudien haben.
Cette étude vise à tester l'hypothèse que le cartilage articulaire adjacent aux défauts ostéochondraux expérimentaux n'est pas soumis à des contraintes mécaniques inhabituelles. Les chercheurs ont créé des défauts de 2,5 mm de diamètre dans le condyle fémoral médial de genoux de lapins, puis ont appliqué une charge simulant la force du quadriceps avant de congeler les articulations sous charge pour analyse microscopique. Les résultats montrent que sous charge, le cartilage au bord du défaut se déforme de manière anormale (aplatissement et repliement), tandis que le cartilage tibial opposé ou le ménisque s'intrude dans le défaut fémoral. Ces déformations suggèrent une concentration de contraintes et une compliance accrue au niveau des bords du défaut, phénomènes qui pourraient contribuer à la dégénérescence ultérieure du cartilage adjacent et compliquer l'évaluation des stratégies de réparation cartilagineuse.
This study aimed to develop a comprehensive computational model that could simultaneously explain cartilage behavior across all standard mechanical tests by incorporating both swelling properties and collagen fiber structure. The researchers extended their existing fibril-reinforced poroviscoelastic finite element model to include biphasic swelling effects, creating a new fibril-reinforced poroviscoelastic swelling (FPVES) model that accounts for proteoglycan-induced osmotic swelling and anisotropic collagen network properties. The FPVES model successfully predicted cartilage responses across multiple test conditions including swelling, confined compression, indentation, and unconfined compression tests - something previous models could not achieve simultaneously. This unified model provides a tool to analyze how the collagen network and swelling properties interact in cartilage mechanics.
Die Studie zielte darauf ab, ein umfassendes biomechanisches Modell für Gelenkknorpel zu entwickeln, das sowohl das Quellverhalten aufgrund geladener Proteoglykane als auch die anisotropen viskoelastischen Eigenschaften des Kollagennetzwerks gleichzeitig berücksichtigt. Die Forscher erweiterten ihr bestehendes fibril-verstärktes poroviskoelastisches Finite-Elemente-Modell um eine biphasische Quellkomponente, wodurch das neue FPVES-Modell (Fibril-Reinforced Poroviscoelastic Swelling) entstand. Das entwickelte Modell konnte erfolgreich die mechanische Reaktion des Gelenkknorpels in allen standardisierten Testverfahren (Quellung, konfine und unkonfine Kompression sowie Indentation) simultan vorhersagen, einschließlich der lateralen Verformung bei unkonfinierter Kompression. Diese umfassende Modellierung ermöglicht erstmals eine integrierte Analyse der Wechselwirkungen zwischen dem Kollagennetzwerk und den Quelleigenschaften des Gelenk
Cette étude vise à développer un modèle biomécanique complet du cartilage articulaire intégrant simultanément les propriétés de gonflement dues aux protéoglycanes chargés et la structure anisotrope du réseau de collagène. Les chercheurs ont étendu leur modèle poroviscoélastique renforcé par des fibrilles en y incorporant un modèle de gonflement biphasique, puis ont testé ce nouveau modèle par éléments finis sur différents tests mécaniques (compression confinée/non-confinée, indentation, gonflement). Le modèle FPVES (fibril-reinforced poroviscoelastic swelling) développé reproduit avec succès tous les comportements mécaniques testés, notamment les forces de réaction et les déformations latérales lors des différents types de sollicitation. Cette approche permet d'analyser les interactions entre le réseau de collagène et les propriétés de gonflement du cartilage, offrant une compréhension plus complète de sa biomécanique.
This study aimed to characterize the complex three-dimensional strain patterns that occur throughout articular cartilage during mechanical loading using a novel imaging technique. The researchers developed a Cartilage Deformation by Tag Registration (CDTR) method combining specialized MRI, custom cyclic loading equipment, and image processing to measure strains in bovine cartilage explants under two physiologically relevant compression levels (1.29 and 2.57 MPa). Despite applying simple uniaxial compression, the cartilage exhibited highly heterogeneous, depth-dependent strain patterns: compressive strains were highest at the articular surface (11%), tensile strains decreased linearly with depth from the surface (maximum 7%), and shear strains were largest at the cartilage-bone interface (2%). These findings demonstrate that cartilage behaves as a complex, non-isotropic material with strain patterns that vary significantly throughout its thickness, providing important data for developing better constitutive models and understanding the mechanical environment experienced by cartilage cells.
Diese Studie zielte darauf ab, die heterogenen Verformungsmuster in bovinem Gelenkknorpel während zyklischer Kompression mittels einer neuen MRT-basierten Technik (CDTR) zu dokumentieren. Die Forscher untersuchten Knorpelexplantate unter zwei physiologisch relevanten Druckbelastungen (1,29 und 2,57 MPa) und analysierten die dreidimensionalen Dehnungsfelder im gesamten Gewebevolumen. Die Ergebnisse zeigten trotz einfacher uniaxialer Belastung komplexe, tiefenabhängige Verformungsmuster: Kompressive Dehnungen in Dickenrichtung erreichten maximal 11% an der Gelenkoberfläche, während tensile Dehnungen senkrecht dazu bis zu 7% betrugen und linear mit der Tiefe abnahmen. Die Studie belegt das anisotrope, tiefenabhängige Verhalten von Gelenkknorpel und liefert wichtige Daten für die Entwicklung von Materialmodellen sowie das Verständnis der biomechanischen Umgebung von Chondrozy
Cette étude visait à caractériser les champs de déformation tridimensionnels hétérogènes dans le cartilage articulaire bovin lors de compression cyclique non confinée. Les auteurs ont utilisé une technique innovante appelée CDTR (Cartilage Deformation by Tag Registration) combinant IRM spécialisée, dispositif de charge cyclique et traitement d'image pour analyser les déformations à deux niveaux de contrainte physiologiques (1,29 et 2,57 MPa). Malgré un chargement uniaxial simple, les patterns de déformation étaient hétérogènes : les déformations dans l'épaisseur étaient compressives (maximum 11% en surface), les déformations perpendiculaires étaient extensives (maximum 7% en surface), et les déformations de cisaillement variaient selon les plans et la profondeur. Ces résultats démontrent le comportement anisotrope et dépendant de la profondeur du cartilage, fournissant des données essentielles pour valider les modèles constitutifs et comprendre l'environnement micromécanique des chondrocytes.
This study aimed to develop an ultrasound method for measuring how different layers of articular cartilage deform over time during compression and stress-relaxation. The researchers used a 50 MHz ultrasound transducer with cross-correlation tracking to monitor depth-dependent movements in bovine cartilage samples (n=8) and sponge phantoms (n=10) during mechanical testing. The key finding was that cartilage tissue continued to move internally during the stress-relaxation phase after compression ended, with tissue displacements at various depths (1/4, 1/2, and 3/4 thickness) reducing by approximately 50% from peak values as the tissue reached equilibrium—a behavior not observed in the control sponge phantoms. This ultrasound technique shows promise as a non-destructive tool for evaluating the time-dependent mechanical behavior of cartilage and other soft tissues under loading.
Diese Studie zielte darauf ab, eine Ultraschallmethode zur zerstörungsfreien Messung der tiefenabhängigen transienten Verformungen von Gelenkknorpel während Kompression und Stressrelaxation zu entwickeln. Die Forscher verwendeten einen 50 MHz fokussierten Ultraschallwandler mit Kreuzkorrelations-Tracking-Technik, um die Bewegungen in verschiedenen Knorpeltiefen bei bovinen Patella-Proben (n=8) und Schwammphantomen (n=10) zu verfolgen. Die Ergebnisse zeigten, dass sich das Knorpelgewebe während der Stressrelaxationsphase weiter bewegte und im Gleichgewichtszustand die Verschiebungen in 1/4, 1/2 und 3/4 der Knorpeldicke um etwa 50-54% im Vergleich zu den Spitzenwerten reduziert waren, während bei den Schwammphantomen dieses Phänomen nicht beobachtet wurde. Diese Ultraschallmethode stellt somit ein vielversprechendes Werkzeug für die zerstörungsfreie
Cette étude visait à développer une méthode ultrasonore non destructive pour mesurer les déformations transitoires dépendantes de la profondeur dans le cartilage articulaire sous compression. Les chercheurs ont utilisé un transducteur ultrasonore focalisé de 50 MHz avec une technique de suivi par corrélation croisée pour analyser 8 échantillons de cartilage patellaire bovin et 10 fantômes d'éponge pendant des tests de compression et de relaxation de contrainte. Les résultats ont montré que les tissus cartilagineux continuent de se déplacer pendant la phase de relaxation après compression, avec une réduction des déplacements de 50-54% à l'équilibre par rapport au pic initial, à toutes les profondeurs testées (1/4, 1/2, et 3/4 de l'épaisseur). Cette méthode ultrasonore présente un potentiel prometteur pour l'évaluation non destructive des propriétés viscoélastiques du cartilage et d'autres tissus mous biologiques sous chargement dynamique.
This study investigated how different mechanical loading conditions affect collagen production in bovine cartilage tissue samples. The researchers applied cyclic compression at various intensities (0.1-1.0 MPa), frequencies (0.5 Hz), and durations (1-6 days) to cartilage explants, then measured collagen synthesis using radioactive proline incorporation over the final 18 hours. The key finding was that mechanical loading consistently reduced the relative rate of collagen synthesis compared to unloaded controls, regardless of the specific loading parameters used. The authors conclude that normal chondrocytes tightly regulate collagen production to maintain tissue integrity, and suggest that their loading protocols may not adequately simulate the conditions that lead to increased collagen synthesis seen in osteoarthritic cartilage.
Diese Studie untersuchte systematisch den Einfluss verschiedener mechanischer Belastungsparameter (Amplitude, Frequenz, Dauer) auf die Kollagenbiosynthese in bovinen Gelenkknorpel-Explantaten. Die Forscher wendeten zyklische Druckbelastung mit sinusförmigen Wellen (0,5 Hz, 0,1-1,0 MPa) in intermittierenden Protokollen über 1-6 Tage an und maßen die Inkorporation von ³H-Prolin in Kollagen und nicht-kollagene Proteine. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung konsistent die relative Kollagensyntheserate im Vergleich zu unbelasteten Bedingungen reduzierte, unabhängig von den spezifischen mechanischen Stimuli. Die Autoren schlussfolgern, dass Chondrozyten die Synthese struktureller Makromoleküle streng kontrollieren und nur geringfügig auf mechanische Stimuli reagieren, was ihnen ermöglicht, die Gewebeintegrität unter physischer Beanspruchung aufrechtzuerhalten.
Cette étude visait à analyser systématiquement l'effet de différents paramètres de charge mécanique (amplitude, fréquence, durée) sur la biosynthèse du collagène dans des explants de cartilage articulaire bovin. Les chercheurs ont appliqué des pressions cycliques intermittentes avec des contraintes de 0,1 à 1,0 MPa à 0,5 Hz, suivies de périodes sans charge, pendant 1 à 6 jours, en mesurant l'incorporation de [³H]-proline dans le collagène et les protéines non-collagéniques. Les résultats montrent que la charge mécanique intermittente réduit systématiquement la synthèse relative de collagène par rapport aux conditions sans charge, indépendamment des stimuli mécaniques appliqués. Cette faible réactivité du métabolisme du collagène aux variations mécaniques suggère un contrôle strict par les chondrocytes normaux pour maintenir l'intégrité structurelle du tissu cartilagineux.
This study investigated how acute mechanical trauma affects gene expression in articular cartilage using a bovine model. The researchers used bovine cartilage explants (without underlying bone) subjected to blunt trauma and analyzed gene expression changes using cDNA microarray technology at 3 hours post-impact. They found that 19 genes were differentially expressed following trauma, with 14 genes up-regulated (including cytokine/chemokine receptors, enzymes, and signaling molecules) and 5 genes down-regulated (primarily adhesion molecules and apoptosis-related genes). These findings provide early molecular evidence of how cartilage responds to mechanical injury and demonstrate the utility of microarray analysis for studying cartilage degradation pathways.
Diese Studie untersuchte die Genexpressionsveränderungen in Knorpelgewebe nach mechanischer Traumatisierung mittels boviner cDNA-Mikroarray-Technologie an isolierten Rinderknorpel-Explantaten. Die Forscher analysierten die Genexpression 3 Stunden nach akutem mechanischem Trauma und verglichen diese mit unbehandelten Kontrollproben. Die Ergebnisse zeigten eine differentielle Expression von mindestens 19 Genen, wobei 14 Gene hochreguliert (einschließlich Zytokin-/Chemokinrezeptoren, Enzyme und Signaltransduktionsmoleküle) und 5 Gene herunterreguliert wurden (hauptsächlich Adhäsionsmoleküle und Apoptose-assoziierte Gene). Diese Befunde liefern wichtige Einblicke in die frühen molekularen Mechanismen der traumainduzierten Knorpeldegradation und demonstrieren das Potenzial der Mikroarray-Technologie für die Knorpelstoffwechselforschung.
Cette étude visait à analyser l'expression génique du cartilage articulaire bovin suite à un traumatisme mécanique aigu, en utilisant la technologie des puces à ADN. Les chercheurs ont appliqué un impact mécanique sur des explants de cartilage articulaire bovin isolés (sans os sous-jacent) et ont analysé l'expression génique 3 heures après le traumatisme par microarray ADNc. Les résultats montrent que 19 gènes au minimum présentaient une expression différentielle : 14 gènes surexprimés (récepteurs de cytokines/chimiokines, enzymes, molécules de transduction du signal) et 5 gènes sous-exprimés (molécules d'adhésion, apoptose). Cette approche démontre le potentiel des puces à ADN bovines pour étudier les voies moléculaires précoces de dégradation du cartilage post-traumatique.
This study aimed to determine whether the cartilage degeneration observed in the canine "groove" model of osteoarthritis represents direct surgical damage or progressive disease features. The researchers created cartilage grooves in the knee joints of 20 female beagle dogs, followed by forced loading, and evaluated osteoarthritic changes at either 3 or 10 weeks post-surgery using measures of synovial inflammation, cartilage damage, and matrix turnover. The key finding was that osteoarthritic features (including altered proteoglycan synthesis, release, and content) were present at 10 weeks but not at 3 weeks after surgery. This demonstrates that the groove model produces genuine progressive osteoarthritis rather than simply reflecting the initial surgical trauma, validating its use as a model for human osteoarthritis research.
Diese Studie untersuchte, ob das canine "Groove"-Modell der Osteoarthritis (OA) tatsächlich progressive Arthrose-Merkmale entwickelt oder lediglich den chirurgischen Schaden widerspiegelt. Bei 20 weiblichen Beagle-Hunden wurde der Gelenkknorpel der belastenden Bereiche der Femurkondylen mechanisch beschädigt, gefolgt von forcierter Gelenkbelastung, wobei die Tiere nach 3 bzw. 10 Wochen untersucht wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass nach 10 Wochen deutliche OA-Charakteristika mit erhöhter Proteoglykan-Synthese und -Freisetzung bei vermindertem Proteoglykan-Gehalt auftraten, während diese Veränderungen nach 3 Wochen noch nicht nachweisbar waren. Dies belegt, dass das Groove-Modell echte progressive Arthrose-Merkmale entwickelt und nicht nur den ursprünglichen chirurgischen Schaden darstellt.
Cette étude visait à déterminer si les caractéristiques dégénératives observées dans le modèle canin « groove » d'arthrose représentent uniquement les dommages chirurgicaux initiaux ou résultent d'une progression arthrosique authentique. Les chercheurs ont évalué 20 chiens beagle femelles à 3 et 10 semaines après création de lésions cartilagineuses mécaniques sur les condyles fémoraux, suivie d'une mise en charge forcée transitoire de l'articulation. Les résultats montrent qu'à 3 semaines post-chirurgie, aucune caractéristique arthrosique n'était détectable, contrairement à 10 semaines où une inflammation synoviale, une augmentation du turnover des protéoglycanes et une diminution du contenu en protéoglycanes étaient observées. Cette étude confirme que le modèle « groove » reproduit fidèlement les mécanismes progressifs de l'arthrose humaine plutôt que de simplement refléter les dommages chirurgicaux initiaux.
This study aimed to optimize experimental parameters for a new MRI-based technique that measures three-dimensional strain (deformation) in articular cartilage under compression. The researchers used direct experiments and Monte Carlo simulations to evaluate how four key variables—spatial resolution, tag line spacing, applied strain level, and number of control points in the mathematical model—affected measurement accuracy and precision. The results showed that the technique had no significant systematic error (bias), and measurement precision improved with higher image resolution and wider tag line spacing but was unaffected by the amount of strain applied. The optimal parameters that minimized measurement error were identified as: spatial resolution of 0.05 × 0.05 mm², tag line spacing of 2.0 mm, and 6 control points, achieving a precision of 0.41% strain.
Diese Studie zielte darauf ab, die experimentellen Parameter einer MRT-basierten Methode zur dreidimensionalen Messung von Knorpelverformungen zu optimieren, um die Messtechnikfehler zu minimieren. Die Forscher untersuchten mittels direkter Experimente und Monte-Carlo-Simulationen vier Schlüsselvariablen: räumliche Auflösung, Tag-Linien-Abstand, angewandte nominale Dehnung und Anzahl der Kontrollpunkte im B-Spline-Modell. Die Hauptergebnisse zeigten, dass systematische Fehler vernachlässigbar waren, während die Messgenauigkeit mit höherer Bildauflösung und größerem Tag-Linien-Abstand zunahm, jedoch unabhängig von der angewandten Dehnung blieb. Die optimalen Parameter für minimale Messfehler (absolute Präzision = 0,41% Dehnung) wurden bei einer räumlichen Auflösung von 0,05 x 0,05 mm², einem Tag-Linien-Abstand von 2,0 mm und 6 Kontrollpunkten
Cette étude vise à optimiser les paramètres expérimentaux d'une technique IRM de déformation du cartilage basée sur le marquage magnétique (tagging) pour minimiser les erreurs de mesure des champs de déformation 3D. Les chercheurs ont évalué quatre variables clés (résolution spatiale, espacement des lignes de marquage, déformation appliquée, et nombre de points de contrôle) en utilisant des expériences directes et des simulations Monte Carlo. Les résultats montrent que la précision optimale (0,41% de déformation) est obtenue avec une résolution spatiale de 0,05 x 0,05 mm², un espacement des lignes de marquage de 2,0 mm et 6 points de contrôle, sans biais significatif dans les mesures. Cette optimisation permet désormais d'utiliser cette technique IRM pour diverses applications cliniques et de recherche avec une erreur minimisée.
This study investigated how patellofemoral joint cartilage adapts differently to anterior cruciate ligament injury by examining chondrocyte (cartilage cell) changes in cats 16 weeks after ACL transection. The researchers applied physiological compression (9 MPa) to intact patella and femoral groove cartilages and used histomorphometry to measure chondrocyte shape, size, clustering, and volumetric fraction in both loaded and unloaded areas. The key finding was that patellar cartilage showed significant adaptation to ACL injury—becoming thicker with larger, more clustered chondrocytes and increased cell volume fraction—while femoral groove cartilage demonstrated minimal changes. The authors suggest that baseline differences in cartilage thickness and chondrocyte characteristics may predispose patellar cartilage to greater adaptation following ACL injury compared to femoral cartilage.
Diese Studie untersuchte, ob sich der patellare und femorale Knorpel des Kniegelenks unterschiedlich an eine Kreuzbandtranssektion anpassen. An sechs Katzen wurde 16 Wochen nach einseitiger Kreuzbandtranssektion eine physiologische Kompression (9 MPa) auf das patellofemorale Gelenk angewendet und anschließend die Knorpel- und Chondrozytenverformung histomorphometrisch analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass sich der patellare Gelenkknorpel deutlich stärker an die Kreuzbandverletzung anpasste als der femorale Knorpel – er war dicker, enthielt größere Chondrozyten mit häufigerer Clusterbildung und höherem Volumenanteil. Die Autoren schlussfolgern, dass unterschiedliche histologische Ausgangseigenschaften wie Knorpeldicke und Chondrozytenmorphologie den patellaren Knorpel prädisponieren könnten, stärker auf Kreuzbandverletzungen zu reagieren.
Cette étude a évalué l'adaptation différentielle des cartilages patellofémoraux félin suite à une transection du ligament croisé antérieur (LCA-T) et analysé les déformations chondrocytaires sous compression. Les chercheurs ont appliqué une compression statique de 9 MPa sur les cartilages patellofémoraux intacts 16 semaines post-LCA-T chez 6 chats, puis analysé par histomorphométrie la forme, la taille et la distribution des chondrocytes. Les résultats montrent une adaptation hétérogène : le cartilage patellaire expérimental était plus épais avec des chondrocytes plus volumineux et davantage regroupés en clusters, tandis que le cartilage de la gorge fémorale présentait peu d'adaptations. Cette différence d'adaptation suggère une prédisposition du cartilage patellaire aux modifications post-LCA-T, possiblement liée aux paramètres histologiques initiaux comme l'épaisseur cartilagineuse et la distribution des chondrocytes.
This study investigated how mechanical loading affects calcium signaling in cartilage cells (chondrocytes) to better understand how these cells respond to physical forces. The researchers cultured chondrocytes in gel-like constructs and applied cyclic compression at different intensities (1, 10, 100, or 300 cycles) while measuring calcium activity using fluorescent imaging.
The key finding was that even a single compression cycle significantly increased the percentage of cells showing calcium responses, with no additional benefit from more cycles up to 100. Interestingly, after 300 cycles, the calcium response returned to baseline levels, suggesting the cells may become desensitized to prolonged mechanical stimulation, and the enhanced calcium signaling lasted up to 5 minutes after compression stopped, indicating sustained cellular activation.
Diese Studie untersuchte, wie zyklische mechanische Kompression die intrazelluläre Kalzium-Signalübertragung in Knorpelzellen (Chondrozyten) beeinflusst, um die Mechanotransduktion im Gelenkknorpel besser zu verstehen. Die Forscher kultivierten isolierte Chondrozyten in Agarose-Konstrukten und setzten sie einer kontrollierten zyklischen Kompression (1 Hz, 0-10% Dehnung) für 1, 10, 100 oder 300 Zyklen aus, bevor sie die Kalzium-Signale mittels Konfokalmikroskopie analysierten. Die Hauptergebnisse zeigen, dass bereits ein einziger Kompressionszyklus die Kalzium-Signalaktivität signifikant erhöhte, wobei eine Steigerung der Zyklenanzahl auf 10 oder 100 keinen zusätzlichen Effekt hatte. Nach 300 Zyklen war die Kalzium-Antwort reduziert, was auf einen möglichen Rezeptor-Desensibilisier
Cette étude a examiné l'effet de la compression cyclique sur la signalisation calcique intracellulaire des chondrocytes articulaires cultivés dans des construits d'agarose. Les chercheurs ont appliqué une compression cyclique à 1 Hz (0-10% de déformation) pour 1, 10, 100 ou 300 cycles, puis ont analysé les transients calciques par microscopie confocale. Les résultats montrent qu'un seul cycle de compression suffit à augmenter significativement le pourcentage de cellules présentant des transients calciques, sans effet additif pour 10 ou 100 cycles, tandis que 300 cycles n'induisent plus de réponse significative, suggérant une désensibilisation des récepteurs. Cette activation de la signalisation calcique, maintenue pendant 5 minutes après la stimulation mécanique, pourrait constituer un mécanisme clé de méchanotransduction permettant aux chondrocytes de moduler leur activité métabolique en réponse aux contraintes mécaniques.
This study aimed to develop a mathematical model that captures both the nonlinear stress-strain behavior and time-dependent viscous properties of articular cartilage under large deformations. The researchers created a biphasic viscohyperelastic model that combines the viscous effects of the proteoglycan matrix with nonlinear elastic behavior, and implemented it using computational algorithms for testing against experimental data. The model showed excellent agreement with published experimental results, achieving correlation coefficients (R²) ranging from 0.914 to 0.995 across different loading conditions including unconfined compression, indentation, and confined compression stress relaxation tests. This constitutive equation provides a foundation for more comprehensive fiber-reinforced models of cartilage and could improve our understanding of cartilage mechanics in health and disease.
Diese Studie zielte darauf ab, ein nichtlineares biphasisches viskohyperelastisches Modell für Gelenkknorpel zu entwickeln, das die intrinsischen viskosen Eigenschaften der Proteoglykan-Matrix mit nichtlinearen hyperelastischen Gleichungen kombiniert. Das Modell wurde mit einem Updated-Lagrange-Algorithmus implementiert und anhand experimenteller Daten aus uneingeschränkten Kompressions-, Indentations- und Spannungsrelaxationstests validiert. Die Ergebnisse zeigten eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit den experimentellen Daten, mit Bestimmtheitsmaßen (R²) zwischen 0,914 und 0,995 für verschiedene mechanische Parameter. Das entwickelte Modell kann als Grundlage für faserverstärkte Knorpelmodelle verwendet werden und ermöglicht eine präzise Beschreibung des mechanischen Verhaltens der Proteoglykan-Matrix unter verschiedenen Belastungsbedingungen.
Cette étude vise à développer un modèle biphasique viscohyperelastique non linéaire pour le cartilage articulaire, intégrant les effets visqueux intrinsèques de la matrice de protéoglycanes avec une équation constitutive hyperélastique non linéaire. Le modèle a été implémenté dans un algorithme lagrangien actualisé et validé par comparaison avec des données expérimentales de compression non confinée, d'indentation et de relaxation de contrainte en compression confinée. Les résultats montrent un excellent ajustement aux données expérimentales avec des coefficients de corrélation élevés (R² entre 0,914 et 0,995 selon les tests). Ce modèle constitutif peut être utilisé pour représenter le comportement mécanique de la matrice de protéoglycanes dans un modèle de cartilage articulaire renforcé par des fibres.
This study investigated how cartilage anlagen (early cartilage structures that develop into bones) respond to mechanical loading during clubfoot treatment in infants. The researchers used serial MRI imaging to observe changes in foot cartilage during manipulation and corrective casting treatment. They found two key effects: the expected repositioning of hindfoot cartilage structures, and a previously unrecognized immediate shape change in the cartilage that appeared to accelerate both cartilage growth and bone formation. These findings challenge current theories by suggesting that static stresses from casting, rather than dynamic intermittent loading, can actually enhance cartilage development and growth.
Diese Studie untersuchte, wie sich Knorpelanlagen bei Säuglingen mit Klumpfuß unter statischer Belastung durch Gipsbehandlung anpassen. Mittels serieller MRT-Bildgebung während der Manipulation und Gipskorrektur konnten die Forscher zwei wichtige Effekte beobachten: die bekannte Positionsveränderung der Rückfußanlagen sowie eine bisher unerkannte sofortige Formveränderung der Anlagen. Die Ergebnisse zeigen, dass diese statischen Deformationen das Wachstum der Anlagen und der Ossifikationskerne zu beschleunigen scheinen, was den gängigen Theorien widerspricht, die hauptsächlich dynamische Belastungen für die Gewebeanpassung verantwortlich machen. Die Studie legt nahe, dass statische Belastungen eine entscheidende Rolle bei der Beschleunigung von Wachstum und Entwicklung der Knorpelanlagen spielen können.
Cette étude examine l'adaptation du cartilage des ébauches osseuses (anlagen) en réponse aux contraintes statiques, en utilisant comme modèle naturel le traitement correctif du pied bot chez le nourrisson. Les auteurs ont utilisé l'IRM sériée pour observer les effets du plâtrage correctif sur les ébauches cartilagineuses de l'arrière-pied. Les résultats montrent que le plâtrage produit non seulement un changement de position des ébauches, mais aussi une déformation immédiate de leur forme, ce qui semble accélérer leur croissance et celle des noyaux d'ossification. Ces observations remettent en question les théories actuelles d'adaptation tissulaire en démontrant que les contraintes statiques, contrairement aux idées reçues, peuvent jouer un rôle crucial dans l'accélération de la croissance et du développement des ébauches cartilagineuses.
This study aimed to investigate how chondrocytes (cartilage cells) deform during cyclic loading, which is important for understanding how mechanical forces influence cell behavior and cartilage health. The researchers used a finite element computer model to simulate unconfined compression tests, treating both the cells and surrounding cartilage matrix as biphasic materials, and analyzed cell deformation at different depths (surface, center, bottom) under various loading conditions (two frequencies and two amplitudes). The key findings showed that chondrocytes deform differently depending on their location within the cartilage, with these location-dependent differences being influenced by the magnitude of applied load, while loading frequency (0.02 vs 0.1 Hz) had minimal effect on cell deformation patterns. The results suggest that the biological responses of chondrocytes to mechanical loading likely vary based on both their position within cartilage and the intensity of applied forces.
**Zusammenfassung:**
Das Ziel dieser Studie war es, das mechanische Verhalten von Chondrozyten unter zyklischer Belastung in unkonfinierten Kompressionstests mittels Finite-Element-Modellierung zu simulieren. Die Forscher verwendeten ein biphasisches Materialmodell für Chondrozyten und extrazelluläre Matrix und analysierten die Verformungs- und Volumenänderungen von Zellen an drei verschiedenen Knorpeltiefen (Oberfläche, Mitte, Boden) unter statischer und zyklischer Belastung bei zwei Frequenzen (0,02 und 0,1 Hz) und zwei Amplituden (0,1 und 0,2 MPa). Die Ergebnisse zeigten, dass sich Chondrozyten je nach ihrer Position im Knorpel unterschiedlich verformen, wobei diese tiefenabhängige Verformung von der Belastungsamplitude beeinflusst wird, während die Frequenz keinen signifikanten Einfluss hatte. Die Studie schlussfolgert, dass die biosynthetische Aktivität von Chondrozyten sow
Cette étude avait pour objectif de simuler la réponse mécanique des chondrocytes aux charges cycliques lors de tests de compression non confinée du cartilage. Les chercheurs ont utilisé un modèle par éléments finis biphasique pour analyser les déformations cellulaires à trois profondeurs différentes (surface, centre, fond) sous diverses conditions de charge statique et cyclique (fréquences de 0,02 et 0,1 Hz, amplitudes de 0,1 et 0,2 MPa). Les résultats montrent que la déformation des chondrocytes varie selon leur localisation dans le cartilage et dépend de l'amplitude de la charge appliquée, tandis que la fréquence (0,02 vs 0,1 Hz) n'influence pas significativement ces déformations. Cette étude suggère que les réponses biosynthétiques des chondrocytes aux charges cycliques sont dépendantes de leur position dans le tissu cartilagineux et de l'intensité de la sollicitation mécanique.
This study aimed to develop a computational model that links cartilage tissue composition directly to its mechanical properties, enabling researchers to study how compositional changes during osteoarthritis affect cartilage mechanics. The researchers combined their existing fibril-reinforced poroviscoelastic swelling model with a composition-based model, where all mechanical properties (including permeability) are determined by local amounts of proteoglycans, collagens, and tissue structure. The model successfully predicted cartilage behavior across multiple mechanical tests (confined compression, unconfined compression, indentation, and swelling tests) using only compositional data as input. This advancement allows researchers to assess the mechanical consequences of osteoarthritis-related compositional changes without making additional assumptions, representing a significant step forward in quantitative osteoarthritis research.
Diese Studie zielte darauf ab, ein computergestütztes Knorpelmodell zu entwickeln, das die Wechselwirkung zwischen Gewebezusammensetzung und mechanischen Eigenschaften bei Osteoarthritis untersuchen kann. Die Forscher kombinierten ihr faserverstärktes poroviskoelastisches Quellungsmodell mit einem kompositionsbasierten Modell, wobei alle lokalen mechanischen Eigenschaften direkt von der lokalen Konzentration an Proteoglykanen und Kollagen sowie der Gewebeanisotropie abhängen. Das Modell konnte erfolgreich sowohl das Gleichgewichts- als auch das transiente Verhalten von Gelenkknorpel unter verschiedenen Belastungsbedingungen (eingeschränkte und uneingeschränkte Kompression, Indentation und Quellungstests) vorhersagen. Dies ermöglicht erstmals eine quantitative Bewertung der mechanischen Auswirkungen kompositioneller Veränderungen während der Osteoarthritis-Progression ohne zusätzliche Annahmen.
Cette étude vise à développer un modèle computationnel du cartilage articulaire permettant d'étudier l'interaction entre composition tissulaire et propriétés mécaniques lors de la progression de l'arthrose. Les chercheurs ont combiné leur modèle fibro-renforcé poroviscoélastique avec un modèle basé sur la composition tissulaire, où toutes les propriétés mécaniques locales dépendent directement des quantités locales de protéoglycanes, collagène et de l'anisotropie tissulaire. Le modèle a permis de prédire avec succès les réponses mécaniques du cartilage lors de différents tests de compression et de gonflement, uniquement à partir de sa composition. Cette approche représente une avancée majeure pour l'évaluation quantitative de la progression de l'arthrose en permettant d'analyser les conséquences mécaniques des changements compositionnels sans hypothèses supplémentaires.
This study aimed to develop a new in vitro injury model using elderly human femoral head cartilage and compare it to an established bovine cartilage model to better understand post-traumatic osteoarthritis development. The researchers characterized mechanical properties through confined and unconfined compression testing, analyzed biochemical composition, and assessed injury responses by applying single injurious loads at different strain rates and stress levels while measuring tissue cracking and cell death. Key findings showed that elderly human cartilage had higher stiffness (elastic and Young's moduli) and lower permeability compared to adult bovine cartilage, with more anisotropic deformation patterns. Despite these mechanical differences, both cartilage types showed similar acute damage responses to injurious loading (tissue cracking and cell death at 14 MPa stress), suggesting that animal models remain clinically relevant for studying cartilage injury mechanisms.
Diese Studie zielte darauf ab, ein neues in vitro Verletzungsmodell mit alterndem menschlichem Femurkopfknorpel zu charakterisieren und mit einem etablierten Modell aus adultem Rinderknorpel zu vergleichen. Die mechanischen Eigenschaften wurden durch verschiedene Kompressionstests (Elastizitätsmodul, hydraulische Permeabilität, Poisson-Verhältnis) bestimmt, die biochemische Zusammensetzung analysiert und die Reaktionen auf mechanische Verletzung durch makroskopische Rissbildung und histologische Zellviabilitätsmessungen bewertet. Obwohl menschlicher Knorpel höhere Steifigkeit und geringere Permeabilität als Rinderknorpel aufwies, zeigten beide Gewebe ähnliche akute Schädigungsmuster bei verletzungsinduzierenden Belastungen (14 MPa Spitzenstress). Die Ergebnisse unterstützen die klinische Relevanz von tierbasierten Knorpelverletzungsmodellen, wobei strukturelle Unterschiede wie die Zelldichte möglicherweise nachfolgende
Cette étude visait à caractériser un nouveau modèle de lésion in vitro utilisant du cartilage de tête fémorale humaine âgée et à comparer son comportement à celui d'un modèle existant avec du cartilage d'humérus bovin adulte. Les chercheurs ont évalué les propriétés mécaniques (modules élastiques, perméabilité hydraulique) par compression confinée et non-confinée, la composition biochimique, ainsi que les réponses aux lésions mécaniques par observation des fissures et mesure de la viabilité cellulaire. Bien que le cartilage humain âgé présente des modules plus élevés et une perméabilité moindre que le cartilage bovin, les dommages aigus induits par des charges lésionnelles étaient similaires dans les deux modèles, validant la pertinence clinique des modèles animaux. Cependant, les différences structurelles inhérentes pourraient influencer les réponses cellulaires ultérieures et le développement de l'arthrose post-traumatique.
This study aimed to predict how chondrocytes (cartilage cells) deform under mechanical loading using a more realistic model of articular cartilage that accounts for its natural structural variations across tissue depth. The researchers developed a transversely isotropic, inhomogeneous model that incorporated the actual microstructural features of cartilage, including depth-dependent collagen fiber orientation and cell distribution, then simulated indentation and unconfined compression tests with 15% compression. The model predicted that chondrocytes experience non-uniform deformation across cartilage depth, with cells in the superficial zone deforming much more (32-43% height reduction) than those in deeper zones (11-29% reduction), which aligns well with experimental observations. This advanced modeling approach represents a significant improvement over previous homogeneous models and provides more accurate predictions of cellular mechanical environments that influence cartilage health and metabolism.
Diese Studie zielte darauf ab, das Verformungsverhalten von Chondrozyten in Gelenkknorpel mittels eines mikrostrukturellen Modells zu analysieren, das die natürliche Anisotropie und Inhomogenität des Gewebes berücksichtigt. Die Forscher entwickelten ein transversal isotropes, inhomogenes (TI) Modell, das die tiefenabhängige Kollagenfibrillorientierung, Volumenfraktion und Chondrozyteneigenschaften einbezieht, und simulierten Indentations- und uneingeschränkte Kompressionstests mit 15% nominaler Kompression. Das TI-Modell sagte ein nicht-uniformes Verhalten über die Gewebetiefe voraus: Bei Indentationstests verringerte sich die Zellhöhe um 43% in der oberflächlichen Zone und 11-29% in der tiefen Zone, während bei uneingeschränkter Kompression die Reduktion 32% (oberflächlich), 25% (mittig) und 18% (tief) betrug. Diese vorhergesagte Nicht-Uniformität stimmt mit experimentellen
Cette étude visait à analyser le comportement de déformation des chondrocytes en utilisant un modèle micro-structural du cartilage articulaire qui tient compte de son anisotropie et de son inhomogénéité intrinsèques. Les chercheurs ont développé un modèle transversalement isotrope et inhomogène basé sur l'orientation et la fraction volumique des fibrilles de collagène dépendantes de la profondeur, puis ont simulé des tests d'indentation et de compression non confinée avec 15% de compression nominale. Le modèle a prédit un comportement non-uniforme à travers l'épaisseur du tissu : lors de l'indentation, la hauteur cellulaire diminuait de 43% dans la zone superficielle contre 11-29% dans la zone profonde, tandis qu'en compression non confinée, elle diminuait de 32%, 25% et 18% respectivement dans les zones superficielle, moyenne et profonde. Ces prédictions concordent avec les données expérimentales et démontrent l'importance de considérer la microstructure du cartilage pour prédire précisément les contraintes et déformations cellulaires.
This study developed a theoretical model to understand how chondrons (cartilage cells and their surrounding pericellular matrix) respond to changes in salt concentration. The researchers used triphasic mixture theory to model the pericellular matrix and treated the chondrocyte as an ideal osmometer, assuming the cell membrane only allows water passage while the chondron boundary permits both water and ion movement. The model successfully predicted how both the cell and entire chondron deform under different osmotic conditions (high and low salt concentrations). This modeling approach will help researchers determine the fixed charge density of the pericellular matrix and better understand its mechanical properties when combined with experimental osmotic loading tests.
Diese Studie entwickelte ein theoretisches mechano-chemisches Modell zur Untersuchung des passiven Schwellverhaltens isolierter Chondrone (Knorpelzellen mit ihrer perizellulären Matrix) unter osmotischer Belastung. Die Forscher modellierten die Chondrozyten als ideale Osmometer und die perizelluläre Matrix mittels Triphasen-Mischungstheorie, wobei sie annahmen, dass die Chondron-Grenze für Wasser und Ionen durchlässig ist, während die Zellmembran nur für Wasser permeabel ist. Das Modell ermöglichte eine parametrische Analyse der Zell- und Chondron-Verformung unter hyper- und hypoosmotischen Bedingungen. Die Ergebnisse sollen in Kombination mit experimentellen osmotischen Belastungstests helfen, die Fixladungsdichte der perizellulären Matrix zu bestimmen und deren Beitrag zu den mechanischen Eigenschaften zu quantifizieren.
Cette étude développe un modèle théorique mécano-chimique pour analyser la réponse volumétrique passive du chondron (unité fonctionnelle composée du chondrocyte et de sa matrice péricellulaire) sous charge osmotique. Le modèle utilise la théorie des mélanges triphasiques, considérant le chondrocyte comme un osmomètre idéal et la matrice péricellulaire comme perméable à l'eau et aux ions, contrairement à la membrane cellulaire qui n'est perméable qu'à l'eau. Une analyse paramétrique avec une loi constitutive néo-hookéenne a permis d'étudier les déformations cellulaires et du chondron sous charges hyper- et hypo-osmotiques. Ce modèle, combiné aux expériences de charge osmotique, permettra de déterminer la densité de charge fixe péricellulaire et sa contribution aux propriétés mécaniques de la matrice péricellulaire.
This study investigated whether poloxamer P188 (a non-ionic surfactant) could provide long-term protection to cartilage cells following traumatic joint injury. The researchers subjected bovine cartilage samples to high mechanical compression (25 MPa) to simulate joint trauma, then treated half with P188 for 24 hours and measured DNA fragmentation (a marker of cell death) at 1 hour, 4 days, and 7 days post-injury using TUNEL staining. P188 treatment reduced DNA fragmentation by approximately 45% at both 4 and 7 days after injury compared to untreated samples. These findings suggest that early P188 intervention can provide sustained protection to injured cartilage cells by repairing damaged cell membranes, potentially offering a therapeutic approach to prevent post-traumatic osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, ob die akute Behandlung mit dem nicht-ionischen Tensid Poloxamer P188 (P188) langfristig DNA-Fragmentierung in traumatisierten Knorpelzellen verhindern kann. Die Forscher setzten bovine Knorpelexplantate einer schädigenden Kompression von 25 MPa aus und behandelten sie 24 Stunden lang mit P188, bevor sie mittels TUNEL-Färbung die DNA-Fragmentierung nach 1 Stunde, 4 und 7 Tagen analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass P188 die DNA-Fragmentierung in geschädigten Zellen um etwa 45% an Tag 4 und 7 nach dem Trauma reduzierte. Diese Befunde legen nahe, dass P188 durch akute Reparatur beschädigter Zellmembranen nicht nur die unmittelbare Zellviabilität verbessert, sondern auch langfristig vor zellulärer Degeneration schützt.
Cette étude examine l'efficacité du poloxamer P188, un surfactant non-ionique, pour protéger les chondrocytes contre la dégradation suite à un traumatisme mécanique pouvant conduire à l'arthrose post-traumatique. Les chercheurs ont soumis des explants de cartilage bovin à une compression de 25 MPa, puis ont analysé la fragmentation de l'ADN cellulaire par marquage TUNEL à 1 heure, 4 jours et 7 jours post-impact, avec ou sans traitement P188 pendant 24 heures. Les résultats montrent que le P188 réduit d'environ 45% le pourcentage de cellules présentant une fragmentation de l'ADN à 4 et 7 jours post-impact, suggérant que cette intervention précoce protège durablement les chondrocytes traumatisés. Cette protection semble résulter de la réparation aiguë des membranes plasmiques endommagées par le P188, empêchant la dégradation cellulaire à long terme.
This study aimed to develop and validate an MRI technique for measuring cartilage deformation in loaded knee joints, then apply it to compare cartilage strain patterns before and after meniscectomy. The researchers used a 4.7T MRI scanner with a custom loading device to compress four sheep knees at 1.5 times body weight for 2 hours, creating 3D cartilage thickness maps using gradient echo imaging and comparing the results to micro-CT for validation.
Following meniscectomy, the contact area decreased by 60% and maximum cartilage deformation increased by 13%, with abnormal strain patterns developing—areas of high strain correlated with locations known to develop cartilage damage, while areas of low strain matched sites of future bone spur formation. This technique demonstrates that meniscectomy creates harmful mechanical changes in cartilage loading that may help explain the development of osteoarthritis after meniscal surgery.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen einer Meniskektomie auf die Knorpeldeformation im Kniegelenk mittels MRT-basierter Dickenanalyse. Die Forscher entwickelten eine Technik zur axialen Kompression von Schafskniegelenken im MRT-Scanner und verglichen die Deformationsmuster des tibialen Gelenkknorpels vor und nach medialer Meniskektomie unter statischer Belastung (1,5-faches Körpergewicht über 2 Stunden). Die Ergebnisse zeigten, dass die Meniskektomie zu einer 60%igen Reduktion der Kontaktfläche und einer 13%igen Zunahme der maximalen Knorpeldeformation führte, wobei sich abnormal hohe und niedrige Dehnungsbereiche entwickelten. Diese pathologischen Dehnungsmuster korrelierten mit bekannten Lokalisationen späterer Knorpeldegeneration und Osteophytenbildung, was die mechanische Grundlage der Arthrose-Entstehung nach Meniskusverlust unterstreicht.
Cette étude visait à développer une technique IRM pour mesurer la déformation du cartilage articulaire sous compression dans des genoux de mouton, et à comparer les patterns de déformation avant et après méniscectomie médiale. Les chercheurs ont utilisé un dispositif de compression axiale dans un IRM 4,7T pour appliquer une charge statique de 1,5 fois le poids corporel pendant 2 heures, puis ont créé des modèles 3D d'épaisseur cartilagineuse avec une précision inférieure à 0,09 mm. La méniscectomie médiale a entraîné une réduction de 60% de la surface de contact et une augmentation de 13% de la déformation cartilagineuse maximale, avec des zones de contraintes anormalement élevées corrélant avec les sites de dégradation cartilagineuse et les zones de faibles contraintes avec la formation d'ostéophytes. Cette technique pourrait s'avérer utile pour élucider l'étiologie mécanique de l'arthrose en permettant d'étudier in vivo la déformation du cartilage articulaire.
This study aimed to identify optimal porosity levels for mechano-active scaffolds made from poly(L-lactide-co-epsilon-caprolactone) (PLCL) for articular cartilage tissue engineering applications. The researchers tested PLCL scaffolds with porosities ranging from 71-86% using compression/unloading tests and stress relaxation tests, comparing their mechanical behavior to native rabbit articular cartilage. The key finding was that scaffolds with lower porosity exhibited mechanical properties more similar to natural cartilage tissue. The authors concluded that PLCL scaffolds with 71% porosity showed the most promising biomechanical characteristics for cartilage tissue engineering, as they best mimicked the compression response and recovery behavior of native cartilage.
Diese Studie untersuchte die biomechanischen Eigenschaften von mikroporösen Poly(L-Lactid-co-ε-Caprolacton) (PLCL) Scaffolds mit unterschiedlichen Porositäten (71-86%) für die Knorpel-Tissue-Engineering-Anwendung. Die Forscher führten Kompressions-/Entlastungstests bei verschiedenen Frequenzen (0,1 und 0,005 Hz) sowie Spannungsrelaxationstests bei verschiedenen Dehnungsgraden (10, 30 und 50%) durch und verglichen die Ergebnisse mit nativem Kaninchen-Gelenkknorpel. Die Resultate zeigten, dass Scaffolds mit geringerer Porosität mechanische Eigenschaften aufwiesen, die denen des nativen Knorpelgewebes ähnlicher waren. Das PLCL-Scaffold mit 71% Porosität erwies sich als am besten geeignet für Knorpel-Tissue-Engineering-Anwendungen, da es die gewünschten mechano-aktiven Eigenschaften mit minimaler permanenter Verformung unter Kompressionsstress z
Cette étude visait à développer et sélectionner des matrices mécaniquement actives en poly(L-lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL) microporeux pour l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire. Les chercheurs ont testé des éponges PLCL avec différentes porosités (71-86%) et des pores de 300-500 μm sous diverses conditions de compression (0,1 et 0,005 Hz à 5 kPa) et de relaxation de contrainte (10, 30 et 50% de déformation), en les comparant au cartilage articulaire de lapin natif. Les résultats démontrent que plus la porosité diminue, plus les propriétés mécaniques se rapprochent de celles du cartilage natif, l'éponge PLCL à 71% de porosité présentant les caractéristiques biomécaniques les plus appropriées pour servir de matrice cartilagineuse.
This review examined how exercise affects human articular cartilage by analyzing existing research using quantitative magnetic resonance imaging (MRI) techniques to measure cartilage morphology and composition in living humans. The authors investigated both short-term deformational responses to loading and long-term adaptive changes from different activity levels. Key findings showed that human cartilage undergoes minimal deformation during normal activities and recovers within 90 minutes, with deformation decreasing with age but remaining unaffected by sex or training status. While cartilage becomes thinner under reduced loading conditions (immobilization, paraplegia), it does not thicken in response to increased loading in elite athletes, suggesting limited adaptive capacity possibly due to strong genetic influences on cartilage structure.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte die Auswirkungen von körperlicher Belastung auf den menschlichen Gelenkknorpel mittels quantitativer Magnetresonanztomographie (MRT), die erstmals eine nicht-invasive Analyse der Knorpelmorphologie und -zusammensetzung in vivo ermöglicht. Die Autoren analysierten sowohl kurzfristige Deformationseffekte als auch langfristige funktionelle Anpassungen des Knorpels auf Belastung. Die Hauptergebnisse zeigen, dass sich menschlicher Knorpel bei physiologischen Aktivitäten nur minimal deformiert und sich innerhalb von 90 Minuten nach Belastung vollständig erholt, wobei die Deformation mit zunehmendem Alter abnimmt. Während reduzierte Belastung (z.B. bei Immobilisation) zu Knorpelatrophie führt, führt erhöhte Belastung bei Leistungssportlern nicht zu einer Zunahme der Knorpeldicke, was auf eine begrenzte Anpassungsfähigkeit des Knorpelgewebes an mechanische Stimuli
Cette étude de revue examine les effets de l'exercice sur le cartilage articulaire humain en utilisant l'imagerie par résonance magnétique quantitative pour analyser la morphologie et la composition du cartilage in vivo. Les auteurs analysent les effets à court terme (comportement déformationnel) et à long terme (adaptation fonctionnelle) de l'exercice sur le cartilage humain. Les résultats montrent que le cartilage humain se déforme très peu lors d'activités physiologiques et récupère dans les 90 minutes après la charge, avec une déformation qui diminue avec l'âge mais reste indépendante du sexe et du niveau d'entraînement. Contrairement aux conditions de décharge qui provoquent un amincissement du cartilage, l'augmentation de la charge chez les athlètes d'élite n'entraîne pas d'augmentation de l'épaisseur cartilagineuse, suggérant une forte influence génétique sur la morphologie du cartilage.
This study aimed to determine which material properties most significantly affect the accuracy of finite element models (FEMs) predicting meniscal motion and deformation in ACL-deficient knees under anterior tibial loading. The researchers used Taguchi orthogonal arrays and central composite design to systematically test different material property combinations for cartilage, meniscus, and meniscal attachments, then compared model predictions to experimental data. The study found that three material properties were most critical for model accuracy: the initial strain of meniscal horn attachments, the stiffness of peripheral attachments, and the ratio of meniscal stiffness in circumferential versus transverse directions. The optimal values identified were -5% initial strain, 5.6 MPa peripheral attachment stiffness, and a 20:1 circumferential-to-transverse stiffness ratio, suggesting future modeling efforts should prioritize accurate characterization of these specific properties.
Diese Studie untersuchte, welche Materialeigenschaften von Gelenkknorpel, Meniskus und Meniskusbefestigungen die Genauigkeit eines Finite-Elemente-Modells bei der Vorhersage von Meniskusbewegung und -verformung in kreuzbandrissgeschädigten Knien am stärksten beeinflussen. Mittels Taguchi-Versuchsplanung (L18 orthogonale Arrays) und zentralem zusammengesetztem Design wurden die kritischsten Faktoren identifiziert und ein mathematisches Modell zur Optimierung der Modellgenauigkeit entwickelt. Die Ergebnisse zeigten, dass die anfängliche Dehnung der Meniskushornbefestigungen (ε₁H), der lineare Modul der peripheren Meniskusbefestigungen (EP) und das Verhältnis der Meniskusmoduli in Umfangs- zu Querrichtung (EθER) den größten Einfluss auf die Modellgenauigkeit haben. Die optimalen Werte dieser Parameter wurden mit ε₁H = -5%, EP = 5,6 MPa und E
Cette étude a utilisé des méthodes de plan d'expériences pour identifier les propriétés matérielles critiques affectant la précision d'un modèle par éléments finis du mouvement et de la déformation du ménisque médial lors d'une charge tibiale antérieure de 45 N dans un genou déficient en ligament croisé antérieur. Les chercheurs ont employé des matrices orthogonales de Taguchi L18 suivies d'un plan composite centré pour analyser les propriétés du cartilage articulaire (modélisé comme élastique isotrope), du ménisque (élastique transversalement isotrope) et des insertions méniscales (éléments ressorts non-linéaires en tension). Les résultats révèlent que la capacité du modèle à reproduire les données expérimentales dépend principalement de trois facteurs : la déformation initiale des insertions des cornes méniscales, le module linéaire des insertions périphériques, et le ratio des modules méniscaux dans les directions circonférentielle et transverse. L'étude a identifié les valeurs optimales de ces propriétés critiques et souligne l'importance de considé
This study aimed to develop and validate a drop tower device for controlled impact testing of small biological tissue samples, particularly articular cartilage, to better understand impact damage mechanics and cellular responses. The researchers designed an instrumented system that controls impact severity through variable impactor masses and drop heights, while recording force and deceleration data at 50,000 samples per second using force transducers and accelerometers. Validation testing on rubber washers demonstrated excellent repeatability with coefficients of variation below 8% for key mechanical parameters. Initial cartilage testing revealed that human femoral head cartilage had a peak dynamic modulus of 59 MPa at 916 s⁻¹ strain rate, while bovine cartilage showed higher values of 130 MPa at 3380 s⁻¹, demonstrating the device's capability to measure tissue mechanical properties under high-rate loading conditions.
Diese Studie zielte darauf ab, ein instrumentiertes Fallturmgerät zu entwickeln, um kontrollierte Stoßbelastungen auf kleine biologische Gewebeproben, insbesondere Gelenkknorpel, anzuwenden und die mechanischen Eigenschaften bei Impaktschäden zu untersuchen. Die Methode ermöglicht es, die Aufprallschwere durch verschiedene Gewichte und Fallhöhen zu kontrollieren, während Kraft und Verzögerung mit 50.000 Messungen pro Sekunde erfasst werden. Die Validierungstests an Gummischeiben zeigten eine hohe Reproduzierbarkeit mit Variationskoeffizienten unter 8% für die dynamische Steifigkeit. Bei ersten Tests an Gelenkknorpelbiopsien wurde ein dynamischer Spitzenmodul von 59 MPa für menschlichen Femurkopfknorpel und 130 MPa für Rinderknorpel bei hohen Dehnungsraten gemessen.
Cette étude visait à développer un équipement permettant d'étudier les dommages causés par impact sur les tissus biologiques, notamment le cartilage articulaire, afin de mieux comprendre les mécanismes de lésion et les réponses cellulaires. Les chercheurs ont conçu une tour de chute instrumentée capable d'appliquer des charges d'impact contrôlées sur de petits échantillons biologiques, avec enregistrement des forces et décélérations à 50 000 échantillons par seconde. Les tests de répétabilité ont montré une excellente reproductibilité (coefficients de variation <8%), et les essais préliminaires sur cartilage articulaire ont révélé des modules dynamiques de 59 MPa pour le cartilage fémoral humain et 130 MPa pour le cartilage bovin. Cet équipement permet ainsi d'appliquer des charges d'impact avec une énergie et vitesse définies tout en mesurant précisément la déformation et la charge lors de sollicitations à haute vitesse.
This study investigated whether the surface amorphous layer (SAL) of articular cartilage contributes to joint lubrication. The researchers used multiple imaging and analytical techniques to characterize the SAL's composition, developed a method to remove it without damaging underlying cartilage, and conducted friction tests comparing cartilage with and without the SAL. They found that the original SAL contained equal amounts of glycosaminoglycans, proteins, and lipids, but removing it did not change friction coefficients because the layer regenerated during testing through mechanical loading. The regenerated SAL had a different composition (lipids and sulfated glycosaminoglycans without detectable protein), suggesting that cartilage can mechanically replenish its surface layer by moving lubricating molecules through the tissue matrix during deformation.
Diese Studie untersuchte die Rolle der oberflächlichen amorphen Schicht (SAL) des Gelenkknorpels bei der Gelenkschmierung mittels verschiedener mikroskopischer Verfahren, biochemischer Analysen und Reibungstests. Die Forscher entwickelten ein Protokoll zur selektiven Entfernung der SAL und fanden heraus, dass diese etwa gleiche Mengen an Glykosaminoglykanen, Proteinen und Lipiden enthält. Überraschenderweise führte die Entfernung der SAL nicht zu einer Veränderung des Reibungskoeffizienten, da sich die Schicht während der mechanischen Belastung spontan regenerierte. Die neu gebildete SAL bestand hauptsächlich aus Lipiden und sulfatierten Glykosaminoglykanen, was auf einen rein mechanischen Regenerationsmechanismus durch Materialtransport während der Knorpeldeformation hindeutet.
Cette étude visait à caractériser la couche amorphe de surface (SAL) du cartilage articulaire et à évaluer son rôle dans la lubrication articulaire. Les chercheurs ont utilisé diverses techniques d'imagerie (microscopie électronique, interférométrie) et d'analyses biochimiques, puis ont développé un protocole pour retirer sélectivement la SAL et effectuer des tests de friction cartilage-sur-cartilage. La SAL native contenait des proportions équivalentes de glycosaminoglycanes (GAG), protéines et lipides, mais sa suppression n'a pas modifié le coefficient de friction car elle se reconstituait pendant les tests de charge. Cette reconstitution mécanique de la SAL, composée uniquement de lipides et GAG sulfatés sans protéines, suggère un mécanisme purement mécanique de régénération via le déplacement de ces composants à travers la matrice cartilagineuse lors de la déformation.
This study aimed to develop a simplified mathematical approach to simultaneously determine the mechanical properties and proteoglycan content of articular cartilage using indentation testing. The researchers established a "generalized correspondence principle" that treats charged-hydrated cartilage tissue as an equivalent elastic material without charge, making the complex triphasic mixture theory more practically applicable. They derived explicit formulas linking mechanical properties to intrinsic elastic moduli, fixed charge density, and ion concentration, then validated this approach using indentation creep tests on bovine cartilage. The method successfully determined proteoglycan content with excellent accuracy compared to biochemical assays (linear regression slope of 1.034), demonstrating its potential as a non-destructive alternative for assessing cartilage composition and mechanical properties.
Diese Studie zielte darauf ab, ein vereinfachtes mathematisches Prinzip zu entwickeln, mit dem sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch der Proteoglykangehalt von Gelenkknorpel gleichzeitig durch Eindrücktests bestimmt werden können. Die Forschenden etablierten ein "generalisiertes Korrespondenzprinzip", das die komplexe triphasische Mischungstheorie vereinfacht, indem es zeigt, dass sich geladenes, hydratisiertes Knorpelgewebe unter Belastung wie ein elastisches Medium ohne Ladung verhält. Die Validierung an bovinem Knorpel durch Eindrück-Kriechversuche ergab eine sehr gute Übereinstimmung mit biochemischen Referenzmessungen (lineare Regression mit Steigung 1,034). Diese Methode ermöglicht somit eine nicht-destruktive, simultane Charakterisierung der biomechanischen und biochemischen Eigenschaften von Gelenkknorpel unter verschiedenen Belastungsbedingungen.
Cette étude vise à développer un principe de correspondance généralisé pour simplifier l'analyse biomécanique du cartilage articulaire et permettre la détermination simultanée de ses propriétés mécaniques et de son contenu en protéoglycanes par indentation. Les chercheurs ont établi des formules explicites reliant les propriétés mécaniques d'un matériau équivalent aux modules élastiques intrinsèques, à la densité de charge fixe et à la concentration en ions libres du cartilage, puis ont validé cette approche sur du cartilage bovin par des tests d'indentation en fluage. Les résultats montrent une excellente corrélation avec les dosages biochimiques de référence (pente de régression linéaire de 1,034), démontrant que ce principe peut être appliqué à diverses conditions de chargement. Cette méthodologie offre ainsi un outil pratique pour caractériser simultanément les propriétés biomécaniques et biochimiques du cartilage, avec des extensions possibles aux tissus inhomogènes, anisotropes et non-linéaires.
This study investigated whether Navy SEALS preparatory training causes permanent spinal injury in recruits who carry heavy loads (up to 40% body weight) during intense 14-week training courses. The researchers used a prospective cohort design, performing MRI scans of the lumbar spine and knees in 10 soldiers before and after training to assess for structural damage including disc changes, joint pathology, and bone/soft tissue edema. The main findings showed no MRI evidence of spinal overuse or permanent injury after the demanding training period, with pre-existing minor disc bulges and Scheuermann's disease remaining unchanged. While knees showed some signs of overuse (prepatellar swelling, joint effusion), these findings suggest that well-conditioned individuals can complete extremely demanding physical training involving heavy spinal loading without sustaining permanent back injury detectable by MRI.
Diese prospektive Kohortenstudie untersuchte mittels MRT, ob Navy SEALS-Rekruten eine 14-wöchige Vorbereitungsausbildung mit extremen Belastungen (Gewichte bis 40% des Körpergewichts, Märsche bis 90 km) ohne bleibende Schäden an der Lendenwirbelsäule absolvieren können. Bei zehn Soldaten wurden MRT-Untersuchungen der lumbosakralen Wirbelsäule und der Knie vor und nach dem Training durchgeführt, um strukturelle Veränderungen an Bandscheiben, Facettengelenken, Wirbelkörpern und anderen Strukturen zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigten keine neuen oder verschlechterten Wirbelsäulenveränderungen nach der Ausbildung, obwohl die Belastungen weit über den empfohlenen Sicherheitsrichtlinien lagen. Während die Knie Zeichen von Überlastung aufwiesen, blieben die Wirbelsäulen der Soldaten trotz der extremen physischen Anforderungen strukturell unverändert.
Cette étude prospective avait pour objectif d'évaluer si l'entraînement intensif des forces spéciales navales (14 semaines avec port de charges jusqu'à 40% du poids corporel) causait des lésions irréversibles du rachis lombo-sacré détectables par IRM. Dix soldats ont bénéficié d'IRM du rachis lombo-sacré et des genoux avant et après l'entraînement, avec évaluation des disques, articulations facettaires, corps vertébraux et structures articulaires. Les résultats montrent une absence totale de changements pathologiques au niveau rachidien à l'IRM de contrôle, malgré des contraintes mécaniques dépassant largement les recommandations de sécurité professionnelle. Contrairement aux genoux qui présentaient des signes de surmenage, le rachis lombo-sacré n'a montré aucun signe de lésion d'usure ou de dommage permanent.
This study investigated whether applying mechanical loading at different times during cartilage tissue engineering could improve the functional properties of constructs grown with TGF-β3. Researchers cultured bovine cartilage cells in agarose hydrogels with TGF-β3 for the first two weeks, then applied dynamic compressive loading either during or after the growth factor treatment period. The key finding was that mechanical loading applied concurrently with TGF-β3 dramatically reduced mechanical properties by 90%, while the same loading applied after TGF-β3 treatment was discontinued improved mechanical properties by 10% and achieved values similar to native cartilage. The results suggest that sequential application of growth factors followed by mechanical loading, rather than simultaneous treatment, may be optimal for functional cartilage tissue engineering.
Diese Studie untersuchte, ob die mechanischen Eigenschaften von Knorpel-Tissue-Engineering-Konstrukten durch dynamische mechanische Belastung nach TGF-β3-Behandlung verbessert werden können. Unreife bovine Chondrozyten wurden in Agarose-Hydrogele eingebettet und 2 Wochen mit TGF-β3 kultiviert, wobei physiologische Druckbelastung (1 Hz, 3 h/Tag) entweder gleichzeitig mit oder nach der Wachstumsfaktor-Supplementierung angewendet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass gleichzeitige Belastung und TGF-β3-Behandlung die mechanischen Eigenschaften um 90% verschlechterte, während verzögerte Belastung nach TGF-β3-Gabe zu einer 10%igen Verbesserung führte und Werte erreichte, die natürlichem Knorpel ähneln. Die Studie legt nahe, dass eine sequenzielle Anwendung von Wachstumsfaktoren gefolgt von mechanischer Belastung eine optimale Strategie für das Kn
Cette étude visait à déterminer si l'application de charges mécaniques dynamiques peut améliorer les propriétés fonctionnelles de construits cartilagineux cultivés avec du TGF-β3. Les chercheurs ont encapsulé des chondrocytes bovins immatures dans des hydrogels d'agarose et ont appliqué une stimulation mécanique cyclique (1 Hz, 3h/jour) soit simultanément, soit après la supplémentation en TGF-β3 pendant les deux premières semaines de culture. Les résultats montrent que l'application simultanée de la charge mécanique et du TGF-β3 réduit drastiquement les propriétés mécaniques (-90%), tandis que l'application retardée de la charge (après l'arrêt du TGF-β3) améliore significativement ces propriétés (+10%), atteignant des valeurs proches du cartilage natif. Cette approche séquentielle optimise donc l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire en combinant judicieusement stimulation biochimique et mécanique.
This study aimed to test whether a fibril-reinforced mathematical model could simultaneously predict both creep (constant load, increasing deformation) and relaxation (constant deformation, decreasing load) responses in articular cartilage using the same model parameters. The researchers performed multi-step loading experiments on bovine cartilage samples (n=8) that included both creep and relaxation phases, then used mathematical modeling to analyze the mechanical behavior.
The key finding was that accurate prediction of cartilage's mechanical response required considering the interaction between two factors: nonlinear collagen fibril reinforcement and fluid pressurization within the tissue - termed "fluid pressure driven fibril reinforcement." The experiments showed that relaxation occurred much faster than creep due to different fluid pressure patterns, and that load sharing between the tissue's components (collagen network, proteoglycan matrix, and fluid) differed between the two test types.
The model failed to accurately predict the strong experimental responses when either fibril reinforcement or fluid pressurization was excluded, demonstrating that both mechanisms and their interplay are essential for understanding cartilage biomechanics.
Diese Studie untersuchte, ob ein faserverstärktes mathematisches Modell sowohl Kriech- als auch Relaxationsverhalten von Gelenkknorpel mit denselben Parametern vorhersagen kann. An acht bovinen Knorpelproben wurden Multi-Step-Loading-Protokolle mit uneingeschränkter Kompression durchgeführt, die sowohl Kriech- als auch Relaxationstests kombinierten. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Veränderungen wie die Faserrekrutierung im Kollagennetzwerk vollständig reversibel waren und sich unterschiedliche Flüssigkeitsdruckprofile zwischen den Testarten entwickelten. Das Modell konnte die experimentellen Beobachtungen nur dann korrekt vorhersagen, wenn sowohl die nichtlineare Faserverstärkung als auch die Flüssigkeitsdruckbildung berücksichtigt wurden - ein Zusammenspiel, das die Autoren als "flüssigkeitsdruckgetriebene Faserverstärkung" bezeichnen.
Cette étude vise à développer un modèle mathématique capable de prédire simultanément les réponses de fluage et de relaxation du cartilage articulaire, contrairement aux modèles existants qui échouent à décrire plusieurs types de sollicitations avec les mêmes paramètres. Les chercheurs ont testé un modèle à renfort fibrillaire sur des disques de cartilage articulaire bovin (n=8) en utilisant des protocoles de chargement multi-étapes combinant fluage et relaxation en compression non confinée. Les résultats montrent que la prédiction des réponses transitoires fortes nécessite impérativement de considérer l'interaction entre le renfort fibrillaire non linéaire et la pressurisation du fluide interstitiel, un mécanisme que les auteurs nomment "renfort fibrillaire piloté par la pression du fluide". Cette interaction s'avère essentielle pour expliquer les différences de cinétique entre relaxation (plus rapide) et fluage, ainsi que la répartition variable des charges entre la matrice protéoglycanique, le réseau de collagène et la pressurisation du fluide selon le type de test.
This study aimed to investigate how chondrocytes (cartilage cells) deform when cartilage tissue is mechanically loaded, specifically examining the relationship between applied forces and cellular strain. The researchers used digital image analysis with a custom microscopy-based loading device to measure real-time strain in different regions of cartilage samples during compressive loading, complemented by finite element modeling to interpret the results.
The key finding was significant strain amplification within and around the cells, with compressive strains being nearly 7 times higher inside the cells and 5 times higher in the surrounding pericellular matrix compared to the broader extracellular matrix during loading. This strain amplification pattern persisted even after the tissue reached equilibrium, suggesting that chondrocytes experience much greater mechanical stress than previously thought when cartilage is loaded, which may be crucial for understanding how mechanical forces influence cartilage cell behavior and tissue maintenance.
Diese Studie untersuchte das Verformungsverhalten von Chondrozyten und ihrer unmittelbaren Umgebung während dynamischer Belastung des Gelenkknorpels, um den Zusammenhang zwischen makroskopischer Verformung und zellulärer Dehnung zu verstehen. Mittels digitaler Bildanalyse in einem speziellen mikroskopiebasierten Belastungsgerät wurden in-situ Dehnungsmessungen an Knorpelproben während Rampenbelastung und im Gleichgewichtszustand durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Dehnungsverstärkung in der Zellumgebung: Die kompressive Hauptdehnung war etwa 7-fach höher im intrazellulären Bereich und 5-fach höher in der perizellulären Matrix im Vergleich zur extrazellulären Matrix. Diese durch Finite-Elemente-Modellierung bestätigten Befunde deuten darauf hin, dass die Mechanotransduktion von Chondrozyten maßgeblich durch diesen Dehnungsverstärkungsmechanismus vermittelt wird.
Cette étude vise à caractériser la déformation des chondrocytes et de leur microenvironnement lors d'un chargement transitoire, afin d'élucider la relation entre la déformation appliquée au cartilage et les contraintes cellulaires. Les auteurs ont utilisé une analyse d'images numériques couplée à un dispositif de chargement microscopique personnalisé pour mesurer les déformations in situ dans la zone moyenne du cartilage, complétée par une modélisation par éléments finis. Les résultats révèlent une amplification significative des contraintes dans le microenvironnement cellulaire, avec des déformations principales compressives 7 fois plus élevées dans la région intracellulaire et 5 fois plus élevées dans la matrice péricellulaire comparativement à la matrice extracellulaire. Cette amplification des contraintes, persistant même à l'équilibre, suggère un mécanisme fondamental de mécanotransduction par lequel les chondrocytes perçoivent et répondent aux sollicitations mécaniques du cartilage articulaire.
This study developed a novel three-dimensional boundary element method (BEM) to model the time-dependent mechanical behavior of articular cartilage, which acts like a fluid-filled sponge under loading. The researchers used poroelastic theory in the mathematical Laplace domain to simulate both large-scale tissue responses and microscopic cell deformation during stress relaxation (the gradual reduction in stress when cartilage is compressed and held). They validated their computational model against established theoretical solutions for cartilage cylinders under confined compression and successfully demonstrated that the method can capture both tissue-level and cellular-level mechanical responses. This new modeling approach provides a promising tool for studying how mechanical forces affect cartilage cells within their natural tissue environment.
Diese Studie zielte darauf ab, eine dreidimensionale poroelastische Boundary-Element-Methode (BEM) zur Modellierung der biphasischen Mechanik von Gelenkknorpel zu entwickeln und anzuwenden. Die Forscher verwendeten eine im Laplace-Transform-Bereich formulierte BEM, um Spannungsrelaxation in Knorpel zu simulieren, wobei sowohl makroskopische Effekte an einem poroelastischen Zylinder unter uniaxialer Kompression als auch mikroskopische Zellverformungen modelliert wurden. Die Methode wurde erfolgreich gegen theoretische Lösungen validiert, und eine erweiterte Laplace-Inversionsmethode ermöglichte eine präzise Darstellung der mechanischen Antworten im Zeitbereich. Diese Arbeit etabliert erstmals die Anwendung von BEM für die biphasische Gewebemechanik und bietet neue Möglichkeiten zur Untersuchung von Zell-Matrix-Interaktionen in Gelenkknorpel.
Cette étude vise à développer et appliquer une méthode des éléments de frontière (BEM) poroélastique tridimensionnelle pour modéliser la mécanique biphasique du cartilage articulaire et les interactions cellule-matrice. Les chercheurs ont utilisé une approche BEM formulée dans le domaine de transformée de Laplace, validée sur la relaxation de contrainte d'un cylindre poroélastique en compression confinée uniaxiale. Les résultats démontrent la capacité du modèle à simuler avec précision la relaxation de contrainte macroscopique du cartilage et à prédire les déformations cellulaires microscopiques induites par cette relaxation poroélastique. Cette nouvelle approche BEM offre un outil prometteur pour étudier les mécanismes biomécaniques complexes du cartilage articulaire à différentes échelles.
This study aimed to compare the mechanical properties of different methods for bonding articular cartilage surfaces, which is relevant for arthritis therapy techniques. The researchers tested three bonding approaches: suturing (with varying configurations), immediate chemical cross-linking using carbodiimide with pepsin or guanidine, and integrative repair through 14-day cultivation with or without testosterone, then measured the mechanical properties under tensile loading. Suturing provided the highest maximum load capacity and strain but lowest stiffness, creating elastic bonds that allow synovial fluid flow between cartilage surfaces, while chemical cross-linking with pepsin produced the highest stiffness but lowest failure force. The authors concluded that testosterone-stimulated integrative repair showed the most promising mechanical properties, while immediate chemical bonding could serve as a useful alternative to suturing for cartilage wound repair.
Diese Studie untersuchte verschiedene Methoden zur Verbindung von Gelenkknorpeloberflächen, um deren mechanische Eigenschaften für therapeutische Anwendungen bei Arthritis zu bewerten. Die Forscher verglichen drei Ansätze: chirurgische Naht-Techniken, sofortige chemische Vernetzung der Oberflächen mit Carbodiimid sowie 14-tägige In-vitro-Kultivierung mit oder ohne Testosteron-Zusatz. Unter Zugbelastung zeigten genähte Verbindungen die höchste maximale Belastbarkeit und Elastizität, während chemische Vernetzung mit Pepsin die höchste Steifigkeit erreichte und Testosteron-stimulierte Kultivierung vielversprechende mechanische Eigenschaften für die integrative Knorpelreparatur aufwies. Die Ergebnisse legen nahe, dass chemische Vernetzung oder hormonell stimulierte Reparatur bessere Alternativen zu Naht-Techniken darstellen könnten, da diese eine zu elastische Verbindung schaffen, die den Fluss von Gelenkflüssigkeit ermöglicht und
Cette étude visait à comparer les propriétés mécaniques de différentes techniques de réparation du cartilage articulaire : sutures, liaison chimique immédiate et réparation intégrative in vitro. Les chercheurs ont testé diverses configurations de sutures, un pontage chimique avec carbodiimide combiné à la pepsine ou guanidine, et une culture de 14 jours avec ou sans testostérone, puis ont évalué les propriétés mécaniques sous contrainte de traction. Les sutures ont montré la charge maximale à la rupture la plus élevée mais avec une rigidité faible, tandis que la liaison chimique avec pepsine a produit la rigidité la plus élevée mais une résistance limitée, et la culture avec testostérone a amélioré à la fois la résistance et l'élasticité. Les auteurs concluent que bien que les sutures offrent une adaptation élastique permettant la circulation du liquide synovial, la liaison chimique immédiate et particulièrement la réparation intégrative stimulée par la testostérone représentent des alternatives prometteuses pour la réparation du cartilage.
This study aimed to investigate how cyclic mechanical loading affects the transport of insulin-like growth factor-I (IGF-I) through cartilage, which lacks blood vessels for nutrient delivery to cells. The researchers developed a mathematical model simulating IGF-I transport through a cylindrical cartilage plug undergoing cyclic compression at frequencies ranging from 0.001 to 1 Hz. The study found that dynamic loading can either enhance or reduce IGF-I transport in the short term (less than 20 minutes), depending on the loading frequency, but has negligible effects on transport over longer time periods. Importantly, the steady-state IGF-I concentration never exceeded the boundary concentration, contradicting previous predictions that suggested mechanical loading could create concentration enhancements beyond baseline levels.
Diese Studie untersuchte, wie zyklische mechanische Belastung den Transport von Insulin-ähnlichem Wachstumsfaktor-I (IGF-I) durch Knorpelgewebe beeinflusst, da Knorpel keine Blutgefäße für den Nährstofftransport besitzt. Die Forscher entwickelten ein eindimensionales mathematisches Modell eines zylindrischen Knorpelstücks unter zyklischer axialer Verformung bei Frequenzen von 10⁻³ bis 1 Hz. Die Ergebnisse zeigten, dass dynamische Belastung den IGF-I-Transport nur in kurzen Zeiträumen (< 20 Minuten) frequenzabhängig verstärken oder hemmen kann, während über längere Zeiträume kein signifikanter Effekt nachweisbar war. Entgegen früheren Vorhersagen erreichte die IGF-I-Konzentration im Gleichgewichtszustand niemals Werte oberhalb der festgelegten Grenzwerte.
Cette étude vise à comprendre le transport du facteur de croissance IGF-I dans le cartilage sous déformation cyclique, un processus crucial car ce tissu est dépourvu de vascularisation. Les chercheurs ont développé un modèle mathématique unidimensionnel axisymétrique pour analyser le transport de solutés à travers un cylindre de cartilage soumis à des déformations axiales cycliques (10⁻³ à 1 Hz). Les résultats révèlent que l'effet de la charge dynamique sur le transport d'IGF-I dépend fortement de l'échelle temporelle : elle peut faciliter ou inhiber le transport à court terme (<20 min) selon la fréquence de charge, mais n'a aucun effet significatif à long terme. Contrairement aux prédictions antérieures, la concentration d'IGF-I à l'état d'équilibre ne dépasse jamais la valeur imposée aux limites du tissu.
This study aimed to develop a mathematical model explaining how the microstructural organization of cartilage affects the movement of large molecules through the tissue, particularly when cartilage is mechanically loaded. The researchers created a theoretical model that links diffusion patterns to the structural orientation of the cartilage network, then tested it against experimental observations of molecular transport in both unloaded and compressed cartilage samples.
The model successfully explained why large molecules move differently in different directions through cartilage (anisotropic diffusion) and predicted how this directional preference changes when cartilage is compressed. Key findings showed that diffusion patterns are location-specific within cartilage and depend on molecule size, with mechanical loading initially reducing transport in all directions but paradoxically enhancing sideways transport when compression becomes severe enough.
The research provides important insights for understanding how nutrients and waste products move through cartilage under normal and pathological loading conditions, which has implications for cartilage health and disease progression.
Diese Studie untersuchte, wie die anisotrope Mikrostruktur des Gelenkknorpels den Transport von neutralen gelösten Stoffen beeinflusst. Die Forschenden entwickelten ein mathematisches Modell, das den Diffusionskoeffizienten-Tensor mit dem strukturellen Orientierungs-Tensor des Knorpelnetzwerks korreliert. Das Modell konnte erfolgreich die anisotrope Diffusion von Makromolekülen in undeformiertem Gewebe beschreiben und erklären, warum sich bei starker Kompression die radiale Diffusion paradoxerweise mit zunehmender Verformung verstärkt. Die Ergebnisse zeigen, dass mechanische Belastung die Diffusionsanisotropie initiiert oder verstärkt, wobei bei geringer Verformung die Diffusion in alle Richtungen abnimmt, während bei hoher Belastung der Stofftransport senkrecht zur Belastungsrichtung sogar zunehmen kann.
Cette étude vise à comprendre comment la microstructure anisotrope du cartilage articulaire influence le transport de solutés neutres, phénomène crucial pour le fonctionnement de ce tissu avasculaire. Les auteurs ont développé un modèle mathématique corrélant le tenseur de coefficient de diffusion avec le tenseur d'orientation structurale du réseau matriciel, permettant d'analyser la diffusion dans le tissu non déformé et sous charge mécanique. Le modèle révèle que l'anisotropie de diffusion est site-spécifique et dépend de la taille des molécules, la charge mécanique initiant ou exacerbant cette anisotropie. Les résultats montrent qu'une charge mécanique faible atténue la diffusion dans toutes les directions, tandis qu'une charge élevée peut paradoxalement améliorer le transport de solutés dans la direction perpendiculaire à la charge.
This study investigated how the timing of mechanical loading affects the development of tissue-engineered cartilage when combined with TGF-beta3 growth factor treatment. Researchers cultured chondrocyte-seeded agarose constructs using two different protocols: applying mechanical loading either during or after a 2-3 week TGF-beta3 exposure period, all in serum-free media. The key finding was that sequential treatment—first TGF-beta3 alone, then mechanical loading—produced significantly stiffer constructs that achieved mechanical properties (Young's modulus) and biochemical content (GAG levels) similar to native articular cartilage within just 42 days. This suggests that the timing of mechanical stimulation is critical for optimizing engineered cartilage development in clinically relevant culture conditions.
Diese Studie untersuchte, wie sich das Timing von mechanischer Belastung auf die Entwicklung von Knorpel-Tissue-Engineering-Konstrukten in Kombination mit TGF-beta3 auswirkt. Die Forscher kultivierten Chondrozyten-beladene Agarose-Konstrukte zunächst 2-3 Wochen mit TGF-beta3 und wandten anschließend physiologische mechanische Belastung an, verglichen mit Konstrukten, die bereits während der TGF-beta3-Exposition mechanisch belastet wurden. Die sequenzielle Anwendung (erst biochemische, dann mechanische Stimulation) führte zu signifikant steiferen Konstrukten, die nach nur 42 Tagen Kultivierung ähnliche Elastizitätsmoduli und Glykosaminoglykan-Werte wie nativer Gelenkknorpel erreichten. Diese Erkenntnisse zeigen einen vielversprechenden Ansatz für die klinisch relevante Knorpelregeneration durch optimiertes Timing verschiedener Stimulationsfaktoren.
Cette étude examine l'effet du moment d'application de contraintes mécaniques sur l'ingénierie tissulaire du cartilage en présence de TGF-β3. Les chercheurs ont comparé l'application séquentielle de charges de compression (après 2-3 semaines de culture avec TGF-β3) versus l'application simultanée dès le début de la culture sur des construits d'agarose ensemencés de chondrocytes. L'application séquentielle des contraintes mécaniques a produit des construits significativement plus rigides, atteignant un module de Young et des niveaux de glycosaminoglycanes similaires au cartilage articulaire natif après seulement 42 jours de culture. Cette approche de préconditionnement mécanique combinée à une supplémentation transitoire en TGF-β3 représente une stratégie prometteuse pour l'ingénierie tissulaire du cartilage en conditions cliniquement pertinentes.
This study aimed to determine the mechanical role of deep vertical collagen fibrils in articular cartilage, which cannot be assessed using standard confined and unconfined testing methods. The researchers developed a sophisticated computer model of tibial cartilage that incorporated the depth-dependent properties and distinct collagen fibril networks (horizontal, random, and vertical orientations) with realistic material properties. The key finding was that vertical fibrils significantly increase cartilage stiffness and protect against excessive deformation during rapid loading (transient period), but this protective effect diminishes over time and during slow loading rates typical of normal walking. The study suggests that damage to the deep vertical collagen network, such as from bone bruises, could compromise the cartilage's ability to resist rapid loading and increase the risk of tissue failure in the deep zone.
Diese Studie untersuchte die mechanische Rolle der tiefen vertikalen Kollagenfibrillen im Gelenkknorpel mittels eines axisymmetrischen, nichtlinearen fibrill-verstärkten poroelastischen Modells der tibialen Knorpelplateaus. Die Forscher analysierten sowohl Kriech- als auch Relaxations-Indentationsmodelle, um die tiefenabhängigen Eigenschaften und unterschiedlichen Fibrillennetzwerke zu berücksichtigen. Die Ergebnisse zeigten, dass vertikale Fibrillen während der transienten Phase eine entscheidende Rolle spielen, indem sie die Gewebesteifigkeit dramatisch erhöhen und die Festsubstanz vor großen Verformungen an der subchondralen Grenzfläche schützen. Schäden an den tiefen vertikalen Kollagenfibrillen oder ihrer festen Knochenverankerung schwächen die transiente Steifigkeit und erhöhen das Versagensrisiko des Gewebes, insbesondere in der tiefen Zone.
Cette étude visait à déterminer le rôle mécanique des fibrilles de collagène verticales profondes dans le cartilage articulaire, souvent négligé par les tests conventionnels confinés et non-confinés. Les chercheurs ont développé un modèle poroélastique axisymétrique non-linéaire renforcé par des fibrilles, tenant compte des propriétés dépendantes de la profondeur et des réseaux de fibrilles distincts du plateau tibial. Les résultats montrent que les fibrilles verticales jouent un rôle crucial durant la période transitoire en augmentant dramatiquement la rigidité tissulaire et en protégeant la matrice solide contre les grandes déformations à la jonction sous-chondrale, mais ce rôle disparaît avec le temps et aux vitesses de chargement lentes. Les dommages à ce réseau fibrillaire vertical, comme lors de contusions osseuses, affaibliraient la rigidité transitoire et placeraient le tissu à plus haut risque de défaillance, particulièrement en zone profonde.
This study aimed to develop and validate an MRI-based method for measuring cartilage deformation patterns during mechanical loading. The researchers used a DENSE-FSE (Displacement Encoding with Stimulated Echoes - Fast Spin Echo) technique at 9.4 Tesla MRI to image cartilage tissue while applying cyclic mechanical compression, with specialized radio frequency pulse cycling to eliminate imaging artifacts. The method achieved high precision (better than 0.17% strain error) and successfully captured complex, heterogeneous deformation patterns in axial, transverse, and shear directions within a single cartilage sample under uniaxial compression. This technique offers a valuable tool for characterizing the micromechanical behavior of normal, diseased, or regenerated cartilage under physiologically relevant loading conditions.
Diese Studie zielte darauf ab, eine MRT-basierte Technik zur präzisen Messung von Knorpeldeformationen unter mechanischer Belastung zu entwickeln und zu validieren. Die Forscher verwendeten eine DENSE-FSE-Methode (Displacement Encoding with Stimulated Echoes - Fast Spin Echo) bei 9,4 Tesla, um Verformungen im gesamten Knorpelvolumen während zyklischer mechanischer Belastung zu erfassen. Die Technik erreichte eine hohe Präzision mit weniger als 0,17% Dehnungsfehler und konnte heterogene Verformungsmuster in axialer, transversaler und Scherrichtung in einem einachsig komprimierten Knorpelexplantat quantifizieren. Die entwickelte Methode ermöglicht es, biomechanische Eigenschaften von normalem, erkranktem oder regeneriertem Knorpel unter physiologisch relevanten Belastungsbedingungen zu charakterisieren.
Cette étude a développé une technique IRM basée sur l'encodage de déplacement avec échos stimulés (DENSE) couplée à une lecture par écho de spin rapide (FSE) pour mesurer les déformations du cartilage articulaire sous charge mécanique. La méthode a été testée à 9,4 Tesla sur des explants de cartilage soumis à une compression uniaxiale cyclique, avec élimination des artefacts par cyclage de phase des impulsions radiofréquence. Les résultats montrent une précision de mesure supérieure à 0,17% de déformation et permettent de quantifier les champs de déformation hétérogènes dans les directions axiale, transversale et de cisaillement. Cette technique offre un potentiel d'application clinique pour caractériser l'environnement micromécanique du cartilage normal, pathologique ou régénéré sous contraintes physiologiques.
This study investigated whether engineered cartilage made from nasal chondrocytes responds to mechanical loading patterns similar to those found in joints. Researchers cultured human nasal and articular chondrocytes from 5 individuals in scaffolds for 2 weeks, then exposed them to three different loading regimens including cyclic deformation and surface motion over various time periods. The engineered nasal cartilage initially contained more glycosaminoglycan and collagen than articular cartilage, and responded well to all loading patterns by increasing key cartilage components and joint lubrication molecules. These findings suggest that nasal chondrocytes could be a promising alternative cell source for cartilage repair, as they respond appropriately to joint-like mechanical forces.
Diese Studie untersuchte, ob aus nasalen Chondrozyten entwickeltes Knorpelgewebe (ECN) auf verschiedene Belastungsregime reagiert, die der Gelenkkinematik ähneln. Die Forscher kultivierten humane nasale und artikuläre Chondrozyten von 5 Personen in porösen Gerüsten und setzten sie drei verschiedenen Belastungsprotokollen aus, darunter zyklische Deformation und Oberflächenbewegung. Die ECN-Konstrukte zeigten bereits vor der Belastung höhere Gehalte an Glykosaminoglykanen und Typ-II-Kollagen als artikuläre Chondrozyten und reagierten auf alle Belastungsregime mit verstärkter Kollagen- und Proteoglykansynthese sowie erhöhter Expression von Oberflächenzonoproteinen. Diese Ergebnisse zeigen, dass nasale Chondrozyten mechanosensitiv sind und Moleküle für die Gelenkschmierung produzieren können, was sie als vielversprechende Zellquelle für die Gelenkknorpelreparatur ausweist.
Cette étude visait à évaluer si le cartilage artificiel généré par des chondrocytes nasaux (ECN) répond aux contraintes mécaniques similaires à celles des articulations, comme le fait le cartilage artificiel produit par des chondrocytes articulaires (ECA). Les chercheurs ont cultivé des chondrocytes nasaux et articulaires humains sur des échafaudages polymères pendant 2 semaines, puis les ont soumis à trois régimes de charge mécanique différents (déformation cyclique ponctuelle, déformation cyclique intermittente, et mouvement de surface). Les résultats montrent que l'ECN présente initialement des concentrations plus élevées en glycosaminoglycanes et collagène de type II que l'ECA, et répond positivement aux trois régimes de charge en augmentant la synthèse de collagène, l'accumulation de matrice extracellulaire, le module dynamique, et l'expression de protéines de lubrification articulaire. Ces résultats suggèrent que les chondrocytes nasaux constituent une source cellulaire prometteuse pour la réparation du cartilage articulaire, justifiant des études in vivo futures.
This study aimed to develop cartilage tissue using highly elastic scaffolds combined with mechanical stimulation to mimic natural joint loading conditions. The researchers created rubber-like scaffolds from PLCL polymer with 85% porosity, seeded them with chondrocytes, and applied 5% compressive strain at 0.1 Hz for either 10 or 24 days before implanting the constructs into nude mice. The results showed that mechanical stimulation significantly increased cartilage matrix production and led to mature cartilage formation with proper cell organization and abundant sulfated GAGs (key cartilage components). However, longer stimulation periods (24 days vs 10 days) caused cell damage and abnormal tissue development, suggesting that optimal timing of mechanical loading is crucial for successful cartilage tissue engineering.
Diese Studie zielte darauf ab, Knorpelgewebe mittels mechano-aktiver Scaffolds und dynamischer Kompression zu entwickeln und den Einfluss mechanischer Stimulation auf die Knorpelregeneration zu bewerten. Die Forscher verwendeten hochelastische PLCL-Scaffolds mit 85% Porosität, die mit Chondrozyten besiedelt und über 10 bzw. 24 Tage mit 5% Dehnung bei 0,1 Hz komprimiert wurden, bevor sie in Nacktmäuse implantiert wurden. Die mechanische Stimulation führte zu einer signifikanten Erhöhung der extrazellulären Matrix und zur Bildung von reifem Knorpelgewebe mit abundanten sulfatierten Glykosaminoglykanen, wobei die 10-tägige Stimulation bessere Ergebnisse als die 24-tägige zeigte. Die Studie zeigt, dass eine angemessene periodische dynamische Kompression die Chondrozyten-Phänotypen erhält und die Qualität des gebildeten Knorpelgewebes sowohl in vitro als auch in vivo verbessert.
Cette étude visait à développer du tissu cartilagineux en utilisant des échafaudages mécaniquement actifs et à évaluer l'effet de la compression dynamique sur la régénération cartilagineuse. Les chercheurs ont utilisé des échafaudages élastiques en PLCL (85% de porosité) ensemencés avec des chondrocytes, soumis à une compression dynamique de 5% de déformation à 0,1 Hz pendant 10 ou 24 jours, puis implantés chez des souris nudes. La stimulation mécanique a significativement augmenté la production de matrice extracellulaire chondrale et favorisé la formation d'un tissu cartilagineux mature avec des chondrocytes dans leurs lacunes et une accumulation abondante de GAG sulfatés, particulièrement après 10 jours de stimulation. Cependant, une stimulation prolongée de 24 jours a entraîné des lacunes de forme anormale et des formes hypertrophiques, suggérant qu'une application périodique appropriée de la compression dynamique est optimale pour maintenir le phénotype des chondrocytes et améliorer la qualité du tissu cartilagineux
This appears to be an introduction to a collection of research papers rather than a single study with specific objectives and methods. The purpose is to present research that has advanced understanding of knee osteoarthritis from basic science through to clinical treatment. The papers collectively cover cartilage structure and function, disease initiation and progression, and therapeutic approaches. The authors emphasize that recent scientific advances have led to successful treatments that can reduce pain, improve joint function, and increase physical activity in patients with knee osteoarthritis.
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, die wissenschaftlichen Fortschritte bei der Erforschung der Kniearthrose und deren Translation in verbesserte Behandlungsansätze darzustellen. Die Autoren präsentieren eine multidisziplinäre Herangehensweise zur Untersuchung der komplexen Pathogenese der Kniearthrose, einschließlich der Analyse von Gelenkknorpelstruktur und -funktion. Die wichtigsten Ergebnisse zeigen, dass grundlegende Erkenntnisse über akute und chronische Verlaufsformen der Kniearthrose zu erfolgreichen Therapien geführt haben, die Schmerzen reduzieren, die Gelenkfunktion verbessern und die körperliche Aktivität steigern können. Die Forschung hat wesentlich zum besseren Verständnis von Entstehung, Progression, Behandlung und Rehabilitation der Kniearthrose beigetragen.
Cette revue vise à présenter les avancées scientifiques et cliniques qui ont conduit à une meilleure compréhension et prise en charge de l'arthrose du genou. L'approche multidisciplinaire développée couvre l'étude de la structure et fonction du cartilage articulaire, ainsi que l'initiation, la progression, le traitement et la rééducation de cette pathologie complexe. Les progrès dans la compréhension fondamentale de l'arthrose du genou, tant dans ses formes aiguës que chroniques, ont permis le développement de traitements efficaces. Ces avancées thérapeutiques permettent désormais de réduire significativement la douleur, d'améliorer la fonction articulaire et d'augmenter les niveaux d'activité physique des patients.
This study investigated how quickly knee cartilage and menisci recover after long-distance running by measuring tissue volumes using 3D magnetic resonance imaging. Twenty male runners underwent MRI scans before running 20 km, immediately after the run, and after one hour of recovery to track changes in cartilage volume in the patella, tibia, and both menisci. The researchers found that running caused significant temporary decreases in cartilage and meniscal volumes, but after one hour of rest, all tissues had largely recovered to baseline levels, though meniscal recovery appeared to lag slightly behind cartilage recovery. These findings suggest that knee cartilage and menisci can effectively adapt to and recover from the mechanical stresses of long-distance running within a short recovery period.
Diese Studie untersuchte die Erholungsgeschwindigkeit von Knorpel und Menisken bei Marathonläufern nach Belastung, um zu klären, ob Langstreckenlauf schädlich für die Gelenkgesundheit ist. Mittels 3D-Magnetresonanztomographie wurden die Knorpel- und Meniskusvolumina bei 20 männlichen Athleten vor einem 20-km-Lauf, direkt danach und nach einer Stunde Ruhepause gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass nach dem Lauf zunächst eine signifikante Volumenreduktion auftrat, sich jedoch nach einer Stunde Erholung die Knorpelvolumina vollständig normalisierten, während die Menisken etwas langsamer regenerierten. Die Studie schlussfolgert, dass sich Knorpel und Menisken gut an Laufbelastungen anpassen können und eine schnelle Erholung zeigen, was darauf hindeutet, dass Laufen nach kurzen Pausen ohne Bedenken fortgesetzt werden kann.
Cette étude visait à examiner la vitesse de récupération des altérations du genou chez les coureurs de marathon après l'arrêt de l'exercice. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 3D pour mesurer les volumes cartilagineux et méniscaux chez 20 athlètes masculins avant, immédiatement après et une heure après une course de 20 km. Les résultats montrent une diminution transitoire significative du volume cartilagineux immédiatement après la course, mais une récupération quasi-complète après une heure de repos pour le cartilage articulaire (patella -2,1%, tibia -1,2%) et les ménisques (ménisque latéral -3,2%, ménisque médial -5,9%). Cette capacité de récupération rapide suggère que les structures articulaires du genou s'adaptent bien aux contraintes de la course à pied, bien que la récupération méniscale semble légèrement retardée par rapport au cartilage articulaire.
This study investigated whether variations in tibial plateau anatomy contribute to the development of anteromedial knee osteoarthritis. The researchers compared the "extension facet angle" (the angle between extension and flexion facets of the tibia) in 20 patients with early anteromedial osteoarthritis versus controls with ACL ruptures, measuring this angle on sagittal MRI images at the middle of the medial femoral condyle. Patients with early osteoarthritis had significantly larger extension facet angles compared to controls (19° vs 14°, p<0.001), with considerable variation observed in normal knees (3-25°). The authors suggest that steeper extension facet angles may increase loading duration on the tibial extension facet during walking, potentially initiating cartilage breakdown, though they acknowledge that causation has not been proven.
Diese Studie untersuchte, ob anatomische Variationen des Tibiaplateaus zur Entwicklung einer anteromedialen Kniegelenksarthrose beitragen könnten. Die Forscher analysierten MRT-Aufnahmen von 20 Patienten mit früher anteromedialer Arthrose und einer Kontrollgruppe mit akuten Kreuzbandrissen, wobei sie den sogenannten Extensionsfacettenwinkel zwischen Extensions- und Flexionsfacette der Tibia maßen. Die Hauptergebnisse zeigten einen signifikant größeren mittleren Extensionsfacettenwinkel bei Arthrose-Patienten (19°) im Vergleich zur Kontrollgruppe (14°, p<0,001). Die Autoren postulieren, dass ein steilerer Extensionsfacettenwinkel zu einer verlängerten Belastung während der Standphase des Gangs führen und dadurch Knorpelschäden initiieren könnte.
Cette étude vise à évaluer si les variations anatomiques du plateau tibial sont associées au développement précoce de l'arthrose antéromédiale du genou. Les chercheurs ont mesuré par IRM l'angle de la facette d'extension tibiale chez 20 patients présentant une arthrose antéromédiale débutante et l'ont comparé à un groupe témoin de patients avec rupture aiguë du ligament croisé antérieur. L'angle de la facette d'extension était significativement plus élevé dans le groupe arthrose (19° vs 14° dans le groupe témoin, p < 0,001). Les auteurs suggèrent qu'un angle plus prononcé pourrait prolonger la charge sur la facette d'extension durant la marche, favorisant ainsi l'initiation des lésions cartilagineuses antéromédiales.
This study aimed to measure how ankle joint cartilage deforms under full body weight in living humans. The researchers used a combination of dual fluoroscopic imaging and MRI to measure cartilage thickness and strain in ankle joints during non-weight bearing and single-leg weight bearing conditions. They found that ankle cartilage averaged about 1.4 mm thick when unloaded, but underwent substantial deformation during weight bearing, with nearly half of the contact area experiencing strains greater than 15% and peak strains reaching 35%. These findings demonstrate that ankle cartilage experiences large deformations during normal daily activities and provide valuable real-world data that can be used to improve computer models for studying joint mechanics and diseases like osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die in vivo Verformung des Gelenkknorpels im menschlichen Sprunggelenk unter Vollgewichtsbelastung, um die Gelenkfunktion und Entstehung degenerativer Erkrankungen wie Arthrose besser zu verstehen. Die Forscher verwendeten eine kombinierte Technik aus dualer Fluoroskopie und Magnetresonanztomographie, um die Knorpeldickenverteilung und Kontaktdehnungsverteilung bei belasteten und unbelasteten Sprunggelenken zu messen. Die Ergebnisse zeigten, dass bei Einbeinstand 42,4% der Kontaktfläche eine Dehnung von über 15% aufwies, mit Spitzenwerten von bis zu 34,5%, was erhebliche Verformungen des Knorpels unter alltäglichen Belastungen demonstriert. Diese quantitativen in vivo Daten können als Randbedingungen für 3D-Finite-Elemente-Modelle verwendet werden, um Stress- und Dehnungsverteilungen im Gelenkknorpel zu berechnen.
Cette étude visait à déterminer quantitativement la déformation in vivo du cartilage articulaire de la cheville humaine sous charge corporelle complète. Les chercheurs ont utilisé une technique combinée de fluoroscopie duale et d'imagerie par résonance magnétique pour mesurer la distribution de l'épaisseur cartilagineuse et les déformations de contact chez des sujets en appui monopodal. Les résultats montrent que l'épaisseur cartilagineuse moyenne sans charge était d'environ 1,43 mm au niveau tibial et 1,42 mm au niveau talien, et que lors de la mise en charge, 42,4% de la surface de contact présentait des déformations supérieures à 15%, avec des pics de déformation atteignant 34,5%. Ces données quantitatives démontrent que le cartilage de cheville subit des déformations importantes lors des activités quotidiennes et peuvent servir de conditions limites pour des modèles biomécaniques tridimensionnels.
This study aimed to develop and validate a mathematical method for measuring contact mechanics between biological surfaces undergoing large deformations and sliding motion. The researchers created a theoretical framework that tracks discrete tissue markers in 2D and 3D, then applied this method to analyze contact between opposing articular cartilage samples by optically tracking cell nuclei movements during loading. The approach demonstrated high accuracy (<1% error) when validated against theoretical datasets and successfully quantified surface movements and deformations in real cartilage tissue experiments. The key finding was that cartilage pairs with mismatched material properties showed greater differences in lateral expansion and increased sliding between contacting surfaces compared to tissues with similar properties.
Diese Studie zielte darauf ab, einen mathematischen Ansatz zur Beschreibung der Kontaktdynamik zwischen biologischen Oberflächen unter großen Verformungen und Gleitbewegungen zu entwickeln. Die Forscher etablierten eine theoretische Formulierung basierend auf der Verfolgung diskreter Gewebemarker und validierten diese Methode sowohl mit theoretisch generierten 3D-Datensätzen (Fehler <1%) als auch experimentell durch optische Verfolgung von Zellkernen in Gelenkknorpelgewebe. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Gewebe mit unterschiedlichen Materialeigenschaften im Vergleich zu Geweben mit übereinstimmenden Eigenschaften verstärkte Unterschiede in der lateralen Ausdehnung und erhöhte Relativbewegungen (Gleiten) zwischen den Kontaktflächen aufwiesen. Diese Methode könnte wichtige Einblicke in physiologische und pathologische Kontaktprozesse in biologischen Geweben liefern.
Cette étude visait à développer une approche mathématique générale pour décrire la dynamique de déformation et le mouvement relatif entre surfaces biologiques en contact, puis l'appliquer expérimentalement au cartilage articulaire. Les chercheurs ont formulé une méthode théorique (2D et 3D) basée sur le suivi de marqueurs tissulaires discrets, validée avec moins de 1% d'erreur sur des données générées théoriquement, puis appliquée au suivi optique des noyaux cellulaires lors de la compression de tissus cartilagineux opposés. Les résultats montrent que les tissus ayant des propriétés mécaniques non appariées présentent des disparités accrues dans l'expansion latérale et le mouvement relatif (glissement) entre les surfaces de contact, comparativement aux tissus aux propriétés similaires. Cette approche offre un outil quantitatif pour analyser les interactions complexes entre surfaces biologiques sous contrainte mécanique.
This study investigated how the loss of glycosaminoglycans (GAGs) - key molecules that help cartilage resist compression and retain fluid - affects cartilage friction and mechanical properties under different loading conditions. The researchers used enzyme treatment to remove GAGs from cartilage samples, then tested friction using a pin-on-plate machine under both static (startup) and dynamic (continuous sliding) conditions, along with indentation tests to measure stiffness and fluid flow properties.
GAG depletion significantly increased friction by over 50% during dynamic sliding due to impaired fluid-based lubrication, while static friction showed minimal changes since the cartilage surfaces couldn't recover fluid during constant loading. The GAG-depleted cartilage also became softer with reduced stiffness and increased permeability, confirming that GAGs are essential for both the mechanical strength and low-friction properties of healthy cartilage.
Diese Studie untersuchte den Einfluss der Glykosaminoglykan (GAG)-Depletion auf die Reibungs- und Verformungseigenschaften von Gelenkknorpel unter verschiedenen biomechanischen Bedingungen. Die Forscher verwendeten Chondroitinase ABC zur enzymatischen GAG-Entfernung und testeten sowohl native als auch behandelte Knorpelproben mittels Pin-on-Plate-Reibungsmessungen (statische und dynamische Modelle) sowie Indentationstests. Die Ergebnisse zeigten, dass GAG-Depletion zu einer signifikanten Erhöhung der Reibungskoeffizienten um über 50% im dynamischen Modell führte, während im statischen Modell keine Veränderungen auftraten. Zusätzlich wiesen GAG-depletierte Proben einen reduzierten Elastizitätsmodul und eine erhöhte Permeabilität auf, was die zentrale Rolle der GAGs für die biomechanischen Eigenschaften des Gelenkknorpels und dessen biphasische Schmierung unterstreicht.
Cette étude visait à analyser l'effet de la déplétion en glycosaminoglycanes (GAG) sur les propriétés de friction et de déformation du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé un tribomètre pin-on-plate pour mesurer le coefficient de friction du cartilage natif et traité à la chondroïtinase ABC sous conditions statiques et dynamiques, complété par des tests d'indentation pour évaluer les propriétés mécaniques. Les résultats montrent que la déplétion en GAG augmente significativement la friction (>50%) dans le modèle dynamique en raison de la perte de lubrification biphasique, tout en réduisant le module élastique et en augmentant la perméabilité du tissu. Cette étude confirme le rôle crucial des GAG dans les propriétés tribologiques et mécaniques du cartilage, soulignant l'importance de prévenir leur perte dans les pathologies articulaires.
This pilot study investigated how vertebral endplate permeability changes with age, location, and fluid flow direction in a growing animal model. The researchers used a validated pressure-relaxation method to measure permeability in endplate specimens from L1-L5 vertebrae at 2, 4, and 6 months of age, extracting three specimens from each endplate for testing. Key findings showed that the central zone of vertebral endplates was more permeable than the periphery, with outward fluid flow showing up to 35% greater permeability than inward flow. The study confirmed that endplate permeability significantly decreases with tissue maturation, supporting the hypothesis that age-related changes in fluid transport may contribute to spinal pathologies like disc degeneration.
Diese Studie untersuchte die makroskopische Permeabilität von Wirbelkörper-Endplatten in einem wachsenden Tiermodell, um den Einfluss von anatomischer Lokalisation, Gewebereife und Flussrichtung zu quantifizieren. Die Forscher verwendeten eine validierte Methode zur Permeabilitätsmessung basierend auf Relaxationsdruck bei transienter Flussrate und analysierten 135 Proben von L1-L5 Endplatten zu verschiedenen Zeitpunkten (2, 4 und 6 Monate). Die Hauptergebnisse zeigten, dass die zentrale Zone der Wirbelkörper-Endplatten permeabler war als die Peripherie, wobei die Ausstrom-Permeabilität um bis zu 35% höher lag als die Einstrom-Permeabilität. Zusätzlich wurde eine statistisch signifikante Abnahme der makroskopischen Permeabilität mit zunehmender Gewebereife festgestellt, was die Hypothese bestätigte, dass sich die Transporteigenschaften während der Entwicklung verändern.
Cette étude pilote visait à quantifier l'influence de la localisation, de la direction du flux liquidien et de la maturité tissulaire sur la perméabilité macroscopique des plateaux vertébraux chez un modèle animal en croissance. Les chercheurs ont utilisé une méthode validée basée sur la relaxation de pression lors d'un débit transitoire pour mesurer la perméabilité de 135 spécimens extraits des plateaux L1 à L5 à 2, 4 et 6 mois. Les résultats démontrent que la zone centrale des plateaux vertébraux est plus perméable que la périphérie, avec une perméabilité en sortie jusqu'à 35% supérieure à celle en entrée, et révèlent une diminution statistiquement significative de la perméabilité macroscopique corrélée à la maturation tissulaire. Cette diminution de perméabilité avec l'âge pourrait expliquer l'altération du transport de masse à l'interface disque-vertèbre et contribuer aux changements dégénératifs.
This study investigated how dynamic mechanical compression affects inflammation-related enzymes in cartilage cells exposed to IL-1β, a key inflammatory mediator in osteoarthritis. The researchers used chondrocytes embedded in agarose gel constructs, exposing them to IL-1β and/or dynamic compression in a bioreactor system, while measuring the expression of inflammatory enzymes (iNOS and COX-2) and their products (nitric oxide and PGE2). The key finding was that dynamic compression counteracted the harmful effects of IL-1β by reducing the expression of both iNOS and COX-2 enzymes and decreasing production of their inflammatory products. These results suggest that mechanical loading could be combined with drug treatments targeting these same inflammatory pathways to develop more effective therapies for cartilage disorders like osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, wie dynamische Kompression die durch IL-1β ausgelöste Entzündungsreaktion in Knorpelzellen beeinflusst, insbesondere die Expression von iNOS und COX-2 Enzymen. Die Forscher verwendeten Chondrozyten-Agarose-Konstrukte in einem Bioreaktor-System und analysierten die Genexpression mittels quantitativer PCR sowie die Aktivierung des p38 MAPK-Signalwegs durch Western Blot. Die Hauptergebnisse zeigen, dass dynamische Kompression die IL-1β-induzierte Expression von iNOS und COX-2 sowie die Produktion der entsprechenden Entzündungsmediatoren (Nitrit und PGE2) signifikant reduziert. Diese protektiven Effekte der mechanischen Belastung wirken teilweise über die Hemmung des p38 MAPK-Signalwegs und könnten neue Ansätze für kombinierte pharmakologische und biophysikalische Therapien bei Gelenkerkrankungen eröffnen.
Cette étude vise à examiner les effets de la compression dynamique sur l'expression des enzymes iNOS et COX-2 induites par l'IL-1β dans des construits chondrocyte/agarose, ainsi que l'implication de la voie p38 MAPK. Les chercheurs ont utilisé un système de bioréacteur pour appliquer une compression dynamique sur les construits en présence ou absence d'IL-1β et d'un inhibiteur de p38 MAPK, puis ont analysé l'expression génique par PCR quantitative et la production de médiateurs inflammatoires. Les résultats montrent que la compression dynamique contrecarre efficacement l'augmentation d'expression d'iNOS et COX-2 induite par l'IL-1β, réduisant ainsi la production de nitrites et de PGE2, tout en restaurant partiellement l'expression d'agrécane. Ces données suggèrent que la compression dynamique pourrait représenter une approche thérapeutique biophysique complémentaire aux traitements pharmacologiques pour les pathologies articulaires du cartilage.
This study investigated how interleukin-1 (IL-1), an inflammatory protein linked to osteoarthritis, affects the normal responses of cartilage cells (chondrocytes) to osmotic stress. The researchers used fluorescence imaging to measure calcium levels and cell volume changes in isolated pig chondrocytes exposed to different osmotic conditions, with and without IL-1 treatment, plus various inhibitors to understand the underlying mechanisms. They found that IL-1 significantly impaired the cells' ability to regulate their volume after swelling and altered their calcium signaling responses to osmotic stress, effects that were reversed by blocking IL-1 or certain cellular pathways. These changes were associated with disruptions to the cell's internal structural framework (F-actin), suggesting that IL-1 interferes with normal chondrocyte responses to mechanical loading through cytoskeletal remodeling pathways.
Diese Studie untersuchte, wie das entzündungsfördernde Zytokin Interleukin-1 (IL-1) die osmotisch induzierten Calcium-Signalwege und Volumenregulation in Gelenkknorpelzellen beeinflusst. Mittels Fluoreszenz-Ratio-Imaging wurden intrazelluläre Calciumkonzentrationen und Zellvolumen in isolierten Schweine-Chondrozyten unter hypo- und hyperosmotischem Stress gemessen, wobei verschiedene Inhibitoren zur Mechanismusaufklärung eingesetzt wurden. Die Hauptergebnisse zeigen, dass IL-1 die regulatorische Volumenabnahme nach hypoosmotischer Schwellung signifikant hemmt und die Zellvolumenänderungen sowie die Zeit bis zum Calcium-Peak unter hyperosmotischem Stress reduziert. Diese Effekte werden durch F-Aktin-Umstrukturierung über kleine Rho-GTPasen vermittelt und können durch spezifische Inhibitoren rückgängig gemacht werden, was neue Einblicke in die pathophysiologischen Mechanismen von
Cette étude examine l'effet de l'interleukine-1 (IL-1), une cytokine pro-inflammatoire associée à l'arthrose, sur la signalisation calcique et la régulation volumique des chondrocytes articulaires en réponse au stress osmotique. Les chercheurs ont utilisé l'imagerie de fluorescence pour mesurer les variations de calcium intracellulaire et de volume cellulaire chez des chondrocytes porcins isolés, exposés ou non à l'IL-1α, en présence de différents inhibiteurs. Les résultats montrent que l'IL-1 altère significativement la capacité des chondrocytes à réguler leur volume et modifie leur réponse calcique au stress osmotique, ces effets étant médiés par le remodelage du cytosquelette d'actine via les petites GTPases Rho. Ces findings suggèrent un mécanisme par lequel l'IL-1 peut perturber les processus physiologiques normaux des chondrocytes, notamment leur adaptation aux contraintes mécaniques et osmotiques.
This study investigated how meniscus removal (meniscectomy) affects the mechanical behavior of knee cartilage under repeated loading, using a sheep model to understand the development of osteoarthritis after meniscal surgery. The researchers used high-resolution MRI to monitor cartilage thickness and strain in four sheep knees during one hour of cyclic loading that simulated normal walking, followed by 2.5 hours of recovery after loading stopped. After meniscectomy, the central cartilage experienced much higher strain (72% vs 55% in intact knees) and remained compressed for much longer periods, while peripheral cartilage experienced reduced loading. These findings suggest that meniscectomy creates harmful mechanical conditions where central cartilage becomes chronically deformed and dehydrated (potentially leading to cartilage breakdown), while reduced loading in peripheral areas may promote abnormal bone growth, explaining the typical pattern of joint damage seen after meniscal surgery.
Diese Studie untersuchte, wie sich eine Meniskektomie auf das Verformungsverhalten von Gelenkknorpel unter zyklischer Belastung auswirkt. Mittels hochauflösender MRT-Bildgebung bei 4,7 Tesla wurden vier Schafknie während einstündiger zyklischer Belastung (Simulation normalen Gehens) sowie während 2,5-stündiger Erholungsphase analysiert, wobei Knorpeldicke und nominale Dehnung alle 2,5 Minuten gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass nach Meniskektomie die maximale nominale Dehnung von 55% auf 72% anstieg, wobei sich hohe Dehnungen zentral konzentrierten, während periphere Regionen reduzierte Belastung erfuhren und die Erholung des Knorpels deutlich verlängert war. Diese Befunde erklären mechanistisch die post-meniskektomische Arthrose-Entwicklung: zentrale Regionen bleiben chronisch deformiert und dehydriert (Fibrillation), während periphere Regionen durch reduzierte Belastung für Oste
Cette étude examine comment la méniscectomie modifie le comportement déformationnel du cartilage articulaire tibial sous charges cycliques simulant la marche normale. Les chercheurs ont utilisé l'IRM à 4,7T pour mesurer en temps réel l'épaisseur et les déformations du cartilage chez quatre genoux de mouton pendant 1 heure de chargement cyclique, puis 2,5 heures de récupération. Les résultats montrent qu'après méniscectomie, les déformations nominales maximales augmentent de 55% à 72% dans la région centrale portante, tandis que les déformations périphériques diminuent significativement, avec une récupération de l'épaisseur du cartilage markément prolongée. Ces modifications biomécaniques expliquent les patterns typiques d'arthrose post-méniscectomie, avec fibrillation centrale due à la surcharge chronique et formation d'ostéophytes périphériques liée à la décharge relative.
This study investigated whether pre-conditioning cartilage with cyclic loading could protect it from subsequent damaging compression forces. Researchers applied low-intensity cyclic loading (0.5 MPa at 0.2 Hz) to cartilage explants for 7, 14, or 21 days, then subjected all samples to potentially damaging high compression (25 MPa) while measuring tissue composition and mechanical properties. The results showed that 7-14 days of cyclic preloading increased proteoglycan content and mechanical stiffness, making the cartilage more resistant to damage and cell death from the subsequent high compression. However, after 21 days of cyclic loading, the protective effect was lost and the cartilage became more susceptible to damage, suggesting that moderate preconditioning can be protective but prolonged loading may be detrimental.
Diese Studie untersuchte, wie sich zyklische Vorbelastung auf die Widerstandsfähigkeit von Gelenkknorpelexplantaten gegenüber akuter Überlastung auswirkt. Die Forscher unterzogen Knorpelproben 7, 14 oder 21 Tage lang intermittierender zyklischer Belastung (10 Zyklen à 0,5 MPa bei 0,2 Hz) und testeten anschließend deren Reaktion auf eine schädigende Kompression von 25 MPa. Die Ergebnisse zeigten, dass zyklische Vorbelastung bis zu 14 Tage den Proteoglykangehalt erhöhte und die Explantate mechanisch versteifte, wodurch sie widerstandsfähiger gegen Matrixschäden und Zelltod wurden. Nach 21 Tagen zyklischer Belastung verloren die Explantate jedoch ihre Steifigkeit und erlitten bei der Überbelastung größere Schäden, was auf eine zeitabhängige Wirkung der mechanischen Vorkonditionierung hinweist.
**Résumé :**
Cette étude examine comment un préconditionnement par charges cycliques influence la résistance du cartilage articulaire à une compression excessive. Les explants de cartilage ont été soumis à des charges cycliques intermittentes (0,5 MPa, 0,2 Hz) pendant 7, 14 ou 21 jours, puis testés sous compression de 25 MPa. Les résultats montrent qu'un préconditionnement de 7 à 14 jours augmente le contenu en protéoglycanes et la rigidité mécanique, protégeant ainsi le cartilage contre les dommages matriciels et la mort cellulaire lors de la surcharge. Cependant, après 21 jours de préconditionnement, les explants perdent leur rigidité compressive et subissent davantage de dommages, suggérant un effet délétère du chargement cyclique prolongé.
This study investigated whether P188 (a surfactant) and IGF-I (a growth factor) could protect articular cartilage from damage after traumatic impact injury. The researchers subjected bovine cartilage samples to low-energy (1.1 J) or high-energy (2.8 J) impacts, then treated them with P188, IGF-I, or their combination for up to one week while measuring tissue damage, cell death, matrix loss, and mechanical properties.
Both impact levels caused progressive cartilage degeneration over time, with high-energy impacts producing immediate visible damage and reduced tissue stiffness that worsened over one week. While neither treatment was effective at 24 hours, by one week P188 reduced cell death by 75% following low-energy impact, and IGF-I decreased matrix breakdown (GAG release) by 49%.
The treatments showed promise for reducing specific aspects of cartilage damage, but neither restored the tissue's mechanical properties, indicating that additional research is needed to develop more comprehensive therapeutic strategies for preventing post-traumatic osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die therapeutische Wirksamkeit von P188 (einem nichtionischen Surfactant) und IGF-I (einem Wachstumsfaktor) zur Behandlung von Knorpelschäden nach traumatischen Gelenksverletzungen. Die Forscher verwendeten ein bovines Knorpelmodell mit zwei verschiedenen Aufprallenergie-Niveaus (1,1 J und 2,8 J) und analysierten über eine Woche hinweg Parameter wie Zellviabilität, GAG-Freisetzung und mechanische Eigenschaften des Gewebes. Die Hauptergebnisse zeigten, dass beide Aufprallniveaus zu fortschreitender Knorpeldegeneration führten, wobei P188 nach einer Woche den Zelltod um 75% reduzierte und IGF-I die GAG-Freisetzung um 49% verringerte. Allerdings konnte keine der Behandlungen den Verlust der mechanischen Steifigkeit des Knorpelgewebes verhindern, was auf die Notwendigkeit optimierter Therapiestrategien hinweist.
**Objectif :** Cette étude évalue l'efficacité du P188 (surfactant non-ionique) et de l'IGF-I (facteur de croissance) pour prévenir la dégénération du cartilage articulaire suite à un traumatisme par impact, condition prédisposant à l'arthrose post-traumatique.
**Méthodes :** Du cartilage articulaire bovin a été soumis à des impacts d'énergie faible (1,1 J) ou élevée (2,8 J), puis cultivé pendant 24h ou 1 semaine avec P188, IGF-I ou leur combinaison, avant évaluation de la viabilité cellulaire, de la libération de GAG et des propriétés mécaniques.
**Résultats principaux :** Après 1 semaine, le P188 réduit la mort cellulaire de 75% suite à un impact faible, tandis que l'IGF-I diminue la libération de GAG de 49%, mais aucun traitement ne préserve les propriétés mécaniques du tissu. Les impacts d'énergie élevée causent des dommages immédiats qui s'aggra
This study investigated how articular cartilage structure and molecular organization change under mechanical compression using advanced imaging techniques. Researchers compressed 15 cartilage-bone specimens from a dog's shoulder joint at varying strain levels (0-50%) and analyzed the same tissue sections using polarized light microscopy (PLM) to assess collagen fiber organization and Fourier-transform infrared imaging (FTIRI) to measure molecular bond orientations.
The findings revealed that the most significant structural changes occurred between 0-20% compression, with the superficial cartilage zone becoming thicker while the deeper radial zone became thinner in a linear relationship with applied strain. The molecular analysis showed that protein bonds oriented perpendicular to compression maintained their organization, while bonds parallel to compression significantly altered their arrangement, with excellent correlation (r=0.98) between the two imaging methods.
These results demonstrate that cartilage undergoes distinct depth-dependent adaptations to mechanical loading, involving both structural reorganization of collagen fibers and molecular reorientation of protein bonds, which could help researchers better understand early cartilage disease processes.
Diese Studie untersuchte die strukturellen und molekularen Anpassungen von Gelenkknorpel unter mechanischer Kompression mittels polarisierter Lichtmikroskopie (PLM) und Fourier-Transform-Infrarotbildgebung (FTIRI). **Methodik:** 15 Knorpel-Knochen-Präparate aus einem Hundegelenk wurden mit 0-50% Dehnung komprimiert und anschließend mit beiden bildgebenden Verfahren analysiert. **Hauptergebnisse:** Die signifikantesten Veränderungen der Kollagenfibrillen-Organisation traten zwischen 0-20% Dehnung auf, wobei die oberflächliche Zone dicker und die radiale Zone dünner wurde. Die FTIRI-Analyse zeigte, dass Amid-Komponenten senkrecht zur Kompression ihre Anisotropie beibehielten, während parallel ausgerichtete Komponenten signifikante Anisotropie-Änderungen aufwiesen, mit einer exzellenten Korrelation (R=0.98) zwischen PLM- und FTIRI-Messungen.
Cette étude visait à analyser les adaptations moléculaires et morphologiques du cartilage articulaire sous compression mécanique. Quinze échantillons de cartilage articulaire canin ont été comprimés avec des déformations de 0 à 50%, puis analysés par microscopie en lumière polarisée (PLM) et imagerie infrarouge à transformée de Fourier (FTIRI). Les résultats montrent que les changements les plus significatifs dans la réorganisation des fibrilles de collagène surviennent entre 0 et 20% de déformation, avec une excellente corrélation (r=0,98) entre les mesures PLM et FTIRI concernant l'anisotropie des liaisons amides dans les différentes zones histologiques. Ces adaptations structurelles et chimiques dépendantes de la profondeur pourraient être utiles pour l'étude précoce du cartilage pathologique.
This study aimed to develop and validate protocols for investigating how cartilage cells (chondrocytes) respond to mechanical loading at the molecular level, using a mouse chondrocyte-agarose culture system. The researchers cultured mouse chondrocytes in agarose gel for one week, then applied dynamic compression while analyzing cellular responses through multiple techniques including RT-PCR for gene expression, Western blotting for protein signaling, and gene reporter assays for transcriptional activity. Key findings showed that mechanical compression activated mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathways, increased expression of mechanosensitive genes (cfos and cjun), and decreased the activity of the type II collagen promoter. The study successfully established a comprehensive experimental framework for studying mechanotransduction in cartilage cells, providing valuable tools for understanding how mechanical forces influence cartilage biology and potentially cartilage diseases.
Diese Studie zielte darauf ab, die molekularen Mechanismen der Mechanotransduktion in Knorpelzellen zu untersuchen, indem ein etabliertes Chondrozyten/Agarose-Modellsystem mit dynamischer Kompression verwendet wurde. Die Forscher kultivierten Maus-Chondrozyten eine Woche lang in Agarose, setzten sie dann dynamischer Kompression aus und analysierten die Auswirkungen mittels RT-PCR für mRNA-Expression, Western-Blot für Proteinphosphorylierung und Reporter-Gen-Assays für Gentranskription. Die Hauptergebnisse zeigten eine vorübergehende Aktivierung von MAP-Kinasen, eine Hochregulation der mechanosensitiven Gene cfos und cjun sowie eine verminderte Promotoraktivität des Typ-II-Kollagen-Gens als Reaktion auf mechanische Belastung. Die entwickelten Protokolle ermöglichen eine umfassende molekulare Analyse der Mechanotransduktion in Knorpelzellen auf Gen- und Proteinebene.
Cette étude visait à analyser les mécanismes moléculaires de mécanotransduction chez les chondrocytes en réponse à une compression dynamique. Les chercheurs ont utilisé un modèle de chondrocytes murins cultivés dans de l'agarose et soumis à une compression dynamique, puis ont analysé l'expression génique par RT-PCR, la transcription par essais rapporteurs, et la phosphorylation des protéines par Western blot. Les résultats montrent une activation transitoire des MAPK (mitogen-activated protein kinases), une surexpression des gènes cfos et cjun, et une diminution de l'activité du promoteur du collagène de type II en réponse à la compression. Ces protocoles permettent une analyse intégrée des mécanismes moléculaires de mécanotransduction chez les chondrocytes aux niveaux génique et protéique.
This study investigated how focal cartilage defects affect the mechanical environment of surrounding cartilage tissue during loading. The researchers created full-thickness defects with either 80° or 100° edge orientations in bovine cartilage samples, then used video microscopy and digital image correlation to measure tissue strains and surface sliding during compression and stress relaxation. The key findings showed that defects caused elevated strain magnitudes in cartilage both adjacent to and opposite the defect, with 100° edge orientations specifically increasing surface sliding near the defect compared to normal cartilage. These altered mechanical conditions around focal defects may explain how localized cartilage damage can lead to progressive tissue degeneration and accelerated joint wear.
Diese Studie untersuchte, wie fokale Knorpeldefekte die Kontaktmechanik des Gelenkknorpels beeinflussen und zur progressiven Gewebsdegeneration beitragen könnten. Die Forscher verwendeten bovine Knorpel-Knochen-Blöcke mit experimentell erzeugten vollschichtigen Defekten (80° oder 100° zur subchondralen Knochenoberfläche orientiert) und analysierten mittels Videomikroskopie und digitaler Bildkorrelation die Gewebsdeformation während uniaxialer Kompression und Spannungsrelaxation. Die Ergebnisse zeigten, dass Defekte zu erhöhten Dehnungsbelastungen im angrenzenden und gegenüberliegenden Knorpelgewebe führten, wobei 100°-Defekte zusätzlich verstärktes Oberflächengleiten verursachten. Diese lokalen mechanischen Veränderungen könnten den Chondrozytenstoffwechsel beeinträchtigen und zu beschleunigtem Gewebsverschleiß beitragen.
Cette étude visait à élucider les effets de défauts focaux du cartilage articulaire sur la mécanique de contact et les déformations tissulaires. Les chercheurs ont utilisé des blocs ostéochondraux bovins intacts soumis à une compression uniaxiale de 20%, puis ont créé des défauts d'épaisseur complète orientés à 80° ou 100° par rapport à l'os sous-chondral, en analysant les déformations par vidéomicroscopie et corrélation d'images numériques. Les résultats montrent que les défauts augmentent significativement les déformations dans le cartilage adjacent et opposé au défaut, avec un glissement de surface accru pour les défauts orientés à 100°. Ces modifications mécaniques locales pourraient contribuer à l'altération du métabolisme des chondrocytes et à l'accélération de la dégénérescence tissulaire.
This study investigated how different stress levels affect the long-term friction, deformation, and wear properties of both normal cartilage and cartilage with depleted glycosaminoglycans (GAGs). The researchers used a pin-on-plate testing machine to measure friction coefficients over 7-hour tests at three stress levels (0.5, 2, and 3.15 MPa), while also measuring tissue deformation and wear.
For normal cartilage, higher stress levels (up to 3.15 MPa) increased both friction and wear because the tissue couldn't adequately rehydrate and maintain fluid pressure support during the testing conditions. In contrast, GAG-depleted cartilage showed no change in friction or wear with increasing stress levels, which the authors attributed to the severely deformed tissue developing smoother, more conforming contact surfaces under higher loads.
Diese Studie untersuchte den Einfluss verschiedener Belastungsniveaus auf die Langzeit-Reibung, Verformung und Abnutzung von nativem und Glykosaminoglykan (GAG)-depletiertem Gelenkknorpel. Mittels einer Pin-on-Plate-Maschine wurden 7-stündige Reibungstests bei Kontaktspannungen von 0,5 MPa, 2 MPa und 3,15 MPa durchgeführt, wobei der Reibungskoeffizient, die Verformung und der Verschleiß gemessen wurden. Bei nativem Knorpel führten höhere Kontaktspannungen zu erhöhter Reibung und Abnutzung, da das Gewebe seine Rehydrierung und Flüssigkeitsunterstützung nicht vollständig aufrechterhalten konnte. Im Gegensatz dazu zeigten GAG-depletierte Proben keine belastungsabhängigen Veränderungen in Reibung und Verschleiß, was auf starke Verformungen und Oberflächenglättung unter höheren Lasten zurück
Cette étude a évalué l'effet du stress de contact sur les propriétés tribologiques à long terme du cartilage articulaire natif et déficient en glycosaminoglycanes (GAGs). Les chercheurs ont utilisé un tribomètre pin-on-plate pour mesurer le coefficient de friction, la déformation et l'usure sur 7 heures à différents niveaux de stress (0,5 à 3,15 MPa) avec une lubrification au PBS. Les résultats montrent que l'augmentation du stress de contact élève le coefficient de friction et l'usure du cartilage natif en raison de sa capacité réduite de réhydratation, tandis que le cartilage déficient en GAGs présente des propriétés tribologiques stables mais avec des déformations importantes qui créent des surfaces conformes lors de l'articulation.
This study aimed to determine the timing and extent of hip cartilage deformation and recovery under physiological loads using high-resolution 7T MRI in cadaver specimens. The researchers loaded five human hip specimens with 1980N of force while scanning every 15 minutes during loading, with one specimen monitored hourly during recovery and another tested repeatedly over four days to assess measurement reliability. The key findings showed that hip cartilage reached steady-state deformation after 225 minutes of loading (with 30.9% average strain and 0.96mm thickness reduction) and required 16.5 hours to fully recover once the load was removed. The measurement precision was excellent, with day-to-day thickness variations of only 0.10mm, suggesting this ex vivo 7T MRI method could be valuable for evaluating how injuries or surgical interventions affect hip cartilage biomechanics.
Diese Studie untersuchte die Verformungs- und Erholungseigenschaften von Hüftknorpel unter physiologischen Belastungen mittels 7T-MRT, um ein präzises Messverfahren für klinisch relevante Forschungsfragen zu entwickeln. Fünf menschliche Hüftpräparate wurden mit 1980N axial belastet und alle 15 Minuten im MRT gescannt, wobei die Knorpeldicke radial gemessen wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass der Hüftknorpel nach 225 Minuten unter Belastung einen stationären Zustand mit einer mittleren Verformung von 30,9% erreichte und 16,5 Stunden für die vollständige Erholung benötigte. Die Methode erwies sich als reproduzierbar und könnte zukünftig zur Bewertung von knorpelbedingten Veränderungen nach Verletzungen oder chirurgischen Eingriffen eingesetzt werden.
Cette étude avait pour objectif de caractériser les propriétés de déformation et de récupération du cartilage de hanche intacte sous charge physiologique en utilisant l'IRM 7T. Les chercheurs ont appliqué une charge axiale de 1980N sur cinq spécimens de hanche humaine et ont réalisé des acquisitions IRM toutes les 15 minutes pendant la phase de charge et toutes les heures pendant la récupération. Les résultats montrent que le cartilage atteint un état de déformation stable après 225 minutes de charge avec une déformation moyenne de 30,9%, et nécessite 16,5 heures pour retrouver son épaisseur initiale après suppression de la charge. Cette méthode ex vivo présente un potentiel clinique pour évaluer les modifications de contrainte du cartilage de hanche suite à une lésion ou une intervention chirurgicale.
This study investigated how cartilage collagen fibers reorganize and how fluid moves through cartilage tissue when subjected to mechanical loading. The researchers used advanced X-ray scattering techniques and optical microscopy to examine healthy and diseased equine cartilage samples under controlled compression in a specialized testing apparatus at a synchrotron facility.
The key findings showed that cartilage responds to loading in distinct phases: at low pressures (up to 1.5 MPa), surface fibers compressed reversibly, while higher loads (4.8-6.0 MPa) caused deeper fibers to rotate and lose their organized alignment, eventually leading to "crimping" patterns. At the highest loads, cartilage failed through radial splits in the deep layer that spread along the bone-cartilage boundary, while diseased cartilage showed disrupted fiber organization and early fiber rupture followed by partial recovery.
The study also revealed that both solid matrix and fluid movement within cartilage varies significantly depending on the depth and direction within the tissue, providing important insights into how cartilage mechanical properties change under load.
Diese Studie untersuchte die Neuorientierung von Kollagenfasern sowie die Bewegung von Flüssigkeit und Matrix in equinem Gelenkknorpel und subchondralem Knochen unter mechanischer Kompression. Die Forscher verwendeten Röntgenkleinwinkelstreuung an der ESRF in Grenoble, polarisierte Lichtmikroskopie und Tracer-Messungen, um sowohl gesunde als auch erkrankte Knorpelproben zu analysieren. Bei niedrigen Oberflächendrücken (bis 1,5 MPa) zeigten die tangentialen Oberflächenfasern eine reversible Kompression, während bei höheren Lasten (4,8-6,0 MPa) die Fasern um 10° aus der radialen Richtung rotierten und schließlich ein "Crimping"-Verhalten aufwiesen. Bei krankhaften Läsionen war die Faserorganisation bereits gestört, wobei die initiale Belastungsantwort auf frühe Faserrupturen hinwies, sich die Matrix jedoch zu einer ähnlichen Organisation wie im unbelasteten Zustand entspannte.
Cette étude visait à investiguer la réorientation des fibres de collagène et les mouvements de fluide et de matrice dans le cartilage articulaire équin sous charge compressive, en utilisant la diffusion des rayons X aux petits angles et la microscopie optique. Les chercheurs ont analysé des échantillons sains et pathologiques de cartilage articulaire et d'os sous-chondral équins sous des pressions allant jusqu'à 6 MPa. Les résultats montrent qu'à faible charge (≤1,5 MPa), une compression réversible des fibres tangentielles de surface se produit, puis avec l'augmentation de la charge, la déformation se propage vers la zone radiale profonde, avec une rotation de 10° des fibres au-dessus de la ligne de marée entre 4,8 et 6,0 MPa, suivie d'un "crimpage" des fibres à plus forte charge. Dans les lésions cartilagineuses, l'organisation des fibres était perturbée avec une rupture précoce, mais la matrice retrouvait une organisation similaire au tissu non chargé après relaxation.
This prospective randomized study compared surgical stabilization versus non-surgical treatment (orthosis) for primary traumatic patellar dislocation in 40 young adults (median age 20 years). After a median 7-year follow-up, patients who received initial surgical stabilization had significantly fewer redislocations compared to those treated non-surgically (0% vs 29%, p=0.02). However, both groups showed similar functional outcomes, with comparable Kujala scores (91 vs 90 points) and similar rates of return to previous activity levels. Despite the lower redislocation rate with surgery, there were no clear subjective benefits of surgical treatment at long-term follow-up.
Diese prospektive randomisierte Studie untersuchte bei 40 jungen Erwachsenen (medianes Alter 20 Jahre) mit primärer traumatischer Patellaluxation, ob eine initiale chirurgische Stabilisierung bessere Ergebnisse erzielt als konservative Behandlung mit Orthese. Nach einer medianen Nachbeobachtungszeit von sieben Jahren zeigte sich, dass chirurgisch behandelte Patienten signifikant seltener Reluxationen erlitten (0% vs. 29% in der konservativen Gruppe, p=0,02). Trotz dieser reduzierten Reluxationsrate ergaben sich jedoch keine deutlichen subjektiven Vorteile der operativen Behandlung, da beide Gruppen ähnliche Kujala-Scores (91 vs. 90 Punkte) und vergleichbare Rückkehrquoten zum ursprünglichen Aktivitätsniveau aufwiesen.
Cette étude prospective randomisée avait pour objectif de comparer les résultats cliniques du traitement chirurgical versus conservateur de la luxation patellaire traumatique primaire chez 40 jeunes adultes actifs. Les patients ont été randomisés entre stabilisation chirurgicale initiale (18 patients) et traitement par orthèse (22 patients), puis suivis pendant 7 ans en médiane avec évaluation des récidives, symptômes et limitations fonctionnelles. Les résultats montrent un taux de récidive significativement plus faible dans le groupe chirurgical (0% vs 29%, p=0,02), mais aucune différence notable concernant les scores fonctionnels de Kujala (91 vs 90 points) ou le retour au niveau d'activité physique antérieur. Bien que la chirurgie réduise efficacement le risque de récidive, elle n'apporte pas de bénéfice subjectif clair à long terme chez ces jeunes patients.
This study aimed to measure cartilage deformation in an intact knee joint under cyclic loading using advanced MRI techniques. The researchers used displacement-encoded imaging with stimulated echoes (DENSE) combined with fast spin echo (FSE) to track cartilage movement and strain patterns during compression testing of intact tibiofemoral joints in vitro. The results showed complex, non-uniform deformation patterns with displacements ranging from approximately 765-1688 micrometers and strains up to -9.8% in the loading direction, with high measurement precision (65 micrometers for displacement, <0.2% for strain). This MRI-based approach successfully captured the heterogeneous mechanical behavior of cartilage in its natural joint environment, providing valuable insights for understanding normal cartilage function and evaluating tissue engineering approaches.
Diese Studie zielte darauf ab, die Verformung von Gelenkknorpel in einem intakten Kniegelenk unter zyklischer Belastung mittels spezieller Magnetresonanztomographie zu untersuchen. Die Forscher verwendeten eine innovative MRT-Technik namens DENSE (Displacement-Encoded Imaging with Stimulated Echoes) kombiniert mit Fast Spin Echo, um Verschiebungen und Dehnungen im Knorpel zu messen. Die Ergebnisse zeigten komplexe, heterogene Verformungsmuster mit Verschiebungen von bis zu 1688 μm im Tibiaknorpel und bis zu 1601 μm im Femurknorpel sowie entsprechende Dehnungen von bis zu -9,8%. Diese hochpräzise MRT-Methode ermöglicht es erstmals, die ungleichmäßigen Verformungen in intakten Gelenken zu charakterisieren, was für das Verständnis normaler und krankhafter Knorpelveränderungen sowie die Bewertung von Reparaturansätzen von großer Bedeutung ist.
Cette étude visait à mesurer les déformations du cartilage articulaire dans une articulation tibio-fémorale intacte soumise à une compression cyclique, en utilisant l'imagerie par résonance magnétique avec encodage de déplacement (DENSE) et séquences FSE. Les mesures in vitro ont révélé des déplacements dans la direction de charge allant de -1688 à -1481 μm pour le cartilage tibial et de -1601 à -764 μm pour le cartilage fémoral, avec des déformations correspondantes variant de -9,8% à 0,7% et de -4,3% à 0,0% respectivement. Les résultats montrent des patterns de déformation complexes et hétérogènes avec une précision élevée (65 μm pour les déplacements, <0,2% pour les déformations), démontrant le potentiel de cette technique IRM pour caractériser les propriétés mécaniques du cartilage sain et pathologique ainsi que pour évaluer les construits de médecine régénérative.
This study investigated how recreational running affects knee cartilage deformation in the short term and whether biomechanical factors during running can predict these changes. Twenty healthy volunteers underwent MRI scans before and after a 5,000-step run, followed by laboratory gait analysis to measure knee joint loading using biomechanical modeling. Running caused significant cartilage volume reductions of 4-6% in the medial and lateral femoral cartilage and lateral tibial cartilage, with only maximum compression stress showing a moderate correlation with lateral femoral cartilage changes. The findings suggest that while running clearly deforms knee cartilage acutely, current biomechanical measures poorly predict the extent of cartilage deformation, indicating that more sophisticated modeling approaches are needed to understand cartilage loading mechanisms.
Diese Studie untersuchte die kurzfristigen Auswirkungen von Freizeitlaufen auf die Verformung des Kniegelenkknorpels und deren Zusammenhang mit biomechanischen Belastungen. Zwanzig gesunde Probanden durchliefen MRT-Untersuchungen vor und nach einem 5000-Schritte-Lauf, gefolgt von biomechanischen Ganganalysen zur Bestimmung der Kniegelenkbelastung mittels dynamischer Modellierung. Das Laufen führte zu signifikanten Knorpelverformungen im medialen (5,3%) und lateralen femoralen Knorpel (4,0%) sowie im lateralen Tibiaknorpel (5,7%). Es wurde jedoch nur ein schwacher Zusammenhang zwischen maximaler Kompressionsspannung und lateralen femoralen Knorpelveränderungen gefunden, was darauf hindeutet, dass verfeinerte biomechanische Modelle erforderlich sind, um die Rolle mechanischer Faktoren bei der Knorpelbelastung vollständig zu verstehen.
Cette étude visait à analyser les effets à court terme de la course récréative sur la déformation du cartilage articulaire du genou et sa relation avec les charges biomécaniques. Vingt volontaires sains ont subi une IRM pour mesurer les volumes cartilagineux fémoraux et tibiaux avant et après une course de 5000 pas, suivie d'une analyse biomécanique de leur foulée en laboratoire utilisant un modèle dynamique des membres inférieurs. La course a entraîné une déformation significative du cartilage fémoral médial (5,3%) et latéral (4,0%) ainsi que du cartilage tibial latéral (5,7%), avec une corrélation significative entre le stress de compression maximal et les changements du cartilage fémoral latéral (R²=0,456). L'étude conclut que les liens entre les mesures biomécaniques et la déformation cartilagineuse restent limités, nécessitant des améliorations dans la modélisation musculaire pour mieux comprendre la contribution des facteurs biomécaniques à l'arthrose du genou.
This study evaluated whether the triphasic theory for articular cartilage behavior is thermodynamically valid. The researchers calculated the free energy changes in cartilage samples during closed cycles of mechanical and chemical loading using the triphasic theory's mathematical framework. They found that the chemical expansion stress component of the theory predicts an unphysical generation of free energy during each loading-unloading cycle, which would theoretically allow infinite energy extraction from cartilage. The authors concluded that the chemical expansion stress formulation in the triphasic theory violates the second law of thermodynamics, questioning the theory's fundamental validity.
Diese Studie untersuchte die thermodynamische Plausibilität der Triphasic-Theorie für Gelenkknorpel, welche die Schwellung des Knorpels durch drei Mechanismen erklärt: Donnan-Osmose, Excluded-Volume-Effekt und chemischen Expansionsstress. Die Forscher berechneten die freie Energie einer Knorpelprobe während geschlossener Zyklen mechanischer und chemischer Belastung unter Anwendung der Triphasic-Theorie. Die Ergebnisse zeigten, dass der chemische Expansionsstress-Term zu einer unphysiologischen Erzeugung freier Energie während jedes Belastungs-Entlastungs-Zyklus führt, wodurch theoretisch unbegrenzt Energie aus dem Knorpel gewonnen werden könnte. Die Autoren schlussfolgern, dass die Formulierung des chemischen Expansionsstresses in der Triphasic-Theorie im Widerspruch zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik steht.
Cette étude vise à évaluer la plausibilité thermodynamique de la théorie triphasique des tissus chargés hydratés, qui explique le gonflement du cartilage articulaire par trois mécanismes : l'osmose de Donnan, l'effet de volume exclu et le stress d'expansion chimique. Les auteurs ont calculé l'énergie libre d'un échantillon de cartilage articulaire soumis à un cycle fermé de chargement mécanique et chimique en utilisant cette théorie. Les résultats montrent que le terme de stress d'expansion chimique génère de manière non physiologique de l'énergie libre lors de chaque cycle de chargement-déchargement, permettant théoriquement d'extraire une quantité infinie d'énergie du cartilage. Cette formulation du stress d'expansion chimique dans la théorie triphasique viole donc le second principe de la thermodynamique.
This study investigated how the meniscus protects knee cartilage by comparing friction and wear in intact versus meniscectomized bovine knee joints. The researchers used a pendulum friction simulator to apply physiological loading and motion to medial compartmental knee joints, measuring cartilage wear through micro-MRI and surface profilometry. Knees with intact menisci showed no cartilage damage or surface changes, while meniscectomy immediately caused increased contact stress and friction, leading to surface fibrillation, wear, and permanent cartilage deformation. This work provides the first in vitro model system for studying the tribological (friction and wear) effects of meniscus removal and potential repair strategies in whole knee joints.
Diese Studie untersuchte den Einfluss des Meniskus auf Reibung und Knorpelschädigung im natürlichen Kniegelenk mittels tribologischer Simulation. Die Forschenden verwendeten ein Pendel-Reibungssimulator-System mit bovinen medialen Kniekompartimenten, um physiologisch relevante Belastungen und Bewegungen zu simulieren, wobei der Knorpelverschleiß durch Mikro-MRI und Oberflächenprofilometrie quantifiziert wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass intakte Kniegelenke mit Meniskus keine Oberflächenrauigkeit oder Knorpelverlust aufwiesen, während die Meniskektomie zu erhöhten Kontaktspannungen, höheren Reibungskoeffizienten und sofortiger Knorpelfibrillation mit permanenten Verformungen führte. Diese Arbeit etabliert erstmals ein In-vitro-Modellsystem zur Untersuchung der tribologischen Effekte von Meniskuseingriffen und deren Reparaturmöglichkeiten.
Cette étude visait à évaluer l'effet tribologique de la méniscectomie sur la friction et l'usure du cartilage dans l'articulation du genou. Les chercheurs ont utilisé un simulateur de friction pendulaire pour tester des compartiments médiaux de genoux bovins avec et sans ménisque, en appliquant des charges et mouvements physiologiques, puis ont quantifié l'usure par micro-IRM et profilométrie de surface. Les résultats montrent que les genoux avec ménisque intact ne présentaient aucune modification de rugosité de surface ni perte cartilagineuse détectable, tandis que la méniscectomie entraînait immédiatement une augmentation du stress de contact et du coefficient de friction, causant fibrillation de surface, usure biomécanique et déformation permanente du cartilage. Cette recherche établit pour la première fois un modèle de simulation in vitro permettant d'étudier les effets tribologiques de la méniscectomie et des stratégies de réparation/régénération méniscale.
This study aimed to more accurately measure the microscale mechanical properties of bovine articular cartilage using atomic force microscopy (AFM) indentation testing. The researchers used a non-Hertzian approach with a 5-micron spherical tip instead of the conventional sharp conical tips, and validated their methodology by comparing results with agarose gel samples at both microscale and macroscale levels. The study found that articular cartilage has a microscale Young's modulus of approximately 30.9 kPa at 600 nm deformation depth, and exhibits depth-dependent but frequency-independent mechanical behavior. These more accurate microscale measurements could help guide the design of tissue-engineered cartilage scaffolds by providing better characterization of cartilage mechanical properties at the cellular level.
Diese Studie zielte darauf ab, die mechanischen Eigenschaften von Gelenkknorpel auf mikroskopischer Ebene mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) genauer zu bestimmen. Die Forschenden verwendeten einen sphärischen Indenter mit 5 µm Durchmesser und einen nicht-Hertz'schen Ansatz, um die nichtlineare Mikrostruktur des Knorpels besser zu erfassen, anstatt der herkömmlichen Hertz-Modelle mit scharfen konischen Spitzen. Die Validierung mit Agarose-Gelen zeigte konsistente Werte zwischen mikro- und makroskopischen Messungen, und für bovinen Gelenkknorpel wurde ein Young-Modul von etwa 30,9 kPa bei 600 nm Verformungstiefe ermittelt. Die Ergebnisse zeigten außerdem, dass Knorpel auf mikroskopischer Ebene tiefenabhängiges, aber frequenzunabhängiges mechanisches Verhalten aufweist, was wichtige Erkenntnisse für das Design von Knorpel-Tissue-Engineering-Scaffolds lief
Cette étude visait à évaluer plus précisément le module de Young microscopique du cartilage articulaire bovin en développant une approche non-hertzienne utilisant la microscopie à force atomique (AFM). Les chercheurs ont utilisé une pointe sphérique de 5 μm de diamètre au lieu des pointes coniques traditionnelles, et ont validé leur méthodologie sur des gels d'agarose avant application au cartilage. Les résultats montrent que le module de Young microscopique du cartilage est d'environ 30,9 kPa à un niveau de déformation de 600 nm, avec un comportement dépendant de la profondeur mais indépendant de la fréquence. Cette approche plus précise de caractérisation mécanique microscopique pourrait faciliter la conception d'échafaudages tissulaires et de cartilage bio-ingénierié.
This study investigated how mechanical compression affects ultrasound speed in articular cartilage, which is important for improving the accuracy of mechano-acoustic indentation—a promising clinical technique for cartilage assessment. The researchers tested bovine cartilage samples under dynamic compression at various strain levels and used a fibril-reinforced poroviscoelastic (FRPVE) computational model to simulate the observed changes.
The key finding was that ultrasound speed decreased nonlinearly with increasing compressive strain, ranging from -0.94% at 2.4% strain to -2.15% at 14.4% strain. These changes in ultrasound speed caused substantial measurement errors in mechano-acoustic testing, particularly at low strains where strain measurements were off by 39.7% and elastic modulus by 72.1%. The researchers successfully developed and validated a computational correction method that significantly reduced these errors, improving accuracy from 39.7% to 7.2% for strain measurements and from 72.1% to 35.3% for modulus measurements at low strain levels.
Diese Studie untersuchte, wie sich die Ultraschallgeschwindigkeit in Gelenkknorpel während mechanischer Kompression verändert, da solche Variationen die Genauigkeit der mechano-akustischen Indentation – einer klinisch anwendbaren Diagnostikmethode – beeinträchtigen können. An sieben bovinen Patella-Knorpelproben wurde die dehnungsabhängige Ultraschallgeschwindigkeit unter dynamischer Kompression gemessen und mit einem faserreinforzierten poroviskoelastischen (FRPVE) Modell simuliert. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante, nichtlineare Abnahme der Ultraschallgeschwindigkeit mit steigender Kompression (bis zu -2,15% bei 14,4% Dehnung), was zu erheblichen Messfehlern bei geringen Dehnungen führte (39,7% für Dehnung, 72,1% für Dynamikmodul bei 2,4% Dehnung). Durch eine entwickelte rechnerische Korrekturmethode konnten diese Fehler deutlich reduziert werden, wodurch die Präzision mechano-akustischer Knorp
Cette étude vise à caractériser les variations de la vitesse ultrasonore dans le cartilage articulaire lors de compression dynamique et à corriger les erreurs induites dans les mesures méchano-acoustiques. Les chercheurs ont testé des échantillons de cartilage patellaire bovin (n=7) sous compression non confinée et utilisé un modèle poroviscoélastique renforcé par des fibrilles (FRPVE) pour simuler les changements de vitesse ultrasonore. Les résultats montrent une diminution non-linéaire de la vitesse ultrasonore avec la déformation (jusqu'à -2,15% à 14,4% de déformation), induisant des erreurs importantes dans la mesure de la déformation (39,7%) et du module dynamique (72,1%) à faibles contraintes. Une méthode de correction computationnelle proposée réduit significativement ces erreurs, particulièrement efficace aux faibles déformations, améliorant ainsi la précision des diagnostics par indentation méchano-acoustique du cartilage.
This study aimed to measure cartilage displacement and strain patterns in intact knee joints during cyclic loading using advanced MRI techniques. The researchers used displacement-encoded MRI (DENSE-FSE) on a 7.0 Tesla scanner to image eight juvenile porcine knee joints that were cyclically compressed at one and two times body weight. The key findings showed that cartilage deformation was heterogeneous through the tissue depth, with maximum compressive strains occurring in the middle zone of both femoral and tibial cartilage, while tensile strains developed perpendicular to the loading direction. This non-invasive imaging approach provides unique insights into cartilage biomechanics that could be valuable for comparing healthy and diseased tissue, as well as designing tissue-engineered cartilage replacements.
Diese Studie zielte darauf ab, Knorpelverformungen in intakten Tibiofemoral-Gelenken unter zyklischer Belastung mittels MRT nicht-invasiv zu dokumentieren und die tiefenabhängige Verteilung von Verschiebungen und Dehnungen zu charakterisieren. Die Forscher verwendeten juvenine Schweine-Kniegelenke, die bei ein- und zweifachem Körpergewicht zyklisch komprimiert wurden, und setzten displacement-encoded MRI (DENSE-FSE) bei 7,0 Tesla ein, um zweidimensionale Verschiebungen und Dehnungen durch die gesamte Knorpeldicke zu messen. Die Ergebnisse zeigten heterogene Verformungsmuster mit maximalen Kompressionsdehnungen in der mittleren Zone des femoralen und tibialen Knorpels sowie Zugdehnungen quer zur Belastungsrichtung. Diese Befunde spiegeln die heterogene Biochemie des Knorpels wider und liefern wichtige biomechanische Grundlagen für den Vergleich gesunden und degenerierten Gewebes sowie die Entwicklung von Knor
Cette étude visait à documenter de manière non-invasive les déplacements et déformations du cartilage dans des articulations tibio-fémorales intactes soumises à une compression cyclique. Les chercheurs ont utilisé l'IRM à encodage de déplacement (DENSE-FSE) à 7,0 T sur huit articulations porcines juvéniles comprimées cycliquement à une ou deux fois le poids corporel. Les résultats montrent que les déplacements et déformations bidimensionnels sont hétérogènes à travers l'épaisseur du cartilage, avec des déformations compressives maximales dans la zone moyenne et des déformations de traction dans la direction transversale à la charge. Cette approche offre des informations biomécaniques uniques sur le cartilage intact qui pourraient être utilisées pour comparer les tissus sains et dégénérés, ainsi que pour concevoir des tissus de remplacement.
This review examines how fluid pressure within articular cartilage contributes to joint lubrication during loading. The authors analyzed theoretical models and experimental studies measuring fluid load support (the fraction of applied load carried by pressurized interstitial fluid) and its relationship to cartilage friction coefficients. Key findings show that cartilage friction decreases significantly as fluid load support increases, with the lowest friction occurring when pressurized fluid carries most of the load - a mechanism that can maintain low friction during prolonged loading under normal joint function. The research provides important insights into how this fluid pressurization mechanism works alongside other lubrication factors like synovial fluid molecules and superficial zone properties, and how cartilage degeneration affects these frictional responses.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Rolle der interstitiellen Flüssigkeitsdruckbildung bei der Schmierung von Gelenkknorpel. Theoretische und experimentelle Studien zeigten, dass die interstitielle Flüssigkeit im Knorpel unter Belastung erheblich unter Druck gerät und dabei einen Großteil der aufgebrachten Last trägt - ein Phänomen, das als "Fluid Load Support" bezeichnet wird. Die Hauptergebnisse belegen eine negative Korrelation zwischen dem Reibungskoeffizienten des Knorpels und dem Fluid Load Support, wobei besonders niedrige Reibungswerte bei maximaler Flüssigkeitsunterstützung erreicht werden. Diese Erkenntnisse tragen wesentlich zum Verständnis der Knorpelschmierung bei normaler physiologischer Funktion sowie bei degenerativen Veränderungen bei.
Cette revue examine le rôle de la pressurisation du fluide interstitiel dans la lubrification du cartilage articulaire, un mécanisme fondamental pour comprendre la biomécanique cartilagineuse. Les études théoriques et expérimentales analysées démontrent que le fluide interstitiel se pressurise considérablement sous charge, supportant une fraction importante de la charge appliquée (appelée "support de charge fluidique"). Les résultats révèlent une corrélation négative entre le coefficient de friction du cartilage et ce support de charge fluidique, avec des valeurs de friction remarquablement faibles lorsque le support fluidique est maximal. Ce cadre théorique validé expérimentalement explique comment un faible coefficient de friction peut être maintenu lors de charges prolongées en conditions physiologiques normales.
This study aimed to characterize the viscoelastic properties of bovine articular cartilage across high loading frequencies (1-92 Hz) that occur during physiological activities. The researchers used dynamic mechanical analysis to apply sinusoidal compressive forces to intact tibial plateau cartilage samples attached to subchondral bone, measuring storage modulus, loss modulus, and phase angle. The key findings showed that storage modulus increased logarithmically with frequency before plateauing at higher frequencies, while loss modulus remained constant at much lower values (4.8 MPa) regardless of frequency. The results indicate that cartilage stores more energy than it dissipates, particularly at higher frequencies, with the authors suggesting that excess energy may contribute to crack formation and potentially osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte die viskoelastischen Eigenschaften von Rindergelenkknorpel bei hohen Belastungsfrequenzen bis zu 92 Hz, um das mechanische Verhalten unter physiologischen Bedingungen besser zu verstehen. Mittels dynamisch-mechanischer Analyse (DMA) wurde intakter Tibiaplateau-Knorpel mit sinusförmigen Druckkräften zwischen 16-36 N bei Frequenzen von 1-92 Hz belastet, wobei Speicher- und Verlustmodul sowie Phasenwinkel gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass der Speichermodul logarithmisch mit der Frequenz anstieg und sich einem konstanten Wert annäherte, während der Verlustmodul frequenzunabhängig blieb und deutlich niedriger war als der Speichermodul. Diese Befunde deuten darauf hin, dass Gelenkknorpel bei höheren Frequenzen mehr Energie speichert als dissipiert, was zur mechanischen Schädigung und Rissbildung führen kann - ein wichtiger Aspekt für das Verständnis der Arthrose-Entsteh
Cette étude visait à caractériser les propriétés viscoélastiques du cartilage articulaire bovin à des fréquences de chargement élevées (1-92 Hz) pour mieux comprendre son comportement sous l'ensemble des conditions physiologiques. Les chercheurs ont utilisé l'analyse mécanique dynamique (DMA) sur des plateaux tibiaux intacts avec os sous-chondral, appliquant une force de compression sinusoïdale de 16-36 N via un indenteur plat. Les résultats montrent que le module de conservation augmente logarithmiquement avec la fréquence jusqu'à atteindre un plateau, tandis que le module de perte reste constant (~4,8 MPa), confirmant le caractère viscoélastique du cartilage sur toute la gamme de fréquences testée. Cette dissymétrie entre stockage et dissipation d'énergie, particulièrement marquée aux hautes fréquences, suggère que l'excès d'énergie pourrait contribuer à la formation de fissures et au développement de l'arthrose.
This review examines how mechanical forces influence cartilage health through cellular signaling pathways that control tissue maintenance and remodeling. The authors describe the mechanotransduction process, where mechanical loading of cartilage creates complex tissue changes (deformation, pressure changes, fluid flow, altered ion concentrations) that are detected by cellular mechanoreceptors like ion channels and integrins, which then activate intracellular signaling cascades. The key finding is that physiological mechanical loading promotes beneficial chondrocyte metabolism and cartilage maintenance, while excessive loading disrupts the balance between tissue building (anabolic) and breakdown (catabolic) processes, leading to cartilage degradation. The review highlights how understanding these mechanical signaling pathways is crucial for comprehending both normal cartilage function and the development of cartilage-related diseases.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Mechanotransduktion in Gelenkknorpel und wie mechanische Belastung den Chondrozytenstoffwechsel beeinflusst. Die Autoren beschreiben die komplexen zellulären und molekularen Mechanismen, durch die mechanische Signale über Mechanorezeptoren wie Ionenkanäle und Integrine in intrazelluläre Signalkaskaden umgewandelt werden. Physiologische mechanische Belastung stimuliert die Synthese von Matrixmolekülen und erhält die Knorpelintegrität, während übermäßige Belastung zu einem Ungleichgewicht zwischen anabolen und katabolen Prozessen führt. Die Studie zeigt auf, wie Störungen der normalen Mechanotransduktion zur Knorpelpathologie beitragen können.
Cette revue examine les mécanismes de mécanotransduction dans le cartilage articulaire, en analysant comment les contraintes mécaniques influencent le métabolisme des chondrocytes et le maintien de l'intégrité tissulaire. L'article décrit les cascades de signalisation initiées par les mécanorécepteurs cellulaires (canaux ioniques mécanosensibles et intégrines) en réponse aux déformations matricellaires, aux variations de pression hydrostatique et osmotique, et aux flux liquidiens. Les résultats montrent que la charge mécanique physiologique stimule la synthèse de molécules matricielles, tandis qu'une charge excessive provoque un déséquilibre entre activités anaboliques et cataboliques, conduisant à la déplétion de la matrice. Cette étude souligne l'importance des signaux mécaniques dans l'homéostasie cartilagineuse et explique comment leur altération peut mener à des pathologies articulaires.
This study developed a novel experimental system to investigate how chondrocytes (cartilage cells) respond to mechanical loading in their natural environment within intact cartilage tissue. The researchers designed a specialized indentation system that combines confocal microscopy with a transparent glass indenter (0.17 mm thick, 1.64 mm diameter), allowing real-time observation of living chondrocytes while applying controlled mechanical loads to the cartilage surface. This system enables simultaneous measurement of cell deformation and biological responses (such as calcium signaling) during loading, which was not possible with previous methods that relied on isolated cells or fixed tissue samples. The technology provides a more physiologically relevant approach to studying how mechanical forces influence cartilage cell behavior and could offer new insights into cartilage adaptation and degeneration processes.
Diese Studie zielte darauf ab, ein verbessertes System zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Chondrozyten in ihrer natürlichen Umgebung zu entwickeln. Die Forscher konstruierten ein Indentationssystem auf einem Konfokalmikroskop, das einen lichtdurchlässigen Glasindenter (0,17 mm dick, 1,64 mm Durchmesser) verwendet, um gleichzeitig mechanische Belastung auf intaktes Knorpelgewebe auszuüben und lebende Zellen in Echtzeit zu beobachten. Das System ermöglicht die präzise Messung von Zelldeformation und biologischen Antworten wie Kalziumsignalen unter kontrollierten Belastungsbedingungen. Diese Methode bietet neue Möglichkeiten zur Erforschung des Zusammenhangs zwischen mechanischer Zellbelastung und adaptiven oder degenerativen Knorpelprozessen im intakten Gewebe.
Cette étude visait à développer un système d'indentation par microscopie confocale permettant d'étudier la mécanique des chondrocytes dans leur environnement natif en temps réel. Les chercheurs ont conçu un indenteur cylindrique en verre transparent (0,17 mm d'épaisseur, 1,64 mm de diamètre) aligné avec l'axe focal du microscope, permettant l'observation simultanée des cellules vivantes pendant l'application de charges contrôlées sur la surface du cartilage. Ce système permet de mesurer les déformations cellulaires et les réponses biologiques (comme les flux calciques) dans le cartilage intact, surmontant les limitations des modèles précédents basés sur des cellules isolées ou des explants. Cette approche innovante ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre les relations entre les contraintes mécaniques cellulaires et les processus adaptatifs ou dégénératifs du cartilage articulaire.
This study aimed to develop an MRI-compatible system for measuring three-dimensional cartilage deformation in whole human cadaveric knees and determine the loading conditions needed for a new imaging technique called Cartilage Deformation by Tag Registration (CDTR). The researchers built an electropneumatic apparatus that fits inside a clinical MRI scanner and can apply cyclic compression loads to cadaveric knees at physiological levels. They found that an average of 356 ± 69 loading cycles were required for three cadaveric knees to reach a stable, repeatable load-displacement response suitable for CDTR imaging. The system successfully produced clear MRI images of both unloaded and loaded cartilage without artifacts, demonstrating its potential as a tool for studying cartilage biomechanics in the native joint environment.
Diese Studie zielte darauf ab, eine MRT-kompatible Methode zur Untersuchung der dreidimensionalen Knorpelverformung in ganzen menschlichen Kadaverkniegelenken zu entwickeln. Die Forscher konstruierten ein elektropneumatisches Gerät für zyklische Kompression der Kniegelenke im MRT-Scanner und definierten ein Steigungskriterium zur Bestimmung des quasi-stationären Zustands der Belastungs-Verformungs-Reaktion. Die Ergebnisse zeigten, dass im Durchschnitt 356±69 Belastungszyklen erforderlich waren, um einen quasi-stationären Zustand zu erreichen, bei dem reproduzierbare Verformungsmuster für die MRT-basierte Knorpeldeformationsanalyse (CDTR) entstehen. Zusätzlich konnten erfolgreich artefaktfreie MRT-Bilder von tibiofemoralem Knorpel in unverformtem und verformtem Zustand aufgenommen werden, was die Machbarkeit dieser innovativen Methode zur Knorpelbiomechanik-For
Cette étude visait à développer un dispositif compatible IRM pour charger cycliquement des genoux cadavériques humains afin d'étudier la déformation du cartilage articulaire par la technique CDTR (Cartilage Deformation by Tag Registration). Les chercheurs ont conçu un appareil électropneumatique capable d'appliquer des charges physiologiques dans un scanner IRM clinique et ont défini un critère de pente pour déterminer l'état quasi-stationnaire nécessaire à l'imagerie. Les résultats montrent qu'en moyenne 356±69 cycles de charge sont nécessaires pour atteindre une réponse quasi-stationnaire reproductible sur trois genoux cadavériques testés. Cette approche représente une étape cruciale vers le développement d'une méthode IRM permettant de caractériser les déformations tridimensionnelles du cartilage articulaire dans son environnement natif.
This study aimed to understand how individual cartilage cells (chondrocytes) respond biomechanically to direct shear forces, which they experience during normal joint movement and which can influence cartilage health or disease. The researchers developed a novel video-capture technique using a controlled shearing probe positioned at three different heights along single chondrocytes to measure precise force and deformation responses during shear loading. The key findings showed that chondrocytes become progressively stiffer from top to bottom, with shear stiffness increasing from 1.7 kPa near the cell top to 4.1 kPa near the cell base, and that all cells stopped moving forward at approximately 35% shear strain regardless of probe position. The authors concluded that this mechanical behavior is likely due to focal adhesion activation and internal structural rearrangements, providing fundamental insights that could inform treatments for cartilage disorders and optimal loading strategies for joint health.
Diese Studie untersuchte die biomechanischen Eigenschaften einzelner Chondrozyten unter direkter Scherbeanspruchung, um zu verstehen, wie diese mechanischen Stimuli die Zellhomöostase beeinflussen. Die Forscher entwickelten eine innovative Videokaptur-Methode mit einer kontrollierten Schersonde, die an drei verschiedenen Höhenpositionen der Zelle angesetzt wurde, um präzise Kraft- und Deformationsmessungen durchzuführen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Schermodul der Chondrozyten höhenabhängig variiert - von 4,1 kPa an der Zellbasis über 2,6 kPa in der Mitte bis zu 1,7 kPa an der Zelloberfläche. Bei einer Scherdehnung von etwa 35% erreichte die Zellbewegung unabhängig von der Sondenposition ein Plateau, was auf eine Aktivierung der fokalen Adhäsionen und eine Umstrukturierung des Aktin-Zytoskeletts hindeutet.
Cette étude visait à comprendre la réponse biomécanique et morphologique des chondrocytes articulaires individuels soumis à des contraintes de cisaillement direct, un stimulus mécanique important dans l'homéostasie du cartilage. Les chercheurs ont développé une méthode innovante de vidéocapture utilisant une sonde de cisaillement à déplacement latéral contrôlé, positionnée à trois hauteurs différentes le long de la cellule (base, milieu, sommet) pour mesurer précisément les forces et déformations. Les résultats montrent que le module de cisaillement apparent des chondrocytes diminue de la base vers le sommet cellulaire (4,1 ± 1,3 kPa à 1,7 ± 0,8 kPa), avec un déplacement cellulaire maximal (~30% du diamètre initial) près de la base, et un plateau de mouvement à ~35% de déformation de cisaillement correspondant à l'activation des adhésions focales. Cette variation de rigidité selon la hauteur cellulaire et le plateau de mouvement s'expliquent par un réarrangement des adhésions focales et de l'actine à des nive
This study investigated whether glucosamine supplementation could protect joint cartilage in soccer players by measuring biomarkers of cartilage breakdown and repair. The researchers compared blood levels of collagen degradation (CTX-II) and synthesis (CPII) markers between soccer players and non-athletes, then examined changes in soccer players before, during, and after 3 months of glucosamine treatment (1.5-3g daily). Soccer players showed elevated cartilage turnover compared to controls, with a higher ratio of breakdown to repair indicating net cartilage damage. Glucosamine supplementation significantly reduced cartilage breakdown markers and improved the breakdown-to-synthesis ratio, but these protective effects disappeared once supplementation stopped, suggesting glucosamine may offer temporary cartilage protection in high-impact athletes.
Diese Studie untersuchte die Wirkung von Glucosamin auf Knorpelstoffwechsel-Biomarker bei Fußballspielern, die ihre Gelenke hohen Belastungen aussetzen. Die Forscher verglichen Biomarker für Typ-II-Kollagen-Abbau (CTX-II) und -Synthese (CPII) zwischen Fußballspielern und Kontrollpersonen sowie vor und nach Glucosamin-Gabe (1,5-3 g/Tag über 3 Monate). Die Ergebnisse zeigten, dass Fußballspieler erhöhte Knorpelstoffwechselaktivität aufweisen, wobei Glucosamin den schädlichen Kollagen-Abbau signifikant reduzierte, ohne die protektive Kollagen-Synthese zu beeinträchtigen. Der chondroprotektive Effekt war jedoch nur temporär und verschwand nach Absetzen der Glucosamin-Supplementierung.
Cette étude visait à évaluer l'effet de la glucosamine sur le métabolisme du cartilage articulaire chez des footballeurs exposés à des contraintes mécaniques importantes, en comparant les biomarqueurs de dégradation (CTX-II) et de synthèse (CPII) du collagène de type II avec des témoins non-athlètes et avant/après supplémentation. Les chercheurs ont administré de la glucosamine (1,5 g et 3 g/jour pendant 3 mois) à des footballeurs et mesuré les biomarqueurs urinaires du métabolisme cartilagineux. Les résultats montrent que les footballeurs présentent un métabolisme cartilagineux accru par rapport aux témoins, et que la supplémentation en glucosamine réduit significativement la dégradation du collagène de type II (CTX-II) sans affecter sa synthèse (CPII), améliorant ainsi le ratio CTX-II/CPII. Cependant, cet effet chondroprotecteur reste transitoire et disparaît à l'arrêt de la supplémentation, suggérant un bénéfice potentiel mais nécessitant
This study aimed to develop a patient-specific computational model for articular cartilage that incorporates collagen fiber structure and can accurately predict mechanical behavior under physiological loading conditions. The researchers used a custom robotics-based testing device to perform MRI imaging, surface imaging, and mechanical indentation tests on five human cartilage specimens at multiple locations, then created specimen-specific finite element simulations using a seven-parameter viscoelastic constitutive model. The model demonstrated excellent agreement with experimental data, achieving correlation coefficients of 0.975±0.013 and successfully reproducing force-time responses with good accuracy (R²=0.95±0.03 across 23 indentation tests). A novel feature of this approach is its ability to track 3D collagen fiber deformation during loading, which was validated against published diffusion tensor MRI data, making it suitable for large-scale knee joint simulations.
Diese Studie zielte darauf ab, ein patientenspezifisches Computermodell für Gelenkknorpel zu entwickeln, das die Kollagenfaser-Architektur berücksichtigt und das mechanische Verhalten unter physiologischen Belastungen vorhersagen kann. Die Forscher verwendeten eine Kombination aus MRT-Bildgebung, robotergestützten mechanischen Indentationstests und 3D-Oberflächenrekonstruktion an fünf menschlichen Knorpelproben, um ein viskoelastisches Materialmodell mit sieben physikalisch interpretierbaren Parametern zu kalibrieren. Das entwickelte Modell zeigte eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit experimentellen Daten (R²=0,95±0,03) und konnte das Verformungsverhalten von menschlichem Gelenkknorpel erfolgreich reproduzieren. Ein besonderes Merkmal des Ansatzes ist die 3D-Verfolgung der Kollagenfaser-Deformation unter verschiedenen Belastungen, was das Modell für großskalige Simulationen von Kniegelenkbelastungen mit präzisen Gelenkge
Cette étude propose une approche phénoménologique pour la modélisation computationnelle patient-spécifique du cartilage articulaire, intégrant le suivi des fibres de collagène. Les chercheurs ont développé un modèle constitutif viscoélastique à sept paramètres et l'ont calibré en utilisant cinq échantillons de cartilage humain soumis à des séquences IRM, imagerie de surface, tests d'indentation mécanique et imagerie de l'os sous-chondral via un dispositif robotisé. Le modèle reproduit fidèlement le comportement de déformation du cartilage articulaire humain (R²=0,95±0,03 pour 23 tests d'indentation), avec une validation croisée montrant des coefficients de corrélation élevés (0,975±0,013) et des erreurs de prédiction acceptables (40±25%). Cette approche permet également le suivi 3D de la déformation du réseau fibreux et s'avère suffisamment efficace pour des simulations de contact 3D à grande échelle de l'articulation du genou.
This study investigated whether the impaction forces required to insert oversized osteochondral grafts damage the cartilage surface integrity. The researchers created 3.5mm defects in bovine patellae and transplanted either exact-sized (3.5mm) or oversized (4.5mm) plugs, then used real-time ultrasound monitoring during osmotic loading (salt solution changes) to assess cartilage mechanical properties. The key finding was that oversized plugs showed significantly reduced amplitude recovery rates (ARR) compared to control tissue and exact-sized plugs, indicating damage to the superficial collagen network from impaction forces. This novel ultrasound-based assessment technique offers a minimally invasive method to evaluate cartilage surface damage following osteochondral grafting procedures.
Diese Studie untersuchte die mechanischen Auswirkungen der operativen Implantation von osteochondralen Transplantaten auf die Knorpelintegrität mittels osmotischer Belastung und Echtzeit-Ultraschall. An Patella-Proben wurden zylindrische osteochondrale Defekte (3,5 mm Durchmesser) erstellt und mit exakt passenden (3,5 mm) oder übergroßen (4,5 mm) Transplantaten versorgt, wobei die Proben während osmotischer Schwellungs- und Schrumpfungsphasen ultraschallüberwacht wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass übergroße Transplantate signifikant niedrigere Amplituden-Recovery-Raten (ARR) aufwiesen als Kontrollen und exakt passende Transplantate, was auf Schäden am oberflächlichen Kollagennetzwerk hindeutet. Die Methode erwies sich als vielversprechender minimalinvasiver Ansatz zur non-destruktiven Bewertung von Knorpelschäden in der Oberflächenzone nach Trauma oder Implantatinser
Cette étude visait à évaluer les effets mécaniques des forces d'impact lors de l'implantation de greffons ostéochondraux sur l'intégrité du cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé une méthode innovante combinant charge osmotique et échographie en temps réel pour analyser des greffons de taille exacte versus surdimensionnés implantés dans des défauts patellaires de 3,5 mm. Les résultats montrent que les greffons surdimensionnés présentent un taux de récupération d'amplitude (ARR) significativement réduit, indiquant des dommages au réseau de collagène superficiel du cartilage. Cette approche non-destructive par échographie et charge osmotique s'avère prometteuse pour évaluer de manière minimalement invasive l'intégrité cartilagineuse après greffe ostéochondrale.
This study investigated how different mechanical loading patterns affect cartilage-producing cells (chondrocytes) embedded in synthetic hydrogels for cartilage tissue engineering. The researchers compared continuous versus intermittent loading and immediate versus delayed loading (after one week) on bovine chondrocytes, measuring gene expression for cartilage components and enzymes that break down cartilage matrix.
The key findings showed that intermittent loading dramatically increased both cartilage-building genes (collagen II increased 2-fold) and cartilage-degrading enzymes (MMP-1 and MMP-3 increased 16-fold and 8-fold respectively), while continuous loading enhanced aggrecan expression but reduced enzyme activity. When loading was delayed by one week, the cells became less responsive to mechanical stimulation and showed reduced enzyme expression.
The study concludes that early application of intermittent loading is optimal for stimulating both tissue-building and tissue-remodeling activities, which may be essential for long-term success in engineered cartilage regeneration.
Diese Studie untersuchte, wie verschiedene mechanische Belastungsregime die anabolen und katabolen Aktivitäten von Chondrozyten in PEG-Hydrogelen für die Knorpelregeneration beeinflussen. Bovine Chondrozyten wurden in PEG-Hydrogele eingekapselt und kontinuierlicher oder intermittierender dynamischer Kompression unterzogen, entweder sofort oder nach einer einwöchigen belastungsfreien Phase. Die Ergebnisse zeigten, dass intermittierende Belastung sowohl die Expression extrazellulärer Matrixproteine (Kollagen II, Aggrecan) als auch von Matrixmetalloproteinasen stark hochregulierte, während kontinuierliche Belastung primär anabole Effekte hatte und katabolische Aktivitäten unterdrückte. Die Studie demonstriert, dass eine frühzeitige intermittierende mechanische Belastung notwendig ist, um sowohl anabole als auch katabolische Prozesse zu stimulieren, die für die langfristige Regeneration und Umstrukturierung von Knorpelgewebe entscheidend sind
Cette étude examine l'influence du type de contrainte mécanique (continue vs intermittente) et du moment d'application (immédiate vs différée) sur les activités anaboliques et cataboliques des chondrocytes encapsulés dans des hydrogels de polyéthylène glycol (PEG). Les chondrocytes bovins ont été soumis à des compressions dynamiques pendant une semaine selon différents protocoles, avec évaluation de l'expression génique (collagène II, agrécane, MMP-1/3/13) et du dépôt matriciel par histochimie. Les résultats montrent que la contrainte intermittente stimule fortement l'expression des composants matriciels et des MMP (augmentation de 2 à 16 fois), tandis que la contrainte continue favorise l'agrécane tout en réduisant les MMP, et que l'application différée diminue la sensibilité cellulaire au stimulus mécanique. L'étude conclut qu'une application précoce de contraintes intermittentes est nécessaire pour optimiser simultanément les processus anaboliques et cataboliques, essentiels à la régénération cartilagineuse à long terme.
This study aimed to enhance the conversion of bone marrow stromal cells (BMSCs) into cartilage-producing cells using a combination of mechanical stimulation and specialized scaffold materials. The researchers cultured rabbit BMSCs in hybrid scaffolds made of fibrin gel and elastic PLCL polymer, applying 5% compression at 0.1 Hz for 10 days, then implanted the constructs into mice to assess cartilage formation. The key finding was that BMSCs cultured under dynamic compression in the hybrid scaffolds showed significantly enhanced cartilage differentiation compared to static culture conditions or scaffolds without fibrin gel. The combination of mechanical loading and three-dimensional hybrid scaffolds promoted better cell adhesion, increased production of cartilage matrix proteins, and improved the overall quality of engineered cartilage tissue both in laboratory culture and after implantation.
Diese Studie untersuchte, wie dynamische mechanische Stimulation und dreidimensionale Umgebungen die chondrogene Differenzierung von Knochenmarkstromalzellen (BMSCs) in Hybrid-Scaffolds aus Fibringelen und elastischen PLCL-Scaffolds beeinflussen. Die Forscher setzten die Zell-Scaffold-Konstrukte 10 Tage lang einer kontinuierlichen kompressiven Verformung (5% Dehnung bei 0,1 Hz) aus und implantierten sie anschließend subkutan in Nacktmäuse. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kombination aus mechanischer Stimulation und der dreidimensionalen Hybrid-Scaffold-Umgebung die chondrogene Differenzierung signifikant verstärkte, was sich in einer erhöhten Extrazelluärmatrix-Akkumulation und Glykosaminoglykan-Produktion widerspiegelte. Die Studie demonstriert, dass periodische dynamische Kompression zusammen mit geeigneten 3D-Scaffold-Systemen die Qualität von in vitro und in vivo gebildetem Knorpelgewebe erh
Cette étude visait à améliorer la différenciation chondrogénique des cellules stromales de moelle osseuse (BMSCS) en utilisant des biomatériaux hybrides dans un environnement dynamique. Les chercheurs ont cultivé des BMSCS de lapin dans des échafaudages hybrides composés de gels de fibrine et de poly(lactide-co-caprolactone) (PLCL) élastique, soumis à une compression cyclique (5% de déformation à 0,1 Hz) pendant 10 jours avant implantation sous-cutanée chez la souris. Les résultats ont montré que la combinaison de la stimulation mécanique dynamique et de l'environnement tridimensionnel des échafaudages hybrides favorisait significativement la différenciation chondrogénique, avec une augmentation de l'accumulation de matrice extracellulaire et de la production de glycosaminoglycanes. Cette approche représente une stratégie prometteuse pour l'ingénierie tissulaire du cartilage en reproduisant les conditions biomécaniques physiologiques.
This study aimed to measure how knee cartilage deforms during normal walking by tracking cartilage contact patterns in healthy individuals. The researchers used MRI scans combined with dual fluoroscopic imaging to track cartilage deformation in eight healthy knees while participants walked on a treadmill. They found that cartilage compressed by 7-23% of its resting thickness during the stance phase of walking, with peak deformation occurring in thicker cartilage regions, and the medial compartment showed larger contact areas and greater front-to-back movement compared to the lateral compartment. These findings provide important baseline data for understanding normal cartilage function and could help identify regions at risk for injury in diseased knees, while also establishing realistic parameters for laboratory cartilage testing.
Diese Studie untersuchte die in vivo Biomechanik des tibiofemorale Knorpelkontakts während der Standphase des Gangs, um das Gelenkverhalten und mögliche Knorpelpathologien besser zu verstehen. Die Forscher verwendeten eine Kombination aus MRT-Bildgebung und dualer Fluoroskopie, um bei acht gesunden Kniegelenken die Knorpelverformung während des Gehens auf einem Laufband zu messen. Die Ergebnisse zeigten, dass die maximale Knorpelverformung zwischen 7% und 23% der Ruhe-Knorpeldicke betrug und hauptsächlich in Bereichen mit dickerem Knorpel auftrat, wobei das mediale Kompartiment größere anterior-posteriore Bewegungen und Kontaktflächen als das laterale Kompartiment aufwies. Diese in vivo Daten können als physiologische Referenzwerte für in vitro Knorpeltests dienen und helfen, Belastungsmuster zu identifizieren, die bei erkrankten Kniegelenken zu Verletzungen führen könn
Cette étude avait pour objectif de déterminer la biomécanique de contact et les déformations du cartilage tibiofémoral in vivo pendant la phase d'appui de la marche. Les chercheurs ont utilisé une combinaison d'IRM et d'imagerie par double fluoroscopie chez huit genoux sains durant la marche sur tapis roulant pour mesurer les déformations cartilagineuses en temps réel. Les résultats montrent que les déformations de contact maximales variaient entre 7% et 23% de l'épaisseur du cartilage au repos, avec des excursions antéropostérieures plus importantes dans le compartiment médial que latéral, et des surfaces de contact globalement plus étendues dans le compartiment médial. Ces données fournissent des références physiologiques essentielles pour les tests in vitro et pourraient aider à identifier les zones de surcharge potentielle dans les genoux pathologiques.
This study aimed to simplify the complex triphasic mixture theory for articular cartilage to make it applicable to clinically relevant loading scenarios like indentation testing. The researchers used mathematical linearization techniques and developed a finite difference numerical program to model the mechanical, electrical, and fluid flow behaviors in cartilage during indentation. The simplified model successfully predicted experimental indentation data and revealed that the negatively charged proteoglycans in cartilage increase the tissue's apparent stiffness while reducing viscous effects from fluid flow. These findings provide important insights for understanding how cartilage cells respond to mechanical loading and have practical applications for tissue engineering and cartilage repair strategies.
Diese Studie zielte darauf ab, die komplexe triphasische Mischungstheorie für Gelenkknorpel zu vereinfachen, um sie auf mehrdimensionale Belastungssituationen wie Indentationstests anwenden zu können. Die Forschenden linearisierten die mathematischen Grundgleichungen mittels einer Störungstheorie-Methode und zwei Potentialfunktionen, wodurch ein Finite-Differenzen-Programm zur Berechnung von Verformungs-, elektrischen und Strömungsverhalten entwickelt werden konnte. Die berechneten Gewebeantworten stimmten sehr gut mit experimentellen Indentationsdaten überein und zeigten, dass die negativen Ladungen der Proteoglykane die scheinbare Steifigkeit der festen Matrix erhöhen und gleichzeitig die durch Flüssigkeitsströmung verursachten viskosen Effekte verringern. Diese Erkenntnisse haben wichtige Implikationen für die Erforschung der Mechanotransduktion von Chondrozyten und das Design von Tissue-Engineering-Ansätzen.
Cette étude avait pour objectif de simplifier la théorie triphasique du mélange pour le cartilage articulaire afin de pouvoir l'appliquer à des configurations de chargement complexes comme l'indentation. Les auteurs ont linéarisé les équations gouvernantes en utilisant une méthode de perturbation régulière et deux fonctions potentielles, puis développé un programme numérique par différences finies pour calculer les comportements déformationnels, électriques et fluidiques. Les résultats montrent que la nature chargée des protéoglycanes augmente la rigidité apparente de la matrice solide et réduit l'effet visqueux du flux fluidique, avec une excellente concordance entre les prédictions théoriques et les données expérimentales d'indentation. Cette formulation simplifiée permet d'analyser l'influence des propriétés géométriques et physico-chimiques sur les champs de déformation et de pression fluidique dans le tissu cartilagineux.
This study investigated how changes in the pericellular matrix (PCM) composition affect chondrocyte deformation in articular cartilage. The researchers used a sophisticated 3D finite element computer model that incorporated depth-dependent properties of cartilage, including collagen density, fluid content, and charge density, with chondrocytes modeled as fluid-filled elastic structures subjected to 15% compression. The key findings showed that cell deformation was highly dependent on cartilage depth, and that increases in PCM collagen content and fluid fraction enhanced sideways cell stretching, while increased charge density had the opposite effect. The authors conclude that PCM composition significantly influences how cartilage cells deform under load, which has important implications for understanding cartilage health, disease progression, and developing better repair strategies.
Diese Studie untersuchte, wie Veränderungen in der Zusammensetzung der perizellulären Matrix (PCM) das Verformungsverhalten von Chondrozyten im Gelenkknorpel beeinflussen. Die Forschenden entwickelten ein dreidimensionales Finite-Elemente-Modell mit tiefenabhängigen Eigenschaften der extrazellulären Matrix und simulierten eine statische Kompression von 15%. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Erhöhung des Kollagengehalts und Flüssigkeitsanteils in der PCM die lateralen Zelldeformationen verstärkte, während eine höhere Ladungsdichte den gegenteiligen Effekt hatte. Die Studienergebnisse verdeutlichen, dass die PCM-Zusammensetzung eine wichtige Rolle für die Chondrozytenmechanik spielt und somit Knorpelentwicklung, -anpassung und -degeneration beeinflusst.
Cette étude visait à évaluer le rôle des modifications de composition de la matrice péricellulaire (PCM) sur la déformation des chondrocytes dans le cartilage articulaire. Les chercheurs ont développé un modèle tridimensionnel par éléments finis intégrant les propriétés variables en profondeur de la matrice extracellulaire et de la PCM, avec des chondrocytes modélisés comme poroélastiques, soumis à une compression statique de 15%. Les résultats montrent que les déformations cellulaires axiales sont fortement dépendantes de la profondeur, tandis que l'augmentation du collagène et de la fraction liquide dans la PCM accroît les déformations latérales des cellules, contrairement à l'augmentation de la densité de charge fixe qui produit l'effet inverse. Cette étude démontre que la composition de la PCM joue un rôle significatif dans le comportement déformationnel des chondrocytes, avec des implications importantes pour le développement, l'adaptation et la dégénérescence du cartilage, ainsi que pour la conception de matériaux de réparation cartilagineuse.
This study aimed to measure how individual cartilage cells (chondrocytes) deform under mechanical loading in healthy versus early osteoarthritis (OA) tissue, using intact cartilage still attached to bone. The researchers used a specialized confocal microscopy system to observe cell deformation during controlled loading of retropatellar cartilage from rabbit knees, comparing normal controls with early OA induced by cutting the anterior cruciate ligament nine weeks prior.
The key findings showed that while the cartilage matrix became much more deformable in early OA (38% strain vs 27-28% in controls), chondrocytes did not simply deform more in all directions as hypothesized. Instead, cells in early OA cartilage showed increased widening during loading (12% vs 6% in controls) and surprisingly increased in volume rather than decreasing like healthy cells.
These results suggest that chondrocytes in early OA experience altered mechanical signals that are direction-specific, particularly increased transverse deformation, which may be important for understanding how cartilage cells respond to the disease process.
Diese Studie untersuchte die mechanischen Eigenschaften von Chondrozyten in intaktem Gelenkknorpel und verglich gesundes Gewebe mit früher Arthrose nach experimenteller Kreuzbandtranssektion bei Kaninchen. Mithilfe eines speziellen konfokalen Indentationssystems wurden die Verformungsreaktionen der Zellen auf kontrollierte Belastung in vollständig intaktem, am nativen Knochen befestigtem Knorpel gemessen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Chondrozyten in früher Arthrose zwar ähnliche axiale Verformungen aufwiesen wie in gesundem Knorpel, jedoch signifikant stärkere Breitenverformungen (12% vs. 6%) und eine Volumenzunahme unter Belastung im Gegensatz zur Volumenabnahme bei gesunden Kontrollen. Diese richtungsspezifischen Veränderungen der Zellmechanik könnten eine wichtige Rolle in der Signalübertragung während der frühen Arthrose-Entwicklung spielen.
Cette étude visait à quantifier la mécanique des chondrocytes dans le cartilage articulaire intact et à comparer leur comportement entre tissus sains et arthrosiques précoces. Les chercheurs ont utilisé un système d'indentation confocale personnalisé pour mesurer la déformation cellulaire sous charge contrôlée sur du cartilage rétropatellaire de lapins, neuf semaines après transection du ligament croisé antérieur pour induire une arthrose précoce. Les résultats montrent que contrairement à l'hypothèse initiale, les déformations axiales des chondrocytes restent inchangées malgré l'augmentation importante des déformations matricielles, mais révèlent une augmentation significative des déformations transversales et du volume cellulaire dans le cartilage arthrosique précoce. Ces modifications directionnelles spécifiques de la mécanique chondrocytaire pourraient jouer un rôle crucial dans la signalisation cellulaire lors du développement précoce de l'arthrose.
This study investigated how age and physical activity level influence knee cartilage changes immediately after running exercise. The researchers used 3.0T MRI with T2 mapping to measure cartilage thickness and T2 values in 22 marathon runners and 15 sedentary controls (stratified by age above/below 46 years) before and after 30 minutes of running. Running caused measurable decreases in both cartilage thickness (4-12%) and T2 values (1-4 ms) primarily in the superficial cartilage layers of the femur and tibia, with minimal changes in deeper cartilage zones. Surprisingly, neither age nor training level (marathon runners vs. sedentary controls) affected the magnitude of cartilage response to running, suggesting that cartilage mechanical behavior immediately post-exercise is similar across different populations.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von Alter und körperlicher Aktivität auf die Knorpeldicke und T2-Relaxationszeiten im Kniegelenk unmittelbar nach dem Laufen. Mittels funktioneller MRT-T2-Kartierung wurden 22 Marathonläufer und 15 inaktive Kontrollpersonen (stratifiziert nach Alter ≤45 und ≥46 Jahre) vor und nach 30-minütigem Laufen untersucht. Die Ergebnisse zeigten eine messbare Abnahme der Knorpeldicke (4-12%) und der T2-Werte (1-4 ms) in den oberflächlichen Knorpelschichten von Femur und Tibia nach dem Laufen, was die höhere Kompressibilität dieser Schicht widerspiegelt. Weder Alter noch körperliche Aktivität beeinflussten die T2-Antwort des Knorpels auf die Laufbelastung.
Cette étude visait à évaluer les effets de l'âge et du niveau d'activité physique sur l'épaisseur du cartilage et les valeurs T2 en IRM immédiatement après la course à pied. Les chercheurs ont comparé par IRM T2 mapping à 3T les valeurs d'épaisseur et de T2 du cartilage fémoral et tibial chez 22 marathoniens et 15 sédentaires (stratifiés par âge ≤45 ans et ≥46 ans) avant et après 30 minutes de course. Les résultats montrent une diminution mesurable de l'épaisseur du cartilage (4-8% fémoral, 0-12% tibial) et des valeurs T2 dans les couches superficielles (2-4 ms fémoral, 1-3 ms tibial) après la course, sans différence significative selon l'âge ou le niveau d'activité physique. Cette déformation préférentielle des couches superficielles reflète leur plus grande compressibilité et suggère que la réponse biomécanique immédiate du cartilage à l'exercice est indépendante de l'âge et du
This study investigated how cartilage degeneration affects pore pressure development and internal structure changes during mechanical loading using a flat-porous indenter. The researchers tested both normal and degenerate cartilage samples, measuring pore pressure responses while analyzing microstructural deformation patterns during compression. The key finding was that degenerate cartilage generated higher peak pore pressures more quickly than normal cartilage, followed by similar pressure decay patterns in both groups. The authors explain this occurs because degenerate cartilage experiences greater internal shear forces and less effective load distribution throughout the tissue, leading to elevated localized pressures that could further compromise joint health.
Diese Studie untersuchte, wie sich die Degeneration von Gelenkknorpel auf die Porendruckentwicklung und mikrostrukturelle Reaktion während mechanischer Belastung auswirkt. Die Forscher verwendeten einen flachen, porösen Indenter zur Kompression von normalem und degeneriertem Knorpelgewebe und analysierten sowohl die mechanischen als auch strukturellen Veränderungen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass degenerierter Knorpel bereits unmittelbar nach Belastungsbeginn einen höheren hydrostatischen Porendruck in kürzerer Zeit entwickelte als gesunder Knorpel, gefolgt von einem klassischen Konsolidierungsverhalten mit graduellem Druckabbau. Die erhöhten Porensdruckwerte im degenerierten Gewebe werden durch verstärkte Matrixscherung und eine verminderte Lastumverteilung in das umgebende Knorpelkontinuum erklärt, die aus Oberflächenschäden und allgemeiner Matrixdestrukturierung resultieren.
Cette étude examine comment la dégénérescence du cartilage articulaire influence le développement de la pression interstitielle et la réponse microstructurale lors d'une compression par indentation avec un poinçon poreux plat. Les expériences ont comparé les réponses mécaniques et structurales du cartilage normal versus dégénéré en mesurant les pressions hydrostatiques et en analysant la microstructure. Les résultats montrent que le cartilage dégénéré génère des pics de pression interstitielle plus élevés et plus rapides que le cartilage sain, suivi d'une décroissance graduelle vers zéro dans les deux groupes. L'analyse microstructurale révèle que la disruption de la surface articulaire et la déstructuration matricielle modifient les champs de déformation et augmentent le cisaillement matriciel, expliquant les niveaux de pression plus élevés dans le cartilage dégénéré.
This study investigated how tibial cartilage responds to simulated landing impacts, specifically comparing damage that occurs during peak compression versus after the load is released. Using porcine cartilage explants, researchers applied controlled impact compression (2mm deformation, 10Hz frequency) under two conditions: immediate fixation at peak compression ("impact and hold") versus fixation after load removal ("impact and release"), along with non-impact controls. The key finding was that cartilage sustained less severe damage when fixed at peak compression compared to after load release, with impact-and-release samples showing substantial defects like surface fraying and fissures versus more minor irregularities in impact-and-hold samples. This suggests that the unloading phase of impact significantly worsens cartilage damage by allowing fissures to propagate, indicating that clinical imaging may underestimate the actual forces experienced during injury since damage appears worse after the compressive load is removed.
Diese Studie untersuchte strukturelle Veränderungen des Gelenkknorpels während maximaler Kompression bei simulierten Landungsbelastungen. Die Forscher verwendeten porcine Tibiaknorpel-Explantate und testeten drei Bedingungen: Kontrolle ohne Belastung, Belastung mit anschließender Entlastung und Belastung mit gehaltener Kompression (2mm Deformation, 10-Hz Haversine-Impuls). Die Hauptergebnisse zeigten, dass die Entlastungsphase nach dem Impact zu schwerwiegenderen Knorpelschäden führte als die gehaltene Kompression, mit ausgeprägteren Oberflächenschäden, Fissuren und höheren Mankin-Scores in der Entlastungsgruppe. Die Studie demonstriert, dass sowohl die Belastungs- als auch die Entlastungsphase bei Impactbelastungen zur Knorpelschädigung beitragen, wobei die Entlastung die Rissausbreitung verstärkt.
Cette étude visait à analyser les dommages et déformations du cartilage articulaire tibial au moment de la compression maximale lors d'un impact d'atterrissage simulé. Les chercheurs ont utilisé des explants de cartilage tibial porcin soumis à une compression d'impact (déformation de 2 mm, stress de 9,8 à 28,1 MPa) selon trois conditions : contrôle sans impact, impact avec relâchement, et impact maintenu à la déformation maximale. Les résultats montrent que la phase de déchargement après impact aggrave significativement les dommages cartilagineux (scores de Mankin plus élevés, fissures plus importantes) comparativement au maintien de la compression maximale, avec une réduction particulière de l'épaisseur de la zone superficielle du cartilage. Cette recherche révèle que l'imagerie clinique pourrait sous-estimer l'ampleur de la compression cartilagineuse lors de blessures, soulignant l'importance de considérer les phases de chargement et déchargement dans la conception d'échafaudages d'ingénierie tissulaire.
This study aimed to characterize the mechanical behavior of silk hydrogels under physiological loading conditions to better predict their performance as tissue engineering scaffolds or drug delivery vehicles. The researchers performed confined compression creep tests on silk hydrogels at different concentrations (4%, 8%, and 12% w/v) and applied Biot's poroelasticity theory and Terzaghi consolidation models to analyze the time-dependent mechanical response. The results showed that silk hydrogels behave according to consolidation mechanisms similar to natural cartilage, with higher concentration gels (8% and 12%) exhibiting strain-stiffening behavior under increasing loads while the 4% gel did not. The mathematical models showed excellent agreement with experimental data, and permeability measurements validated the theoretical framework, suggesting these models can reliably predict silk hydrogel performance in biomedical applications.
Diese Studie untersuchte das mechanische Verhalten von Seidenhydrogelen unter physiologischen Belastungsbedingungen, um deren Leistungsfähigkeit als Gewebeersatz für lasttragende Weichgewebe wie Bandscheiben und Gelenkknorpel vorherzusagen. Die Forscher führten Kriechversuche unter eingeschränkter Kompression an Seidenhydrogelen verschiedener Konzentrationen durch und modellierten das zeitabhängige Verhalten mit Biot's Poroelastizitätstheorie. Die Ergebnisse zeigten, dass höher konzentrierte Gele (8% und 12%) eine Versteifung unter zunehmender Belastung aufweisen, während niedrig konzentrierte Gele (4%) dieses Verhalten nicht zeigen. Das Konsolidierungsverhalten der Seidenhydrogele konnte erfolgreich durch poroelastische Modelle beschrieben werden, was deren Eignung für biomechanische Anwendungen unterstützt.
Cette étude vise à caractériser le comportement mécanique des hydrogels de soie sous compression pour prédire leur performance en ingénierie tissulaire et libération de médicaments. Les chercheurs ont réalisé des tests de fluage en compression confinée sur des hydrogels de soie à différentes concentrations (4%, 8%, 12% w/v) et ont modélisé leur comportement temps-dépendant en utilisant la théorie de la poroélasticité de Biot. Les résultats montrent que le comportement de consolidation des hydrogels peut être efficacement prédit par ce modèle théorique, avec une concordance excellente entre les données expérimentales et les simulations numériques. Les hydrogels à concentration élevée (8% et 12%) présentent un durcissement sous contrainte croissante, contrairement au gel à 4% de concentration.
This study investigated how the internal structure and fluid behavior of articular cartilage change during compression using a specialized compression device inside an NMR spectrometer. The researchers applied constant compressive loads to full-thickness cartilage samples while measuring real-time changes in pore structure, water diffusion, and fluid flow patterns.
Key findings revealed that cartilage properties like diffusion and hydraulic conductivity are strongly influenced by fluid pressure during dynamic loading, differing significantly from static (equilibrium) conditions. The study demonstrated that cartilage has a highly anisotropic (directionally-dependent) pore structure that maintains axial porosity even under large compressive strains, allowing pressurized fluid to flow toward the surface.
This mechanism appears to support joint lubrication by creating a protective fluid film that "weeps" from the compressed tissue, suggesting an important synergy between cartilage structure and joint lubrication mechanisms.
Diese Studie untersuchte die strukturellen und biomechanischen Veränderungen von Gelenkknorpel unter dynamischer Kompression mittels einer speziellen NMR-Kompressionszelle. Die Forscher analysierten in Echtzeit die mechanische Verformung, Porenstrukturveränderungen sowie die Diffusion und den Fluss von Gewebsflüssigkeit in Knorpelproben unter konstanter Druckbelastung. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Eigenschaften von Diffusion und hydraulischer Leitfähigkeit unter dynamischer Belastung deutlich von statischen Gleichgewichtsbedingungen unterscheiden, wobei der hydrostatische Flüssigkeitsdruck einen starken Einfluss auf die Porenmatrix-Mikrostruktur ausübt. Besonders bemerkenswert ist die stark anisotrope Porenstruktur des Knorpels, die es ermöglicht, auch bei großen Verformungen die axiale Porosität beizubehalten und dadurch die Flüssigkeitsströmung zur Oberfläche zu lenken – ein Mechanismus, der sowohl die Lastvert
Cette étude visait à analyser en temps réel les modifications structurelles du réseau poreux du cartilage articulaire et le comportement des fluides interstitiels sous compression dynamique. Les chercheurs ont utilisé une cellule de compression compatible RMN pour mesurer simultanément la déformation mécanique, les changements de structure poreuse, et la diffusion/écoulement de l'eau dans des échantillons de cartilage d'épaisseur complète sous charge compressive constante. Les résultats révèlent que les propriétés de diffusion et de conductivité hydraulique sont fortement influencées par la pression hydrostatique du fluide interstitiel lors de la déformation dynamique, différant significativement des conditions statiques d'équilibre. L'étude démontre également une structure poreuse hautement anisotrope qui préserve la porosité axiale même sous grandes déformations, facilitant l'écoulement du fluide vers la surface pour optimiser la lubrification articulaire et les mécanismes d'élastohydrodynamique.
This study investigated how voltage-gated potassium (K+) channels control the electrical properties of cartilage cells from mouse joints. The researchers used patch clamp electrophysiology to measure electrical currents and membrane potential in isolated chondrocytes, combined with molecular techniques to identify which K+ channel types were present. They found that chondrocytes primarily express Kv1.6 potassium channels, which generate large delayed rectifier K+ currents that activate around -50 mV and help maintain the cells' resting membrane potential at approximately -46 mV. These K+ currents appear crucial for allowing chondrocytes to recover their normal electrical state after depolarizing stimuli that might occur during joint loading, suggesting an important role in the cellular response to mechanical stress in cartilage.
Diese Studie untersuchte die Rolle spannungsgesteuerter Kaliumkanäle bei der Regulation des Membranpotentials in Maus-Gelenkchondrozyten. Mittels Patch-Clamp-Technik, quantitativer RT-PCR und immunologischen Methoden identifizierten die Forscher Kv1.6 als den am häufigsten exprimierten Kaliumkanal, der einen großen "Delayed Rectifier"-Kaliumstrom mit charakteristischen elektrophysiologischen Eigenschaften erzeugt. Die Ergebnisse zeigen, dass dieser Kaliumstrom sowohl zur Aufrechterhaltung des Ruhemembranpotentials (-46,4 mV) beiträgt als auch eine wichtige Rolle bei der Repolarisation nach Depolarisation spielt, wie sie beispielsweise durch mechanische Belastung des Gelenkknorpels auftreten kann. Diese Befunde verdeutlichen die physiologische Bedeutung von Kaliumkanälen für die elektrische Homöostase von Chondrozyten und deren Anpassung an mechanische Reize.
Cette étude visait à caractériser les courants potassiques voltage-dépendants dans les chondrocytes articulaires de souris et leur rôle dans la régulation du potentiel membranaire. Les méthodes comprenaient des enregistrements électrophysiologiques par patch-clamp sur des chondrocytes primaires en culture, associés à des analyses par RT-PCR quantitative et immunomarquage pour identifier les canaux K+ exprimés. Les résultats montrent que ces cellules expriment majoritairement des canaux Kv1.6 générant un courant potassique "rectifiant retardé" qui s'active près de -50 mV avec une demi-activation à -34,5 mV, et contribue au maintien du potentiel de repos à -46,4 mV. Ces courants K+ jouent un rôle physiologique crucial non seulement dans le maintien du potentiel membranaire de base, mais aussi dans la repolarisation cellulaire suite aux stimuli dépolarisants qui surviennent lors des contraintes mécaniques exercées sur le cartilage articulaire.
This review examines how articular cartilage and subchondral bone contribute to osteoarthritis (OA) development, focusing on the mechanisms by which altered joint loading leads to disease progression. The authors analyze existing literature on two primary pathways: abnormal loading on normal cartilage versus normal loading on abnormal cartilage, emphasizing the differential adaptive capacities of cartilage and bone tissues. The key finding is that bone adapts much more rapidly to mechanical changes than cartilage, particularly after acute joint injuries, creating an imbalance between these tissues that disrupts their normal physiological relationship. This tissue adaptation mismatch further accelerates OA pathology, highlighting the importance of understanding cartilage-bone interactions in disease development.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte die Rolle von Gelenkknorpel und subchondralem Knochen bei der Entstehung der Osteoarthritis (OA). Die Autoren analysierten die zugrundeliegenden Mechanismen, die OA-Entwicklung durch abnormale Belastung von normalem Knorpel oder normale Belastung von abnormalem Knorpel vorantreiben. Als Hauptergebnis wurde festgestellt, dass Chondrozyten im Vergleich zu Knochenzellen eine begrenzte Kapazität zur Reparatur und Anpassung der extrazellulären Matrix aufweisen, was zu einem Ungleichgewicht in der Anpassungsfähigkeit zwischen Knorpel und Knochen führt. Dieses Ungleichgewicht stört die physiologische Beziehung zwischen beiden Geweben und trägt maßgeblich zur OA-Pathologie bei, insbesondere nach akuten Verletzungen, die die Gelenkbiomechanik verändern.
Cette revue examine le rôle du cartilage articulaire et de l'os sous-chondral dans la pathogenèse de l'arthrose, en se concentrant sur les mécanismes par lesquels les altérations de la distribution des charges articulaires accélèrent le développement de la maladie. L'analyse distingue deux mécanismes fondamentaux : les charges anormales sur un cartilage normal versus les charges normales sur un cartilage anormal. Les auteurs soulignent que la capacité d'adaptation limitée des chondrocytes comparativement aux cellules osseuses crée un déséquilibre dans la réponse aux contraintes mécaniques, particulièrement après des traumatismes aigus. Ce déséquilibre adaptatif entre le cartilage et l'os perturbe leur relation physiologique et contribue à la progression de l'arthrose.
This review examines the role of TRPV4 (Transient Receptor Potential Vanilloid 4), a calcium-permeable ion channel, as a potential mechanosensory and osmosensory "sixth sense" in musculoskeletal tissues. The authors synthesized evidence from multiple studies investigating TRPV4 function across different musculoskeletal cell types, including chondrocytes, osteoblasts, and osteoclasts. Key findings show that TRPV4 controls cellular volume recovery in cartilage during osmotic stress, prevents bone loss during disuse, and promotes cartilage development by activating SOX9 transcription. The evidence suggests TRPV4 serves as a critical sensory mechanism that allows musculoskeletal cells to detect and respond to mechanical and osmotic changes in their environment.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Rolle des Ionenkanals TRPV4 (Transient Receptor Potential Vanilloid 4) als potentieller "sechster Sinn" des Bewegungsapparats, der mechanische und osmotische Reize wahrnimmt. Die Autoren analysieren vorhandene Literatur zur Expression und Funktion von TRPV4 in verschiedenen muskuloskelettalen Geweben, einschließlich Gelenkknorpel, Knochen und während der Skelettentwicklung. Die Ergebnisse zeigen, dass TRPV4 osmotische Sensitivität in Gelenkknorpel vermittelt, Knochenverlust bei Inaktivität verhindert und die Chondrogenese durch SOX9-Aktivierung fördert. Diese Befunde deuten darauf hin, dass TRPV4 eine zentrale regulatorische Rolle bei der Wahrnehmung physikalischer Reize und der Gewebehomöostase im Bewegungsapparat spielt.
Cette revue examine le rôle du canal ionique TRPV4 (Transient Receptor Potential Vanilloid 4) comme mécanisme de détection sensorielle dans les tissus musculosquelettiques. L'analyse porte sur l'expression et les fonctions de TRPV4 dans différents tissus : cartilage articulaire (régulation osmotique et récupération du volume cellulaire), tissu osseux (prévention de la perte osseuse liée à l'immobilisation) et développement squelettique (promotion de la chondrogenèse via SOX9). Les résultats montrent que TRPV4 agit comme un "sixième sens" en détectant les stimuli mécaniques et osmotiques, avec un rôle critique dans l'homéostasie et le développement des tissus musculosquelettiques. Ces données suggèrent que TRPV4 pourrait constituer une cible thérapeutique prometteuse pour les pathologies musculosquelettiques.
This study investigated how knee cartilage deforms and makes contact over time when subjected to constant body weight loading in living humans. The researchers used fluoroscopy and 3D MRI models to track cartilage behavior in six healthy knees during the first 300 seconds of full body weight loading, measuring peak contact deformation and contact area changes over time.
The study found that cartilage deformation and contact area increased rapidly during the first 20 seconds of loading, then stabilized after approximately 50 seconds. Peak deformation reached 10.5% in the medial compartment and 12.6% in the lateral compartment, while contact areas were 224 mm² (medial) and 123 mm² (lateral) after 50 seconds.
The medial and lateral knee compartments showed significantly different responses, with the lateral side experiencing greater peak deformation but the medial side having larger contact areas. These findings provide important baseline data for understanding normal cartilage function and can help improve laboratory experiments and computer models of knee joint mechanics.
Diese Studie untersuchte das zeitabhängige Kontaktverhalten des Gelenkknorpels im Kniegelenk von sechs gesunden Probanden während konstanter Vollkörpergewichtsbelastung über 300 Sekunden in vivo. Mittels biplanarer Fluoroskopie und 3D-MRT-Modellen wurden die Knorpelkontaktdeformation und -kontaktfläche zwischen medialem und lateralem Kompartiment analysiert. Die Ergebnisse zeigten eine schnelle Zunahme der Kontaktdeformation und -fläche in den ersten 20 Sekunden, die nach etwa 50 Sekunden konstant blieb, wobei das laterale Kompartiment eine größere maximale Deformation (12,6% vs. 10,5%) und das mediale eine größere Kontaktfläche (224 mm² vs. 123 mm²) aufwies. Diese Daten liefern wichtige Einblicke in die normale Knorpelfunktion und können zur Verbesserung von ex-vivo Experimenten und Computermodellen des Kniegelenks beitragen.
Cette étude a investigué le comportement de contact temporel du cartilage tibio-fémoral chez six sujets sains pendant les 300 premières secondes suivant l'application d'une charge constante équivalente au poids corporel complet. Les chercheurs ont utilisé une combinaison de fluoroscopie biplane pour capturer les positions in-vivo du genou et de modèles 3D créés à partir d'IRM pour analyser la déformation et l'aire de contact du cartilage. Les résultats montrent une augmentation rapide de la déformation et de l'aire de contact pendant les 20 premières secondes, atteignant un plateau après 50 secondes, avec des différences significatives entre les compartiments : le compartiment latéral présentait une déformation maximale plus importante (12,6% vs 10,5%) tandis que le compartiment médial montrait une aire de contact plus grande (224 mm² vs 123 mm²). Ces données fournissent des informations précieuses sur la fonction normale du cartilage in-vivo et peuvent guider l'amélioration des expériences ex-vivo ainsi que la validation de modèles computationnels du genou.
This study investigated how different types of physical activities affect ankle cartilage deformation in living humans. The researchers used MRI scans to create 3D reconstructions of talar (ankle bone) cartilage in 13 healthy subjects, measuring cartilage volume before and after four different weight-bearing exercises: bilateral knee bends, unilateral knee bends, static standing on one leg, and drop jumps. All exercises caused significant cartilage volume decreases (deformation) ranging from 7.7% to 14.6%, with static standing producing the greatest deformation (14.6%) followed by drop jumps (12.5%). Importantly, static loading caused significantly more cartilage deformation than dynamic loading, challenging previous assumptions about how ankle cartilage responds to different types of mechanical stress.
Diese Studie untersuchte die Verformung des Sprunggelenkknorpels (Talus) unter verschiedenen in vivo Belastungsbedingungen mittels 3D-MRT-Volumenmessungen. An 13 gesunden Probanden wurden vier verschiedene gewichtstragende Übungen mit zunehmender Belastungsintensität durchgeführt (bilaterale Kniebeugen, unilaterale Kniebeugen, unilateraler statischer Stand, Sprunglandungen). Die Ergebnisse zeigten signifikante Knorpelverformungen (Volumenabnahme) zwischen 7,7% und 14,6% bei allen Übungen, wobei statische Belastung (14,6%) zu deutlich stärkerer Verformung führte als dynamische Belastung (7,7%). Diese Befunde belegen, dass Sprunggelenkknorpel erhebliche Verformungen unter physiologischen Belastungen erfährt, mit ausgeprägteren Effekten bei statischer im Vergleich zu dynamischer Belastung.
Cette étude visait à déterminer la déformation du cartilage talaire lors de différentes conditions de charge in vivo et à comparer l'impact de quatre exercices en appui. Les chercheurs ont utilisé l'IRM pour générer des reconstructions 3D du cartilage talaire chez 13 sujets sains, calculant les changements de volume avant et après quatre exercices d'impact croissant (flexions bilatérales < unilatérales < sauts avec chute) et deux types de charge (dynamique vs statique). Les résultats montrent une déformation substantielle du cartilage talaire avec des diminutions de volume variant de 7,7% à 14,6% selon l'exercice, la charge statique unilatérale produisant significativement plus de déformation (14,6%) que les exercices dynamiques. Cette étude révèle que le cartilage talaire subit des déformations importantes lors de la mise en charge, avec une déformation plus marquée lors des charges statiques comparées aux charges dynamiques.
This preclinical study evaluated the Dynesys dynamic spinal stabilization system in baboons to assess its biomechanical effects and tissue compatibility over time. The researchers implanted the device across two lumbar levels in 8 baboons and performed biomechanical testing and histological analysis at acute, 6-month, and 12-month timepoints, comparing results to 6 control animals.
The key findings showed that spinal motion was initially restricted to 27% of normal but gradually recovered to 70% of normal by 12 months, with complete motion restoration after device removal. Importantly, no facet joint degeneration was observed at either the instrumented or adjacent levels throughout the study period.
However, screw loosening emerged as a concern, with 25% of screws (3 of 12) showing radiolucency at 12 months, suggesting potential long-term fixation challenges despite the otherwise favorable biomechanical and biological outcomes.
Diese präklinische Studie untersuchte die biomechanischen Auswirkungen und Sicherheit des Dynesys dynamischen Stabilisierungssystems der Wirbelsäule über einen Zeitraum von 12 Monaten. Die Forscher verwendeten 14 Paviane, bei denen das System implantiert wurde, und führten biomechanische Tests sowie histopathologische Untersuchungen der Facettengelenke zu verschiedenen Zeitpunkten durch. Die Hauptergebnisse zeigten, dass das System die Wirbelsäulenbeweglichkeit zunächst stark reduzierte (27% der normalen Flexion-Extension), diese sich aber über die Zeit erholte (70% nach 12 Monaten), wobei nach Entfernung des Systems die normale Beweglichkeit vollständig wiederhergestellt wurde. Während keine Facettengelenkdegeneration beobachtet wurde, trat bei 25% der Schrauben nach 12 Monaten eine Lockerung auf, was ein wichtiger Sicherheitsaspekt für die klinische Anwendung darstellt.
Cette étude préclinique visait à évaluer les effets biomécaniques du système de stabilisation dynamique postérieure Dynesys sur la colonne lombaire de primates non-humains (babouins) à court et long terme. Les chercheurs ont combiné des tests biomécaniques in vitro et in vivo sur 14 babouins, avec analyse histologique des articulations facettaires et surveillance du descellement vis à 6 et 12 mois post-opératoires. Les résultats montrent une restauration progressive de la mobilité rachidienne (de 27% à 70% de la condition intacte entre la phase aiguë et 12 mois), sans dégénérescence des facettes articulaires ni arthrose. Cependant, un taux de descellement vis de 25% a été observé à 12 mois, soulevant des questions sur la fixation à long terme du dispositif.
This study investigated whether the TRPV4 ion channel, which responds to mechanical and osmotic stimuli, plays a protective role in joint health by examining mice lacking this channel. Researchers used histological analysis, micro-CT imaging, and calcium signaling measurements to assess knee joints and cartilage cell responses in TRPV4-deficient mice at different ages compared to normal mice. The results showed that mice without TRPV4 developed severe osteoarthritis with cartilage breakdown and increased bone density, particularly in males and with advancing age, while their cartilage cells failed to respond normally to osmotic stress. These findings suggest that TRPV4-mediated calcium signaling is essential for maintaining healthy joints and preventing osteoarthritis progression.
Diese Studie untersuchte die Rolle des Ionenkanals TRPV4 bei der Gelenkgesundheit und mechanischen Signalübertragung in Knorpelzellen. Die Forschenden analysierten Kniegelenke von TRPV4-defizienten Mäusen mittels Histologie und Mikro-CT über verschiedene Altersgruppen (4-12 Monate) und untersuchten die Calcium-Signalgebung in Chondrozyten mittels Fluoreszenz-Bildgebung bei osmotischen Stimuli. Die Ergebnisse zeigten, dass TRPV4-defiziente Mäuse schwere arthrotische Veränderungen entwickelten - einschließlich Knorpelfibrilierung und Proteoglykanverlust - wobei diese Effekte alters- und geschlechtsabhängig (verstärkt bei Männchen) auftraten. Die Studie belegt, dass TRPV4-vermittelte Calcium-Signalwege entscheidend für die Erhaltung der Gelenkgesundheit sind, da ihr Fehlen zu progressiver Osteoarthrose und erhöhter
Cette étude examine le rôle du canal ionique TRPV4 dans la santé articulaire en analysant des souris déficientes en TRPV4 (TRPV4-/-) à différents âges (4, 6, 9 et 12 mois) par histologie, micro-CT et imagerie calcique. Les méthodes incluent l'évaluation des changements ostéoarthritiques du genou et la quantification de la signalisation calcique chondrocytaire en réponse aux stimuli osmotiques. Les résultats révèlent que la délétion de TRPV4 entraîne des changements ostéoarthritiques sévères (fibrillation cartilagineuse, éburnation, perte de protéoglycanes) dépendants de l'âge et du sexe masculin, ainsi qu'une augmentation du volume osseux sous-chondral et une abolition de la réponse calcique aux stress hypo-osmotiques. Ces findings suggèrent un rôle chondroprotecteur critique de TRPV4 dans le maintien de la santé articulaire via la signalisation calcique mécanosensible.
This randomized controlled trial investigated how acute exercise affects inflammatory markers directly within knee joints of patients with osteoarthritis. The researchers used microdialysis catheters placed both inside the joint space and around the synovium in 31 women with knee OA, comparing those who performed resistance exercise (25 sets at 60% maximum strength) versus non-exercise controls.
Exercise significantly increased levels of interleukin-10 (IL-10), an anti-inflammatory cytokine, in both joint compartments over three hours post-exercise, while IL-10 levels remained unchanged in the control group. Additionally, cartilage oligomeric matrix protein (COMP), a marker of cartilage breakdown, decreased within the joint after exercise compared to controls.
These findings suggest that acute exercise triggers beneficial anti-inflammatory responses directly within osteoarthritic knee joints, potentially explaining why exercise is therapeutic for knee OA patients.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersuchte die akuten biochemischen Veränderungen im Kniegelenk von 31 Frauen mit Kniearthrose nach einer einzelnen Trainingseinheit. Mittels Mikrodialyse-Kathetern wurden über drei Stunden sowohl intraartikulär als auch peri-synovial Entzündungs- und Knorpelmarker gemessen, nachdem die Teilnehmerinnen entweder ein Krafttraining (25 Sätze à 10 Wiederholungen bei 60% 1RM) absolvierten oder in der Kontrollgruppe nicht trainierten. Die Hauptergebnisse zeigten, dass körperliche Aktivität zu einem signifikanten Anstieg des anti-entzündlichen Zytokins Interleukin-10 in beiden Gelenkkompartimenten führte, während gleichzeitig der Knorpelmarker COMP intraartikulär abnahm. Diese Befunde deuten auf eine chondroprotektive, anti-entzündliche Reaktion durch Training hin und könnten die therapeutischen Effekte von Bewegung bei Kniearthrose erklären
Cette étude randomisée contrôlée visait à évaluer les effets d'un exercice de résistance aigu sur les marqueurs biochimiques du cartilage et de l'inflammation chez 31 femmes souffrant d'arthrose du genou. Les chercheurs ont utilisé la microdialyse pour mesurer les concentrations de biomarqueurs dans les compartiments intra-articulaire et péri-synovial pendant trois heures après l'exercice (25 séries de 10 répétitions à 60% de 1RM) ou l'absence d'exercice. Les résultats montrent une augmentation significative de l'interleukine-10 (IL-10), une cytokine anti-inflammatoire chondroprotectrice, dans les deux compartiments chez le groupe exercice, ainsi qu'une diminution de la protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse (COMP) intra-articulaire. Ces findings suggèrent que l'exercice induit une réponse anti-inflammatoire bénéfique qui pourrait expliquer les effets thérapeutiques de l'activité physique dans l'arthrose du genou.
This finite element study investigated how the superficial tangential zone (STZ) - the top layer of cartilage - affects the mechanical behavior of repaired cartilage under different loading conditions. The researchers used computer models that incorporated realistic cartilage properties, including collagen fiber behavior and fluid flow, and compared loading through rigid surfaces versus normal cartilage contact. The key finding was that adding a normal STZ over repaired cartilage significantly improved its mechanical performance, reducing surface compression by 15%, decreasing harmful stresses by 21%, and increasing protective fluid pressure by 13% compared to repairs without an STZ. The results suggest that recreating proper STZ function is critical for successful cartilage repair, and that using physiologically realistic loading conditions (cartilage-on-cartilage contact) provides more accurate insights than simplified rigid surface models.
Diese Finite-Elemente-Studie untersuchte die Rolle der oberflächlichen Tangentialzone (STZ) bei normalen und reparierten Gelenkknorpelflächen unter verschiedenen Kontaktbedingungen, da bisherige Tissue-Engineering-Ansätze die normale STZ-Funktion nicht erfolgreich replizieren konnten. Die Forscher verwendeten komplexe biomechanische Modelle mit veränderlichen Kontaktflächen, nichtlinearer Kollagenmodellierung und physiologischen Belastungsbedingungen durch normalen Knorpel im Vergleich zu starren Oberflächen. Die Ergebnisse zeigten, dass eine normale STZ über dem Reparaturgewebe die axiale Kompression um 15% reduzierte, die von-Mises-Spannung um 21% senkte und den Fluiddruck um 13% erhöhte, wodurch die biomechanischen Eigenschaften wieder näher an normalen Knorpel heranreichten. Die Studie unterstreicht, dass hochwertige STZ-Eigenschaften entscheidend für das Überleben transplantierter Knorpelkonstrukte sind und emp
Cette étude par éléments finis visait à examiner le rôle de la zone tangentielle superficielle (STZ) dans les surfaces articulaires normales et réparées sous différentes conditions de contact. Les auteurs ont utilisé des modèles incorporant des changements temporels de distribution de pression, une non-linéarité tension-compression pour modéliser le collagène de la STZ, et une géométrie non-linéaire pour accommoder les déformations finies. Les résultats montrent qu'une STZ normale placée sur une région de réparation réduit la compression axiale de 15%, diminue le stress de von Mises de 21% et augmente la pression fluidique de 13%, tout en rétablissant des patterns d'écoulement et de déformation proches du cartilage normal. Cette étude confirme l'importance critique des propriétés de la STZ pour la survie des construits transplantés et recommande l'utilisation de modèles de contact plus physiologiques pour évaluer les propriétés essentielles au succès des tissus de réparation.
This study aimed to develop a more comprehensive bioreactor system that could better mimic the complex mechanical environment of natural articular cartilage for tissue engineering applications. The researchers designed a novel "rolling-compression loading bioreactor" that provides multiple types of mechanical stimulation simultaneously, unlike existing bioreactors that typically apply only one or two types of mechanical forces (such as compression, shear, or fluid flow). The authors propose that their comprehensive bioreactor system, which combines rolling and compression forces, can more accurately simulate the natural biomechanical conditions experienced by cartilage in vivo. They suggest this multi-mechanical stimulation approach will enhance the development of functional cartilage tissue constructs compared to current limited mechanical loading systems.
Diese Studie zielte darauf ab, einen neuartigen Bioreaktor zu entwickeln, der die komplexe mechanische Umgebung des natürlichen Gelenkknorpels besser nachahmt als bisherige Systeme. Die Forscher konstruierten einen "Rolling-Compression Loading Bioreaktor", der multiple mechanische Stimulationen kombiniert, um die funktionellen Eigenschaften von natürlichem Gelenkknorpel zu simulieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bioreaktoren, die nur ein oder zwei mechanische Kräfte anwenden, kann dieses neue System umfassende biomechanische Bedingungen bereitstellen. Die Autoren schlagen vor, dass dieser innovative Ansatz die In-vitro-Kultivierung von funktionellem Knorpelgewebe für das Tissue Engineering erheblich verbessern könnte.
Cette étude vise à développer un bioréacteur innovant capable de simuler fidèlement l'environnement mécanique complexe du cartilage articulaire normal pour la culture in vitro de cartilage fonctionnel. Les chercheurs ont conçu un bioréacteur à chargement par roulement-compression qui applique des stimulations mécaniques multiples, contrairement aux systèmes existants qui n'utilisent qu'une ou deux forces externes partielles. Ce dispositif reproduit de manière plus complète les conditions biomécaniques physiologiques incluant les forces de compression et de cisaillement, les flux fluidiques, la pression hydrostatique et les déformations tissulaires. Les auteurs proposent que cette approche biomimétique globale pourrait considérablement améliorer la culture de construits cartilagineux fonctionnels par ingénierie tissulaire.
This study investigated how mechanical loading affects MRI-based cartilage assessment in healthy and osteoarthritic knees. The researchers used T1ρ and T2 MRI sequences to examine knee cartilage in 20 osteoarthritis patients and 10 controls, comparing measurements taken without load versus with 50% body weight loading.
Acute loading significantly decreased both T1ρ and T2 relaxation times in the medial knee compartment (but not lateral), regardless of osteoarthritis severity, with cartilage containing small focal lesions showing the greatest changes in T1ρ values.
These findings suggest that loading-induced changes in T1ρ relaxation times may reflect cartilage biomechanical properties and could serve as a sensitive tool for detecting early cartilage deterioration before visible structural damage occurs.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen akuter mechanischer Belastung auf MRT-basierte T1ρ- und T2-Relaxationszeiten des Kniegelenkknorpels bei 20 Patienten mit Osteoarthritis und 10 gesunden Kontrollpersonen. Die Forscher führten MRT-Messungen sowohl unter unbelasteten Bedingungen als auch unter 50% Körpergewichtsbelastung durch und analysierten die Knorpelkompartimente mittels semi-automatischer Segmentierung. Die Ergebnisse zeigten, dass akute Belastung zu einer signifikanten Abnahme der T1ρ- und T2-Relaxationszeiten im medialen Kniekompartiment führte, während das laterale Kompartiment unverändert blieb. Besonders interessant war, dass Knorpelregionen mit kleinen fokalen Läsionen die größten belastungsinduzierten T1ρ-Veränderungen aufwiesen, was darauf hindeutet, dass diese Parameter als sensitive Biomarker für frühe Knorpelschäden dienen könnten.
Cette étude évalue l'effet d'une charge aiguë (50% du poids corporel) sur les temps de relaxation T1ρ et T2 du cartilage articulaire du genou, comparant 20 sujets arthrosiques et 10 témoins appariés par âge. L'acquisition IRM a été réalisée en conditions non chargée et chargée, avec segmentation semi-automatique des masques cartilagineux et évaluation des lésions par score WORMS modifié. Les résultats montrent une diminution significative des temps T1ρ (44,5 vs 40,2 ms) et T2 (31,8 vs 30,5 ms) dans le compartiment médial sous charge, indépendamment du degré d'arthrose, avec des changements plus marqués dans les régions présentant de petites lésions focales. Ces données suggèrent que les variations de T1ρ sous charge reflètent les propriétés biomécaniques du cartilage et pourraient constituer un outil diagnostique précoce de la pathologie cartilagineuse.
This study aimed to compare patellar cartilage characteristics between young women with patellofemoral pain (PFP) and pain-free controls to understand potential cartilage-related mechanisms underlying PFP. Researchers used quantitative MRI to measure cartilage thickness and T2 relaxation times in 10 women with PFP and 10 matched controls, both at baseline and after performing 50 deep knee bends. Women with PFP showed significantly thinner baseline patellar cartilage (14% reduction in lateral facet and total cartilage) and demonstrated less cartilage deformation after exercise compared to controls (2.1% vs 8.9% thickness change in lateral facet). These findings suggest that reduced cartilage thickness and impaired mechanical responsiveness may contribute to PFP symptoms, potentially reflecting compromised cartilage function in load absorption and distribution.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte, ob sich die Knorpeleigenschaften der Kniescheibe zwischen jungen Frauen mit patellofemoralen Schmerzen (PFP) und schmerzfreien Kontrollen unterscheiden. Mittels quantitativer Magnetresonanztomographie wurden bei 10 PFP-Patientinnen und 10 gematchten Kontrollen die Knorpeldicke und T2-Relaxationszeit vor und nach 50 tiefen Kniebeugen gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass Frauen mit PFP eine um etwa 14% reduzierte Baseline-Knorpeldicke aufwiesen und nach Belastung eine deutlich geringere Knorpelverformung (2,1% vs. 8,9% an der lateralen Patellafacette) im Vergleich zu den Kontrollen zeigten. Diese Befunde deuten darauf hin, dass eine reduzierte Knorpeldicke und verminderte Verformungsfähigkeit des Patellaknorpels mit dem Auftreten von patellofemoralen Schmerzen assoziiert
Cette étude visait à comparer les propriétés du cartilage patellaire chez de jeunes femmes avec et sans douleur patellofémorale (DPF) en utilisant l'IRM quantitative. Vingt femmes (10 avec DPF, 10 témoins) ont subi une imagerie IRM avant et après 50 flexions profondes du genou pour mesurer l'épaisseur cartilagineuse et les temps de relaxation T2. Les résultats montrent que les femmes avec DPF présentent une réduction de 14% de l'épaisseur cartilagineuse patellaire au repos et une capacité de déformation réduite après l'exercice (2,1% vs 8,9% pour la facette latérale). Ces altérations du cartilage patellaire pourraient contribuer à l'incapacité d'absorber et distribuer efficacement les forces articulaires chez les patientes souffrant de DPF.
This study aimed to identify specific deformation patterns in patellar (kneecap) cartilage after different loading activities to understand where contact and stress occur during knee movement. Researchers used high-resolution 3D MRI at 3 Tesla to examine 7 healthy kneecaps before and immediately after standardized exercises (kneeling, squatting, or knee bends), then again after 90 minutes of rest, measuring changes in cartilage thickness and volume with sophisticated image analysis techniques. The study found that cartilage deformation occurred in predictable oval-shaped areas on the peripheral medial and caudo-lateral aspects of the patella, with local thickness reductions of about 14% and overall volume changes of 2-4%, with different loading patterns producing distinct deformation zones. This research provides the first detailed in-vivo mapping of patellar cartilage contact zones, offering valuable insights into areas where stress-related cartilage degeneration and osteoarthritis may originate, which could improve biomechanical models and help understand individual knee loading properties.
Diese Studie untersuchte die lokalen Verformungsmuster des Knorpels der Kniescheibe (Patella) nach verschiedenen Belastungsübungen, um Kontaktzonen zu identifizieren. Die Forschenden verwendeten hochauflösende 3D-MRT-Bildgebung bei 3 Tesla, um 7 gesunde Kniescheiben vor und nach standardisierten Belastungen (Knien, Hocken, Kniebeugen) sowie nach 90 Minuten Erholung zu untersuchen und voxelbasierte Dickendifferenzkarten zu erstellen. Die Ergebnisse zeigten charakteristische ovale Verformungsareale in den peripheren medialen und caudo-lateralen Bereichen der Patella, wobei die fokale Knorpelverformung 14% der lokalen Dickenreduktion entsprach und bei Kniebeugen am geringsten ausgeprägt war. Diese erstmalige in-vivo Darstellung von belastungsabhängigen Knorpelverformungen könnte zum Verständnis individueller Kniebelastungen beitragen und Bereiche identifizieren, in denen st
Cette étude visait à analyser les patterns de déformation du cartilage patellaire après différents types d'exercices de charge (agenouillement, accroupissement, flexions de genoux) pour identifier les zones de contact articulaire. Sept rotules saines ont été examinées par IRM 3D haute résolution à 3 Tesla avant et après les exercices standardisés, puis après 90 minutes de repos, avec segmentation du cartilage et reconstruction 3D pour une analyse volumétrique voxel par voxel. Les résultats révèlent des zones de déformation focale ovales, principalement localisées dans les régions médiale périphérique et caudo-latérale de la patella, avec une réduction d'épaisseur locale de 14% et des changements volumétriques globaux de 2,1 à 3,7%. Cette première étude in-vivo permet d'identifier les zones de contact et de charge patellaires spécifiques à chaque exercice, fournissant des données importantes pour comprendre les propriétés biomécaniques individuelles du genou et améliorer les modèles prédictifs de dégénérescence arthrosique.
This study investigated whether contrast-enhanced computed tomography (CECT) can detect acute mechanical injury to articular cartilage by measuring how contrast agents diffuse into the tissue. The researchers used bovine cartilage samples, applying impact injury to some while leaving others as controls, then tracked the penetration of two contrast agents (ioxaglate and sodium iodide) over 25 hours using micro-CT imaging. The key finding was that injured cartilage showed significantly greater contrast agent penetration within just 1 hour, and measuring the diffusion flux of ioxaglate could detect injury within 30-60 minutes without waiting for full equilibrium. These results suggest CECT has potential as a diagnostic tool for early cartilage damage, though the authors note that clinical application remains challenging and requires further research.
Diese Studie untersuchte, ob mechanische Knorpelschäden mittels kontrastverstärkter Computertomographie (CECT) durch Messung der Kontrastmitteldiffusion detektiert werden können. An 36 osteochondralen Plugs aus Rinderpatellae wurden mechanische Verletzungen durch Stoßbelastung erzeugt und anschließend die Diffusion von Kontrastmitteln (Ioxaglat oder Natriumiodid) über 25 Stunden mittels Mikro-CT verfolgt. Die Ergebnisse zeigten, dass geschädigte Knorpelproben bereits nach einer Stunde eine signifikant höhere Kontrastmittelpenetration aufwiesen, wobei der Diffusionsflux von Ioxaglat durch die Gelenkoberfläche besonders sensitiv war und Verletzungen bereits nach 30-60 Minuten detektieren konnte. Die Autoren schlussfolgern, dass CECT prinzipiell zur Diagnose akuter Knorpelschäden geeignet ist, jedoch weitere systematische Studien für die klinische Anwendbarkeit erforderlich sind
Cette étude avait pour objectif d'évaluer la capacité de la tomodensitométrie avec produit de contraste (CECT) à détecter les lésions cartilagineuses aiguës causées par un traumatisme mécanique. Les chercheurs ont utilisé des échantillons ostéochondraux bovins (n=36), dont certains ont été endommagés par impact mécanique, puis immergés dans des solutions de contraste (ioxaglate ou iodure de sodium) et imagés par micro-CT sur 25 heures. Les résultats montrent une pénétration significativement plus importante des agents de contraste dans le cartilage lésé dès 1 heure, avec un flux de diffusion de l'ioxaglate significativement plus élevé à 30-60 minutes post-immersion. La CECT pourrait donc représenter un outil diagnostique prometteur pour identifier précocement les lésions cartilagineuses, bien que son application clinique in vivo nécessite des études complémentaires approfondies.
This study aimed to develop and validate a computer-controlled bioreactor system capable of applying both compressive and shear forces to 3D tissue constructs for cartilage tissue engineering research. The researchers validated the system by testing the spatial and temporal accuracy of the loading platens and confirming that specimens experienced uniform deformation under bi-axial loading conditions. The bioreactor successfully delivered precise mechanical stimulation, with homogeneous deformation observed across all test specimens. The validated system is designed specifically for culturing chondrocytes in agarose hydrogels under physiological loading conditions, enabling researchers to study how cells respond to various multi-dimensional mechanical stimulation patterns over both short and long time periods.
Diese Studie hatte zum Ziel, einen computergesteuerten Bioreaktor zu entwickeln und zu validieren, der zweiachsige mechanische Belastungen auf dreidimensionale Knorpel-Gewebekonstrukte ausüben kann. Der Bioreaktor wurde durch Überprüfung der räumlichen und zeitlichen Genauigkeit der Plattenbewegungen validiert, wobei sowohl axiale Kompression als auch Scherkräfte einzeln oder gleichzeitig bei verschiedenen Dehnungs- und Frequenzmustern angewendet werden können. Die Validierungstests zeigten eine zuverlässige und reproduzierbare Kraftübertragung auf die Proben mit homogener Verformung. Das System ermöglicht die kontrollierte Kultivierung von Chondrozyten in Agarose-Hydrogelen unter physiologischen Belastungsbedingungen und soll zur quantitativen Charakterisierung der biosynthetischen Zellaktivität unter verschiedenen mehrdimensionalen Belastungsregimen eingesetzt werden.
Cette étude présente le développement et la validation d'un bioréacteur contrôlé par ordinateur conçu pour appliquer des charges bi-axiales (compression et cisaillement) sur des construits de cartilage ingéniéré en trois dimensions. Le système a été validé en vérifiant la précision spatiale et temporelle des mouvements de plateaux, ainsi que sa capacité à délivrer des charges bi-axiales précises et homogènes sur les échantillons. Les tests ont confirmé la fiabilité et la reproductibilité du bioréacteur, qui maintient ses performances sur toute sa durée de fonctionnement. Ce système permet la culture de chondrocytes ensemencés dans un hydrogel d'agarose sous stimulations mécaniques physiologiques, facilitant l'évaluation quantitative et répétable de l'activité biosynthétique cellulaire en réponse à divers régimes de charge multi-dimensionnels.
This study aimed to develop and experimentally validate a finite element (FE) modeling approach for hip hemiarthroplasty using porcine acetabular cartilage. The researchers first determined cartilage material properties (elastic modulus and permeability) through curve-fitting experimental data, then created specimen-specific 3D FE models using μCT imaging and tested them against physical experiments where porcine acetabular cups were loaded with 400N using a 34mm CoCr femoral head. The FE models showed good agreement with experimental results, with peak contact stress differences of 12.42% and contact area differences of 20.69%, validating the modeling methodology for future use. The study found very high peak contact stresses (up to 14.09 MPa) and revealed that fluid load support was approximately 80% immediately after loading, which was lower than expected due to the smaller contact area and easier fluid drainage in this non-conforming joint configuration.
Diese Studie zielte darauf ab, eine Finite-Elemente (FE) Methodik zur Modellierung von Hemiarthroplastien des Hüftgelenks experimentell zu validieren. Die Forscher bestimmten zunächst die Materialeigenschaften von Schweineknorpel aus dem Acetabulum und erstellten anschließend spezimen-spezifische 3D-FE-Modelle mittels μCT-Bildgebung, welche unter 400N Belastung mit einem 34mm CoCr-Femurkopf getestet wurden. Die Ergebnisse zeigten sehr hohe Spitzenkontaktspannungen (maximal 14,09 MPa) und eine gute Übereinstimmung zwischen experimentellen und FE-vorhergesagten Werten mit maximalen Abweichungen von 12,42% für Kontaktspannungen und 20,69% für Kontaktflächen. Die validierte Methodik kann als Grundlage für zukünftige biomechanische Studien von Hüftgelenkersätzen dienen, wobei die FE-Modelle zeigten, dass unmittelbar nach der
Cette étude visait à valider expérimentalement une méthodologie par éléments finis pour modéliser l'hémiarthroplastie de hanche en utilisant des acétabulums porcins. Les chercheurs ont d'abord déterminé les propriétés matérielles du cartilage acétabulaire porcin, puis créé des modèles 3D spécifiques à chaque spécimen via μCT pour simuler le contact avec une tête fémorale CoCr de 34mm sous charge de 400N. Les résultats montrent une bonne concordance entre les prédictions du modèle et les mesures expérimentales, avec des erreurs de 12,42% pour les contraintes de contact maximales (jusqu'à 14,09 MPa) et 20,69% pour les surfaces de contact. Cette méthodologie validée révèle également que le support fluidique représente environ 80% de la charge immédiatement après application, ce qui est inférieur aux contacts conformes classiques du cartilage biphasique en raison de la surface de contact réduite facilitant l'exsudation du fluide.
This study aimed to compare cartilage deformation patterns between healthy and osteoarthritic (OA) knees during loading using MRI imaging. The researchers used 3Tesla MRI to measure cartilage thickness in 30 women (11 healthy, 19 with OA) under both unloaded conditions and while applying 50% body weight load to the knee. Under loading, cartilage became significantly thinner in the medial tibia (-2.7%), weight-bearing medial femur (-4.1%), and lateral tibia (-1.8%), with OA knees showing greater deformation than healthy knees, particularly in medial compartments. The findings suggest that OA alters cartilage mechanical properties and that cartilage loss in OA progression is mechanically driven, as deformation patterns correspond to areas typically affected in the disease.
Diese Studie untersuchte die Knorpelverformung im Kniegelenk bei gesunden und arthrotischen Knien mittels 3-Tesla-MRT-Bildgebung unter Belastungsbedingungen. Bei 30 Frauen wurde die Knorpeldicke im femorotibialen Gelenkspalt sowohl unbelastet als auch unter 50% Körpergewichtbelastung bei 20° Knieflexion gemessen. Die Ergebnisse zeigten signifikante Knorpelverdünnung unter Belastung in der medialen Tibia (-2,7%), dem belastungstragenden medialen Femur (-4,1%) und der lateralen Tibia (-1,8%), wobei arthrotische Knorpel tendenziell stärkere Verformungen aufwiesen als gesunde. Diese Befunde deuten darauf hin, dass Arthrose die mechanischen Eigenschaften des Knorpels verändert und der Knorpelverlust bei Arthrose mechanisch bedingt ist.
Cette étude visait à comparer la magnitude et les patterns spatiaux de déformation du cartilage fémoro-tibial in vivo entre des genoux sains et arthrosiques chez la femme. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 3T pour mesurer l'épaisseur cartilagineuse dans des conditions de charge (50% du poids corporel) et sans charge chez 30 femmes (11 saines, 19 avec arthrose radiographique). Les résultats montrent une déformation significative du cartilage sous charge dans le tibia médial (-2.7%), le fémur médial (-4.1%) et le tibia latéral (-1.8%), avec une tendance à une déformation plus importante dans les genoux arthrosiques que sains. Cette étude suggère que l'arthrose altère les propriétés mécaniques du cartilage et que la perte cartilagineuse dans la progression de l'arthrose est mécaniquement déterminée.
This study investigated how different types of physical activity affect knee cartilage structure and a blood marker of cartilage metabolism called COMP (cartilage oligomeric matrix protein). Fourteen healthy adults performed three 30-minute sessions on separate days: drop landings from a 73cm platform, running at moderate pace, and resting, with MRI scans measuring cartilage changes and blood samples tracking COMP levels before and after each activity.
Both running and drop landing caused immediate increases in serum COMP levels (approximately 30% for both activities), while running produced significantly greater cartilage deformation than drop landing, particularly in the lateral tibia region. Interestingly, changes in COMP levels correlated with cartilage volume changes only after drop landing but not after running, suggesting that different loading patterns affect cartilage through distinct mechanical and biochemical pathways.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen unterschiedlicher Belastungsformen auf die Knieknorpeldeformation und die Serum-COMP-Konzentration als Biomarker für Knorpelstoffwechsel. 14 gesunde Erwachsene absolvierten drei 30-minütige Interventionen (Laufen, Drop Landings aus 73 cm Höhe, Ruhen), wobei Knorpelvolumen und -dicke mittels MRT sowie COMP-Spiegel im Serum zu verschiedenen Zeitpunkten gemessen wurden. Sowohl Laufen als auch Drop Landings führten zu einem sofortigen Anstieg der COMP-Konzentration um etwa 30%, während die Knorpeldeformation nach dem Laufen ausgeprägter war als nach Drop Landings, insbesondere in der lateralen Tibia. Interessant war, dass eine signifikante Korrelation zwischen COMP-Veränderungen und Knorpelvolumen nur nach Drop Landings, nicht aber nach dem Laufen beobachtet wurde, was auf unterschiedliche mechanische und biochemische Anpassungsmechanismen hindeutet.
Cette étude a examiné l'effet de deux types d'exercices (course à pied et sauts depuis une plateforme) sur la déformation du cartilage du genou et les concentrations sériques de COMP chez 14 adultes sains. Les chercheurs ont utilisé l'IRM pour mesurer les changements de volume et d'épaisseur du cartilage, ainsi que des prélèvements sanguins répétés pour quantifier la COMP sérique avant et après chaque intervention de 30 minutes. Les deux types d'exercices ont provoqué une augmentation immédiate similaire de la COMP sérique (~30%), mais la course a induit une déformation cartilagineuse plus prononcée que les sauts, particulièrement au niveau du tibia latéral. Une corrélation significative entre les variations de COMP et les changements de volume cartilagineux n'a été observée qu'après l'intervention de saut, suggérant que la relation entre ces biomarqueurs dépend de facteurs mécaniques et biochimiques spécifiques au type d'exercice.
This study investigated the causes of acute hip pain worsening in patients with skeletal dysplasias affecting cartilage development. The researchers examined 7 patients (10 hips) with multiple epiphyseal dysplasia or spondyloepiphyseal dysplasia who experienced significant increases in hip pain and mechanical symptoms, using arthrotomy or arthroscopy to directly visualize joint problems. They found various intra-articular pathologies including loose bodies, cartilage deterioration (chondromalacia), and labral tears, with chondral avulsion fractures specifically identified in the three patients who had sudden onset of severe symptoms during normal activities. The findings demonstrate that patients with these skeletal dysplasias are prone to developing significant joint problems that can cause acute worsening of their baseline hip symptoms.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die Ursachen für akute Verschlechterungen der Hüftsymptomatik bei Patienten mit multipler epiphysärer Dysplasie oder spondyloepiphysärer Dysplasie. Sieben Patienten (10 Hüften) mit verstärkten Schmerzen und mechanischen Symptomen wurden mittels Arthrotomie oder Arthroskopie untersucht. Die intraartikulären Befunde umfassten freie Gelenkkörper, Chondromalazie und Labrumläsionen, wobei bei den drei Patienten mit plötzlicher Schmerzverstärkung chondrale Avulsionsfrakturen nachgewiesen wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Patienten mit epiphysären Dysplasien bedeutsame intraartikuläre Pathologien auftreten können, die eine operative Abklärung rechtfertigen.
Cette étude visait à identifier l'étiologie des changements symptomatiques aigus et subaigus de la hanche chez des patients atteints de dysplasie épiphysaire multiple ou spondylo-épiphysaire. Sept patients (10 hanches) présentant une augmentation de la douleur et des symptômes mécaniques ont été évalués par arthrotomie ou arthroscopie. Les examens intra-articulaires ont révélé des corps libres, une chondromalacie, une pathologie labrale, et notamment des fractures d'avulsion chondrale chez les trois patients ayant présenté une aggravation soudaine des symptômes. L'étude démontre que des pathologies intra-articulaires significatives peuvent se développer chez les patients atteints de ces dysplasies épiphysaires.
This study developed an experimental system to investigate how "plowing" forces—compression combined with sliding motion that occurs in joints—affect cartilage tissue and gene expression. The researchers used bovine nasal cartilage strips subjected to 2 hours of plowing with either 50N or 100N normal force (generating tractional forces of 1.2N and 8.0N respectively) at a sliding speed of 10 mm/s, followed by gene expression analysis using quantitative PCR. Both force levels increased TIMP-1 expression (a tissue remodeling marker) by approximately 2-2.5 times, while only the higher 100N force significantly upregulated collagen type-I expression by 6.6-fold—a change associated with cartilage injury and osteoarthritis progression. The findings demonstrate that plowing forces can trigger force-dependent molecular responses in cartilage, with higher forces potentially initiating degenerative changes similar to those seen in osteoarthritic patients.
Diese Studie zielte darauf ab, die mechanobiologischen Effekte des "Plowing" (Pflügen) - einer komplexen Belastungsform mit gleichzeitiger Kompression und Tangentialverschiebung - auf Gelenkknorpel zu untersuchen. Die Forscher entwickelten ein Roll-/Pflug-Testsystem und setzten bovine Knorpelstreifen 2 Stunden lang verschiedenen Normalkräften (50 N bzw. 100 N) bei einer Gleitgeschwindigkeit von 10 mm/s aus, wobei sie anschließend die Genexpression mittels quantitativer Real-Time-PCR analysierten. Die Ergebnisse zeigten kraftabhängige Veränderungen der Genexpression: TIMP-1 war nach beiden Belastungen hochreguliert (2,5-fach bei 50 N, 2-fach bei 100 N), während Kollagen Typ I nur nach der stärkeren 100 N-Belastung signifikant anstieg (6,6-fach), was auf eine mögliche Knorpelschädigung hindeutet. Die Studie belegt,
Cette étude visait à développer un système expérimental pour analyser les effets mécanobiologiques du labourage (plowing) - une modalité de chargement complexe combinant compression normale et déplacement tangentiel - sur le cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé des explants de cartilage nasal bovin soumis pendant 2 heures à des forces normales de 50N ou 100N avec une vitesse de glissement de 10 mm/s, puis ont analysé l'expression génique par PCR quantitative en temps réel. Les résultats montrent que le gène TIMP-1 était surexprimé 2,5 fois avec 50N et 2 fois avec 100N, tandis que le collagène de type I était surexprimé 6,6 fois uniquement avec 100N, suggérant une progression vers un stade lésionnel similaire à celui observé dans l'arthrose. Cette étude démontre que l'intensité du labourage influence différentiellement l'expression génique du cartilage, avec des implications pour la compréhension des mécanismes arthrosiques.
This study investigated how ankle cartilage responds to exercise by measuring 3D volume changes in healthy volunteers using MRI imaging. Twelve participants performed 30 bilateral knee bends while researchers tracked cartilage volumes in both the talus (ankle bone) and tibia (shin bone) before exercise and at four time points afterward over 45 minutes. The results showed that talar cartilage compressed significantly after exercise (up to 10.4% volume loss) and gradually recovered to baseline within 30 minutes, while tibial cartilage showed minimal changes throughout the study period. The findings suggest that talar cartilage plays a more important role in shock absorption during weight-bearing activities compared to tibial cartilage, and that healthy ankle cartilage can fully recover from exercise-induced deformation within half an hour.
Diese Studie untersuchte die dreidimensionalen Volumenveränderungen des Sprunggelenkknorpels nach körperlicher Belastung und während der Erholung bei 12 gesunden Probanden. Mittels 3D-MRI wurden die Knorpelvolumina von Talus und Tibia vor und nach 30 bilateralen Kniebeugen zu fünf Zeitpunkten gemessen, wobei die Post-Scans unmittelbar nach der Übung und in 15-Minuten-Intervallen erfolgten. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Volumenreduktion des Talusknorpels um bis zu 10,41% direkt nach Belastung mit vollständiger Erholung innerhalb von 30 Minuten, während der Tibiaknorpel keine signifikanten Veränderungen aufwies. Die Studie deutet darauf hin, dass der Talusknorpel eine entscheidende Rolle bei der intraartikulären Stoßdämpfung spielt und die Gesamtkontaktfläche des Knorpels möglicherweise mit der Aufrechterhaltung der
Cette étude a évalué les changements volumiques du cartilage de cheville après exercice chez 12 volontaires sains, en utilisant l'IRM 3D pour mesurer les volumes cartilagineux talien et tibial avant et après 30 flexions bilatérales du genou. Les résultats montrent une déformation significative du cartilage talien (jusqu'à -10,41% immédiatement après l'exercice) qui se rétablit progressivement en 30 minutes, tandis que le cartilage tibial présente des changements moins marqués et non significatifs. L'étude révèle que le cartilage talien joue un rôle critique dans l'amortissement des chocs intra-articulaires comparativement au cartilage tibial, et suggère que l'utilisation globale de la surface de contact pourrait être associée au maintien de la qualité cartilagineuse de la cheville supérieure.
This study investigated how various mechanical factors affect cartilage performance when a metal implant articulates against natural cartilage, as occurs in hip hemiarthroplasty procedures. The researchers used bovine cartilage samples sliding against metal plates under different contact stresses (0.5-16 MPa), contact areas, sliding distances, velocities, and loading durations to measure friction coefficients and cartilage deformation. The key finding was that cartilage maintained low friction (coefficient <0.35) and remained undamaged at contact stresses ≤4 MPa, but suffered severe damage and dramatically increased friction at stresses >8 MPa after 12 hours. Cartilage wear increased with higher contact stress, sliding distance, and velocity, suggesting that controlling contact pressure is critical for preserving cartilage function in hemiarthroplasty patients.
Diese Studie untersuchte den Einfluss verschiedener biomechanischer Parameter auf Reibung, Verformung und Verschleiß von Gelenkknorpel bei Hemiarthroplastik, bei der ein Metallkopf gegen natürlichen Knorpel artikuliert. Die Forscher verwendeten bovine Knorpelproben, die unter kontrollierten Bedingungen gegen Metallplatten bewegt wurden, um verschiedene Kontaktspannungen (0,5-16 MPa), Kontaktflächen, Gleitgeschwindigkeiten und Belastungszeiten zu testen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Reibungskoeffizient bei Kontaktspannungen ≤4 MPa unter 0,35 blieb, während bei Spannungen >8 MPa schwere Knorpelschäden und signifikant erhöhte Reibung auftraten. Der lineare Knorpelverschleiß nahm mit steigender Kontaktspannung, Gleitstrecke und -geschwindigkeit zu, was wichtige Erkenntnisse für die Optimierung von Hemiarthroplastik-Verfahren
Cette étude visait à analyser l'effet de diverses variables biomécaniques sur la friction, la déformation et l'usure du cartilage dans un contexte d'hémiarthroplastie de hanche. Les chercheurs ont utilisé un modèle expérimental avec des échantillons de cartilage bovin mis en contact avec des plaques métalliques sous différentes conditions de contrainte de contact (0,5 à 16 MPa), de surface de contact, de distance et vitesse de glissement, et de durée de chargement. Les résultats montrent que le coefficient de friction reste faible (< 0,35) pour des contraintes ≤ 4 MPa, mais que des dommages sévères surviennent au-delà de 8 MPa avec une augmentation significative de la friction après 12 heures. L'usure linéaire du cartilage augmente proportionnellement avec la contrainte de contact, la distance et la vitesse de glissement, suggérant l'importance de contrôler ces paramètres pour préserver l'intégrité cartilagineuse lors d'hémiarthroplasties.
This study aimed to determine whether swine articular cartilage could serve as a suitable mechanical substitute for human cartilage in research applications, given the limited availability of fresh healthy human tissue. The researchers used two non-destructive indentation test modes (fast impact and slow sinusoidal deformation) to measure stiffness properties (dynamic modulus and loss angle) in both human and swine cartilage specimens from equivalent anatomical locations. The results showed that dynamic modulus (deformation resistance) was similar between species, but human cartilage had different energy handling characteristics, with loss angles ~35% lower during fast impact and ~12% higher during slow deformation compared to swine cartilage. The authors concluded that while swine cartilage could serve as a reasonable comparison standard for evaluating engineered or synthetic repair materials, the differences in energy handling properties—likely due to age and species-specific factors—should be considered when interpreting results.
Diese Studie untersuchte, ob Schweineknorpel als mechanisches Vergleichsmodell für gesunden menschlichen Gelenkknorpel bei der Entwicklung von Knorpelersatzmaterialien geeignet ist. Die Forscher verwendeten zwei zerstörungsfreie Indentationstests (schnelle Stoßbelastung und langsame sinusförmige Verformung) im Millimeterbereich, um die viskoelastischen Eigenschaften beider Knorpelarten zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigten, dass sich der dynamische Modul (Steifigkeit) zwischen menschlichem und Schweine-Gelenkknorpel nicht unterschied, jedoch wies der menschliche Knorpel je nach Testmodus 35% niedrigere bzw. 12% höhere Verlustwinkel auf. Trotz dieser Unterschiede im Energiehandling, die wahrscheinlich auf Alters- und Speziesunterschiede zurückzuführen sind, eignet sich Schweineknorpel grundsätzlich als Vergleichsstandard für die mechanische Bewertung von Knorpelersatzm
Cette étude avait pour objectif de déterminer si le cartilage articulaire porcin pourrait servir de substitut au cartilage humain sain pour l'évaluation mécanique de matériaux de réparation cartilagineuse. Les propriétés viscoélastiques ont été comparées entre cartilage humain et porcin en utilisant deux modes d'indentation non-destructifs : impact rapide et déformation sinusoïdale lente, permettant de mesurer le module dynamique et l'angle de perte. Les résultats montrent que le module dynamique était similaire entre les deux espèces, mais l'angle de perte du cartilage humain était ~35% inférieur en impact rapide et ~12% supérieur en mode sinusoïdal lent. Malgré ces différences d'angle de perte attribuées à l'âge et aux variations inter-espèces, le cartilage porcin pourrait servir de référence pour l'évaluation mécanique de cartilage artificiel ou de matériaux de réparation.
This study aimed to develop a quantitative method for understanding how mechanical loading affects cartilage cell activity, specifically collagen type II production, to improve cartilage replacement materials. The researchers created an advanced bioreactor system equipped with load cells and light barriers to precisely measure applied forces and loading cycles during cultivation experiments. They combined this experimental approach with finite element modeling to simulate how material properties change during cyclic mechanical stimulation. The integrated experimental-computational framework enables quantitative analysis of the relationship between mechanical loading and cartilage tissue development, which could be applied to various deformation scenarios for optimizing cartilage engineering strategies.
Diese Studie zielte darauf ab, die Beziehung zwischen mechanischer Stimulation und Zellaktivität bei der Entwicklung von Knorpelersatzmaterial zu untersuchen. Die Forscher entwickelten ein Bioreaktorsystem mit Kraftmesszellen und Lichtschranken zur präzisen Messung der aufgebrachten Kräfte und Belastungszyklen, parallel dazu wurde ein numerisches Finite-Elemente-Modell erstellt. Das System ermöglicht erstmals eine quantitative Erfassung der Kollagen-Typ-II-Produktion in Abhängigkeit von der mechanischen Belastungshistorie. Die Kombination aus experimenteller Bioreaktor-Kultivierung und numerischer Simulation schafft die Grundlage für ein universelles Modell zur Vorhersage der Materialentwicklung unter verschiedenen Deformationsbedingungen.
Cette étude vise à développer un matériau de remplacement du cartilage articulaire en établissant une relation quantitative entre la stimulation mécanique et la production de collagène de type II par les cellules. Les chercheurs ont conçu un système de bioréacteur équipé de capteurs de force et de compteurs de cycles de charge, couplé à un modèle numérique par éléments finis pour simuler l'évolution des propriétés matérielles sous stimulation cyclique. Cette approche combinée expérimentale et numérique permet de quantifier précisément l'effet de l'historique de chargement sur l'activité cellulaire. Le modèle développé peut être appliqué à différents cas de déformation pour optimiser la conception de substituts cartilagineux.
This comprehensive review examines current approaches to meniscus repair and transplantation for preserving joint function in active patients under 50 years old. The study discusses treatment methods for various tear types, from simple peripheral tears to complex multiplanar tears extending into the avascular central region, as well as meniscus transplantation for cases with extensive tissue damage. The authors report encouraging results for both repair techniques and transplantation procedures, with meniscus transplants showing potential to restore load-bearing function and provide protective effects on cartilage. Post-operative rehabilitation protocols emphasize avoiding excessive weight-bearing while promoting early motion and strengthening, with peripheral repairs healing faster than complex multiplanar repairs.
Diese umfassende Übersichtsarbeit analysiert die aktuellen Behandlungsstrategien für Meniskusreparatur und -transplantation zur Erhaltung der Gelenkfunktion, insbesondere bei jüngeren, sportlich aktiven Patienten unter 50 Jahren. Die Autoren bewerten sowohl die chirurgischen Verfahren für verschiedene Risstypen (von peripheren Längsrissen bis zu komplexen multiplanaren Rissen im avaskulären Bereich) als auch die postoperativen Rehabilitationsprotokolle. Die Studien zeigen ermutigende Ergebnisse für beide Verfahren, wobei die Meniskustransplantation bei irreparablen Schäden als Alternative die Gelenkfunktion teilweise wiederherstellen und knorpelschützende Effekte bieten kann. Periphere Meniskusreparaturen heilen schneller als komplexe multiplanare Risse, wobei die Rehabilitation individuell an Risstyp, -lokalisation und begleitende Knorpelschäden angepasst werden muss.
Cette étude vise à présenter une mise à jour complète sur la réparation et la transplantation méniscale chez les patients jeunes et actifs pour préserver la fonction articulaire à long terme. Les méthodes incluent la réparation de déchirures méniscales simples périphériques et complexes s'étendant dans la zone avasculaire centrale, ainsi que la transplantation méniscale dans certains cas sélectionnés lorsque la réparation n'est pas possible. Les résultats montrent des résultats encourageants pour les deux approches, avec une cicatrisation plus rapide des réparations périphériques par rapport aux réparations complexes multiplanaires. Le protocole de rééducation post-opératoire est adapté selon le type, la localisation et la taille de la réparation, avec une limitation initiale de la mise en charge pour éviter la disruption des sites de cicatrisation.
This study aimed to evaluate whether chitosan surface modification could improve the performance of poly(L-lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL) scaffolds for cartilage tissue engineering. The researchers created porous elastomeric PLCL scaffolds with and without chitosan surface coating, then compared how human bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) attached, proliferated, and formed cartilage tissue on each scaffold type using microscopy, gene expression analysis, histology, and mechanical testing. The chitosan-modified scaffolds significantly enhanced MSC attachment and distribution, promoted faster cell spreading and aggregation, and resulted in superior cartilage tissue formation as evidenced by increased cartilage-specific gene expression, better tissue architecture, and doubled mechanical strength (Young's modulus) compared to unmodified scaffolds. The chitosan modification improved cell compatibility and cartilage tissue quality without compromising the scaffold's important elastomeric properties needed for cartilage applications.
Diese Studie zielte darauf ab, die Eignung von Chitosan-modifizierten Poly(L-Lactid-co-ε-Caprolacton) (PLCL) Scaffolds für das Knorpel-Tissue Engineering zu untersuchen. Die Forscher verglichen die Anheftung, Proliferation und Knorpelbildung von humanen mesenchymalen Stammzellen auf Chitosan-modifizierten versus unmodifizierten PLCL-Scaffolds mittels PCR-Analyse, histologischen Färbungen und biomechanischen Tests. Die Chitosan-Oberflächenmodifikation führte zu einer verbesserten und gleichmäßigeren Zellverteilung, beschleunigter Zellaggregation und verstärkter Knorpelmatrix-Formation. Das resultierende Knorpelgewebe auf den Chitosan-modifizierten Scaffolds wies einen doppelt so hohen Elastizitätsmodul auf wie das auf unmodifizierten Scaffolds, was die mechanischen Eigenschaften des gebildeten Gewebes erheblich verbesserte.
Cette étude visait à améliorer les propriétés biocompatibles d'un scaffold élastomérique en poly(L-lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL) par modification de surface avec du chitosan pour l'ingénierie tissulaire du cartilage. Les chercheurs ont comparé l'adhésion, la prolifération et la différenciation chondrogénique de cellules souches mésenchymateuses humaines sur des scaffolds PLCL modifiés ou non au chitosan, en utilisant des analyses PCR, histologiques, immunochimiques et biomécaniques. La modification au chitosan a significativement amélioré la distribution cellulaire, accéléré l'adhésion des cellules souches avec formation de fibres de stress F-actine, et favorisé une chondrogenèse plus efficace. Le module de Young du tissu cartilagineux formé sur le scaffold modifié était deux fois supérieur à celui du scaffold non modifié, démontrant la formation d'un cartilage de meilleure qualité mécanique.
This study aimed to develop a non-invasive method for determining stress distributions and material properties in articular cartilage by combining MRI-measured deformations with mathematical modeling. The researchers used displacement-encoded MRI to measure two-dimensional finite strains in juvenile porcine knee joints under known loading conditions, then applied three different constitutive models (linear Hookean, neo-Hookean, and Mooney-Rivlin) with an iterative technique to estimate stress patterns and material properties. The results showed that while all three models produced consistent stress distribution patterns, the neo-Hookean model provided the most accurate stress estimates when compared to finite element simulations, and the calculated material properties matched values reported in existing literature. This approach demonstrates a promising new technique for patient-specific, non-contact assessment of cartilage mechanical behavior that could potentially be applied clinically.
Diese Studie zielte darauf ab, Spannungsverteilungen und Materialeigenschaften in Gelenkknorpel mittels MRT-basierter Dehnungsmessungen nicht-invasiv zu bestimmen. Die Forschenden verwendeten Displacement-encoded MRI zur Messung zweidimensionaler finiter Dehnungen in juveninen Schweinegelenken und kombinierten diese mit drei verschiedenen konstitutiven Materialmodellen (linear Hookesches, sowie nichtlineare Neo-Hooke und Mooney-Rivlin Modelle) zur Berechnung von Spannungen und Materialeigenschaften. Die Ergebnisse zeigten, dass alle Modelle konsistente Spannungsmuster lieferten, wobei das Neo-Hooke-Modell die beste Übereinstimmung mit Finite-Elemente-Simulationen aufwies und sich als am geeignetsten für die Charakterisierung komplexer, räumlich abhängiger Spannungen erwies. Die Studie demonstriert erfolgreich die Machbarkeit einer neuen, rechnerisch effizienten Methode zur nicht-invasiven Bewertung des mechanischen Verhaltens von biologischen Gew
Cette étude visait à développer une méthode non-invasive pour estimer les distributions de contraintes et les propriétés matérielles du cartilage articulaire en combinant l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et la modélisation mathématique. Les chercheurs ont utilisé l'IRM avec encodage de déplacement pour mesurer les déformations finies bidimensionnelles dans des articulations tibio-fémorales de porcs juvéniles, puis ont appliqué trois relations constitutives différentes (Hookéenne linéaire, néo-Hookéenne et Mooney-Rivlin non-linéaires) avec une technique itérative pour estimer les contraintes et propriétés matérielles. Les résultats montrent que les distributions de contraintes étaient cohérentes entre les modèles, avec des propriétés matérielles concordant avec la littérature, et que le modèle néo-Hookéen non-linéaire s'avérait le plus approprié pour caractériser les contraintes complexes spatialement dépendantes. Cette approche démontre la faisabilité d'une technique computationnellement efficace permettant l'évaluation non-invasive du comportement mécanique des tiss
This study aimed to measure how acute loading affects cartilage contact areas in the knee joint and compare these areas between women with medial knee osteoarthritis and healthy controls. The researchers used MRI scanning with 3D imaging techniques to measure tibiofemoral cartilage contact areas in 10 women with moderate osteoarthritis (KL3) and 11 healthy controls under both unloaded and loaded conditions. The key findings showed that loading significantly increased contact areas in both knee compartments, with greater increases in the medial compartment, and that women with osteoarthritis had significantly larger medial compartment contact areas compared to healthy controls under both loading conditions. These results provide important baseline data for understanding how cartilage contact mechanics differ between osteoarthritic and healthy knees, which could inform future research on cartilage stress and biomechanical function.
Diese Studie untersuchte mittels MRT die tibiofemorale Knorpel-Kontaktfläche bei Frauen mit medialer Kniearthrose unter akuter Belastung im Vergleich zu gesunden Kontrollen. Die Forscher verwendeten 3D-MRT-Bildgebung (3D-SPGR und T2-gewichtete Sequenzen) bei 10 Patientinnen mit medialer Arthrose (KL3) und 11 gesunden Probandinnen unter unbelasteten und belasteten Bedingungen, wobei die Kontaktflächen durch bildbasierte 3D-Modelle gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Kontaktflächen in beiden Kompartimenten unter Belastung signifikant vergrößerten, wobei Frauen mit medialer Arthrose sowohl unter Belastung als auch ohne Belastung signifikant größere mediale Kontaktflächen aufwiesen als gesunde Kontrollen. Diese Befunde liefern wichtige quantitative Referenzdaten für die biomechanische Analyse von Knorpelkontakt und Kontaktspannungen bei arthrotischen im
Cette étude avait pour objectif d'analyser l'effet d'une charge aiguë sur les surfaces de contact du cartilage tibio-fémoral chez des femmes atteintes d'arthrose médiale du genou, comparativement à des sujets sains. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 3D (séquences SPGR et FSE pondérées T2) pour mesurer les surfaces de contact cartilage-cartilage dans les conditions chargées et non chargées chez 10 patientes arthrosiques (KL3) et 11 témoins sains (KL0). Les résultats montrent que la charge augmente significativement les surfaces de contact dans les deux compartiments, avec un effet plus marqué dans le compartiment médial, et que les patientes arthrosiques présentent des surfaces de contact médianes significativement plus importantes que les témoins, tant en condition chargée que non chargée. Ces données quantitatives fournissent une référence pour l'analyse biomécanique du cartilage et l'étude des différences fonctionnelles entre genoux arthrosiques et sains.
This study aimed to characterize the frequency-dependent mechanical properties of cartilage at the nanoscale to understand how poroelasticity governs tissue behavior at molecular length scales. The researchers used atomic force microscopy to apply oscillatory loading (15 nm deformations) to bovine cartilage samples across frequencies of 0.2-130 Hz, then validated their experimental results against a fibril-reinforced poroelastic finite element model.
The key findings showed that the measured dynamic modulus and phase relationships matched well with poroelastic model predictions across three decades of frequency, and the peak phase frequency scaled with contact distance as predicted by linear poroelasticity theory. These results demonstrate that poroelasticity is the primary mechanism controlling cartilage mechanical behavior even at nanoscale deformations, providing a foundation for future studies investigating early-stage cartilage disease progression at the molecular level.
Diese Studie untersuchte die poroelastischen Eigenschaften von Gelenkknorpel auf Nanometer-Ebene, um die biomechanischen Mechanismen bei makromolekularen Deformationen zu verstehen. Die Forscher verwendeten Rasterkraftmikroskopie mit oszillierender Belastung in Kombination mit Finite-Elemente-Modellierung, um die frequenzabhängigen mechanischen Eigenschaften der oberflächlichen Zone von jungem Rinderknorpel bei Deformationsamplituden von ~15 nm zu quantifizieren. Die experimentell gemessenen dynamischen Modulwerte und Phasenwinkel stimmten über einen Frequenzbereich von drei Größenordnungen gut mit einem fibrillen-verstärkten poroelastischen Modell überein, wobei die Poroelastizität als dominanter Mechanismus für das frequenzabhängige mechanische Verhalten identifiziert wurde. Diese Ergebnisse ermöglichen zukünftige Untersuchungen zur nanoskaligen Progression von Matrixpathologien bei Knorpelerkrankungen.
Cette étude visait à quantifier les propriétés mécaniques dépendantes de la fréquence du cartilage articulaire à l'échelle nanométrique pour comprendre son comportement poroélastique. Les chercheurs ont utilisé la microscopie à force atomique avec chargement oscillatoire (amplitudes ~15 nm) combinée à la modélisation par éléments finis sur la zone superficielle de cartilage bovin juvénile. Les résultats montrent que le module d'indentation dynamique complexe et l'angle de phase mesurés expérimentalement correspondent bien aux prédictions d'un modèle poroélastique renforcé par des fibrilles sur une gamme de fréquences de trois décades (0,2-130 Hz). Ces findings confirment que la poroélasticité est le mécanisme dominant du comportement mécanique du cartilage aux déformations nanométriques, ouvrant la voie à l'investigation de la progression pathologique matricielle dans les maladies tissulaires.
This study investigated how mechanical loading and WNT3A signaling interact to affect cartilage cell (chondrocyte) function, given that both abnormal mechanical stress and genetic factors involving WNT signaling are linked to osteoarthritis development. The researchers exposed chondrocytes to WNT3A protein for 24 hours, then applied cyclic tensile strain (7.5%, 1 Hz) for 30 minutes, measuring changes in β-catenin signaling and gene expression for cartilage matrix components and degrading enzymes. They found that while mechanical loading alone promoted healthy cartilage gene expression (collagen II, aggrecan, SOX9), the combination of WNT3A and mechanical load suppressed these beneficial effects and instead enhanced the expression of cartilage-degrading enzymes (MMP3, ADAMTS-4, ADAMTS-5). These results suggest that WNT signaling can transform normally protective mechanical loading into a harmful stimulus that promotes cartilage breakdown, providing insight into how genetic predisposition and mechanical factors may interact in osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte das Zusammenspiel zwischen mechanischer Belastung und WNT-Signaling bei der Regulation der Chondrozyten-Homöostase im Gelenkknorpel. Die Forscher behandelten Chondrozyten mit WNT3A vor und unterzogen sie anschließend zyklischen Zugkräften (7,5%, 1 Hz), wobei sie die β-Catenin-Signalübertragung sowie die Expression von Knorpelmatrix- und katabolen Genen analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung allein die Expression knorpelspezifischer Gene (COL2A1, ACAN, SOX9) förderte, während die Kombination aus WNT3A und mechanischer Belastung diese positiven Effekte unterdrückte und gleichzeitig die Expression katabaler Enzyme (MMP3, ADAMTS-4/5) verstärkte. Diese Befunde deuten darauf hin, dass die gleichzeitige Aktivierung von WNT-Signaling und mechanischer Belastung zu einer Störung der Knorpelhomöostase
Cette étude visait à évaluer l'effet de la stimulation mécanique sur la signalisation β-caténine et l'expression de gènes cataboliques dans les chondrocytes articulaires, ainsi que l'interaction potentielle entre charge mécanique et signalisation WNT dans la réponse catabolique. Les chercheurs ont pré-stimulé des chondrocytes avec WNT3A recombinant pendant 24 heures avant d'appliquer une contrainte de traction (7,5%, 1 Hz) pendant 30 minutes, puis analysé l'activation de la voie WNT, les marqueurs phénotypiques des chondrocytes et l'expression de gènes cataboliques. Les résultats montrent que la contrainte physiologique seule induit l'expression de COL2A1, aggrécane et SOX9, mais cette expression est réprimée en présence de WNT3A. L'étude révèle un effet additif ou synergique de la charge mécanique et de WNT3A sur l'expression de gènes cataboliques (MMP3, ADAMTS-4/5), suggérant que leur combinaison peut réprimer la transcription des gènes
This study investigated how cartilage MR relaxation times relate to the mechanical behavior of knee cartilage under loading in women over 40 with and without osteoarthritis (OA). Researchers used 3T MRI with a custom loading device to measure T1ρ and T2 relaxation times and cartilage deformation in 20 OA patients and 10 healthy controls, comparing images taken with the knee at 20° flexion both with and without 50% body weight compression.
Key findings showed that OA patients had significantly larger contact areas in the medial compartment under both loaded and unloaded conditions compared to healthy subjects, with the medial compartment showing greater cartilage thickness changes than the lateral compartment during loading (-5.3% vs -1.9%). The study demonstrated a clear relationship between MR relaxation times (T1ρ and T2) and the mechanical response of cartilage to physiological loading, with superficial cartilage layers showing higher relaxation time changes than full-thickness measurements in both groups.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen MR-Relaxationszeiten und der biomechanischen Antwort des Knorpels auf physiologische Belastung bei gesunden Personen und Patienten mit Kniearthrose. Die Forscher verwendeten einen 3-Tesla-MRT-Scanner mit einer speziellen Belastungsvorrichtung, um 20 Frauen mit Arthrose und 10 gesunde Kontrollpersonen bei 20° Kniebeugung mit und ohne Kompressionsbelastung (50% des Körpergewichts) zu untersuchen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Arthrose-Patienten signifikant größere Kontaktflächen im medialen Kompartiment sowie höhere T1ρ- und T2-Relaxationszeiten aufwiesen, wobei die oberflächlichen Knorpelschichten stärkere Veränderungen zeigten als die tieferen Schichten. Die Studie belegt einen deutlichen Zusammenhang zwischen der mechanischen Knorpelantwort auf Belastung und den MR-Relaxationszeiten, was wichtige Erkenntnisse für die nicht-invas
Cette étude avait pour objectif d'évaluer la relation entre les temps de relaxation IRM du cartilage et sa réponse biomécanique à la charge physiologique chez des sujets sains et des patients atteints d'arthrose du genou. Les chercheurs ont utilisé un dispositif de charge personnalisé dans un scanner IRM 3T pour mesurer les déformations cartilagineuses et les temps de relaxation T1ρ et T2 chez 30 femmes de plus de 40 ans, avec et sans charge équivalent à 50% du poids corporel. Les résultats montrent que les patients arthrosiques présentent une aire de contact significativement plus importante dans le compartiment médial et une déformation cartilagineuse accrue par rapport aux sujets sains, avec des temps de relaxation T1ρ et T2 plus élevés. L'étude établit ainsi une relation entre la réponse mécanique du cartilage à la charge et les paramètres de relaxation IRM, offrant un potentiel biomarqueur pour l'évaluation de l'arthrose.
This review examines how mechanical forces influence joint health and osteoarthritis development. The authors synthesized existing research on biomechanical risk factors, protective interventions, and the cellular mechanisms by which cartilage cells (chondrocytes) respond to mechanical stress. Key findings show that abnormal joint loading from obesity, joint malalignment, trauma, or instability increases osteoarthritis risk, while exercise and weight loss are generally protective. The study highlights that chondrocytes detect mechanical signals through specialized cellular structures including ion channels and matrix connections, suggesting that understanding these mechanotransduction pathways could lead to new osteoarthritis treatments.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Rolle biomechanischer Faktoren bei der Entstehung und dem Fortschreiten der Osteoarthritis in synovialen Gelenken. Die Autoren analysieren verschiedene mechanische Belastungsfaktoren wie Adipositas, Gelenkfehlstellungen und Trauma als Risikofaktoren sowie protektive Maßnahmen wie körperliche Aktivität und Gewichtsreduktion. Die Studie zeigt, dass veränderte Gelenkbelastungen kritische Risikofaktoren für Gelenkdegeneration darstellen, während moderate Bewegung und Gewichtsverlust beneficial wirken. Die Erkenntnisse zur Mechanotransduktion in Chondrozyten über Ionenkanäle und Integrin-vermittelte Signalwege können zur Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze für die Osteoarthritis-Behandlung beitragen.
Cette étude de synthèse examine le rôle des facteurs biomécaniques dans la santé des articulations diarthrodiales et leur implication dans l'arthrose. L'analyse se base sur une revue des mécanismes par lesquels les contraintes mécaniques altèrent la physiologie du cartilage articulaire, incluant les interactions entre facteurs génétiques, moléculaires et inflammatoires. Les résultats montrent que les modifications de charge articulaire (obésité, désalignement, traumatisme, instabilité) constituent des facteurs de risque critiques de dégénérescence, tandis que l'exercice et la perte de poids exercent des effets bénéfiques. L'étude identifie les mécanismes de mécanotransduction des chondrocytes impliquant les canaux ioniques et les connexions intégrines-matrice extracellulaire comme cibles thérapeutiques potentielles pour l'arthrose.
This case series investigated how unloading affects knee cartilage composition in humans by measuring T1rho and T2 MRI relaxation times in 10 patients who required 6-8 weeks of non-weight bearing for lower limb injuries. The researchers performed quantitative MRI scans at three time points: before surgery (baseline), immediately after the non-weight bearing period, and after 4 weeks of resumed full weight bearing. The study found that unloading caused 5-12% increases in T1rho relaxation times across all knee cartilage regions, with the greatest changes occurring in load-bearing areas, suggesting alterations in proteoglycan content. Most importantly, these compositional changes were largely reversible, with relaxation times returning to near-baseline levels after just 4 weeks of resumed weight bearing.
Diese Fallserie untersuchte die Auswirkungen von Entlastung und Wiederbelastung auf die Knorpelzusammensetzung im menschlichen Kniegelenk mittels quantitativer MRT-Bildgebung. Zehn Patienten, die aufgrund von Verletzungen der unteren Extremität 6-8 Wochen nicht belasten durften, erhielten T1ρ- und T2-Relaxometrie-Untersuchungen zu drei Zeitpunkten: vor der Operation, nach der Entlastungsphase und nach 4 Wochen Vollbelastung. Die Ergebnisse zeigten Anstiege der T1ρ-Relaxationszeiten um 5-10% in allen Knorpelkompartimenten nach Entlastung, wobei die lastragenden Bereiche mit bis zu 12% die stärksten Veränderungen aufwiesen. Nach 4 Wochen Vollbelastung kehrten nahezu alle Werte auf Ausgangsniveau zurück, was die Reversibilität belastungsabhängiger Knorpelveränderungen beim Menschen demonstriert.
Cette étude de cas visait à évaluer l'influence de la décharge et de la remise en charge sur les temps de relaxation T1ρ et T2 du cartilage articulaire du genou chez l'homme in vivo. Dix patients nécessitant 6 à 8 semaines de non-appui pour des blessures distales du membre inférieur ont bénéficié d'une IRM quantitative à trois moments : avant chirurgie, après la période de non-appui, et après 4 semaines de remise en charge complète. Les résultats montrent une augmentation de 5 à 10% des temps T1ρ dans tous les compartiments fémoraux et tibiaux après décharge (jusqu'à 12% dans les zones portantes), avec un retour quasi-normal après 4 semaines de remise en charge. Cette étude démontre que la composition du cartilage humain s'adapte de manière réversible aux conditions de charge, principalement par des modifications du contenu en protéoglycanes localisées aux régions portantes.
This study investigated how knee cartilage thickness changes overnight and whether exercise-induced cartilage deformation differs between morning and evening in healthy young adults. The researchers used MRI to measure cartilage thickness in 17 volunteers (age 23.5 ± 3.0 years) before and after exercise (knee bends or static loading) in both evening and morning sessions, with participants remaining unloaded overnight between measurements. The key finding was that cartilage thickness significantly increased overnight by 2-8% across different knee regions (patella: +2.4%, medial tibia: +8.4%, lateral tibia: +6.2%), with no differences between men and women. While morning exercise appeared to cause slightly greater cartilage deformation than evening exercise, this difference was not statistically significant, suggesting that overnight unloading allows cartilage to recover and potentially makes it more susceptible to subsequent loading.
Diese Studie untersuchte nächtliche Veränderungen der Knieknorpeldicke und ob sich die belastungsbedingte Verformung zwischen Morgen und Abend unterscheidet. Mittels MRT wurde die Knorpeldicke bei 17 gesunden jungen Erwachsenen vor und nach Belastungsübungen sowohl abends als auch morgens nach einer entlasteten Nacht gemessen. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante nächtliche Zunahme der Knorpeldicke um 2,4% in der Patella, 8,4% im medialen Tibia und 6,2% im lateralen Tibia. Obwohl die morgendliche Knorpelverformung nach Belastung tendenziell größer war als die abendliche, erreichte dieser Unterschied keine statistische Signifikanz.
Cette étude visait à analyser les changements nocturnes de l'épaisseur du cartilage du genou et à comparer la déformation post-exercice entre le matin et le soir chez de jeunes adultes sains. Les chercheurs ont utilisé l'IRM pour mesurer l'épaisseur du cartilage chez 17 volontaires (âge moyen 23,5 ans) avant et après exercice, le soir puis le matin suivant après une nuit de décharge. Les résultats montrent une récupération nocturne significative de l'épaisseur cartilagineuse de 2 à 8% selon les compartiments (rotule, tibia médial et latéral), indépendamment du sexe. La déformation post-exercice tendait à être plus importante le matin qu'en soirée, suggérant une capacité de déformation accrue du cartilage après la période de récupération nocturne.
This study aimed to develop an advanced magnetic resonance imaging (MRI) technique to measure real-time deformation and strain in materials and biological tissues under mechanical loading. The researchers synchronized external mechanical loading with rapid displacement-encoded MRI to achieve high-resolution measurements, testing the method on silicone gel materials and human knee joints. The technique achieved impressive spatial resolution of 100 micrometers and temporal resolution of 2.25 milliseconds, with displacement precision of 11 micrometers and strain precision of 0.1% - approaching cellular-level measurement scales. The method demonstrated a five-fold improvement in imaging speed compared to previous technologies and successfully visualized deformation in human knee joints, suggesting potential for future in vivo mechanical imaging of cartilage and other load-bearing tissues.
Diese Studie zielte darauf ab, eine verbesserte nicht-invasive MRT-Methode zur hochauflösenden Messung von Gewebeverformungen unter mechanischer Belastung zu entwickeln. Die Forschenden synchronisierten externe mechanische Belastung mit schneller verschiebungskodierter MRT und testeten die Methode an Silikongelproben sowie an einem menschlichen Kniegelenk. Die Ergebnisse zeigten eine beeindruckende räumliche Auflösung von 100 μm und zeitliche Auflösung von 2,25 ms, mit einer Messgenauigkeit von 11 μm für Verschiebungen und 0,1% für Dehnungen, was nahezu Zellgröße erreicht. Diese fünffache Verbesserung der Bildgebungsgeschwindigkeit gegenüber bisherigen Technologien ermöglicht erstmals die dynamische mechanische Bildgebung von lasttragenden Geweben in vivo.
Cette étude visait à développer une méthode IRM non-invasive pour mesurer les déformations transitoires et microscopiques des matériaux et tissus biologiques sous charge mécanique externe. Les chercheurs ont synchronisé une charge mécanique externe avec une IRM rapide codée en déplacement, atteignant une résolution spatiale de 100 μm et temporelle de 2,25 ms sur des gels de silicone. Les résultats montrent une précision de mesure des déplacements de 11 μm et des déformations de 0,1%, avec une application réussie sur une articulation tibio-fémorale humaine et une amélioration quintuple du temps d'acquisition par rapport aux technologies précédentes. Cette approche ouvre la voie à l'imagerie mécanique in vivo des tissus porteurs de charge avec une résolution approchant l'échelle cellulaire.
This study aimed to predict how cryoprotective agents (CPAs) distribute through articular cartilage during cryopreservation and how this affects cartilage structure and cell survival. The researchers used an advanced biomechanical model that accounts for cartilage deformation and shrinkage (unlike simpler diffusion models), and incorporated real tissue variations in water content and charge density measured by MRI. The simulations revealed significant mechanical strain develops throughout all cartilage layers during CPA loading, causing the tissue to dehydrate and shrink. Importantly, chondrocytes (cartilage cells) experience substantial volume loss during this process, with cells in the middle and deep zones of cartilage being most severely affected.
Diese Studie untersuchte die Transportprozesse während der Kryokonservierung von Gelenkknorpel, um die räumliche und zeitliche Verteilung von Kryoprotektiva (CPA) vorherzusagen. Die Forscher verwendeten ein biomechanisches Triphasic-Modell und integrierten natürliche Inhomogenitäten der Wasser- und Ladungsdichte mittels Magnetresonanztomographie als Anfangsbedingungen. Die Simulationsergebnisse zeigten, dass während der CPA-Beladung signifikante mechanische Belastungen in allen Knorpelschichten auftreten und eine ausgeprägte Knorpeldehydration stattfindet. Besonders in den mittleren und tiefen Knorpelzonen erfahren die Chondrozyten durch die osmotische Reaktion eine erhebliche Volumenreduktion, was wichtige Implikationen für das Zellüberleben während der Kryokonservierung hat.
Cette étude vise à prédire la distribution spatiale et temporelle des agents cryoprotecteurs (CPA) dans le cartilage articulaire lors de la cryoconservation, en tenant compte des inhomogénéités naturelles du tissu. Les chercheurs ont utilisé un modèle biomécanique triphasique modifié intégrant les densités initiales d'eau et de charges fixes mesurées par IRM, comparé aux conditions initiales uniformes traditionnelles. Les résultats révèlent que le chargement en CPA génère des contraintes mécaniques significatives dans toutes les couches cartilagineuses, avec une déshydratation et un rétrécissement du tissu. L'analyse montre que les chondrocytes subissent une diminution volumique importante, particulièrement prononcée dans les zones moyennes et profondes du cartilage articulaire.
This study examined whether sustained compression loading makes cartilage-on-bone tissue more susceptible to injury from sudden impact trauma. Researchers subjected bovine knee cap samples to prolonged compression (creep loading) at 4 MPa for varying durations, then immediately struck them with a pendulum device delivering 2.2 J of impact energy. The results showed that prior compression made the tissue stiffer during impact (higher peak forces, shorter contact times) and significantly increased structural damage severity. Cartilage cracks penetrated deeper into the tissue layers, often reaching the calcified cartilage and causing delamination, hairline fractures, and damage to blood vessels in the underlying bone.
Diese Studie untersuchte, ob vorherige anhaltende Kompression Knorpel-Knochen-Strukturen anfälliger für traumatische Schäden macht. Die Forscher belasteten bovine Patellae zunächst über unterschiedlich lange Zeiträume mit konstantem Druck (4 MPa) und führten anschließend einen standardisierten Stoßimpakt mit einem Pendelindenter durch. Mit zunehmender Vorbelastung stiegen die Stoßkräfte an, während sich die Kontaktzeit verkürzte, was auf eine erhöhte Steifigkeit des Gewebes hinweist. Gleichzeitig nahm das Ausmaß struktureller Schäden deutlich zu – Risse drangen tiefer in den Gelenkknorpel ein, erreichten die kalzifizierte Knorpelschicht und verursachten Delaminationen sowie Sekundärschäden an den Gefäßkanälen im subchondralen Knochen.
Cette étude a examiné comment une compression prolongée préalable affecte la vulnérabilité du système cartilage-os aux traumatismes. Les chercheurs ont soumis des rotules bovines à différentes durées de compression (4 MPa), puis ont appliqué un impact standardisé (2,2J) pour évaluer les dommages structurels. Les résultats montrent qu'une compression préalable prolongée augmente la force de pic lors de l'impact, réduit sa durée, et aggrave significativement les dommages ostéochondraux avec des fissures plus profondes s'étendant jusqu'au cartilage calcifié et à l'os sous-chondral. Cette recherche démontre que l'exposition préalable à une compression soutenue compromet la capacité d'atténuation des forces du cartilage et accroît sa vulnérabilité aux lésions traumatiques.
This study investigated how forced exercise after knee injury affects lubricin (a joint lubricating protein) production and whether lubricin injection could protect cartilage damage. Researchers used rats with surgically severed ACL ligaments, comparing groups with and without forced exercise (rotating cylinder, 30 min daily) over 3-5 weeks, and testing the protective effects of injected human lubricin. The key findings showed that exercise after ACL injury significantly reduced the cartilage's natural lubricin production, increased cartilage damage scores, and caused more cell death in the joint surface. However, a single injection of purified lubricin into exercised injured joints restored lubricin gene expression, reduced markers of cartilage breakdown, and preserved cartilage cell viability, suggesting lubricin treatment could protect against exercise-induced cartilage damage following acute knee injury.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von forciertem Gelenktraining auf die Lubricin-Biosynthese nach Kreuzbandverletzung und testete die chondroprotektive Wirkung einer intraartikulären Lubricin-Injektion. An Ratten mit durchtrenntem vorderen Kreuzband wurde ein 5-wöchiges Trainingsprogramm (Rotationszylinder, 6 RPM, 30 Min täglich) durchgeführt, wobei histologische Analysen, OARSI-Scores und Biomarker zur Bewertung der Knorpelschädigung verwendet wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass forciertes Training nach Kreuzbandverletzung die Lubricin-Expression signifikant reduzierte, die Knorpeldegeneration verstärkte und die Chondrozyten-Viabilität in der Oberflächenschicht beeinträchtigte. Eine einmalige intraartikuläre Lubricin-Behandlung konnte diese trainingsbedingten Knorpelschäden deutlich reduzieren und die Chondrozyten-Viabilität
Cette étude visait à évaluer l'impact de l'exercice forcé sur le métabolisme de la lubricine après une blessure aiguë du genou et à tester l'effet chondroprotecteur d'une injection intra-articulaire de lubricine purifiée. Les chercheurs ont utilisé un modèle de rats avec transection du ligament croisé antérieur (ACLT), soumis ou non à un exercice sur cylindre rotatif, avec ou sans traitement par lubricine intra-articulaire. Les résultats montrent que l'exercice après ACLT diminue significativement l'expression de lubricine cartilagineuse, augmente la dégénérescence cartilagineuse (scores OARSI) et réduit la viabilité des chondrocytes de la zone superficielle. L'administration intra-articulaire de lubricine améliore ces paramètres en restaurant l'expression génique de lubricine et en réduisant les marqueurs de dégradation cartilagineuse, démontrant son potentiel chondroprotecteur.
This study developed a computational pipeline to understand how knee joint loading translates into deformation of individual cartilage cells (chondrocytes). The researchers used a multi-scale modeling approach that combined large-scale finite element models of the tibiofemoral joint with microscopic models of cartilage tissue containing chondrocytes, applying joint-level loads (one body weight compression) to predict cellular-level deformations.
The analysis revealed that chondrocytes experience amplified deformations compared to the overall tissue-level strains, with cells in a realistic 11-cell cartilage model showing less deformation but greater variability compared to an idealized single-cell model. The scalable computational pipeline successfully linked joint mechanics to cellular responses and can be adapted for other multi-scale biomechanical problems.
Diese Studie entwickelte eine mehrskalige Analysepipeline, um zu untersuchen, wie Gelenkbelastungen im Kniegelenk zu Verformungen von Chondrozyten im Knorpel führen. Die Methode koppelt makroskalige Finite-Elemente-Modelle des Tibiofemoralgelenks mit mikroskaligen Zellmodellen, wobei die Ergebnisse der Gelenkebene als Randbedingungen für die Zellebene verwendet werden. Die Ergebnisse zeigten, dass Chondrozyten verstärkte Verformungen im Vergleich zur Makroebene erfahren, wobei einzelne Zellen stärkere Deformationen aufwiesen als Zellen in anatomisch realistischeren Mehrzellenmodellen. Diese skalierbare und generalisierbare Methode ermöglicht es, die Lastverteilung vom Gelenk bis hin zu einzelnen Zellen zu verfolgen und könnte für weitere multiskalige biomechanische Fragestellungen angewendet werden.
Cette étude visait à développer un pipeline de simulation multi-échelle pour prédire les déformations des chondrocytes en fonction des charges appliquées à l'articulation tibio-fémorale. Les chercheurs ont couplé un modèle par éléments finis macro-échelle de l'articulation du genou avec des modèles cellulaires micro-échelle du cartilage, utilisant les conditions aux limites dérivées du modèle articulaire pour caractériser les déformations chondrocytaires. Les résultats montrent que les chondrocytes subissent des déformations amplifiées par rapport à celles observées à l'échelle macro, avec des variations importantes selon la configuration cellulaire (modèle à cellule unique versus modèle anatomique à 11 cellules). Cette approche généralisable et hautement évolutive permet une meilleure compréhension de la mécanotransduction dans le cartilage articulaire.
This study investigated how 30 minutes of running immediately affects knee cartilage and meniscus properties in healthy young adults using advanced MRI techniques. Twenty volunteers (aged 22-35 years) underwent 3T MRI scans before and immediately after running, with researchers measuring T1ρ and T2 relaxation times to assess tissue changes in response to loading. The results showed significant reductions in both relaxation times across most cartilage regions after running, with the greatest changes occurring in the medial tibiofemoral (9.4% T1ρ reduction) and patellofemoral compartments (12.5% T1ρ reduction), while the superficial cartilage layer showed more pronounced changes than deeper layers. These findings suggest that running alters cartilage water content and collagen fiber organization, with the medial and patellofemoral compartments bearing the greatest mechanical load during this activity.
Diese Studie untersuchte die akuten Auswirkungen von Laufen auf die MRT-Relaxationszeiten von Kniegelenkknorpel und Meniskus bei gesunden jungen Erwachsenen. Zwanzig Probanden im Alter von 22-35 Jahren erhielten 3T-MRT-Untersuchungen mit quantitativen T1ρ- und T2-Mapping-Techniken vor und unmittelbar nach 30-minütigem Laufen. Die Ergebnisse zeigten signifikante Reduktionen der T1ρ- und T2-Relaxationszeiten in fast allen Knorpelregionen nach dem Laufen, wobei das mediale tibiofemorale (T1ρ: -9,4%, T2: -5,4%) und patellofemorale Kompartiment (T1ρ: -12,5%, T2: -5,7%) die stärksten Veränderungen aufwiesen. Diese verkürzten Relaxationszeiten deuten auf Veränderungen im Wassergehalt und der Kollagenfaserorientierung des Gelenkknorpels hin und zeigen,
Cette étude visait à mesurer les changements aigus des temps de relaxation IRM (T1ρ et T2) du cartilage articulaire et des ménisques du genou chez des adultes sains immédiatement après 30 minutes de course. Vingt jeunes volontaires sains (22-35 ans) ont bénéficié d'une IRM quantitative 3T avec cartographie T1ρ et T2 avant et après l'exercice de course. Les résultats montrent une réduction significative des temps T1ρ et T2 dans toutes les régions cartilagineuses (sauf le tibia latéral), avec les diminutions les plus importantes dans les compartiments fémoro-tibial médial (T1ρ: 9,4%, T2: 5,4%) et fémoro-patellaire (T1ρ: 12,5%, T2: 5,7%). Ces modifications suggèrent des changements dans le contenu en eau et l'orientation des fibres de collagène, avec une sollicitation préférentielle du compartiment médial et de l'articulation fémoro-patellaire pendant la course.
This randomized controlled trial investigated whether different types of exercise training could improve cartilage function by reducing mechanical stress responses. The researchers assigned 44 healthy males to 12 weeks of running, cycling, swimming, or control groups, measuring serum cartilage oligomeric matrix protein (COMP) levels before, immediately after, and 30 minutes after a standardized 30-minute walking test both before and after the training period. Initially, all participants showed increased COMP levels (indicating cartilage stress) after the walking test, but after 12 weeks of training, only the running group maintained stable COMP levels during the walking challenge while other groups continued to show increases. The findings suggest that weight-bearing, high-impact exercise like running promotes functional adaptation of joint cartilage, making it more resistant to mechanical stress compared to non-weight-bearing activities like swimming and cycling.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersuchte, ob verschiedene Trainingsformen die funktionelle Anpassung des Gelenkknorpels beeinflussen können. 44 gesunde Männer wurden in vier Gruppen eingeteilt (Laufen, Radfahren, Schwimmen, Kontrollgruppe) und absolvierten ein 12-wöchiges Trainingsprogramm, wobei vor und nach der Intervention die Serum-COMP-Spiegel (Cartilage Oligomeric Matrix Protein) als Marker für Knorpelbelastung gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass nur in der Laufgruppe die COMP-Erhöhung nach einem standardisierten 30-minütigen Gehtest signifikant abnahm, während alle anderen Gruppen weiterhin erhöhte COMP-Werte aufwiesen. Die Autoren schließen daraus, dass gewichtstragendes, hochbelastendes Training wie Laufen zu einer funktionellen Anpassung des Gelenkknorpels führt, die dessen Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Belastung verbessert.
Cette étude randomisée contrôlée a évalué l'effet de différents types d'exercices sur l'adaptation fonctionnelle du cartilage articulaire en mesurant les niveaux sériques de COMP (protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse). Quarante-quatre hommes sains ont été répartis en quatre groupes (course, cyclisme, natation, contrôle) et ont suivi un programme d'entraînement de 12 semaines, avec mesure des taux de COMP avant, immédiatement après et 30 minutes après un exercice de marche de 30 minutes. Les résultats montrent que seul le groupe course a présenté une diminution significative de l'accumulation de COMP sérique après l'intervention, contrairement aux autres groupes qui ont maintenu une augmentation des taux de COMP post-exercice. Cette adaptation spécifique à la course suggère que l'exercice en charge avec impact élevé favorise l'adaptation fonctionnelle du cartilage articulaire aux contraintes mécaniques.
This study investigated how the superficial (top) layer of articular cartilage affects the tissue's mechanical properties during loading. The researchers tested cartilage samples from pig knee joints using static and dynamic compression tests, comparing intact samples with samples that had their superficial region removed, and used mathematical modeling to assess fluid flow properties. The key finding was that although the superficial region itself is softer than deeper cartilage layers, removing it significantly reduced the overall dynamic stiffness of the remaining tissue. The superficial region acts as a low-permeability barrier that helps trap fluid within the cartilage during loading, and its removal impairs the tissue's ability to maintain fluid-based load support, highlighting why superficial cartilage damage in early arthritis can compromise the function of the entire tissue.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die Rolle der oberflächlichen Knorpelschicht für die dynamischen Eigenschaften von Gelenkknorpel mittels mechanischer Tests an porcinen osteochondralen Proben unter statischer und dynamischer Belastung. Die mechanischen Eigenschaften wurden sowohl an intakten Proben als auch nach Entfernung der Oberflächenschicht gemessen, wobei die experimentellen Daten mit einem biphasischen Modell analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Entfernung der oberflächlichen Region zu einer signifikanten Reduktion des dynamischen Moduls führte, obwohl diese Schicht selbst weniger steif ist als das darunter liegende Gewebe. Die Autoren schlussfolgern, dass die oberflächliche Knorpelschicht als Barriere mit geringer Permeabilität fungiert und essentiell für die Aufrechterhaltung der Flüssigkeitsunterstützung während transienter Belastungen ist, was die klinische Bedeutung einer intakten Knorpeloberfläche unterstreicht.
Cette étude visait à élucider le rôle de la région superficielle du cartilage articulaire dans la détermination des propriétés dynamiques du tissu. Les chercheurs ont soumis des carottes ostéochondrales de genoux porcins à des tests mécaniques statiques et dynamiques en compression, avec et sans leur région superficielle, puis ont analysé les données selon un modèle biphasique. Les résultats montrent que bien que la région superficielle soit moins rigide en compression, son retrait réduit significativement le module dynamique du tissu restant en raison de sa faible perméabilité qui agit comme une barrière limitant l'écoulement des fluides. Ces findings soulignent l'importance critique de la région superficielle pour maintenir le support de charge fluidique et démontrent l'impact fonctionnel majeur de sa dégénérescence sur les propriétés mécaniques globales du cartilage.
This study aimed to develop a quantitative method for measuring Young's modulus (tissue stiffness) in soft tissues using a novel ultrasound water jet indentation system. The researchers created a 3D finite element computer model to simulate how tissues deform under water jet pressure and derived an improved version of Hayes' equation by incorporating a new scaling factor that accounts for tissue properties and deformation characteristics. The model successfully predicted tissue stiffness with high accuracy (error ≤2%), providing a foundation for non-contact mechanical property imaging of soft tissues. This advancement could enable clinicians to quantitatively assess tissue mechanical properties, particularly for early detection of cartilage degeneration, without direct physical contact with the tissue.
Diese Studie zielte darauf ab, eine quantitative Bildgebungsmethode zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls von Weichgeweben mittels berührungsloser Ultraschall-Wasserstrahl-Indentation zu entwickeln. Die Forschenden erstellten ein 3D-Finite-Elemente-Modell der Wasserstrahl-Indentation unter Berücksichtigung großer Verformungseffekte und leiteten eine verbesserte Hayes-Gleichung ab, die einen neuen Skalierungsfaktor einführt. Die Hauptergebnisse zeigen, dass mit diesem erweiterten Modell der Elastizitätsmodul von Weichgeweben quantitativ bestimmt und bildlich dargestellt werden kann, wobei der Fehler nicht mehr als 2% beträgt. Diese Methode könnte besonders für die Früherkennung von Knorpeldegeneration klinisch relevant sein.
Cette étude avait pour objectif de développer une méthode quantitative d'imagerie du module de Young des tissus mous à partir de données d'indentation par jet d'eau couplée à l'échographie ultrasonore. Les chercheurs ont créé un modèle d'éléments finis 3D prenant en compte les déformations finies et ont dérivé une équation de Hayes améliorée intégrant un facteur d'échelle dépendant du ratio de Poisson, du ratio géométrique indenteur/épaisseur tissulaire et du ratio de déformation. Cette approche permet de quantifier et d'imager le module de Young des tissus mous avec une précision remarquable, l'erreur ne dépassant pas 2%, offrant ainsi un outil prometteur pour la détection précoce de la dégénérescence cartilagineuse.
This study investigated how mechanical loading affects energy production in cartilage by examining the relationship between physical stress, mitochondrial reactive oxygen species (ROS), and ATP synthesis. The researchers applied controlled mechanical loading to bovine cartilage samples for one hour and measured ROS production and ATP levels, while using specific inhibitors (rotenone and MitoQ) to block mitochondrial function and ROS activity. They found that mechanical loading stimulates mitochondrial ROS production, which in turn drives ATP synthesis - when mitochondrial function or ROS were blocked, both ROS production and ATP synthesis were significantly reduced. These findings suggest that mitochondria play a crucial role in how cartilage adapts metabolically to mechanical stress, with implications for understanding both normal cartilage function and osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte die Rolle von mitochondrialen reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) bei der ATP-Synthese in mechanisch belasteten Gelenkknorpel. Die Forschenden belasteten bovine Knorpel-Explantate dynamisch (0,5 Hz, 0,25 MPa, 1 Stunde) und analysierten die ROS-Produktion mittels Dihydroethidium-Bildgebung sowie die ATP-Synthese durch Luciferase-basierte Assays. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung die mitochondriale ROS-Produktion stimuliert, welche wiederum für die ATP-Synthese erforderlich ist – dieser Mechanismus wurde durch Elektronentransport-Inhibitoren und mitochondriale ROS-Fänger bestätigt. Die Studie belegt somit eine wichtige Koppelung zwischen mechanischer Belastung und Energiestoffwechsel über mitochondriale ROS, was neue Einblicke in die metabolische Anpassung des Knorpels und potenzielle Mechanismen der Arthrose-Pathogenese liefert
Cette étude visait à élucider le rôle des espèces réactives de l'oxygène (ROS) mitochondriales dans la synthèse d'ATP du cartilage articulaire sous contrainte mécanique. Les chercheurs ont soumis des explants ostéochondraux bovins à une charge dynamique cyclique (0,5 Hz, 0,25 MPa, 1h) et ont mesuré la production de ROS par imagerie au dihydroéthidium ainsi que la synthèse d'ATP par dosage à la luciférase. Les résultats démontrent que la charge mécanique physiologique stimule la production de ROS mitochondriales, qui à leur tour régulent la synthèse d'ATP, ce processus étant inhibé par la roténone et le MitoQ. Cette découverte révèle un mécanisme de couplage entre contrainte mécanique et métabolisme énergétique médié par les ROS mitochondriales, ouvrant de nouvelles perspectives sur l'adaptation métabolique du cartilage et la pathogenèse de l'arthrose.
This study aimed to characterize the microscale mechanical properties of articular cartilage's extracellular matrix (ECM) and pericellular matrix (PCM) across different depths and loading directions. The researchers used atomic force microscopy to measure elastic properties in porcine cartilage samples that were cut parallel and perpendicular to the split-line direction (the preferred collagen fiber orientation) across the superficial, middle, and deep zones. The results showed that ECM stiffness varied significantly with direction in the superficial and deep zones, while the middle zone showed less directional variation. In contrast, PCM elastic properties remained relatively uniform across depths but still showed directional dependence, providing new evidence that cartilage mechanical anisotropy extends to the microscale level where cells reside.
Diese Studie untersuchte die tiefenabhängige Anisotropie der mikromechanischen Eigenschaften von extrazellulärer Matrix (ECM) und perizellulärer Matrix (PCM) in Gelenkknorpel. Die Forscher verwendeten Atomkraftmikroskopie (AFM) zur Steifigkeitsmessung an kryosezionierten Schweineknorpelproben, die parallel und senkrecht zur Split-Line-Richtung sowie normal zur Gelenkoberfläche orientiert waren. Die Ergebnisse zeigten eine deutliche Anisotropie der ECM-Elastizitätsmoduli in den oberflächlichen und tiefen Zonen, während die mittlere Zone nur subtile Anisotropie aufwies; die PCM zeigte zonale Uniformität mit der Tiefe, aber richtungsabhängige Eigenschaften über alle Zonen hinweg. Diese Befunde liefern neue Erkenntnisse über mechanische Inhomogenität und Anisotropie auf Mikroebene im Gelenkknorpel.
Cette étude visait à caractériser les propriétés biomécaniques microscopiques anisotropes de la matrice extracellulaire (MEC) et péricellulaire (MPC) du cartilage articulaire porcin selon la profondeur et l'orientation directionnelle. Les chercheurs ont utilisé la microscopie à force atomique (AFM) pour cartographier la rigidité de coupes de cartilage orientées parallèlement et perpendiculairement aux lignes de clivage dans les zones superficielle, moyenne et profonde. Les résultats révèlent une anisotropie distincte des modules élastiques de la MEC dans les zones superficielle et profonde (anisotropie subtile dans la zone moyenne), tandis que la MPC présente une uniformité zonale avec une dépendance directionnelle lorsque toutes les zones sont regroupées. Cette recherche apporte de nouvelles preuves de l'inhomogénéité mécanique et de l'anisotropie du cartilage articulaire à l'échelle microscopique.
This study investigated how chondrocytes (cartilage cells) deform when cartilage tissue is compressed under loads ranging from normal to extreme (0-80% strain) in two different regions of rabbit knee joints (femoral condyles and patellae). The researchers used intact cartilage preparations to measure both local tissue strains around cells and the actual deformation of the cells themselves under various loading conditions.
The key findings showed that chondrocytes were consistently protected from the full mechanical loads applied to the tissue - the cells experienced much smaller strains than the surrounding tissue, particularly under high loads where the local matrix environment appeared to shield cells from potentially damaging deformation. Additionally, chondrocytes from different joint regions (condyles vs. patellae) showed distinctly different mechanical responses, and intact tissue preparations protected cells much better than previous studies using cartilage explants had suggested.
Diese Studie untersuchte die Verformung von Chondrozyten unter verschiedenen mechanischen Belastungen (0-80% nominale Dehnung) in zwei Regionen des Kaninchenkniegelenks (Femurkondylen und Patella). Mittels in situ-Messungen analysierten die Forschenden lokale Matrixdehnungen und zelluläre Kompressionsdehnungen unter physiologischen bis extremen Gewebelasten. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Chondrozyten durch ihre extrazelluläre Matrix vor schädlichen Dehnungen geschützt werden - besonders bei hohen Gewebelasten waren die zellulären Dehnungen deutlich geringer als die auf das Gewebe angewandten Dehnungen. Zusätzlich wiesen Chondrozyten aus verschiedenen Knieregionen unterschiedliche Verformungseigenschaften auf, was die Bedeutung der lokalen Gewebestruktur für die zelluläre Mechanobiologie unterstreicht.
Cette étude visait à analyser les déformations des chondrocytes in situ sous des charges tissulaires allant de physiologiques à extrêmes (0-80% de déformation nominale) dans deux régions du genou de lapin (condyles fémoraux et rotules). Les chercheurs ont mesuré les déformations locales de la matrice et les déformations compressives cellulaires en utilisant une préparation intacte in situ. Les résultats montrent que les déformations cellulaires compressives étaient systématiquement inférieures aux déformations tissulaires appliquées, avec des différences marquées entre les régions articulaires, et que la matrice extracellulaire protège les chondrocytes des déformations potentiellement dommageables lors de charges élevées. Cette étude révèle l'importance de l'environnement matriciel local dans la mécanobiologie des chondrocytes et suggère que la mécanique cellulaire dépend à la fois de la charge appliquée et de la structure tissulaire locale du cartilage.
This study investigated how different types of cartilage matrix damage affect the tissue's microscopic response to mechanical compression. The researchers used a specialized compression test with an indenter containing a central pore on healthy cartilage, surface-damaged cartilage, and degenerated cartilage samples, then examined the deformed tissues under microscopy. The results showed that both surface layer removal and tissue degeneration significantly reduced the cartilage's ability to deform normally under load, with less fibril crimping and reduced matrix shearing compared to healthy tissue. These findings indicate that matrix damage makes cartilage more vulnerable to further deformation and impairs its capacity to distribute mechanical forces effectively across the tissue.
Diese Studie untersuchte, wie die strukturelle Integrität von gesundem, oberflächlich geschädigtem und degeneriertem Gelenkknorpel die biomechanische Antwort auf Kompression beeinflusst. Die Forscher verwendeten einen speziellen Indenter mit zentraler Pore zur Druckbelastung von sechs Knorpelgruppen (n=30) und analysierten die mikrostrukturellen Veränderungen mittels Differentialinterferenz-Kontrastmikroskopie nach chemischer Fixierung. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl die Entfernung der oberflächlichen Knorpelschicht als auch degenerative Veränderungen die Gewebeverformung, Kollagenfibrillen-Kräuselung und Matrixscherung deutlich reduzierten. Diese Befunde deuten darauf hin, dass strukturelle Schädigungen die Matrix anfälliger für Verformungen machen und gleichzeitig die Fähigkeit des Gewebes zur Kraftverteilung über größere Flächen beeinträchtigen.
Cette étude visait à analyser comment l'intégrité structurelle de matrices cartilagineuses saines, privées de couche superficielle et dégénérées influence leur réponse microstructurelle à la compression. Les chercheurs ont utilisé un protocole de compression par fluage avec un indenteur spécialisé (pore central de 450 μm) sur 30 échantillons répartis en six groupes, suivie d'une analyse par microscopie à contraste interférentiel différentiel. Les résultats montrent que l'ablation de la couche superficielle ou la dégénération tissulaire réduisent significativement la déformation dans la région du pore central, le plissement des fibrilles et le cisaillement matriciel aux bords de l'indenteur. Ces findings suggèrent que l'altération de l'intégrité matricielle rend le cartilage plus susceptible à la déformation et diminue sa capacité à redistribuer les contraintes mécaniques sur une surface étendue.
This study aimed to noninvasively measure mechanical strain patterns in human osteoarthritic cartilage using MRI and determine how these patterns relate to tissue depth, joint location, and disease severity. The researchers used a specialized MRI technique called DUALMRI at 14.1 Tesla to measure 2D deformation in cartilage samples from knee replacement surgeries while applying controlled compression, then compared the results to histological assessments of osteoarthritis severity.
The key findings showed that all strain types (von Mises, axial, and transverse) varied significantly with tissue depth, with the largest strains occurring in samples from high-load bearing areas like the tibial plateau and anterior condyle near exposed bone. Additionally, late-stage osteoarthritic cartilage showed significantly greater strains than early- or mid-stage disease, suggesting this MRI-based approach could potentially serve as a diagnostic tool for detecting cartilage deterioration before it becomes visible through conventional imaging methods.
Diese Studie untersuchte die mechanischen Eigenschaften von Gelenkknorpel bei Osteoarthrose (OA) mittels einer neuen MRT-basierten Methode namens DUALMRI. Die Forscher analysierten Knorpelproben von Knieersatz-Operationen unter mechanischer Belastung bei 14,1 Tesla und bestimmten die resultierenden Deformationen in verschiedenen Tiefen und Gelenkregionen. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastungsparameter stark tiefenabhängig sind und regional variieren, wobei die größten Deformationen in Bereichen nahe freiliegendem Knochen (Tibiaplateau und vorderer Kondylus) auftraten. Zudem waren die Deformationen bei fortgeschrittener OA signifikant höher als bei frühen Stadien, was DUALMRI als vielversprechende Methode zur nicht-invasiven Beurteilung der Knorpelfunktion und möglicherweise zur Früherkennung von OA etabliert.
Cette étude visait à évaluer de manière non invasive les caractéristiques mécaniques du cartilage articulaire ostéoarthrosique humain par IRM, en analysant les variations spatiales des déformations selon la profondeur, la région articulaire et la sévérité de la maladie. Les chercheurs ont utilisé une approche DUALMRI à 14,1 T pour mesurer les déformations 2D d'explants ostéochondraux humains sous compression non confinée, avec évaluation histologique subséquente du degré d'arthrose. Les résultats montrent que les déformations (von Mises, axiales et transversales) varient significativement selon la profondeur du cartilage, avec les plus grandes déformations observées dans les explants provenant du plateau tibial et du condyle antérieur près de l'os exposé, et des déformations significativement plus importantes dans l'arthrose tardive comparée aux stades précoces ou intermédiaires. Cette technique DUALMRI pourrait constituer un nouvel outil diagnostique pour l'arthrose précoce à intermédiaire et servir à valider les modèles computationnels de déformation tissulaire.
This study investigated how cartilage cells (chondrocytes) respond to mechanical loading in the early stages of osteoarthritis using a rabbit model where the anterior cruciate ligament was surgically cut (ACLT). The researchers used a specialized microscopy system to apply controlled mechanical pressure (2 MPa) to cartilage samples 4 weeks after ACLT surgery, measuring changes in cell volume and shape, along with tissue composition including collagen and proteoglycan content.
The key finding was that chondrocytes in osteoarthritic cartilage showed dramatically different responses to loading compared to healthy cartilage - cells in ACLT cartilage swelled by 24% under mechanical load, while cells in healthy cartilage compressed by 5.3%. The altered cell behavior was associated with disrupted collagen fiber orientation and reduced proteoglycan content in the osteoarthritic tissue, suggesting that fundamental changes in how cartilage cells respond to mechanical stress occur very early in osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte das Zellverformungsverhalten von Chondrozyten in oberflächlichem Gelenkknorpel von Kaninchen 4 Wochen nach vorderer Kreuzbandtranssektion (ACLT) als frühem Osteoarthritis-Modell. Mittels eines speziellen Mikroskopie-Indentationssystems mit Zwei-Photonen-Mikroskop wurde eine kontrollierte mechanische Belastung von 2 MPa auf patellare Knorpeloberflächen aufgebracht, während Zellvolumen und -morphologie der Chondrozyten sowie Gewebeeigenschaften analysiert wurden. Die Hauptergebnisse zeigten, dass sich das Verformungsverhalten der Chondrozyten bereits nach 4 Wochen deutlich verändert: In ACLT-Knorpel nahm das Zellvolumen unter Belastung um 24% zu, während es in gesundem Kontrollgewebe um 5,3% abnahm. Diese veränderte Zellreaktion korrelierte mit einer reduzierten Proteoglykan-Konzentration und veränderten Kollagenfaseror
Cette étude visait à caractériser le comportement déformationnel des chondrocytes dans le cartilage arthrosique précoce, 4 semaines après section du ligament croisé antérieur (ACLT) chez le lapin. Les chercheurs ont utilisé un système d'indentation microscopique couplé à la microscopie bi-photonique pour appliquer une charge contrôlée de 2 MPa sur le cartilage patellaire, tout en analysant le volume et la morphologie cellulaires ainsi que la composition tissulaire. Les résultats montrent une augmentation significative de 24% du volume des chondrocytes superficiels après charge mécanique dans le cartilage ACLT, contrairement à une diminution de 5,3% dans le cartilage controlatéral, associée à une réduction du contenu en protéoglycanes et une désorganisation des fibres de collagène. Cette étude révèle que les altérations du comportement mécanique des chondrocytes surviennent précocement dans l'arthrose, probablement en raison des modifications structurales de la matrice extracellulaire.
This study investigated whether providing basal bone support for osteochondral autografts would improve healing outcomes when combined with immediate weight-bearing after surgery. The researchers compared press-fitted grafts with full basal support ("bottomed") versus those with a 2mm gap underneath ("unbottomed") in 24 sheep, analyzing healing at 3 and 6 months using histological methods. At 3 months, unbottomed grafts showed significantly more subsidence, less bone mineralization, and poorer cartilage and bone healing compared to bottomed grafts, though these differences disappeared by 6 months. The findings suggest that ensuring complete basal support during osteochondral autograft procedures may allow for early mobilization while reducing graft subsidence and improving initial healing integration.
Diese Studie untersuchte den Einfluss der basalen Transplantatunterstützung auf die Heilung von osteochondralen Autotransplantaten bei frühzeitiger Belastung. In einem Schafmodell wurden press-fit osteochondrale Transplantate mit (bottomed) und ohne (unbottomed) direkten Knochenkontakt zur Basis implantiert, wobei alle Tiere sofortige postoperative Vollbelastung erhielten. Nach 3 Monaten zeigten Transplantate ohne basale Unterstützung signifikant mehr Transplantateinsinken, weniger mineralisierte Knochenbildung und schlechtere Knorpel- sowie subchondrale Knochenheilung im Vergleich zu voll unterstützten Transplantaten. Die Ergebnisse legen nahe, dass eine vollständige basale Unterstützung des Transplantats bei osteochondralen Autotransplantationen angestrebt werden sollte, um frühzeitige Mobilisation zu ermöglichen und die Langzeiteinheilung zu verbessern.
Cette étude visait à évaluer l'influence du support basal du greffon et de la mise en charge précoce sur la cicatrisation d'autogreffes ostéochondrales ajustées par pression. Les chercheurs ont implanté des autogreffes ostéochondrales dans les condyles fémoraux de 24 moutons, comparant deux groupes : greffons "non supportés" (avec un espace de 2 mm sous le greffon) versus greffons "supportés" (reposant fermement sur l'os receveur), avec mise en charge immédiate et analyse histologique à 3 et 6 mois. À 3 mois, les greffons non supportés présentaient significativement plus d'affaissement, moins d'os minéralisé et une cicatrisation cartilagineuse et osseuse sous-chondrale de moins bonne qualité comparativement aux greffons supportés, ces différences s'estompant à 6 mois. L'étude conclut qu'un support basal complet du greffon ostéochondral permet une mobilisation précoce en réduisant l'affaissement et en améliorant l'intégration à long terme.
This study investigated whether mechanical compression of articular cartilage can activate latent TGF-β stored in the tissue's extracellular matrix, similar to how joint motion activates TGF-β in synovial fluid. The researchers subjected 84 devitalized cartilage samples to dynamic compression at two strain levels (2% and 7.5%) for up to 15 hours and measured TGF-β activation over time. The results showed that cartilage contains high levels of TGF-β (68.5 ng/ml) with over 98% in latent form, but dynamic compression did not significantly increase active TGF-β levels compared to unloaded controls. The findings suggest that mechanical forces alone cannot activate matrix-bound latent TGF-β in cartilage, indicating that chondrocytes likely rely on chemical pathways for TGF-β activation rather than mechanical stimulation.
Diese Studie untersuchte, ob mechanische Kompression von Gelenkknorpel zur Aktivierung von latentem TGF-β führt, ähnlich wie es bei Synovialflüssigkeit beobachtet wurde. Die Forscher unterzogen devitalisierte Knorpelexplantate (n=84) über bis zu 15 Stunden dynamischer mechanischer Belastung mit unterschiedlichen Dehnungsgraden (±2% oder ±7,5% bei 0,5 Hz) und maßen die TGF-β-Aktivierung über die Zeit. Die Ergebnisse zeigten, dass trotz hoher TGF-β1-Konzentrationen im Knorpel (68,5±20,6 ng/ml), die zu über 98% in latenter Form vorlagen, die dynamische Kompression zu keiner signifikanten Aktivierung des gebundenen latenten TGF-β führte. Diese Befunde legen nahe, dass Chondrozyten in der tiefen Knorpelzone auf chemisch-vermittelte Aktivierungswege angewiesen sind und dass mechanische Verformung allein wahrscheinlich nicht ausreicht
Cette étude visait à déterminer si la déformation mécanique du cartilage articulaire peut activer le TGF-β latent lié à la matrice extracellulaire, par analogie avec l'activation mécanique observée dans le liquide synovial. Les chercheurs ont soumis des explants cylindriques de cartilage articulaire dévitalisé (n=84) à une compression dynamique continue (±2% ou ±7,5% de déformation à 0,5Hz) pendant 15 heures maximum, puis mesuré l'activation du TGF-β au fil du temps. Les résultats montrent que malgré la présence de TGF-β1 à des niveaux élevés dans le cartilage (68,5±20,6 ng/ml), principalement sous forme latente (>98%), la compression dynamique physiologique n'augmente pas significativement les niveaux de TGF-β1 actif par rapport aux contrôles non chargés. Cette étude suggère que l'activation du TGF-β latent lié à la matrice extracellulaire nécessite des voies d'activation chimiques plutôt que purement mécaniques, avec des implications potenti
This case-control study investigated how cartilage responds to exercise in people with early knee osteoarthritis compared to healthy controls. The researchers used 3D MRI to measure cartilage volume changes in 18 people with mild osteoarthritis (Kellgren-Lawrence grades 1-2) and 18 healthy middle-aged controls before and after a 30-repetition squatting exercise, with follow-up scans at 15-minute intervals. Both groups showed similar cartilage deformation patterns after exercise, with 3-4% volume reductions in knee cartilage that returned to baseline levels within 15 minutes of recovery. People with early osteoarthritis showed a tendency toward slightly larger deformations and slower recovery times, but the overall cartilage loading response was remarkably similar between groups.
Diese Fall-Kontroll-Studie untersuchte die akuten Knorpelreaktionen auf dynamische Kniebeugen-Übungen bei 18 Personen mit leichter bis mäßiger Kniearthrose (Kellgren-Lawrence Grad 1-2) im Vergleich zu 18 gesunden Kontrollpersonen mittleren Alters. Mittels 3D-Magnetresonanztomographie wurden die Knorpelvolumina vor und nach 30 Kniebeugen zu mehreren Zeitpunkten gemessen, um Deformation und Erholung zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigten, dass beide Gruppen ähnliche Knorpeldeformationen aufwiesen (etwa 3-4% Volumenreduktion im medialen Kompartiment), wobei Personen mit Arthrose tendenziell größere Deformationen und langsamere Erholung zeigten. Nach 15 Minuten waren die Knorpelvolumina in beiden Gruppen wieder auf Ausgangsniveau zurückgekehrt, was darauf hindeutet, dass moderate Belastungsübungen bei leichter Arthrose ähn
Cette étude cas-témoin visait à évaluer l'effet d'exercices de squat dynamiques sur les réponses aiguës du cartilage chez 18 personnes présentant une arthrose tibio-fémorale légère à modérée (grades 1-2 de Kellgren-Lawrence) comparées à 18 témoins d'âge moyen en bonne santé. L'IRM 3D a été utilisée pour mesurer les volumes cartilagineux avant et après 30 répétitions de squats, avec des acquisitions à intervalles de 15 minutes pour évaluer la déformation et la récupération. Les résultats montrent une déformation cartilagineuse similaire entre les groupes dans le compartiment médial (-3,4% fémur et -3,2% tibia chez les patients arthrosiques vs -2,8% fémur et -3,8% tibia chez les témoins), avec une tendance à une déformation plus importante du compartiment latéral chez les patients arthrosiques. La récupération complète des volumes cartilagineux nécessitait 15 minutes dans les deux groupes, avec une tendance à une récupération plus lente chez les patients présentant une dég
This study investigated how growth plate (physeal) cartilage deforms and recovers under realistic loading conditions compared to joint (articular) cartilage. The researchers used high-resolution MRI to continuously scan intact knee joints every 2.5 minutes during cyclic loading, measuring volume changes in both types of cartilage using a custom automated analysis program.
The key finding was that physeal cartilage consolidates and recovers much faster than articular cartilage (time constants of ~1.3-1.6 minutes versus 5.5-17.7 minutes respectively). The authors suggest this rapid behavior occurs because physeal cartilage can quickly exchange fluid with adjacent bone marrow spaces, potentially limiting the buildup of protective fluid pressure within the growth plate during prolonged compression and possibly contributing to premature growth plate closure under chronic loading.
Diese Studie untersuchte das zeitabhängige Verformungsverhalten von Wachstumsfugen-Knorpel (Physe) unter physiologischen Belastungen im Vergleich zu Gelenkknorpel. Mittels 4,7-Tesla-MRT wurden intakte Kniegelenke kontinuierlich während zyklischer Belastung gescannt und die Volumenveränderungen des Knorpels mit einem automatisierten Segmentierungsverfahren quantifiziert. Die Ergebnisse zeigten, dass Wachstumsfugen-Knorpel deutlich schnellere Konsolidierungs- (1,31 Min) und Erholungszeiten (1,63 Min) aufweist als Gelenkknorpel (5,53 bzw. 17,71 Min). Diese rasche Flüssigkeitsumverteilung könnte durch den freien Flüssigkeitsaustausch mit dem angrenzenden Knochenmark bedingt sein und möglicherweise erklären, warum chronische Kompression zu vorzeitiger Verknöcherung der Wachstumsfuge führt.
Cette étude visait à quantifier le comportement déformationnel du cartilage physaire (plaque de croissance) dans des genoux intacts sous charge physiologique dynamique, en comparaison avec le cartilage articulaire. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 4,7 T pour scanner continuellement l'articulation du genou toutes les 2,5 minutes pendant l'application d'une charge cyclique réaliste, avec un programme de segmentation automatique développé spécifiquement pour délimiter les frontières complexes du cartilage physaire. Les résultats montrent que les constantes de temps de consolidation (1,31±0,74 min) et de récupération (1,63±0,70 min) du cartilage physaire sont significativement plus rapides que celles du cartilage articulaire (5,53±1,78/17,71±13,88 min respectivement). Cette consolidation et récupération rapides du cartilage physaire s'expliqueraient par une frontière métaphysaire relativement libre permettant un échange liquidien rapide avec l'os spongieux adjacent, ce qui pourrait compromettre la génération de pression hydrostatique et contribuer à l'ossification prématur
This study developed a comprehensive computational framework within the open-source software FEBio to model the complex behavior of biological tissues as multiphasic materials containing charged solid matrices, solvents, and multiple neutral or charged solutes. The key methodological advances include novel approaches for modeling solute exclusion from pore spaces, incorporating electrostatic interactions through partition coefficients, and solving the electroneutrality condition as a polynomial equation to determine electric potential regardless of the number of charged solutes present. The framework was successfully verified against established models (Kedem-Katchalsky cell osmosis, Donnan osmotic swelling, electrolyte current flow) and demonstrated its capability by predicting experimental phenomena in cartilage, including current-generated stress and the effects of salt cation charge on creep response. This generalized modeling tool enables researchers to analyze the mechanoelectrochemical behavior of biological tissues and cells, providing a foundation for future studies of tissue growth and remodeling.
Diese Studie zielte darauf ab, ein umfassendes Finite-Elemente-Modellierungsframework für mehrphasige Materialien in der Open-Source-Software FEBio zu entwickeln, um das komplexe mechanoelektrochemische Verhalten biologischer Gewebe und Zellen zu simulieren. Die Methodik umfasste die Formulierung mathematischer Modelle für geladene poröse Festkörpermatrizen mit Lösungsmitteln und neutralen oder geladenen gelösten Stoffen, wobei neuartige Ansätze für Solut-Ausschlussmechanismen und elektrische Potentialberechnungen entwickelt wurden. Das Framework wurde erfolgreich durch mehrere Verifikationsprobleme validiert, einschließlich des Kedem-Katchalsky-Modells und der Donnan-osmotischen Schwellung, und konnte experimentelle Befunde wie strominduzierte Spannungen im Gelenkknorpel und den Einfluss der Salzkationenladung auf das Kriechverhalten reproduzieren. Diese generalisierte Modellierungsplattform ermöglicht erstmals die umfassende Analyse des mechanoelek
Cette étude présente le développement d'un framework d'éléments finis multiphasiques dans le logiciel open-source FEBio pour modéliser le comportement complexe des tissus biologiques composés de multiples constituants neutres ou chargés. La méthode intègre des approches novatrices pour traiter l'exclusion des solutés due aux effets stériques et électrostatiques, l'évaluation du potentiel électrique via la condition d'électroneutralité, et la conservation de charge comme contrainte dans l'équation de bilan de masse. Le framework a été validé avec succès sur plusieurs problèmes de vérification incluant le modèle de Kedem-Katchalsky, le gonflement osmotique de Donnan, et l'écoulement de courant dans un électrolyte, démontrant sa capacité à reproduire des solutions connues et à générer de nouvelles prédictions théoriques pour le cartilage articulaire. Cette approche généralisée ouvre la voie à la modélisation du comportement mécano-électro-chimique des tissus biologiques et cellules, établissant les bases pour de futures analyses de mélanges réactifs intégrant croissance et remodel
This review examines surgical treatment options for osteochondral lesions of the talus, which occur in up to 50% of acute ankle injuries and are common among athletes. The authors describe four main operative approaches: (1) arthroscopic bone marrow stimulation techniques (microfracture/drilling) that recruit stem cells to form fibrocartilage repair tissue, (2) autologous osteochondral transplantation using grafts from the patient's knee to replace defects with native hyaline cartilage and bone, (3) osteochondral allograft transplantation for large lesions using size-matched donor tissue, and (4) autologous chondrocyte implantation involving a two-stage procedure to culture and reimplant the patient's own cartilage cells. The key findings indicate that while bone marrow stimulation is widely used, concerns exist about the durability of fibrocartilage repair tissue, autologous transplantation provides native tissue but carries donor site morbidity risks, allograft transplantation should be reserved for large cystic lesions or salvage cases, and chondrocyte implantation theoretically produces hyaline-like repair tissue but requires a complex two-stage procedure.
Diese Übersichtsarbeit beschreibt operative Behandlungsmöglichkeiten für osteochondrale Läsionen des Talus, die bei bis zu 50% der akuten Sprunggelenksverletzungen auftreten. Die Autoren stellen vier Hauptbehandlungsverfahren vor: arthroskopische Knochenmarksstimulation (Mikrofrakturierung), autologe osteochondrale Transplantation vom ipsilateralen Knie, allogene osteochondrale Transplantation und autologe Chondrozytenimplantation. Während Knochenmarksstimulationstechniken nur minderwertiges Faserknorpelgewebe produzieren, zielen die anderen Verfahren darauf ab, hyalinknorpelähnliches Reparaturgewebe zu erzeugen, wobei Allografts hauptsächlich für große zystische Läsionen empfohlen werden. Alle chirurgischen Ansätze haben das gemeinsame Ziel, die Gelenkoberfläche zu rekonstruieren und langfristige Symptomlinderung zu erreichen.
Cette étude vise à présenter les différentes approches chirurgicales pour le traitement des lésions ostéochondrales du talus, pathologie fréquente chez les athlètes touchant jusqu'à 50% des entorses et fractures de cheville. Les auteurs décrivent quatre techniques principales : la stimulation arthroscopique de la moelle osseuse (microfractures), la transplantation ostéochondrale autologue depuis le genou, l'allogreffe ostéochondrale pour les grandes lésions, et l'implantation de chondrocytes autologues en deux temps chirurgicaux. Chaque technique présente des avantages et limitations spécifiques, avec pour objectif commun la restauration d'une surface articulaire proche du cartilage natif et le soulagement symptomatique à long terme.
This study investigated whether transtibial pull-out sutures effectively restore normal knee cartilage loading patterns after meniscal root repair using a porcine model. The researchers first tested suture elongation under repetitive loading (100 cycles, 1-10 N) in isolated menisci, then evaluated cartilage deformation patterns in whole knee joints (50 cycles, 100 N) across three conditions: intact root, detached root, and repaired root. The key findings showed that repetitive loading caused significant suture elongation (median 3.8 mm), and while root detachment increased abnormal cartilage stress patterns, surgical repair failed to restore normal cartilage loading. These results suggest that current transtibial pull-out suture techniques may be inadequate for meniscal root repair due to construct loosening under cyclic loads, potentially compromising healing outcomes.
Diese Studie untersuchte die Wirksamkeit der transtibiale Pull-out-Naht-Technik zur Reparatur von Meniskuswurzeln in einem Schweinemodell. Die Forscher testeten zunächst isolierte Menisken unter zyklischer Belastung (1-10 N) und anschließend komplette Kniegelenke unter wiederholten niedrigen Lasten (100 N), wobei sie die Knorpeldeformation als Maß für die lokale Belastung bei intakter, abgerissener und reparierter Meniskuswurzel verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass die zyklische Belastung zu einer medianen Nahtdehnung von 3,8 mm führte und die Reparatur der Meniskuswurzel die normale Knorpelbelastung nicht wiederherstellen konnte. Diese Befunde deuten darauf hin, dass die konventionelle Reparaturtechnik unter den postoperativ üblichen eingeschränkten Belastungsbedingungen möglicherweise nicht ausreicht, um die biomechanische Funktion vollständig zu restaurieren, was die Heilung
**Résumé :**
Cette étude porcine a évalué l'efficacité biomécanique de la réparation des racines méniscales par sutures transtibiales pull-out pour restaurer le contact racine-empreinte et normaliser les contraintes cartilagineuses sous charges postopératoires restreintes. Les chercheurs ont testé l'élongation des sutures sous charge cyclique (100 cycles, 1-10 N) sur 10 ménisques isolés, puis analysé la déformation cartilagineuse résiduelle sur 8 genoux entiers soumis à 50 cycles de 100 N, comparant trois conditions : racine intacte, détachée et réparée. Les résultats montrent une élongation médiane des sutures de 3,8 mm et, bien que la détachement de la racine augmente significativement la déformation cartilagineuse (p = 0,047), la réparation ne parvient pas à restaurer complètement le patron de charge normal. Ces résultats suggèrent que l'élongation des sutures sous charge cyclique pourrait compromettre la cicatrisation des racines méniscales réparées.
This study investigated how mechanical loading of articular cartilage generates reactive oxygen species (ROS) from mitochondria and whether this response depends on the amount of tissue deformation. The researchers applied different compressive stresses (0-1.0 MPa) to cartilage samples and measured both tissue strain and ROS levels using fluorescent imaging, while also testing the effects of various inhibitors. The key finding was that ROS production increased linearly with the magnitude of cartilage strain (R² = 0.87), with significant cell death occurring when strains exceeded 40%, while hydrostatic stress that caused minimal deformation had no effect. The results demonstrate that mitochondrial ROS generation is directly related to cartilage deformation magnitude, suggesting this pathway plays an important role in how cartilage cells respond to mechanical loading.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen mechanischer Belastung von Gelenkknorpel und der Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) aus den Mitochondrien. Die Forscher setzten Knorpelproben verschiedenen Druckbelastungen (0-1,0 MPa) aus und maßen sowohl die resultierenden Gewebsdehnungen als auch die ROS-Produktion mittels Konfokalmikroskopie. Die Ergebnisse zeigten einen linearen Zusammenhang zwischen der Gewebsdehnung und der ROS-Freisetzung (R² = 0,87), wobei signifikanter Zelltod bei Dehnungen über 40% auftrat. Die Verwendung von Inhibitoren bestätigte, dass die mitochondriale Elektronentransportkette eine zentrale Rolle bei der mechanisch induzierten ROS-Produktion spielt, was wichtige Erkenntnisse für das Verständnis der Knorpel-Mechanobiologie liefert.
Cette étude visait à déterminer si la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) mitochondriales induite mécaniquement est liée à l'amplitude de déformation du cartilage articulaire. Les chercheurs ont soumis des explants de cartilage à différentes contraintes compressives (0 à 1,0 MPa) et mesuré les déformations axiales tissulaires ainsi que les niveaux de ROS par imagerie confocale avec la dihydroéthidium. Les résultats montrent une relation linéaire entre les niveaux de ROS et l'amplitude des déformations axiales (R² = 0,87), avec une mort cellulaire significative observée pour des déformations >40%, tandis que les contraintes hydrostatiques n'avaient pas d'effet significatif. Cette étude démontre que les ROS et les oxydants mitochondriaux contribuent de manière déformation-dépendante à la mécanobiologie du cartilage.
This study aimed to develop a new imaging method using multiphoton microscopy (MPM) to detect early cartilage injury and cell death patterns that could lead to post-traumatic osteoarthritis. The researchers used equine cartilage samples subjected to compressive injury (30 MPa over 1 second) and imaged them with MPM using FDA-approved sodium fluorescein dye to visualize live and dead cells without tissue sectioning. The key findings showed that cell death clustered into distinct circular or elliptical patterns, with only 26% of cells near matrix cracks remaining viable one hour after injury. This technique represents the first successful use of MPM for evaluating cartilage injury at the cellular level in intact tissue, offering potential for early clinical detection of cartilage damage that cannot be identified by other imaging methods.
Diese Studie zielte darauf ab, Knorpelverletzungen mittels quantitativer Multiphotonen-Mikroskopie (MPM) zu identifizieren und das Muster des Chondrozytentods nach traumatischen Verletzungen zu bewerten. Die Forscher verletzten equine Knorpel-Knochen-Blöcke durch 30 MPa Druckbelastung und bildeten diese eine Stunde nach der Verletzung mit MPM und dem FDA-zugelassenen Natriumfluorescein ab, ohne dass eine Gewebeschneidung oder -fixierung erforderlich war. Die Hauptergebnisse zeigten, dass der Zelltod in charakteristischen kreisförmigen oder elliptischen Mustern auftrat, wobei nur 26,3% der Chondrozyten in der Nähe von Matrixrissen überlebten. Diese Studie demonstriert erstmals die erfolgreiche Anwendung von MPM zur zellulären Bewertung von Knorpelverletzungen in lebendem Gewebe und bietet vielversprechende klinische Perspektiven für die Früherkennung subtiler Knorp
Cette étude visait à développer une technique d'imagerie non-invasive pour identifier les lésions cartilagineuses précoces susceptibles de mener à l'arthrose post-traumatique. Les chercheurs ont utilisé la microscopie multiphotonique (MPM) avec la fluorescéine sodique (approuvée FDA) pour évaluer in situ la mort des chondrocytes sur des blocs ostéochondraux équins soumis à une charge compressive de 30 MPa. Les résultats montrent que la mort cellulaire post-traumatique suit des patterns circulaires ou elliptiques distincts, avec seulement 26,3% des chondrocytes restant viables près des fissures matricielles. Cette approche représente la première application de la MPM pour l'évaluation cellulaire des lésions cartilagineuses en tissu vivant, offrant un potentiel clinique prometteur pour la détection précoce des dommages cartilagineux subtils.
This study aimed to develop and validate a subject-specific finite element model of the horse metacarpophalangeal (MCP) joint to understand how mechanical loading contributes to common racing injuries. The researchers created a detailed computer model incorporating cartilage, ligaments, muscles, and bones, then validated it against cadaver experiments and tested it using data from horses moving at different speeds (walking, trotting, cantering). The model accurately predicted joint behavior within 5% of experimental measurements and showed that cartilage stresses increased with faster gaits, with the highest stresses occurring in areas that commonly suffer injury in racehorses. The findings suggest that cartilage geometry and stiffness have major impacts on stress distribution, indicating this modeling approach could help identify injury-prone loading patterns and develop prevention strategies.
Diese Studie zielte darauf ab, ein patientenspezifisches Finite-Elemente-Modell des Metacarpophalangealgelenks (MCP) beim Pferd zu entwickeln und zu validieren, um die Lastverteilung während normaler Bewegung zu verstehen. Das Modell umfasste deformierbaren Knorpel, elastische Bänder und Muskelkräfte und wurde gegen Kadaverexperimente validiert sowie mit Ganganalysedaten belastet. Die Ergebnisse zeigten, dass das Modell die experimentellen Messungen mit weniger als 5% Abweichung vorhersagte, wobei Knorpelstress mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit anstieg und besonders sensitiv auf Gelenkmoment, Knorpelgeometrie und -steifigkeit reagierte. Interessanterweise korrelierten die Bereiche mit Spitzenstress qualitativ mit häufigen Verletzungsstellen, was das Potenzial des Modells für die Verletzungsprävention unterstreicht.
Cette étude visait à développer et valider un modèle par éléments finis spécifique de l'articulation métacarpophalangienne équine pour comprendre la distribution des contraintes mécaniques lors de la locomotion normale. Les chercheurs ont créé un modèle biomécanique intégrant le cartilage déformable, les ligaments élastiques et les forces musculaires, puis l'ont validé contre des mesures expérimentales sur cadavres avant de l'utiliser avec des données de locomotion à différentes allures. Le modèle a prédit avec précision (< 5% d'erreur) le couple articulaire et les angles de flexion, montrant une augmentation des contraintes cartilagineuses avec la vitesse de locomotion, avec une sensibilité particulière à la géométrie du cartilage et à la rigidité articulaire. Les zones de contraintes maximales prédites par le modèle correspondent qualitativement aux sites de blessures courantes chez les chevaux de course, suggérant son potentiel pour élucider les mécanismes de blessure et développer des stratégies de prévention.
This study investigated whether blocking cell-matrix adhesion proteins could prevent cartilage cell death after impact injury. The researchers treated cartilage samples with inhibitors targeting focal adhesion kinase (FAK) and Src family kinase (SFK) before applying death-inducing impact loads, then measured cell survival immediately and 24 hours later using microscopy. Treatment with these inhibitors significantly improved chondrocyte survival from 59% to 77-82% immediately after impact, and from 34% to 45-56% at 24 hours compared to untreated controls. The findings suggest that impact-induced cartilage cell death occurs through a pathway involving cell adhesion receptors and their associated signaling proteins, offering potential targets for preventing cartilage damage following joint trauma.
Diese Studie untersuchte, ob die Hemmung von Zell-Matrix-Adhäsionen den Tod von Knorpelzellen nach Aufprallverletzungen verhindern kann. Die Forscher behandelten Knorpel-Knochen-Explantate mit spezifischen Inhibitoren für Fokale Adhäsionskinase (FAK) und Src-Familie-Kinasen (SFK), bevor sie diese einer tödlichen Stoßbelastung aussetzten, und bewerteten anschließend die Zellviabilität mittels Konfokalmikroskopie. Die Behandlung mit beiden Inhibitortypen verbesserte die Chondrozytenüberlebensrate signifikant - sowohl unmittelbar nach dem Aufprall (von 59% auf 77-82%) als auch nach 24 Stunden (von 34% auf 45-56%). Diese Ergebnisse bestätigen, dass mechanisch induzierter Knorpelzelltod hauptsächlich über FAK- und SFK-abhängige Signalwege erfolgt, was auf eine wichtige Rolle der Integrin-Zytoskelett-Interaktionen
Cette étude visait à déterminer si la mort des chondrocytes après un impact traumatique sur le cartilage articulaire implique l'activation des intégrines et la signalisation via les kinases FAK et SFK. Les chercheurs ont traité des explants ostéochondraux avec des inhibiteurs de FAK et SFK avant de les soumettre à un impact mécanique léthal, puis ont évalué la viabilité cellulaire par microscopie confocale. Les résultats montrent que l'inhibition de FAK et SFK améliore significativement la survie des chondrocytes, passant de 59% à 77-82% immédiatement après l'impact et de 34% à 45-56% après 24 heures. Ces données confirment que la mort chondrocytaire post-traumatique dépend largement des interactions intégrine-cytosquelette, suggérant une voie de signalisation de mort cellulaire initiée par les déformations excessives des récepteurs d'adhésion.
This study investigated how mechanical forces promote cartilage formation during early development by examining the cellular signaling pathways involved in mechanotransduction. The researchers used chicken embryo cells grown in high-density cultures and applied controlled mechanical loading (cyclic pressure at 0.05 Hz for 30 minutes) using a custom bioreactor during the critical differentiation period on days 2-3 of culture.
Mechanical loading significantly enhanced cartilage matrix production and increased expression of key cartilage components (collagen II, aggrecan) by activating the PKA/CREB-SOX9 signaling pathway, while simultaneously reducing PP2A phosphatase activity. These findings demonstrate that appropriate mechanical stimulation promotes cartilage formation through coordinated activation and inhibition of specific molecular pathways, providing insights into how physical forces guide cartilage development and potentially informing therapeutic strategies for cartilage repair.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung die Knorpelbildung (Chondrogenese) auf molekularer Ebene beeinflusst. Die Forschenden verwendeten Chondroprogenitorzellen aus Hühnerembryonen in hochdichten Zellkulturen und applizierten über einen selbst entwickelten Bioreaktor zyklische mechanische Belastung (0,05 Hz, 600 Pa für 30 Minuten an den Kulturtagen 2 und 3). Die mechanische Stimulation führte zu einer signifikant verstärkten Knorpelmatrixproduktion und erhöhten Expression wichtiger Knorpelkomponenten wie Kollagen Typ II und Aggrecan, vermittelt durch die Aktivierung des PKA/CREB-SOX9-Signalwegs und die Hemmung der PP2A-Phosphatase. Diese Ergebnisse zeigen, dass angemessene mechanische Reize die Knorpelbildung durch die gegensätzliche Regulation dieser beiden Signalwege fördern und liefern wichtige Erkenntnisse für das Verständnis der Mechanotransdu
Cette étude visait à analyser les voies de mécanotransduction impliquées dans la chondrogenèse in vitro sous stimulation mécanique. Les chercheurs ont cultivé des cellules chondroprogénitrices d'embryons de poulet en culture haute densité et ont appliqué une charge cyclique intermittente (0,05 Hz, 600 Pa, 30 min) via un bioréacteur générant une pression hydrostatique et des contraintes de cisaillement. La stimulation mécanique a significativement augmenté la production de matrice cartilagineuse (collagène de type II, aggrécan) et l'expression de SOX9, via l'activation de la voie PKA/CREB-SOX9 (avec augmentation des niveaux d'AMPc et de l'activité PKA) et l'inhibition de la phosphatase PP2A. Ces résultats démontrent que la stimulation mécanique appropriée favorise la formation cartilagineuse par une régulation opposée des voies PKA/CREB-SOX9 (activatrice) et PP2A (inhibitrice).
This pilot study investigated how knee loading affects meniscal tissue properties in osteoarthritis (OA) by measuring changes in MRI relaxation times (T1ρ and T2) before and after applying 50% body weight compression. The researchers used a 3T MRI scanner with a custom loading device to examine 20 women with knee OA and 10 healthy age-matched controls, analyzing three zones across the meniscal width.
Key findings showed that OA subjects had elevated baseline T1ρ and T2 times in the outer and middle zones of the medial meniscus compared to controls, indicating tissue degradation. Importantly, healthy controls demonstrated significantly greater changes in relaxation times with loading compared to OA subjects (15.1% vs 8.3% for T1ρ and 11.5% vs 6.9% for T2), suggesting impaired load transmission function in osteoarthritic menisci.
The authors conclude that these loading-induced changes in MRI relaxation times may serve as early biomechanical biomarkers for detecting meniscal dysfunction and predicting increased load transmission to underlying cartilage in knee OA.
**Zusammenfassung:**
Diese Pilotstudie untersuchte, wie sich T1ρ- und T2-Relaxationszeiten im Meniskus unter akuter Belastung bei Kniearthrose-Patientinnen im Vergleich zu gesunden Kontrollen verändern. Die Forschenden verwendeten ein 3-Tesla-MRT mit einer speziellen Belastungsvorrichtung, um 20 Arthrose-Patientinnen und 10 gesunde Frauen über 40 Jahre bei 20° Kniebeugung mit und ohne 50% des Körpergewichts als Kompressionsbelastung zu untersuchen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Arthrose-Patientinnen erhöhte Relaxationszeiten in der äußeren und mittleren Zone des medialen Meniskus aufwiesen, jedoch deutlich geringere Veränderungen zwischen unbelasteten und belasteten Zuständen im Vergleich zu gesunden Kontrollen (ΔT1ρ: 8,3% vs. 15,1%; ΔT2: 6,9% vs. 11,5%). Diese verminderte Reaktion
Cette étude pilote a évalué les changements des temps de relaxation T1ρ et T2 du ménisque lors d'une charge mécanique aiguë chez des femmes avec arthrose du genou comparées à des témoins sains, en utilisant l'IRM 3 Tesla avec un dispositif de compression représentant 50% du poids corporel. Les résultats montrent que les temps T1ρ et T2 sont élevés dans les zones externe et moyenne du ménisque médial chez les patientes arthrosiques, avec une réponse à la charge significativement diminuée par rapport aux témoins (variation de 8,3% vs 15,1% pour ΔT1ρ et 6,9% vs 11,5% pour ΔT2). Ces findings suggèrent un défaut de transmission des charges dans la zone externe du ménisque médial lors d'arthrose, indiquant une altération précoce de la fonction biomécanique méniscale. Les paramètres ΔT1ρ et ΔT2 pourraient ainsi constituer des biomarqueurs biomécaniques précoces pour prédire la transmission anormale des charges vers le cartilage
This study investigated how obesity-related metabolic changes affect cartilage health in the hip joint, specifically examining the balance between insulin-like growth factor-1 (IGF-1) and its binding proteins (IGFBP) that regulate cartilage matrix production. The researchers developed a computational model incorporating the competitive binding between IGF-1 and IGFBP, combined with gait analysis data from obese and normal-weight individuals to simulate realistic mechanical loading during walking. The model predicted that the altered IGF-1/IGFBP ratio found in obese individuals (lower IGF-1, higher IGFBP) reduces cartilage glycosaminoglycan concentration by up to 18% compared to normal-weight individuals, while moderate physical activity like walking provided modest benefits for cartilage matrix production. These findings suggest that metabolic imbalances in obesity, beyond just increased mechanical loading, contribute significantly to hip cartilage degradation and should be considered in understanding obesity-related osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte, wie sich das veränderte metabolische Umfeld bei Adipositas auf die Knorpelhomöostase im Hüftgelenk auswirkt. Die Forschenden entwickelten ein neues computerbasiertes Modell basierend auf der mechano-elektrochemischen Mischungstheorie, das die kompetitive Bindungskinetik von IGF-1 mit Bindungsproteinen (IGFBP) und Zelloberflächenrezeptoren sowie die damit verbundene Glykosaminoglykan (GAG)-Biosynthese beschreibt, kombiniert mit experimentellen Ganganalysen bei adipösen und normalgewichtigen Probanden. Die Simulationen zeigten, dass das bei Adipositas typische ungünstige IGF-1/IGFBP-Verhältnis (weniger IGF-1, mehr IGFBP) die GAG-Konzentration im Hüftknorpel um bis zu 18% reduziert, während moderate körperliche Aktivität wie Gehen einen geringen positiven Effekt auf die GAG-Produktion hat. Die Ergebnisse legen nahe, dass diese metabolische
Cette étude examine l'effet de l'obésité sur l'homéostasie du cartilage articulaire de la hanche en analysant les altérations métaboliques du facteur de croissance IGF-1 et de ses protéines de liaison (IGFBP). Les chercheurs ont développé un modèle computationnel basé sur la théorie des mélanges méchano-électrochimiques, combiné à une analyse de la marche chez des sujets obèses et normaux, pour quantifier l'effet de ces modifications sur la biosynthèse des glycosaminoglycanes (GAG). Les simulations numériques révèlent que le ratio IGF-1/IGFBP diminué chez les personnes obèses réduit la concentration en GAG du cartilage jusqu'à 18% comparativement à la population normale, tandis qu'une activité physique modérée comme la marche présente un effet bénéfique modeste sur la production de GAG. Ces résultats suggèrent que le déséquilibre métabolique IGF-1/IGFBP devrait être pris en compte dans l'association entre obésité et arthrose de la hanche.
This study aimed to design and validate a specialized bioreactor system capable of applying combined compression and shear forces to 3D cartilage tissue constructs, mimicking the complex loading conditions that cartilage experiences in joints. The researchers developed a computer-controlled system with precise gripping mechanisms and used finite element analysis to optimize the design, followed by mechanical testing to validate its performance. The system successfully delivered accurate and reproducible bi-axial loading at 1 Hz for up to 48 hours without damaging cell viability or construct integrity. This validated bioreactor provides a valuable tool for systematically studying how cartilage cells respond to physiologically relevant mechanical environments, which is crucial for developing effective cartilage tissue engineering strategies.
Diese Studie zielte darauf ab, ein in vitro Belastungssystem zu entwickeln und zu validieren, das sowohl zyklische Kompression als auch Scherkräfte auf 3D-Chondrozyten-besiedelte Agarose-Konstrukte anwenden kann, um physiologische Gelenkbelastungen nachzuahmen. Die Forscher entwickelten ein computergesteuertes biaxiales System mit präzisem Greifmechanismus und optimierten die Prototypen mittels Finite-Elemente-Analyse sowie mechanischen Ermüdungstests. Das validierte System ermöglichte eine präzise und reproduzierbare Anwendung kombinierter Kompressions- und Scherkräfte bei 1 Hz über 48 Stunden, ohne dass die Zellviabilität oder mechanische Integrität der Konstrukte beeinträchtigt wurde. Diese Entwicklung stellt ein geeignetes Werkzeug für die systematische Untersuchung von Chondrozyten-Reaktionen unter physiologisch relevanten, komplexen Belastungsprofilen im Rahmen des Knorpel-Tissue-Engineering dar.
Cette étude avait pour objectif de développer et valider un système de bioréacteur capable d'appliquer des charges biomécaniques combinées (compression et cisaillement) sur des construits d'agarose ensemencés de chondrocytes, reproduisant ainsi les conditions physiologiques articulaires. Le système informatisé permet l'application contrôlée et synchronisée de déformations bi-axiales cycliques grâce à un système de préhension robuste, avec validation par analyse par éléments finis et tests de fatigue mécanique. Les résultats démontrent que le dispositif peut appliquer avec précision et reproductibilité des charges combinées à 1 Hz pendant 48 heures sans altération de la viabilité cellulaire ni de l'intégrité mécanique des construits. Ce bioréacteur offre donc un outil fiable pour étudier systématiquement la réponse des chondrocytes à des profils de déformation complexes et physiologiquement pertinents dans le cadre de l'ingénierie tissulaire du cartilage.
This study investigated whether controlled compressive loading after cartilage injury could protect cartilage cells from death in a porcine model. The researchers used a drop tower to create impact injuries in cartilage plugs from pig knees, then applied two different levels of cyclic compression (0.5 or 0.8 MPa) for two 30-minute cycles, measuring cell viability and death markers 24 hours later. The key finding was that moderate compression at 0.5 MPa significantly reduced cell death (apoptosis) and improved cell survival compared to injured cartilage that received no compression. These results suggest that carefully designed therapeutic exercises delivering subphysiological loading soon after cartilage injury might help minimize damage and potentially reduce the risk of developing osteoarthritis.
Diese In-vitro-Studie untersuchte den Einfluss von zyklischer Kompression auf die Chondrozyten-Viabilität nach akuten Knorpelverletzungen an porcinen Gelenkknorpelproben. Die Forscher verwendeten ein Drop-Tower-System zur Simulation von Aufprallverletzungen und applizierten anschließend subphysiologische dynamische Kompressionslasten (0,5 oder 0,8 MPa) über zwei 30-minütige Zyklen. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Kompression mit 0,5 MPa die Chondrozyten-Viabilität signifikant erhöhte und die Apoptose im Vergleich zu unbehandelten verletzten Proben reduzierte, was sich auch in verringerter Caspase-3-Expression und erhöhter Kollagen-II-Expression widerspiegelte. Diese Befunde legen nahe, dass therapeutische Übungen mit subphysiologischer Belastung unmittelbar nach Knorpelverletzungen das Zellüberleben fördern und somit das Verletzungsausmaß minimieren
Cette étude visait à évaluer l'effet d'une charge compressive cyclique post-traumatique sur la viabilité et l'apoptose des chondrocytes dans un modèle de cartilage articulaire porcin lésé. Les chercheurs ont utilisé des explants de cartilage soumis à un impact traumatique puis à des cycles de compression dynamique (0,5 ou 0,8 MPa) pendant 30 minutes, avec analyse de la viabilité cellulaire, de l'apoptose et de l'expression génique à 24 heures. Les résultats montrent qu'une charge compressive de 0,5 MPa appliquée immédiatement après l'impact améliore significativement la viabilité des chondrocytes, réduit l'apoptose et diminue l'expression de la caspase 3 tout en préservant celle du collagène II. Cette approche de chargement sub-physiologique pourrait constituer une stratégie thérapeutique prometteuse pour minimiser les dommages cartilagineux post-traumatiques et réduire le risque de développement d'arthrose.
This study investigated whether the TRPV4 calcium channel mediates how cartilage cells (chondrocytes) respond to mechanical loading, which is essential for maintaining healthy joint cartilage. The researchers used chondrocytes embedded in agarose gel and applied dynamic compression while either blocking TRPV4 function with inhibitors or activating it with chemical agonists, then measured gene expression, matrix production, and mechanical properties. They found that TRPV4 is essential for chondrocytes to respond properly to mechanical loading - blocking TRPV4 prevented the beneficial effects of compression on cartilage-building genes and matrix formation, while chemically activating TRPV4 alone (without mechanical loading) produced similar beneficial effects. These findings suggest that TRPV4 calcium signaling is a key mechanism by which mechanical forces maintain cartilage health, potentially opening new therapeutic approaches for osteoarthritis treatment and cartilage tissue engineering.
Diese Studie untersuchte die Rolle des TRPV4-Kanals bei der Umwandlung mechanischer Signale in metabolische Antworten von Knorpelzellen (Chondrozyten). Die Forscher verwendeten in Agarose eingebettete Chondrozyten und testeten sowohl mechanische Kompression als auch chemische TRPV4-Aktivierung, um intrazelluläre Kalziumsignale und Genexpression zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass TRPV4-vermittelte Kalziumsignale essentiell für die mechanisch induzierte Regulation von anabolen und katabolen Genen sind und sowohl die Matrixakkumulation als auch die mechanischen Eigenschaften des Knorpels fördern. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass TRPV4 ein vielversprechendes therapeutisches Ziel für die Behandlung von Osteoarthritis und für das Tissue Engineering von Knorpelgewebe darstellt.
Cette étude visait à examiner le rôle du canal TRPV4 dans la mécanotransduction des chondrocytes en réponse à la compression dynamique. Les chercheurs ont utilisé des chondrocytes encapsulés dans de l'agarose pour étudier la signalisation calcique dépendante de TRPV4 et ont testé les effets de l'inhibition et de l'activation chimique de ce canal sur l'expression génique et la synthèse matricielle. Les résultats montrent que l'inhibition de TRPV4 bloque la régulation mécanique des gènes anaboliques et anti-cataboliques ainsi que l'amélioration des propriétés mécaniques induite par la charge, tandis que son activation chimique reproduit ces effets bénéfiques même en l'absence de stimulation mécanique. Ces findings suggèrent que TRPV4 joue un rôle central dans la mécanotransduction chondrocytaire et représente une cible thérapeutique potentielle pour l'arthrose et l'ingénierie tissulaire du cartilage.
This study evaluated a fixation-only surgical approach for treating cervical spondylosis with spinal canal stenosis in 6 patients over a 4-month period in 2013. The surgical technique involved transarticular screw fixation of affected spinal segments without decompression, using cartilage removal, bone grafting, and placement of 1-2 screws per facet joint at 2-4 spinal levels per patient. All patients showed clinical improvement at an average 6-month follow-up (range 3-8 months) as measured by standardized outcome scales, with no patient experiencing symptom worsening. The authors suggest that spinal instability is a key factor in cervical spondylosis pathogenesis and that fixation alone can provide effective treatment through stabilization and促进arthrodesis.
Diese Studie untersuchte eine alternative chirurgische Behandlungsmethode für zervikale Spondylose mit Spinalkanalstenose, bei der ausschließlich eine Fixation ohne Dekompression durchgeführt wird. Die Methode umfasst eine transartikuläre Schraubenfixation der betroffenen Segmente nach Eröffnung der Facettengelenke, Knorpelentfernung und Einbringung von Knochenspänen, wobei ein oder zwei Schrauben pro Gelenk verwendet werden. Bei sechs Patienten mit einer durchschnittlichen Nachbeobachtungszeit von 6 Monaten zeigte sich eine bemerkenswerte und progressive Verbesserung der Symptome ohne Verschlechterung bei einem der Patienten. Die Autoren schlussfolgern, dass die alleinige Fixation eine rationale Behandlungsform darstellt, da die vertikale Instabilität der Facettengelenke als zentraler pathogenetischer Mechanismus der zervikalen Spondylose betrachtet wird.
Cette étude pilote évalue une technique alternative de traitement de la spondylose cervicale avec sténose canalaire, consistant uniquement en une fixation-arthrodèse par vis transarticulaires. Six patients atteints de compression médullaire cervicale spondylotique ont été traités par cette méthode entre mars et juillet 2013, impliquant la dénudation du cartilage articulaire, la greffe osseuse intra-articulaire et l'insertion d'une ou deux vis transarticulaires par articulation facettaire. Les résultats préliminaires à court terme (suivi moyen de 6 mois) montrent une récupération symptomatique remarquable chez tous les patients selon les scores JOA, EVA et les critères d'Odom, sans détérioration post-opératoire. Les auteurs concluent que cette technique de stabilisation simple et sûre pourrait constituer un traitement rationnel, l'instabilité verticale des facettes étant considérée comme le phénomène pathogénique clé de la maladie spondylotique cervicale.
This study investigated how mechanical loading affects cartilage quality measurements (T1ρ and T2 relaxation times) in knee joints of people with and without osteoarthritis (OA). The researchers used MRI to scan 137 subjects under two conditions - unloaded and loaded at 50% body weight - analyzing different cartilage regions including superficial and deep layers across the knee joint compartments. Loading caused significant changes in relaxation times throughout the knee cartilage, with distinct patterns: tibial cartilage showed overall reductions in T1ρ values, while femoral cartilage demonstrated opposite responses between superficial (decreased) and deep (increased) layers for both T1ρ and T2 measurements. Importantly, people with OA showed much larger changes in response to loading (13-19%) compared to healthy individuals (3-13%), suggesting that osteoarthritic cartilage has compromised ability to retain water and distribute mechanical forces effectively.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung die MRT-Relaxationszeiten (T1ρ und T2) des Kniegelenkknorpels bei Personen mit und ohne Kniearthrose beeinflusst. Die Forscher führten MRT-Untersuchungen an 137 Probanden sowohl unbelastet als auch unter 50% Körpergewichtbelastung durch und analysierten verschiedene Knorpelregionen sowie oberflächliche und tiefe Knorpelschichten. Die Ergebnisse zeigten signifikante Veränderungen der Relaxationszeiten unter Belastung, wobei sich oberflächliche und tiefe Knorpelschichten unterschiedlich verhielten. Besonders bedeutsam war, dass Patienten mit Arthrose deutlich stärkere Veränderungen der Relaxationszeiten aufwiesen (13-19%) als gesunde Kontrollpersonen (3-13%), was auf eine verminderte Fähigkeit zur Wasserspeicherung und Lastverteilung bei degeneriertem Knorpel hinweist.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer les effets de la charge mécanique sur les temps de relaxation T1ρ et T2 du cartilage articulaire du genou chez des patients avec et sans arthrose. L'équipe a utilisé l'IRM pour analyser 137 sujets dans deux conditions (sans charge et avec charge à 50% du poids corporel), en examinant différentes régions cartilagineuses avec une analyse laminaire (couches superficielle et profonde). Les résultats montrent une diminution significative des temps de relaxation T1ρ dans le tibia sous charge, tandis que dans le fémur, la charge provoque une diminution dans la couche superficielle et une augmentation dans la couche profonde pour T1ρ et T2. Les changements étaient plus importants chez les patients arthrosiques (13-19%) que chez les sujets sains (3-13%), suggérant une capacité réduite de la matrice collagène-protéoglycane à retenir l'eau et à dissiper les charges dans l'arthrose.
This study aimed to measure cartilage deformation and meniscal movement in a human knee during static loading (standing) and validate these measurements against a computer model. The researchers used high-resolution cone beam CT scanning with contrast agent to image the knee at 0, 1, 5, and 30 minutes of standing, then compared results to a subject-specific 3D finite element model created from MRI data. The experiments showed that 80% of cartilage compression occurred immediately upon loading, with continued slow deformation over 30 minutes, and the computer model accurately predicted both cartilage strains and meniscus movement. The study found that cartilage fibril network stiffness primarily controlled the amount of deformation, while the non-fibrillar matrix stiffness mainly influenced the rate of continued compression over time.
Diese Studie zielte darauf ab, die Verformung von Gelenkknorpel und Meniskusbewegungen im menschlichen Knie unter statischer Belastung zu untersuchen und mit einem patientenspezifischen 3D-Finite-Elemente-Modell zu vergleichen. Die Forscher verwendeten hochauflösende Kegelstrahl-CT-Bildgebung mit Kontrastmittel, um Knorpelverformungen nach 0, 1, 5 und 30 Minuten Stehbelastung zu messen, und entwickelten parallel ein FE-Modell basierend auf MRT-Daten zur Simulation des Kriechverhaltens. Die Ergebnisse zeigten, dass 80% der maximalen Knorpelverformung sofort auftrat, gefolgt von einer langsameren kontinuierlichen Deformation bis zu 30 Minuten, wobei das FE-Modell gut mit den experimentellen Daten übereinstimmte. Die Studie identifizierte die Kollagenfibrillen-Netzwerksteifigkeit als Hauptfaktor für die Dehnungsintensität und den
Cette étude visait à déterminer les déformations du cartilage articulaire et les mouvements méniscaux lors de la mise en charge statique du genou en combinant imagerie par CT conique haute résolution et modélisation par éléments finis. Les chercheurs ont mesuré les déformations cartilagineuses chez un volontaire en position debout à 0, 1, 5 et 30 minutes, puis ont comparé ces données à un modèle 3D personnalisé simulant le fluage du cartilage. Les résultats montrent que 80% de la déformation maximale survient immédiatement, suivie d'une déformation lente continue, avec une bonne concordance entre les mesures expérimentales et le modèle numérique. L'étude révèle que la rigidité du réseau de fibres de collagène influence principalement l'amplitude des déformations, tandis que le module de la matrice non-fibrillaire contrôle davantage la vitesse de fluage.
This study investigated how different levels of mechanical loading affect calcium signaling in cartilage cells (chondrocytes) within intact cartilage tissue. The researchers applied compressive loads of 10-40% strain to rabbit knee cartilage samples while using calcium-sensitive dyes and continuous imaging to monitor cellular responses. They found that calcium signaling occurred primarily during the active loading phase and dramatically increased once tissue strain exceeded approximately 10%, with a trend toward more cells responding as loading magnitude increased. These findings help identify the mechanical thresholds that trigger calcium-dependent cellular processes important for cartilage health and may inform understanding of osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte den Einfluss der mechanischen Belastungsstärke auf die Kalzium-Signalgebung von Chondrozyten in intaktem Knorpelgewebe. Die Forscher verwendeten vollständig intakte Kaninchen-Femurknorpelproben, die mit kalziumsensitiven Farbstoffen behandelt und unter verschiedenen Kompressionsbelastungen (10-40% Dehnung) kontinuierlich bildgebend überwacht wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kalzium-Signalgebung hauptsächlich während der dynamischen Belastungsphase auftrat und ab einer Schwellenverformung von etwa 10% Gewebedehnung stark anstieg, wobei ein Trend zu vermehrter zellulärer Kalzium-Signalgebung bei höheren Belastungen beobachtet wurde. Diese Erkenntnisse liefern wichtige neue Informationen über kalziumabhängige Signalwege, die für die Knorpelhomöostase und möglicherweise die Entstehung von Arthrose relevant sind.
Cette étude visait à déterminer l'effet de l'amplitude de la charge mécanique sur la signalisation calcique des chondrocytes dans le cartilage intact. Les chercheurs ont utilisé des échantillons de condyles fémoraux et de rotules de lapin marqués avec des colorants sensibles au calcium, soumis à des charges compressives de 10 à 40 % de déformation. Les résultats montrent que la signalisation calcique est principalement associée à la phase de chargement dynamique et augmente considérablement au-delà d'un seuil de déformation d'environ 10 % de contrainte tissulaire nominale. Ces données fournissent de nouvelles informations sur les mécanismes de méchanotransduction impliqués dans l'homéostasie du cartilage et potentiellement dans le développement de l'arthrose.
This study aimed to develop a comprehensive computational model to predict how the knee joint responds to large compressive forces over time, accounting for the fluid flow and time-dependent behavior of cartilage and menisci. The researchers created a finite element model incorporating viscoelastic and poromechanical properties, modeling cartilage and menisci as fiber-reinforced porous materials and ligaments as hyperelastic solids, then simulated two loading scenarios: creep (constant load) and stress relaxation (constant displacement). The model revealed that while contact pressure patterns were similar in both scenarios, load distribution mechanisms differed significantly—during creep loading, pressure shifted from cartilage-to-cartilage contact toward cartilage-meniscus contact over time, effectively transferring load to the menisci, whereas stress relaxation showed uniform pressure decreases at all contact sites. These findings highlight the important time-dependent load-sharing role of menisci and demonstrate how different loading conditions can lead to distinct biomechanical responses in the knee joint.
Diese Studie zielte darauf ab, ein verbessertes biomechanisches Modell des Kniegelenks zu entwickeln, das viskoelastische und poromechanische Eigenschaften bei großen Kompressionsbelastungen berücksichtigt. Die Forscher modellierten Knorpel und Menisken als faserverstärkte poröse Materialien und Bänder als faserverstärkte hyperelastische Festkörper, wobei sie quasi-lineare Viskoelastizität für das Kollagennetzwerk und Neo-Hookean-Hyperelastizität für die nicht-fibrilläre Matrix verwendeten. Die Finite-Elemente-Analysen zeigten, dass während Kriech- und Spannungsrelaxationsversuchen zwar ähnliche Kontaktdruckverteilungen auftraten, sich jedoch die Lastübertragung im Gelenk grundlegend unterschied. Bei Kriechversuchen nahm der Kontaktdruck zwischen den Knorpeln ab, während er zwischen Knorpel und Meniskus zunahm, was zu einer graduellen Lastübertragung vom zentralen Knorpelbereich zu den Menisken führ
Cette étude visait à développer un modèle poromécanique viscoélastique du genou capable de prédire sa réponse sous des conditions de charge réalistes et de grandes déformations. Les chercheurs ont modélisé les cartilages et ménisques comme des matériaux poreux renforcés par des fibrilles, et les ligaments comme des solides hyperélastiques, en utilisant une analyse par éléments finis avec ABAQUS pour simuler le fluage et la relaxation de contrainte sous compression importante. Les résultats montrent que bien que les distributions de pression de contact soient similaires dans les deux scénarios de charge, le transfert de charge diffère fondamentalement : durant le fluage, une partie de la charge se transfère progressivement du centre des cartilages vers les ménisques, tandis que durant la relaxation de contrainte, toutes les pressions de contact diminuent de manière monotone. Ces findings révèlent l'importance des propriétés viscoélastiques dans la mécanique articulaire du genou et pourraient améliorer la compréhension des mécanismes de dégénération du cartilage.
This review examines how mechanical stress contributes to osteoarthritis (OA) development and explores implications for preventing and treating joint injuries. The authors analyzed existing research on the cellular and molecular mechanisms by which excessive joint loading damages cartilage, including single acute impacts and repetitive stress from joint instability or dysplasia. Key findings show that excessive cartilage loading triggers harmful reactive oxygen species (ROS) release from mitochondria, leading to cartilage cell death and tissue breakdown, while fibronectin fragments and inflammatory molecules (alarmins) released from damaged cartilage further accelerate joint destruction. The research suggests that controlling mechanical stress through techniques like joint distraction and motion can promote healing in damaged joints, and that targeting these newly identified molecular pathways could lead to improved biological and mechanical treatments for OA prevention and management.
Diese Studie untersuchte die Rolle mechanischer Belastungen bei der Entstehung von Arthrose und deren therapeutische Implikationen. Die Autoren analysierten sowohl akute als auch chronische Gelenkbelastungen und deren zelluläre Auswirkungen auf den Knorpel, einschließlich der Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), Fibronektin-Fragmenten und Alarminen. Die Hauptergebnisse zeigen, dass übermäßige Gelenkbelastungen durch verschiedene molekulare Mechanismen zum Knorpelabbau führen, wobei ROS-induzierter Chondrozytentod und Matrixdegradation zentrale Rollen spielen. Basierend auf diesen Erkenntnissen schlagen die Autoren neue biologische und mechanische Therapieansätze vor, einschließlich Gelenkdistraktion und gezielter Bewegung zur Förderung der Gelenkumgestaltung bei fortgeschrittener posttraumatischer Arthrose.
Cette étude examine le rôle des contraintes mécaniques excessives dans la pathogenèse de l'arthrose, qu'elles soient aiguës (impact unique) ou répétitives (stress cumulatif). Les investigations révèlent que ces surcharges déclenchent la libération d'espèces réactives de l'oxygène par les mitochondries, provoquant la mort des chondrocytes et la dégradation matricielle, tandis que les fragments de fibronectine et les alarmines libérés stimulent l'inflammation et la perte progressive du cartilage. Les résultats montrent que la distraction et la mobilisation des chevilles arthrosiques peuvent favoriser le remodelage articulaire et améliorer la fonction chez les patients avec arthrose post-traumatique terminale. Ces avancées dans la compréhension des mécanismes mécanobiologiques ouvrent la voie à de nouvelles approches biologiques et mécaniques pour la prévention et le traitement de l'arthrose.
This review examines how mechanical forces affect articular cartilage health and disease, particularly in osteoarthritis. The authors synthesized studies measuring cartilage deformation from macro- to microscale levels and analyzed how chondrocytes (cartilage cells) respond to mechanical loading through both laboratory and animal studies. The findings reveal a complex network of interactions between mechanical forces, inflammatory processes, and biochemical signals that can either maintain healthy cartilage or promote disease progression. Understanding these mechanobiological relationships is crucial for developing new tissue engineering strategies and treatments for cartilage disorders like osteoarthritis.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Mechanobiologie des Gelenkknorpels im Kontext der Osteoarthritis, mit dem Ziel die Auswirkungen biomechanischer Faktoren auf die Knorpelphysiologie zu verstehen. Die Autoren analysieren Studien zur Knorpeldeformation auf verschiedenen Größenordnungen (Makro- bis Mikroskala) sowie zelluläre Antworten der Chondrozyten auf mechanische Belastung mittels in vitro und in vivo Ansätzen. Die Ergebnisse zeigen ein komplexes Zusammenspiel zwischen mechanischen, entzündlichen und biochemischen Faktoren, das die Knorpelmatrix-Homöostase unter normalen und pathologischen Bedingungen entweder unterstützen oder hemmen kann. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für die Entwicklung von Tissue Engineering-Strategien und therapeutischen Interventionen zur Behandlung von Knorpelerkrankungen wie der Osteoarthritis.
Cette revue examine la mécanobiologie du cartilage articulaire pour comprendre comment les facteurs biomécaniques influencent la physiologie du cartilage dans des conditions normales et pathologiques. Les auteurs analysent des études mesurant la déformation du cartilage à différentes échelles (macro- à microscopique) et les réponses des chondrocytes à la charge mécanique via des approches in vitro et in vivo. Les résultats révèlent une interaction complexe entre les facteurs mécaniques, inflammatoires et biochimiques qui peut soit maintenir soit perturber l'homéostasie de la matrice cartilagineuse. Cette compréhension des interactions mécanobiologiques constitue une étape cruciale pour développer des approches d'ingénierie tissulaire et des interventions thérapeutiques contre l'arthrose.
This study investigated why chronic skeletal pain is harder to treat than acute skeletal pain by examining whether abnormal nerve growth occurs at nonhealed bone fracture sites. The researchers created closed femur fractures in mice and analyzed nerve fiber patterns and pain behaviors in animals with nonhealed fractures at 90+ days post-injury. They found that all mice with nonhealed fractures developed excessive sprouting of sensory and sympathetic nerve fibers, increased nerve density, and neuroma-like structures near the fracture site, along with significant pain responses when the area was touched. These abnormal nerve changes were never seen in uninjured control animals, suggesting that ectopic nerve sprouting in nonhealed bone may explain why chronic skeletal pain becomes increasingly difficult to manage with standard pain medications.
Diese Studie untersuchte, ob abnormales Nervenwachstum in nicht verheilten Knochenbrüchen zur Entstehung chronischer Skelettschmerzen beiträgt. Die Forscher verwendeten ein Mausmodell mit geschlossenen Femurfrakturen und analysierten die Nerveninnervation sowie das Schmerzverhalten über einen Zeitraum von mehr als 90 Tagen. Bei allen Mäusen mit nicht verheilten Frakturen zeigten sich übermäßiges Wachstum sensorischer und sympathischer Nervenfasern, erhöhte Nervenfaserdichte und neurom-ähnliche Strukturen am Frakturort, begleitet von ausgeprägten Schmerzverhaltensweisen bei Palpation. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass ektopisches Nervenwachstum ein wichtiger Mechanismus für die Entstehung und Aufrechterhaltung chronischer Skelettschmerzen bei gestörter Knochenheilung sein könnte.
Cette étude visait à explorer le rôle de la repousse nerveuse ectopique dans la génération de douleurs squelettiques chroniques associées aux fractures non consolidées. Les chercheurs ont utilisé un modèle murin de fracture fermée du fémur avec analyse histologique de l'innervation et évaluation comportementale de la douleur jusqu'à 90+ jours post-fracture. Les résultats montrent que toutes les souris présentant des fractures non consolidées développent une repousse exubérante des fibres nerveuses sensorielles et sympathiques, une augmentation de la densité nerveuse, et la formation de structures pseudo-neuromatoses près du site de fracture. Ces modifications anatomiques s'accompagnent systématiquement de comportements douloureux significatifs à la palpation, suggérant que cette innervation ectopique contribue directement au maintien de la douleur squelettique chronique.
This study investigated how the calcium channel protein TRPV5 is expressed in joint cartilage cells under different loading conditions to understand its role in cartilage tissue formation. The researchers used immunohistochemistry to measure TRPV5 expression in normal and osteoarthritic rat cartilage, both with and without exercise loading. They found that TRPV5 expression was significantly reduced under exercise loading conditions in both normal cartilage (from 34.3% to 18.1% positive areas) and osteoarthritic cartilage (from 13.17% to 6.4% positive areas). The results suggest that TRPV5 expression is load-dependent and may play an important role in cartilage tissue development and maintenance.
Diese Studie untersuchte die Expression des Transient Receptor Potential Cation Channel V5 (TRPV5) in Gelenkknorpelzellen unter normalen und belastenden Bedingungen, um dessen Rolle in der Knorpelgewebsbildung zu verstehen. Die Forscher verwendeten gesunde und osteoarthritische Sprague-Dawley-Ratten und analysierten die TRPV5-Expression mittels Immunhistochemie nach Belastung durch körperliche Aktivität. Die Ergebnisse zeigten, dass die TRPV5-Expression sowohl bei gesundem als auch bei arthritischem Knorpel unter Belastung signifikant abnahm (von 34,3% auf 18,1% bei gesundem Knorpel und von 13,2% auf 6,4% bei OA-Knorpel). Diese Befunde deuten darauf hin, dass TRPV5 eine wichtige Rolle in der Knorpelgewebsentwicklung spielt und seine Expression direkt von der mechanischen Belastung der Gelenke abhängt.
Cette étude visait à analyser l'expression du canal cationique TRPV5 dans le cartilage articulaire et son rôle potentiel dans la formation des tissus cartilagineux sous contraintes d'exercice. Les chercheurs ont utilisé l'immunohistochimie pour mesurer l'expression de TRPV5 chez des rats Sprague Dawley normaux et arthrosiques, avec et sans charge d'exercice. Les résultats montrent que l'expression de TRPV5 diminue significativement sous charge d'exercice, passant de 34,3±5,8% à 18,1±4,9% dans le cartilage normal, et de 13,17±4,2% à 6,4±2,7% dans le cartilage arthrosique (p<0,001). Ces findings suggèrent que TRPV5 joue un rôle important dans les processus de formation et développement du tissu cartilagineux, son expression étant directement influencée par les contraintes mécaniques articulaires.
This study aimed to develop a mathematical model that could accurately predict the large deformations (10-30% of cartilage thickness) observed in human knee cartilage during normal activities. The researchers created a sophisticated biphasic poroelastic model that accounts for cartilage's unique properties, including its different behavior under tension versus compression and how its stiffness and fluid permeability change based on the concentration of aggrecan (a key cartilage protein). They validated their model using experimental tests on human cartilage samples from cadavers under cyclic loading conditions. The model successfully reproduced the experimental observations, showing that during steady-state cyclic loading, cartilage deformation oscillates between 10% compression (when fluid is squeezed out) and 20% total compression (at peak load), with equal amounts of fluid being expelled and reabsorbed during each loading cycle.
Diese Studie entwickelte ein biphasisches, nichtlineares poroelastisches Modell, um die zeitabhängigen Verformungen von menschlichem Knorpel unter zyklischer Belastung zu verstehen, da bildgebende Verfahren gezeigt haben, dass physiologische Belastungen überraschend große Verformungen (10-30% der Knorpeldicke) verursachen. Das Modell berücksichtigt die Zug-Druck-Nichtlinearität des Knorpels und eine neue konstitutive Beziehung, bei der sich die Drucksteifigkeit und hydraulische Permeabilität in Abhängigkeit der dehnungsabhängigen Aggrecan-Konzentration anpassen, und wurde mit experimentellen Daten von menschlichen Kadaver-Osteochondralproben validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass das optimierte Modell sowohl transiente als auch stationäre Gewebeverformungen unter zyklischer Belastung exzellent reproduzieren kann, wobei sich die stationären Verformungen zwischen 10% (Exsudations-Dehnung) und 20% (Gesamt-
Cette étude vise à développer un modèle poroélastique biphasique non-linéaire pour prédire avec précision les déformations cycliques importantes du cartilage humain observées in vivo (10 à 30% de l'épaisseur). Le modèle intègre la non-linéarité tension-compression du cartilage et une nouvelle relation constitutive où la rigidité et la perméabilité s'ajustent selon la concentration d'aggrécan dépendante de la déformation, puis est validé sur des plugs ostéochondraux humains cadavériques. Les résultats montrent que le modèle reproduit fidèlement les déformations transitoires et à l'état stationnaire, avec des cycles de déformation entre 10% (déformation d'exsudation) et 20% (déformation totale) sous chargement cyclique. À l'état stationnaire, le volume de fluide interstitiel exsudé pendant la charge équivaut exactement au volume réabsorbé pendant la décharge, démontrant l'équilibre dynamique du cartilage.
This study investigated whether hyperosmotic conditions (high salt concentration) and a chemical activator called 4αPDD could improve the mechanical strength of laboratory-grown cartilage tissue. The researchers tested these treatments on engineered cartilage constructs and measured their compressive and tensile properties, as well as collagen content. The results showed that 4αPDD significantly increased the cartilage's ability to resist compression, and when combined with hyperosmotic conditions, it enhanced tensile stiffness and collagen production. These findings suggest that activating the TRPV4 cellular channel with 4αPDD could be a promising approach to create stronger engineered cartilage for treating joint defects in osteoarthritis patients.
Diese Studie untersuchte, ob die Anwendung von Hyperosmolarität und dem TRPV4-Kanalaktivator 4α-Phorbol 12,13-Didecanoate (4αPDD) die mechanischen Eigenschaften von tissue-engineertem Knorpel verbessern kann. Die Forscher kultivierten Knorpelkonstrukte unter verschiedenen osmotischen Bedingungen und behandelten sie mit 4αPDD, um die Auswirkungen auf die biomechanischen und biochemischen Eigenschaften zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass 4αPDD die Druckeigenschaften signifikant verbesserte und in Kombination mit Hyperosmolarität positive Effekte auf die Zugfestigkeit und den Kollagengehalt hatte. Diese Befunde unterstützen die Rolle des TRPV4-Kanals als Mechano- und Osmosensor, der zur Verbesserung der funktionellen Eigenschaften von Knorpel-Tissue-Engineering beitragen könnte.
Cette étude visait à améliorer les propriétés mécaniques du néocartilage d'ingénierie tissulaire en appliquant l'hyperosmolarité et le 4α-phorbol 12,13-didécanoate (4αPDD), un activateur des canaux TRPV4. Les chercheurs ont évalué systématiquement les effets de ces stimuli sur les propriétés fonctionnelles (mécaniques et biochimiques) de néotissus auto-assemblés. Les résultats montrent que le 4αPDD augmente significativement les propriétés compressives du cartilage, et qu'en combinaison avec l'hyperosmolarité, il améliore la rigidité en tension et le contenu en collagène. Cette approche démontre le rôle du canal TRPV4 comme mécano- et osmosenseur capable d'optimiser les réponses cellulaires et tissulaires pour le développement de cartilages artificiels fonctionnels.
This study investigated how the superficial zone (top layer) of articular cartilage affects the tissue's mechanical behavior during compression. The researchers used biphasic finite element modeling to simulate confined compression tests, comparing normal orientation (superficial zone loaded) versus upside-down orientation (deep zone loaded), with and without the superficial zone present. The key findings showed that compression reduced surface permeability by 88%, and removing the superficial zone increased tissue deformation and altered fluid flow patterns, with specimen orientation significantly affecting time-dependent mechanical responses. These results demonstrate that the superficial zone plays a critical role in cartilage's load-bearing function by regulating fluid flow and supporting the tissue structure during mechanical loading.
Diese Studie untersuchte mittels bipolarer Finite-Elemente-Analyse die Rolle der oberflächlichen Zone des Gelenkknorpels auf dessen mechanisches Verhalten unter eingeschränkter Kompression. Die Forscher modellierten den Knorpel als inhomogenes, nichtlinear-hyperelastisches biphasisches Material und simulierten zwei Belastungsbedingungen: normale Orientierung und umgekehrte Orientierung ("upside down"). Die Hauptergebnisse zeigten, dass eine Kompression mit 0,2 MPa die Oberflächenpermeabilität um 88% reduzierte, während die Entfernung der oberflächlichen Zone zu erhöhten Verformungsraten und verringerter Flüssigkeitsunterstützung führte. Die Studie verdeutlicht, dass die Probenorientierung das zeitabhängige biomechanische Verhalten erheblich beeinflusst und bei experimentellen Permeabilitätsmessungen stets angegeben werden sollte.
Cette étude visait à examiner le rôle de la zone superficielle du cartilage articulaire sur son comportement mécanique en utilisant une modélisation par éléments finis biphasique en compression confinée. Les chercheurs ont simulé deux conditions de charge : compression normale (zone superficielle chargée) et inversée (zone profonde chargée), en modélisant le cartilage comme un matériau biphasique hyperélastique non linéaire avec des propriétés dépendantes de la profondeur et de la déformation. Les résultats montrent qu'une contrainte de 0,2 MPa réduit la perméabilité de surface de 88%, et que la suppression de la zone superficielle augmente la déformation tissulaire en diminuant le support fluidique et en modifiant la perméabilité apparente. L'orientation de l'échantillon influence significativement le comportement biomécanique temporel du cartilage, soulignant l'importance de spécifier l'orientation lors de la quantification des propriétés matérielles.
This study aimed to develop a resurfacing treatment to restore the mechanical properties of damaged articular cartilage, targeting the surface damage that initiates early-stage osteoarthritis. The researchers applied various polymers (chondroitin sulfate, carboxymethylcellulose, sodium hyaluronate) and photoinitiators to collagenase-damaged cartilage surfaces, then crosslinked them using UV light to create a protective layer. The treatment using tyramine-substituted sodium hyaluronate with riboflavin successfully restored both permeability and deformation properties to levels comparable to intact cartilage, with mechanical stability maintained over 7 days of repetitive loading. Lower riboflavin concentrations preserved cell viability throughout the cartilage, while higher concentrations caused some cell death in the surface layer, suggesting this approach could provide a new therapeutic strategy for early cartilage repair.
Diese Studie zielte darauf ab, strukturmodifizierende Behandlungen zu entwickeln, um den Verlust der mechanischen Funktion bei früher Arthrose durch Oberflächenschäden am Gelenkknorpel zu verhindern oder umzukehren. Die Forscher applizierten verschiedene Polymere (Chondroitinsulfat, Carboxymethylcellulose, Natriumhyaluronat) und Photoinitiatoren auf kollagenase-geschädigten Knorpel und vernetzten diese mittels UV-Licht-Bestrahlung in situ. Die Behandlung mit Tyramin-substituiertem Natriumhyaluronat und Riboflavin konnte die durch Kollagenase-Abbau erhöhte Matrixpermeabilität und Verformung auf das Niveau von intaktem Knorpel reduzieren, wobei niedrige Riboflavin-Konzentrationen die Zellviabilität in allen Knorpelzonen erhielten. Diese innovative Reparaturmethode zeigt therapeutisches Potenzial durch verbesserte mechanische Eigenschaften, reduzierte Anfälligkeit für enzymatischen
Cette étude visait à développer des traitements pour restaurer les propriétés mécaniques du cartilage articulaire endommagé en surface, processus initial de l'arthrose précoce. Les chercheurs ont appliqué différents polymères (sulfate de chondroïtine, carboxyméthylcellulose, hyaluronate de sodium) et photo-initiateurs sur du cartilage dégradé par collagénase, puis les ont réticulés in situ par irradiation UV. Le traitement avec l'hyaluronate de sodium substitué par la tyramine et la riboflavine a permis de restaurer la perméabilité matricielle et les propriétés de déformation à des niveaux comparables au cartilage intact, avec une réponse mécanique stable sur 7 jours. Cette approche de resurfaçage présente un potentiel thérapeutique prometteur pour améliorer les propriétés mécaniques, réduire la dégradation enzymatique et limiter l'adhésion des macrophages.
This study investigated how synovial fluid flow affects temperature regulation in knee cartilage during mechanical loading. The researchers used a numerical poroelastic model to simulate cartilage behavior under cyclic loading and analyzed both heat generation from tissue viscosity and the cooling effect of fluid flow. The results showed that cartilage temperature does increase during loading due to viscous energy dissipation, but synovial fluid flow provides minimal cooling benefit. The limited temperature regulation was attributed to cartilage's low permeability and restricted fluid exchange at the tissue surface during deformation.
Diese Studie untersuchte den Einfluss des Synovialflüssigkeitsstroms auf die Temperaturregulation im Knieknorpel während mechanischer Belastung. Die Forschenden entwickelten ein numerisches poroelastisches Modell des Knieknorpels, um sowohl den temperaturbedingten Anstieg durch Energiedissipation als auch die Rolle des Flüssigkeitsstroms bei der Wärmeübertragung zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass zyklische Belastungen aufgrund des viskosen Verhaltens des Knorpels tatsächlich zu lokalen Temperaturerhöhungen führen. Überraschenderweise konnte der Synovialflüssigkeitsstrom diesen Temperaturanstieg nicht wesentlich verhindern, was die Autoren auf die geringe Permeabilität des Knorpels und den begrenzten Flüssigkeitsaustausch an der Knorpeloberfläche zurückführen.
Cette étude numérique avait pour objectif d'évaluer l'impact du flux de liquide synovial sur la régulation thermique du cartilage articulaire du genou soumis à des charges cycliques. Les chercheurs ont développé un modèle poroélastique pour analyser l'augmentation de température due à la dissipation visqueuse et l'effet du flux synovial sur les transferts thermiques dans le cartilage. Les résultats montrent que la température locale augmente effectivement dans le cartilage en raison de son comportement visqueux, mais que le flux de liquide synovial ne peut pas prévenir significativement ce phénomène. Cette limitation s'explique par la faible perméabilité du cartilage et les échanges fluidiques modérés à sa surface lors de la déformation.
This study investigated how intense repetitive loading from marathon running affects cartilage health as measured by T2(*) MRI mapping in the knee joint. The researchers performed T2(*) MRI scans on 10 healthy amateur marathon runners before the race, within 48 hours after, and again after four weeks of recovery, analyzing cartilage in different knee compartments.
The main finding was a small but statistically significant increase in T2(*) values immediately after the marathon (from 29.84ms to 30.47ms), which returned to baseline levels after four weeks of rest. The authors concluded that while marathon running causes transient changes in cartilage T2(*) values, these changes are minimal and likely not clinically meaningful, though they noted consistently lower T2(*) values in the medial tibial cartilage that may reflect either normal loading patterns or early degenerative changes.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen wiederholter Gelenkbelastung auf die T2(*)-Werte des Kniegelenkknorpels mittels MRT-Bildgebung. Die Forscher führten T2(*)-Mappings bei 10 Hobby-Marathonläufern ohne sichtbare Knorpelschäden vor dem Marathon, innerhalb von 48 Stunden danach und nach etwa vier Wochen durch. Die Ergebnisse zeigten einen geringen, aber signifikanten Anstieg der T2(*)-Werte direkt nach dem Marathon (von 29,84 auf 30,47 ms), der sich nach der vierwöchigen Erholungsphase wieder normalisierte. Die Autoren schlussfolgern, dass repetitive Gelenkbelastung zwar einen messbaren, aber vorübergehenden und klinisch wahrscheinlich nicht relevanten Einfluss auf die Knorpelstruktur hat.
Cette étude visait à évaluer l'effet de la charge articulaire répétitive sur le cartilage du genou en mesurant les valeurs T2(*) par IRM chez des marathoniens. Les chercheurs ont analysé 10 coureurs non-professionnels sans lésion cartilagineuse morphologique évidente, en réalisant une cartographie T2(*) avant le marathon, dans les 48h suivant la course, et après quatre semaines de récupération. Les résultats montrent une augmentation transitoire et faible des valeurs T2(*) après le marathon (30,47±5,16ms vs 29,84±4,97ms, p<0,05), avec un retour aux valeurs initiales après la période de récupération. Cette modification post-marathon apparaît cliniquement non significative, suggérant que la charge mécanique intense a un impact limité et réversible sur les propriétés du cartilage articulaire.
This study aimed to develop and apply a new voxel-based MRI technique to map detailed patterns of knee cartilage deformation after high-flexion exercises in living subjects. The researchers used 3T MRI to scan 10 healthy knees before and immediately after various loading activities (kneeling, squatting, heel sitting, and knee bends), then created detailed 3D color-coded maps showing cartilage thickness changes by comparing loaded and unloaded images.
The study found specific patterns of cartilage compression and thickening across the knee joint, with compression occurring mainly at the outer edges of the kneecap, back portions of the thigh bone, and front/center areas of the shin bone, while adjacent areas showed cartilage thickening. Local strain ranged from +13% to -15%, with squatting producing the most pronounced changes and knee bends the least, though deformation patterns were remarkably consistent between individuals regardless of the specific exercise performed.
Diese Studie zielte darauf ab, eine neue voxelbasierte MRT-Technik zu entwickeln, um lokale Knorpelverformungen im Knie nach Belastungsübungen mit hoher Kniebeugung zu analysieren. Mittels 3T-MRT wurden 10 gesunde Knie vor und nach verschiedenen Belastungsübungen (Knien, Hocken, Fersensitz, Kniebeugen) untersucht, wobei durch 3D-Rekonstruktion und voxelbasierte Subtraktion farbkodierte Verformungskarten erstellt wurden. Die Ergebnisse zeigten charakteristische Kompressionsmuster an der Patella, den hinteren Femurkondylen und den vorderen/zentralen Tibiabereichen mit lokalen Verformungen von +13% bis -15%, wobei die stärksten Veränderungen nach dem Hocken auftraten. Diese Methode ermöglicht es, individuelle belastungsspezifische Knorpelverformungen in vivo zu visualisieren und könnte zur Unterscheidung zwischen allgemeiner und berufsbedingter Arthrose beitragen.
Cette étude visait à développer une technique d'analyse voxel par voxel pour identifier et analyser les patterns topographiques de déformation du cartilage du genou in vivo après des exercices de flexion importante. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 3T avec des séquences 3D-T1W-FLASH-WE chez 10 genoux sains, avant et immédiatement après différents exercices (agenouillement, accroupissement, position assise sur les talons, flexions du genou), puis ont généré des cartes de déformation par soustraction voxel-based des données. Les résultats montrent des zones de compression bifocales au niveau de la patelle médiale/latérale caudale, des condyles fémoraux postérieurs et des zones tibiales antérieures/centrales, avec des déformations locales significatives allant de +13% à -15%, les changements étant plus prononcés après accroupissement. Cette approche novatrice permet de cartographier précisément la distribution et l'intensité des contraintes mécaniques spécifiques à chaque posture, ouvrant des perspectives pour mieux comprendre la relation entre les activités professionnelles et les patterns de dégénérescence
This study investigated how mechanical loading affects subchondral bone structure in a mouse model of osteoarthritis, where loading induces cartilage lesions specifically in the lateral femur. Researchers used micro-CT scanning to analyze bone changes in CBA mice subjected to different loading protocols (single load, 2 weeks, or 5 weeks of loading) and performed gait analysis to assess functional changes. The main findings showed that 5 weeks of loading caused significant subchondral bone thickening in the lateral compartments where cartilage lesions occurred, with the most pronounced changes in the lateral femur. Importantly, the study also revealed that the contralateral (non-loaded) knee developed bone changes and gait alterations, highlighting that using the opposite limb as an internal control in osteoarthritis research may be problematic due to compensatory loading patterns.
Diese Studie untersuchte die Veränderungen der subchondralen Knochenarchitektur in einem mechanischen Belastungsmodell bei Mäusen, bei dem gezielt Knorpelläsionen im lateralen Femur induziert wurden. Mittels Mikro-Computertomographie wurden die Kniegelenke von CBA-Mäusen nach einmaliger, zweiwöchiger oder fünfwöchiger mechanischer Belastung analysiert, ergänzt durch Ganganalysen. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Verdickung des subchondralen Knochens im lateralen Kompartiment nach fünfwöchiger Belastung, wobei diese Veränderungen räumlich mit den Knorpelläsionen korrelierten; interessanterweise traten auch im kontralateralen, nicht-belasteten Knie transiente Knochenverdickungen auf. Die Studie demonstriert somit einen direkten Zusammenhang zwischen mechanischer Belastung, Knorpelschäden und subchondralen Knochenveränderungen und weist gleichzeitig auf die Limitationen bei der Verwend
Cette étude examine l'impact de charges mécaniques intermittentes sur l'architecture de l'os sous-chondral (OSC) dans un modèle murin d'arthrose, en utilisant la micro-tomographie pour analyser les changements osseux et leurs relations avec les lésions cartilagineuses focales. Les chercheurs ont appliqué des charges sur le genou droit de souris CBA pendant 2 à 5 semaines, puis analysé par micro-CT l'OSC et l'os trabéculaire des deux genoux, complété par une analyse de la marche. Les résultats montrent un épaississement significatif de l'OSC dans les compartiments latéraux après 5 semaines de charge (particulièrement marqué au fémur latéral), ainsi qu'un épaississement transitoire de l'OSC dans le genou controlatéral non-chargé, suggérant une communication spatiale entre les lésions cartilagineuses et les modifications osseuses sous-chondrales. Cette étude souligne les limites de l'utilisation du membre controlatéral comme contrôle interne dans les modèles d'arthrose, en raison des compensations de marche observées dès la de
This study aimed to evaluate the long-term mechanical durability of a porous polycaprolactone (PCL) scaffold designed for cartilage tissue engineering by subjecting it to fatigue testing. The researchers performed up to 100,000 compression cycles on scaffolds in three conditions: dry, water-immersed, and filled with polyvinyl alcohol hydrogel (to simulate tissue growth), while measuring mechanical properties and examining structural changes using electron microscopy. The key findings showed that dry scaffolds failed earlier than water-immersed ones, while scaffold-gel constructs maintained their integrity throughout all 100,000 cycles without mechanical degradation. These results suggest that PCL scaffolds remain mechanically stable when implanted in cartilage defects and can withstand the repetitive loading experienced in joints during the tissue regeneration process.
Diese experimentelle Studie untersuchte das langfristige mechanische Verhalten eines porösen Polycaprolacton (PCL)-Scaffolds für die Knorpelregeneration unter zyklischer Belastung. Die Forscher führten Ermüdungstests mit bis zu 100.000 uneingeschränkten Kompressionszyklen durch und maßen dabei mechanische Eigenschaften wie Compliance, Spannungs-Dehnungs-Verhalten und Hysterese-Energie, ergänzt durch elektronenmikroskopische Morphologieanalysen. Um das Einwachsen von Gewebe zu simulieren, wurde das Scaffold mit Polyvinylalkohol (PVA)-Hydrogel gefüllt und wiederholten Gefrier-Tau-Zyklen unterzogen. Die Ergebnisse zeigen, dass trockene Scaffolds früher versagen als in Wasser getauchte, während Scaffold-Gel-Konstrukte auch nach 100.000 Kompressionszyklen stabil bleiben, was die mechanische Eignung für die Knorpeldefektbehandlung bestätigt.
Cette étude expérimentale vise à prédire le comportement mécanique à long terme d'un scaffold poreux en polycaprolactone (PCL) destiné à la régénération du cartilage articulaire. Les chercheurs ont soumis le scaffold à jusqu'à 100 000 cycles de compression en fatigue, mesurant la compliance, la réponse contrainte-déformation et l'énergie d'hystérésis, tout en utilisant un hydrogel de polyvinyle alcool (PVA) pour simuler la croissance tissulaire. Les résultats montrent que le scaffold sec présente une défaillance plus précoce que lorsqu'il est immergé dans l'eau, tandis que le construct scaffold/gel reste stable après 100 000 cycles de compression dynamique. Cette étude démontre la stabilité mécanique du scaffold implanté dans un défaut chondral et fournit une simulation réaliste de ses performances depuis l'implantation jusqu'à la régénération tissulaire.
This study aimed to develop a high-throughput computational framework for analyzing cartilage mechanics across multiple scales, from entire joints down to individual cells (chondrocytes). The researchers used automated finite element modeling approaches that link joint-level simulations with tissue-cell level simulations through a "feed-forward" method, where mechanical information from larger scales drives predictions at smaller scales. The key findings include successful automation of model generation for both joint-tissue and tissue-cell scales, with the ability to run multiple simulations in parallel to capture population-wide variations in cartilage properties and loading conditions. Verification studies confirmed the need for sophisticated data transfer methods between scales and highlighted the importance of appropriate model size selection for accurate cell-level mechanical predictions.
Diese Studie zielt darauf ab, die technischen Herausforderungen bei der Entwicklung eines Hochdurchsatz-Modellierungs- und Simulationsframeworks für die mehrskalige Knorpelbiomechanik zu analysieren und Lösungsstrategien zu entwickeln. Die Autoren verwendeten einen Post-Processing-basierten Ansatz mit automatisierter Finite-Elemente-Modellierung auf Gelenk-Gewebe-Ebene, gekoppelt mit parallelisierten Simulationen auf Gewebe-Zell-Ebene zur Vorhersage der Chondrozyten-Deformation. Die Hauptergebnisse zeigen, dass durch automatisierte Generierung parametrischer Knorpelmodelle und ein zweistufiges Datenübertragungsschema zwischen den Skalen eine effiziente Hochdurchsatz-Analyse biomechanischer Metriken von Gelenkregionen bis hin zu einzelnen Chondrozyten möglich ist. Das entwickelte Framework ermöglicht eine minimal überwachte Modellerstellung und die Vorhersage multiskaliger biomechanischer Parameter, was wichtige Grundlagen für das Ver
Cette étude vise à développer un framework de modélisation computationnelle haute performance pour analyser la biomécanique du cartilage articulaire à plusieurs échelles spatiales, du niveau articulaire jusqu'aux chondrocytes individuels. Les chercheurs ont développé des stratégies automatisées pour générer des modèles éléments finis représentant l'architecture cartilagineuse zonale et multicellulaire, couplés par une approche de post-traitement permettant de transférer les informations mécaniques entre les échelles. Les résultats démontrent la faisabilité d'un système de simulation parallélisé capable de prédire les déformations chondrocytaires à partir des conditions de chargement articulaire, avec validation de l'importance d'un schéma de transfert de données de second ordre entre échelles. Ce framework offre un outil prometteur pour l'exploration individualisée de la biomécanique cartilagineuse en conditions physiologiques et pathologiques.
This study investigated how the unique fibrous superficial zone of temporomandibular joint (TMJ) cartilage contributes to the joint's mechanical function and lubrication properties. The researchers conducted mechanical testing on porcine TMJ cartilage and developed computer models to simulate sliding motion, measuring the different mechanical properties of the superficial zone versus deeper cartilage layers. Key findings showed that the superficial zone is much stiffer in tension (30.73 MPa) compared to the deeper zones (2.43 MPa), while being more compliant under compression. The fibrous superficial zone significantly enhances fluid pressurization within the cartilage during loading and reduces surface friction during sliding, demonstrating its critical role in TMJ lubrication and protection against wear.
Diese Studie untersuchte die mechanische Rolle der faserreichen Oberflächenschicht im Kiefergelenkknorpel, die sich durch eine dichte Typ-I-Kollagenschicht von hyalinem Knorpel anderer Gelenke unterscheidet. Mittels mechanischer Tests an Schweineknorpel und nichtlinearer Finite-Elemente-Modellierung wurde das Gleitverhalten einer Kugelsonde über die Gelenkoberfläche simuliert. Die Ergebnisse zeigten, dass die Oberflächenschicht deutlich steifere Zugeigenschaften (30,73 MPa) als die tieferen Schichten (2,43 MPa) aufweist und maßgeblich zur Druckaufbau der interstitiellen Flüssigkeit beiträgt. Die Studie belegt, dass diese faserige Oberflächenschicht die Knorpelverformung unter Kompression signifikant reduziert und gleichzeitig die Reibungskräfte an der Oberfläche vermindert, wodurch sie eine wichtige Rolle für die Schmierung des Kiefergelenks spielt.
Cette étude visait à élucider le rôle de la zone superficielle fibreuse unique du cartilage condylien de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) dans les comportements mécaniques et la lubrication articulaire. Les chercheurs ont réalisé des tests mécaniques sur du cartilage condylien porcin et développé un modèle par éléments finis non-linéaire pour simuler le glissement d'une sonde sphérique sur la surface articulaire. Les résultats montrent que la zone superficielle, plus rigide en tension (30,73 MPa) qu'en compression (0,028 MPa), favorise significativement la pressurisation du fluide interstitiel et réduit les forces de friction par rapport à un cartilage sans cette zone superficielle. Cette architecture stratifiée permet ainsi de diminuer les déformations du cartilage sous compression et d'optimiser la lubrification de l'ATM lors des mouvements de glissement.
This study aimed to validate whether dual fluoroscopy (DF) imaging can accurately measure small cartilage deformations (0.3-1.2mm) that occur in healthy and early osteoarthritic knees during weight-bearing. The researchers tested a controlled setup using bone specimens with known displacements, comparing marker-based tracking (using steel beads) versus markerless bone feature registration at different image resolutions. The marker-based approach achieved a minimum detectable displacement of 0.05mm at high resolution (3.2 line pairs/mm), while the markerless method reached 0.08mm accuracy with excellent reliability (84.4%) when averaged across operators. The findings demonstrate that dual fluoroscopy with appropriate image resolution and error management strategies can reliably detect the small tissue deformations relevant for early osteoarthritis assessment, potentially providing a non-invasive diagnostic tool for detecting cartilage changes before they appear on standard X-rays.
Diese Studie zielte darauf ab, die Genauigkeit eines dualen Fluoroskopie-Systems zur Messung von Knorpeldeformationen im Kniegelenk zu validieren, da solche Messungen als frühe biomechanische Marker für Kniearthrose dienen könnten. Die Forscher testeten sowohl marker-basierte (mit Stahlkügelchen) als auch markerlose Verfahren zur Knochenpositionsbestimmung bei verschiedenen Bildauflösungen an kontrollierten Femurknochen-Präparaten. Die Ergebnisse zeigten, dass bei einer Auflösung von 3,2 LP/mm die minimale detektierbare Verschiebung 0,05 mm (marker-basiert) bzw. 0,08 mm (markerlos) betrug, was ausreichend ist, um die typischen 0,3-1,2 mm Knorpeldeformationen bei gesunden und frühen Arthrose-Patienten zu messen. Die Studie etabliert somit eine zuverlässige Methode zur nicht-invasiven Erfassung von Knorpeldeformationen, die künftig für die Früherken
Cette étude visait à valider les capacités d'un système de double fluoroscopie pour mesurer précisément les déformations des tissus mous du genou in vivo, particulièrement dans l'arthrose précoce. Les chercheurs ont testé deux approches de reconstruction des positions osseuses (avec et sans marqueurs métalliques) sur des spécimens de fémur avec des translations contrôlées, en faisant varier les résolutions d'image. Les résultats montrent que le système peut détecter des déplacements minimaux de 0,05 mm (méthode avec marqueurs) et 0,08 mm (méthode sans marqueurs) à une résolution de 3,2 LP/mm, avec une excellente fiabilité (84,4%). Cette validation technique ouvre la voie à l'utilisation clinique de la double fluoroscopie comme marqueur biomécanique non-invasif pour le diagnostic précoce de l'arthrose du genou.
This review examines non-invasive mouse models for studying post-traumatic osteoarthritis (PTOA), aiming to identify alternatives to commonly used surgical injury methods that may have confounding effects from the surgical procedure itself. The authors describe three main non-invasive approaches: intra-articular fracture of tibial subchondral bone, cyclic tibial compression loading of articular cartilage, and anterior cruciate ligament (ACL) rupture via tibial compression overload—all of which mechanically induce joint injury externally without breaking the skin or disrupting the joint. These non-invasive models may better represent human OA mechanisms since they avoid surgical complications and allow investigation of early adaptive processes that occur immediately after mechanical injury. The review concludes that these models provide a valuable spectrum of tools for studying different aspects of PTOA development and may offer better translational relevance to human osteoarthritis than traditional surgical approaches.
Diese Übersichtsarbeit untersucht nicht-invasive Mausmodelle zur Erforschung der posttraumatischen Osteoarthrose (PTOA), da herkömmliche chirurgische Modelle durch den Eingriff selbst verfälschende Effekte haben können. Die Autoren beschreiben drei etablierte nicht-invasive Methoden: intraartikuläre Frakturen des subchondralen Knochens, zyklische Kompressionsbelastung des Gelenkknorpels und Ruptur des vorderen Kreuzbandes durch tibiale Überlastung. Diese Modelle ermöglichen es, mechanisch induzierte Gelenkschäden ohne Hautdurchtrennung oder direkte Gelenkeröffnung zu erzeugen, was der menschlichen Pathophysiologie näher kommt. Die nicht-invasiven Ansätze bieten einzigartige Möglichkeiten zur Untersuchung früher adaptiver Prozesse und verschiedener Aspekte der PTOA-Entwicklung.
Cette étude présente une revue des modèles murins non-invasifs d'arthrose post-traumatique (PTOA), développés pour éviter les effets confondants des méthodes chirurgicales traditionnelles. Les auteurs décrivent trois approches non-invasives principales : les fractures intra-articulaires de l'os sous-chondral tibial, la compression cyclique du cartilage articulaire, et la rupture du ligament croisé antérieur par surcharge compressive du tibia. Ces modèles induisent mécaniquement des lésions articulaires par voie externe sans effraction cutanée ni disruption chirurgicale de l'articulation. Les modèles non-invasifs offrent un spectre unique d'outils pour étudier différents aspects de l'arthrose post-traumatique et peuvent mieux représenter les mécanismes de l'arthrose humaine d'origine mécanique.
This study investigated how the superficial zone of articular cartilage deforms at the microscopic level by examining the relationships between its mechanical and structural properties. The researchers used multiphoton microscopy combined with tensile and compressive loading to visualize collagen fibers, elastin fibers, and cells in real-time while measuring stress and strain in fresh equine cartilage samples. The key finding was that cartilage deformation is highly heterogeneous at the microscopic scale, with different regions showing varying responses - collagen fibers exhibited shearing and surface corrugations under tension, cells deformed and rotated differently from one another, and elastin networks reorganized in complex non-uniform patterns. These results demonstrate that the superficial zone's mechanical behavior is much more complex than previously understood, with all major components (collagen, elastin, and cells) responding heterogeneously rather than uniformly to mechanical loads.
Diese Studie untersuchte die Zusammenhänge zwischen den mechanischen und strukturellen Eigenschaften der oberflächlichen Zone des Gelenkknorpels auf mikroskopischer Ebene. Die Forscher verwendeten Multiphoton-Mikroskopie mit gleichzeitigen Zug- und Druckbelastungen an equinen Knorpelproben, wobei Second Harmonic Generation zur Visualisierung des Kollagennetzwerks und Zwei-Photonen-Fluoreszenz für Elastinfasern und Zellen eingesetzt wurden. Die Ergebnisse zeigten eine heterogene Verformung der Knorpelmatrix auf mikroskopischer Ebene, mit lokalen Scherungen zwischen Kollagenregionen, unterschiedlichen Zelldeformationen und einer funktionellen Reorganisation des Elastinnetzwerks. Die Studie verdeutlicht die Komplexität der Biomechanik der oberflächlichen Knorpelzone und zeigt, dass sowohl Kollagenmatrix, Elastinfasern als auch Chondrozyten auf mikroskopischer Ebene heterogen reagieren.
Cette étude vise à analyser les relations entre les propriétés mécaniques et structurales uniques de la zone superficielle du cartilage articulaire à l'échelle microscopique. Les chercheurs ont utilisé la microscopie multiphotonique sur des échantillons de cartilage équin soumis à des contraintes de traction et de compression, permettant la visualisation simultanée du réseau de collagène (par génération de second harmonique), des fibres d'élastine et des cellules (par fluorescence à deux photons). Les résultats révèlent une déformation hétérogène de la matrice cartilagineuse avec des cisaillements locaux entre régions de collagène, des ondulations de surface articulaire, ainsi qu'une réponse cellulaire variable avec élongation et rotation des chondrocytes sous tension. Cette recherche démontre la complexité biomécanique de la zone superficielle, où le collagène, l'élastine et les chondrocytes présentent tous des réponses hétérogènes à l'échelle microscopique.
This study investigated how different severities of lateral ankle ligament injuries affect ankle joint mechanics during normal walking. The researchers used finite element computer simulations comparing an intact ankle model with various injury models (ranging from single ligament ruptures to complete lateral ligament disruption), using walking data from a healthy volunteer to provide realistic loading conditions. The key finding was that ankles with ruptured anterior talofibular ligaments (ATFL) experienced significantly higher contact pressures, cartilage strains, and abnormal bone translations compared to ATFL-deficient ankles, with more severe multi-ligament injuries showing similar patterns. These problematic changes were most pronounced during the push-off phase of walking, suggesting this is when injured ankles are most vulnerable to further damage during normal activities.
Diese Studie untersuchte mittels Finite-Elemente-Simulationen, wie verschiedene Verletzungen der lateralen Sprunggelenkbänder nach akuten Inversionstraumen die Kontaktcharakteristika des Sprunggelenks beim normalen Gehen beeinflussen. Die Forscher verwendeten sowohl ein intaktes Sprunggelenkmodell als auch Modelle mit verschiedenen Bandverletzungen und führten Gehexperimente mit gesunden Probanden durch, um realistische Randbedingungen zu erhalten. Die Ergebnisse zeigten, dass Sprunggelenke mit rupturiertem Ligamentum talofibulare anterius (ATFL) erhöhte Gelenkdrücke, Dehnungen im Talusknorpel und vermehrte Talusverschiebungen aufwiesen, wobei kombinierte Bandverletzungen (ATFL + Ligamentum calcaneofibulare) ähnliche Veränderungen verursachten. Besonders während der Abstoßphase des Gangzyklus traten diese pathologischen Veränderungen verstärkt auf.
Cette étude vise à déterminer la relation causale entre la marche normale après différentes lésions des ligaments latéraux de cheville (entorses en inversion aiguë) et les modifications des caractéristiques de contact articulaire. Les chercheurs ont utilisé des simulations par éléments finis sur des modèles de cheville intacte et avec lésions ligamentaires, ainsi qu'une expérience de marche chez un volontaire sain pour établir les conditions limites. Les résultats montrent que les chevilles avec rupture du ligament talo-fibulaire antérieur (LTFA) présentent une probabilité accrue d'augmentation des pressions de contact, des contraintes et des translations du talus, particulièrement pendant la phase de propulsion. Cette augmentation des contraintes biomécaniques est similaire que la rupture concerne le LTFA seul ou qu'elle soit associée à d'autres lésions ligamentaires latérales.
This study aimed to understand how microscale mechanical forces during rapid joint impacts lead to cartilage cell death, which may contribute to osteoarthritis development. The researchers used high-speed cameras and confocal microscopy to measure cartilage deformation at 85 μm resolution during rapid 3-millisecond impacts, then tracked chondrocyte (cartilage cell) death over time. They found that cell death was strongly linked to local strain levels, with an 8% strain threshold below which no cells died, and that cell death occurred within two hours of impact. Importantly, removing the cartilage's superficial layer allowed damaging strains to penetrate deeper into the tissue, demonstrating that this surface layer normally protects the underlying cartilage from injury.
Diese Studie untersuchte die mikroskopischen Verformungen in Gelenkknorpel während schneller Belastungen und deren Zusammenhang mit Knorpelzellschäden, um die Mechanismen der Osteoarthrose-Entstehung nach Traumata besser zu verstehen. Die Forscher verwendeten Hochgeschwindigkeitskameras und konfokale Mikroskopie, um sowohl die Knorpelverformung während schneller (~3 ms) lokaler Stöße als auch den anschließenden Zelltod mit einer räumlichen Auflösung von etwa 85 μm zu messen. Die Ergebnisse zeigten eine starke Korrelation zwischen Verformung und Chondrozyten-Tod (p<0,001) mit einem kritischen Schwellenwert von 8% mikroskopischer Dehnung, ab dem Zellschäden auftraten, wobei sich der Zelltod innerhalb von zwei Stunden nach dem Aufprall entwickelte. Zusätzlich demonstrierte die Studie eine Schutzfunktion der oberflächlichen Knorpelschicht, da deren Entfernung zu tiefergehenden Ver
Cette étude visait à comprendre les mécanismes biomécaniques microscopiques responsables de la mort des chondrocytes après un traumatisme articulaire, un phénomène mal compris dans l'initiation de l'arthrose post-traumatique. Les chercheurs ont utilisé une combinaison de caméra rapide et de microscopie confocale pour mesurer simultanément les déformations du cartilage à l'échelle microscopique (résolution ~85 μm) lors d'impacts rapides (~3 ms) et la mort cellulaire qui s'ensuit. Les résultats révèlent une corrélation forte entre la déformation microscopique et la mort des chondrocytes (p<0,001), avec un seuil critique de 8% de déformation au-delà duquel la mort cellulaire survient dans les deux heures suivant l'impact. L'étude démontre également que la couche superficielle du cartilage joue un rôle protecteur, car son retrait entraîne une pénétration plus profonde des déformations et de la mort cellulaire dans le tissu.
This study evaluated a new anatomically-shaped polycarbonate urethane (PCU) total meniscus replacement in goats to address the limited treatment options for patients who have undergone complete meniscus removal. Seven goats received the PCU implant to replace their right medial meniscus, while six control goats underwent sham surgery, and all animals were followed for three months to assess implant position, structural integrity, and effects on surrounding joint tissues. The PCU material showed good biocompatibility with no inflammatory response or material wear, and the implant maintained its shape well during the study period. However, fixation sutures failed in all animals due to breakage or wear, leading to implant movement and extrusion, which likely contributed to increased cartilage damage compared to control groups, indicating that improved fixation methods are needed before clinical application.
Diese Studie untersuchte die kurzfristige In-vivo-Performance eines anatomisch geformten Polycarbonaturethan (PCU) Totalmeniskusersatzes als Behandlungsoption für Patienten nach totaler Meniskektomie. Im Ziegenmodell wurde bei sieben Tieren der rechte mediale Meniskus durch das Implantat ersetzt und nach drei Monaten die Implantatposition, -deformation sowie histopathologische Veränderungen von Synovium und Knorpel evaluiert. Die Ergebnisse zeigten, dass das PCU-Material biokompatibel war und seine geometrische Integrität beibehielt, jedoch versagte die Nahtfixierung bei allen Tieren, was zu Implantatextrusion und verstärkten Knorpelschäden führte. Die Studie demonstriert das Potenzial des Materials, macht aber deutlich, dass eine Verbesserung der Fixierungsmethode essentiell für den klinischen Erfolg ist.
Cette étude évalue les performances in vivo d'un implant de remplacement méniscal total en polyuréthane polycarbonate (PCU) de forme anatomique chez un modèle caprin, en se concentrant sur la position de l'implant, son intégrité géométrique et ses effets sur la membrane synoviale et le cartilage articulaire. Sept chèvres Saanen ont subi un remplacement du ménisque médial droit par l'implant, comparé à un groupe témoin avec chirurgie simulée, avec un suivi de trois mois incluant des analyses histopathologiques. Les résultats montrent que l'implant PCU maintient bien sa géométrie, ne présente aucun signe d'usure ni de réaction inflammatoire, mais la fixation par sutures s'avère défaillante dans tous les cas, entraînant une extrusion de l'implant et une dégénération accrue du cartilage fémoral et tibial. L'étude conclut que bien que l'implant soit biocompatible et résistant aux charges physiologiques, une refonte du système de fixation est nécessaire avant de pouvoir envisager des applications cliniques.
This study aimed to develop a method for determining the distinct tension and compression mechanical properties of articular cartilage using indentation testing, which is important because cartilage behaves differently under these two loading modes. The researchers used finite element simulations to analyze how different mechanical properties affect cartilage's response during indentation, then developed a curve-fitting algorithm to extract three key properties (compressive modulus, tensile modulus, and permeability) from a single test. Their simulations revealed that equilibrium deformation depends mainly on compressive modulus, while initial creep behavior is controlled by tensile stiffness, and permeability changes shift the time response without altering curve shape. The new technique was successfully tested on bovine knee cartilage and compared favorably with traditional linear elastic analysis methods, providing a more comprehensive characterization of cartilage mechanics from standard indentation tests.
Diese Studie zielte darauf ab, die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften von Gelenkknorpel unter Zug- und Druckbelastung mittels Indentationstests zu bestimmen. Die Forscher verwendeten Finite-Elemente-Simulationen mit zwei verschiedenen konstitutiven Modellen (konusweise linear-elastisch und faserverstärkt), um die Rolle einzelner mechanischer Parameter bei der Indentationsantwort zu identifizieren. Die Hauptergebnisse zeigten, dass die Gleichgewichtsverformung hauptsächlich vom Druckmodul abhängt, während das initiale Kriechverhalten primär durch die Zugsteifigkeit reguliert wird, wobei Permeabilitätsänderungen lediglich eine parallele Verschiebung der Kriechkurven auf logarithmischer Zeitskala bewirken. Basierend auf diesen Erkenntnissen entwickelten die Autoren einen effizienten Curve-Fitting-Algorithmus, der alle drei wichtigen mechanischen Eigenschaften (Druck- und Zugmodul sowie Permeabilität) aus einem einzigen Indentationstest eindeutig bestimmen kann.
Cette étude visait à développer une méthode pour déterminer les propriétés mécaniques non-linéaires du cartilage articulaire (différentes en tension et compression) à partir d'un test d'indentation unique. Les chercheurs ont utilisé la simulation par éléments finis pour analyser deux modèles constitutifs du cartilage et ont identifié que la déformation d'équilibre dépend principalement du module de compression, tandis que le comportement transitoire initial est régulé par la rigidité en tension. Un algorithme d'ajustement de courbe efficace a été développé, capable de déterminer simultanément les trois propriétés mécaniques majeures (modules de compression et de tension, perméabilité) à partir d'un seul test d'indentation. Cette nouvelle technique a été validée sur du cartilage de genou bovin adulte et comparée aux méthodes biphasiques linéaires classiques.
This study aimed to develop an MRI-compatible device for measuring knee cartilage deformation under controlled loading, and to determine optimal timing protocols for reproducible measurements. The researchers tested a displacement-controlled loading device on four volunteers using five different scanning protocols: unloaded, immediate loading (scans started right after applying 50% body weight), and delayed loading (scans started 12 minutes after load application). The device successfully maintained consistent knee positioning between repeat scans (within 1mm translation and 2° rotation), which is essential for longitudinal patient studies. Cartilage deformation measurements were more reproducible when scanning was delayed 12 minutes after load application compared to immediate scanning, suggesting this timing protocol would be optimal for clinical use.
Diese Studie zielte darauf ab, ein MRT-kompatibles Belastungsgerät zu entwickeln, das kontrollierte axiale Lasten auf das Kniegelenk ausüben kann, um Knorpeldeformationen reproduzierbar zu messen. Die Forscher testeten das Gerät an vier Probanden mit verschiedenen Scan-Protokollen: unbelastet, sofort nach Belastung (50% Körpergewicht) und verzögert (12 Minuten nach Belastungsaufbringung). Die Ergebnisse zeigten, dass das Gerät eine sehr präzise Repositionierung des Kniegelenks ermöglicht (<1mm Translation, <2° Rotation) und dass verzögerte Scans konsistentere Knorpeldeformationsmessungen liefern als sofortige Scans. Das entwickelte System stellt somit eine vielversprechende Methode für Längsschnittstudien zur Untersuchung von Knorpeldegeneration dar.
Cette étude visait à développer un dispositif de chargement compatible IRM pour évaluer la déformation du cartilage du genou sous contrainte contrôlée, dans le but de prédire la dégénérescence cartilagineuse. Les chercheurs ont testé un dispositif appliquant 50% du poids corporel sur quatre volontaires, en comparant des acquisitions IRM immédiates versus différées (12 minutes après application de la charge). Les résultats montrent que le dispositif assure un positionnement tibio-fémoral reproductible (<1mm en translation, <2° en rotation) et que les acquisitions différées produisent des mesures de déformation cartilagineuse plus consistantes que les acquisitions immédiates. Cette approche pourrait permettre des études longitudinales fiables de la déformation cartilagineuse en contexte clinique.
This study investigated how periacetabular osteotomy (PAO) affects cartilage composition at different depths in dysplastic hips. The researchers used delayed gadolinium-enhanced MRI (dGEMRIC) to measure glycosaminoglycan (GAG) content—key cartilage molecules that are lost in early osteoarthritis—in 37 patients before surgery and at 1 and 2 years after PAO. The study found that GAG content decreased significantly in both superficial and deep cartilage layers at 1 year post-surgery, with changes most pronounced in the superior (weight-bearing) region of the joint. By 2 years, the superficial layer showed recovery toward pre-surgical levels, while the deep layer changes persisted, suggesting the superficial changes may reflect temporary post-surgical inflammation while deeper changes likely represent adaptation to altered joint mechanics.
Diese prospektive Studie untersuchte, ob die periacetabuläre Osteotomie (PAO) bei Hüftdysplasie tiefenspezifische Auswirkungen auf den Gelenkknorpel hat. Mit Hilfe der delayed Gadolinium-enhanced MRI (dGEMRIC) wurde bei 37 Patienten der Glykosaminoglykan (GAG)-Gehalt in oberflächlichen und tiefen Knorpelschichten vor sowie 1 und 2 Jahre nach PAO gemessen. Die Ergebnisse zeigten einen signifikanten Abfall des dGEMRIC-Index in beiden Knorpelzonen nach einem Jahr, wobei die oberflächliche Schicht stärker betroffen war und sich nach 2 Jahren wieder erholte, während die Veränderungen in der tiefen Schicht hauptsächlich im superioren Gelenkbereich persistent blieben. Die Autoren interpretieren diese Befunde als vorübergehende katabole Reaktion auf postoperative Entzündung (oberflächliche Schicht) beziehungsweise als normale Anpassung an veränderte mechanische Bel
**Résumé :**
Cette étude prospective a évalué les effets de l'ostéotomie péri-acétabulaire (OPA) sur la composition biochimique du cartilage articulaire de la hanche chez 37 patients avec dysplasie acétabulaire, en utilisant l'IRM avec gadolinium retardé (dGEMRIC) pour mesurer le contenu en glycosaminoglycanes (GAG) dans les zones superficielles et profondes du cartilage. Les résultats montrent une diminution significative de l'indice dGEMRIC dans les deux zones à 1 an post-opératoire (zone superficielle : 480±137 à 409±119 msec ; zone profonde : 527±148 à 468±143 msec), avec une récupération partielle à 2 ans, particulièrement marquée dans la zone superficielle. Ces changements, principalement localisés dans la partie supérieure de l'articulation, suggèrent une réponse catabolique transitoire possiblement liée à l'inflammation post-chirurgicale et une adaptation du cartilage à la normalisation des contraintes mécaniques après OPA.
This study aimed to develop a non-invasive method for assessing knee cartilage stress distribution and deformation during walking to help predict cartilage wear and surgical timing. The researchers used a comprehensive approach combining motion capture cameras with reflective markers, accelerometers placed on the hip, knee, and ankle, and force plates to record movement and ground reaction forces during normal walking. They integrated this sensor data with CT-derived knee joint geometry into a biomechanical model that accounted for ground reaction forces, joint contact forces, body weight, and muscle/ligament forces, then applied finite element analysis to calculate cartilage stresses. The method successfully enabled non-invasive determination of cartilage stress distribution patterns, providing clinically relevant information about joint health that could help medical professionals assess cartilage condition and make surgical decisions.
Diese Studie zielte darauf ab, die Spannungsverteilung und Verformung des Knieknorpels während normaler Gehbewegungen nicht-invasiv zu bestimmen, um klinische Entscheidungen zur Gelenkchirurgie zu unterstützen. Die Forscher verwendeten ein Motion-Capture-System mit Infrarotkameras und reflektierenden Markern, dreiachsige Beschleunigungsmesser sowie Kraftmessplatten, um während des Gehens die räumliche Position, Beschleunigung und Bodenreaktionskräfte zu erfassen. Die gemessenen Daten wurden in ein biomechanisches Kniegelenkmodell integriert, dessen Geometrie aus CT-Bildern abgeleitet und durch Finite-Elemente-Methoden analysiert wurde. Das entwickelte Modell berücksichtigt verschiedene Kräfte wie Bodenreaktionskräfte, Kontaktkräfte zwischen Femur und Tibia, Körpergewicht sowie Bänder- und Muskelkräfte, um die Knorpelbelastung präzise zu bestimmen.
Cette étude vise à évaluer de manière non invasive la distribution des contraintes et la déformation du cartilage du genou, indicateurs cliniques essentiels pour prédire l'usure articulaire et planifier d'éventuelles interventions chirurgicales. Les chercheurs ont combiné un système de capture de mouvement (caméras infrarouges et marqueurs réfléchissants), des accéléromètres tri-axiaux et une plateforme de force pour enregistrer les paramètres biomécaniques durant la marche normale. Ces données expérimentales ont été intégrées dans un modèle biomécanique du genou basé sur des images CT, incluant les forces de réaction au sol, les forces de contact fémoro-tibiales, le poids corporel et les forces musculo-ligamentaires. L'analyse par éléments finis de ce modèle permet de déterminer la distribution des contraintes cartilagineuses sans procédure invasive.
This study aimed to develop a rat model that could produce either temporary or persistent jaw pain by mechanically overloading the temporomandibular joint (TMJ), better mimicking the chronic pain experienced by patients with TMJ osteoarthritis. Researchers applied two different jaw-opening forces (2-N and 3.5-N) to female rats for 60 minutes daily over 7 days, then measured pain sensitivity and analyzed joint tissue for inflammatory and cartilage breakdown markers. The higher 3.5-N force produced persistent pain lasting through day 14 and significantly increased inflammatory proteins (MMP-13, HIF-1α, and TNF-α), while the 2-N force caused only temporary pain that resolved after loading stopped. This "tunable" model provides researchers with a tool to study both acute and chronic TMJ pain mechanisms and test potential treatments for patients with painful TMJ disorders.
Diese Studie zielte darauf ab, ein Rattenmodell für mechanisch induzierte Kiefergelenksarthrose (TMJ-OA) zu entwickeln, das anhaltende orofaziale Schmerzen durch Variation der Kieferöffnungskraft erzeugen kann. Die Forscher verwendeten zwei verschiedene Belastungsstärken (2N und 3,5N) über 7 Tage bei weiblichen Ratten und maßen anschließend die Schmerzempfindlichkeit sowie die Expression von Entzündungs- und Abbauproteinen im Gelenkknorpel. Die Ergebnisse zeigten, dass eine 3,5N-Belastung zu anhaltenden Schmerzen bis Tag 14 führte, während 2N-Belastung nur vorübergehende Schmerzen verursachte; zusätzlich war die höhere Belastung mit einer signifikanten Hochregulation von MMP-13, HIF-1α und TNF-α verbunden. Dieses "abstimmbare" Modell ermöglicht es, sowohl akute als auch chronische orofaziale Schmerzen zu untersuchen und bietet eine w
Cette étude visait à développer un modèle murin d'arthrose temporo-mandibulaire (ATM-OA) permettant d'induire une douleur orofaciale persistante en modulant l'intensité de la force d'ouverture mandibulaire. Les chercheurs ont appliqué quotidiennement pendant 7 jours deux niveaux de charge (2N et 3,5N) chez des rats femelles, suivis de 7 jours de repos, tout en mesurant la sensibilité orofaciale et l'expression de marqueurs dégénératifs et inflammatoires (MMP-13, HIF-1α, TNF-α). Les résultats montrent que seule la charge de 3,5N induit une douleur persistante non résolutive jusqu'au jour 14, associée à une surexpression significative des marqueurs inflammatoires et dégénératifs par rapport à la charge de 2N. Ce modèle "modulable" permet donc de reproduire soit une douleur aiguë résolutive (2N) soit une douleur chronique persistante (3,5N), offrant un outil précieux pour étudier les mécanismes physiopathologiques de l'
This case report describes the diagnosis and surgical treatment of a rare posterior tibial tendon (PTT) dislocation in a collegiate gymnast. The injury occurred during competition through forced foot dorsiflexion and eversion, and was diagnosed using advanced imaging (MRI or ultrasound) since routine X-rays typically miss this condition. The authors treated the dislocation surgically using a novel plate buttressing technique to secure the PTT in its original groove, rather than the more commonly described approach of repairing the flexor retinaculum and correcting the retromalleolar groove. This surgical intervention was chosen because nonoperative treatment typically leads to poor outcomes including persistent pain and progressive flat foot deformity.
Diese Fallstudie dokumentiert die seltene Dislokation der Tibialis-posterior-Sehne bei einer Hochschulturnerin und evaluiert eine innovative chirurgische Behandlungsmethode. Die Autoren behandelten die akute Verletzung, die während eines Wettkampfs durch forcierte Dorsalflexion und Eversion des Fußes entstand, mittels einer Plattenfixationstechnik zur Stabilisierung der Sehne in ihrer natürlichen Rinne. Im Gegensatz zu den üblicherweise beschriebenen Verfahren, die eine Reparatur des Flexor-Retinakulums mit Korrektur der retromalleolären Rinne umfassen, verwendeten die Chirurgen eine Plattenabstützung bei teilweise gerissenem Retinakulum ohne Rinnenkorrektur. Die Falldarstellung zeigt eine alternative Behandlungsoption für diese seltene Verletzung auf, die aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit anderen medialen Sprunggelenksverletzungen oft schwer zu diagnostizieren ist.
Cette étude de cas rapporte la prise en charge chirurgicale d'une luxation rare du tendon tibial postérieur (TTP) chez une gymnaste universitaire survenue lors d'une compétition. Les auteurs décrivent une technique chirurgicale innovante utilisant un buttoir par plaque pour maintenir le TTP dans sa gouttière rétromalléolaire native, sans correction de celle-ci, dans un contexte de rétinaculum fléchisseur partiellement déchiré et atténué. Cette approche diffère des techniques conventionnelles qui impliquent généralement la réparation du rétinaculum fléchisseur associée à une correction de la gouttière rétromalléolaire. L'étude souligne l'importance du diagnostic précoce par IRM ou échographie et propose une alternative thérapeutique pour cette pathologie rare nécessitant habituellement un traitement chirurgical en raison des échecs fréquents du traitement conservateur.
This study aimed to evaluate chitosan-alginate (CH-AL) scaffolds for cartilage tissue engineering by examining their mechanical properties, growth factor delivery capabilities, and ability to support cartilage formation. The researchers tested various scaffold formulations and crosslinking conditions using compression testing, cell culture experiments with chondrocytes, and growth factor release studies using model proteins and TGF-β1. The CH-AL scaffolds demonstrated cartilage-like mechanical properties including good compression resistance and strain recovery, while also supporting cell growth and cartilage matrix production (collagen type II, glycosaminoglycans) even without added growth factors. Additionally, the scaffolds effectively controlled growth factor release and maintained TGF-β1 bioactivity, leading to enhanced cartilage matrix formation and proper tissue structure development within just 3 weeks.
Diese Studie untersuchte Chitosan-Alginat (CH-AL) Scaffolds als biomimetische Trägerstrukturen für die Knorpelregeneration, mit dem Ziel deren mechanische Eigenschaften und Wachstumsfaktor-Freisetzungskinetik zu charakterisieren. Die Forscher analysierten verschiedene CH-AL-Formulierungen hinsichtlich ihrer biomechanischen Parameter (Druckelastizitätsmodul, Dehnungserholung), testeten die Zellviabilität und knorpelige Matrixproduktion ohne zusätzliche Wachstumsfaktoren, und untersuchten die kontrollierte Freisetzung von Modellproteinen sowie TGF-β1. Die Ergebnisse zeigten, dass CH-AL-Scaffolds die mechanischen Eigenschaften von Gelenkknorpel nachahmen können, inherente chondrogene Eigenschaften besitzen und durch kontrollierte TGF-β1-Freisetzung bereits nach 3 Wochen eine homogene Matrixablagerung und Lacunaenbildung fördern. Die Studie demonstriert das Potenzial von CH-AL
Cette étude vise à caractériser les propriétés biomécaniques et la capacité de libération de facteurs de croissance des scaffolds chitosane-alginate (CH-AL) pour la régénération du cartilage articulaire. Les chercheurs ont évalué le module élastique en compression, la récupération après déformation, la viabilité cellulaire, la production de matrice cartilagineuse, ainsi que la cinétique de libération de protéines modèles et du facteur de croissance TGF-β1. Les résultats montrent que les scaffolds CH-AL reproduisent efficacement la résistance et la résilience du cartilage articulaire sous compression, tout en présentant des propriétés chondrogéniques intrinsèques et une capacité à maintenir une libération contrôlée et bioactive des facteurs de croissance. La combinaison de ces propriétés mécaniques optimales et de la libération soutenue de TGF-β1 favorise une synthèse matricielle homogène avec formation de lacunes dès 3 semaines, démontrant le potentiel thérapeutique de ces biomatériaux pour la régénération cartilagineuse.
This study evaluated whether T2* MRI mapping can reliably detect changes in thin ankle cartilage during loading and recovery. The researchers used multi-echo MRI sequences to measure T2* relaxation times in ankle cartilage of 10 healthy volunteers before, immediately after, and 15 minutes following a 30-repetition knee bending exercise. The method showed excellent precision (4-6% error) and detected significant increases in T2* values immediately after exercise (+16-17% in both ankle bones), which returned toward baseline levels within 15 minutes of recovery. These findings demonstrate that T2* mapping can effectively monitor deformation responses in thin cartilage layers, making it a promising tool for evaluating how therapeutic exercises affect cartilage health.
Diese Studie untersuchte die Anwendbarkeit der T2*-Bildgebung zur Bewertung von Verformungen in dünnen Knorpelschichten am Sprunggelenk. Mittels Multi-Echo-Gradienten-Sequenzen wurden T2*-Relaxationszeiten des tibio-talaren Knorpels bei 10 gesunden Probanden vor, direkt nach und 15 Minuten nach einer Kniebeuge-Übung gemessen. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Messgenauigkeit (4-6% Präzisionsfehler) und signifikante T2*-Anstiege von etwa 16-17% direkt nach der Belastung, die sich nach 15 Minuten wieder normalisierten. Die T2*-Bildgebung erweist sich somit als zuverlässige Methode zur nicht-invasiven Bewertung von Knorpelverformungen auch in dünnen Knorpelschichten und könnte therapeutische Anwendungen in der Bewertung von Übungseffekten finden.
Cette étude visait à évaluer la faisabilité de la cartographie T2* pour mesurer les déformations du cartilage tibio-talaire fin et à surveiller les réponses de ce cartilage à un exercice in vivo. Les chercheurs ont utilisé des séquences d'écho de gradient multi-écho chez 10 volontaires sains pour calculer les valeurs T2* au repos, immédiatement après 30 flexions de genou, et après 15 minutes de récupération. Les résultats montrent une précision de 4-6% avec une excellente reproductibilité, et une augmentation significative des valeurs T2* immédiatement après l'exercice (+16,1% pour le talus, +17,3% pour le tibia), qui se normalise après 15 minutes de récupération. La cartographie T2* s'avère donc une méthode viable pour surveiller le comportement déformationnel des couches cartilagineuses fines et pourrait être utilisée pour évaluer les effets des exercices thérapeutiques.
This study investigated a distinctive dark (hypo-intense) layer that appears in MRI images of damaged articular cartilage under loading conditions. The researchers used microscopic MRI techniques (T1, T2, and T1ρ imaging) to examine 15 specimens of both healthy and enzymatically degraded cartilage in different salt solutions while varying the tissue orientation relative to the magnetic field. The key finding was that this hypo-intense layer only appeared in the deep zone of degraded cartilage when positioned at specific angles (the "magic angle") and when soaked in saline solution, but disappeared in phosphate buffered saline. These results suggest that the appearance of this MRI feature depends on both cartilage degradation and the ionic environment, highlighting the need for careful interpretation of cartilage MRI data in research and clinical settings.
Diese Studie untersuchte eine charakteristische hypo-intense Schichtstruktur in geschädigtem Gelenkknorpel mittels mikroskopischer Magnetresonanztomographie (μMRI). Die Forscher führten T1-, T2- und T1ρ-Messungen an 15 gesunden und trypsin-geschädigten Knorpelproben unter verschiedenen Belastungsbedingungen und in unterschiedlichen Lösungen (Kochsalzlösung und PBS) durch. Die Ergebnisse zeigten, dass nur in geschädigtem Knorpel eine deutliche hypo-intense Schicht im tiefen Bereich sichtbar wurde, mit signifikanten T2-Wert-Unterschieden abhängig vom Orientierungswinkel zur Magnetfeldrichtung (Magic Angle Effekt). Interessanterweise verschwand diese Schichtstruktur weitgehend, wenn die Proben in PBS anstatt in Kochsalzlösung gelagert wurden, was wichtige Implikationen für die Interpretation von MRT-Relaxationszeiten bei der Knorpeldiagnostik hat.
Cette étude visait à caractériser l'apparence laminaire hypo-intense observée dans le cartilage articulaire dégradé sous charge mécanique. Les chercheurs ont réalisé une IRM microscopique (μIRM) avec séquences T1, T2 et T1ρ sur 15 échantillons de cartilage sain et dégradé par trypsine, dans différentes solutions de trempage (sérum physiologique et PBS). Les résultats montrent qu'une couche hypo-intense apparaît spécifiquement dans la partie profonde du cartilage dégradé à l'angle magique (55°) uniquement en solution saline, avec des différences significatives des valeurs T2 selon l'orientation (16,5 ± 2,8 ms à 0° vs 20,2 ± 2,7 ms à 55°). Cette apparence laminaire disparaît largement dans le PBS, soulignant l'importance du milieu d'immersion dans l'interprétation des temps de relaxation IRM du cartilage dégradé.
This study investigated how chondrocyte (cartilage cell) shape influences the cellular microenvironment's response to mechanical loading using a biphasic multiscale finite element model that simulated different cell shapes in superficial and deep cartilage zones during unconfined compression. The researchers found that changes in cell shape significantly affected the solid mechanical environment (deformation and stresses) around chondrocytes and their surrounding pericellular matrix, particularly in superficial zone cells where higher aspect ratios increased deformation and stress during loading. However, cell shape did not influence the fluid mechanical environment (fluid pressure and shear stress) in either cartilage zone. These findings suggest that chondrocyte mechanotransduction occurs primarily through solid-phase mechanical signals rather than fluid-phase signals, highlighting the importance of maintaining proper cell shape for normal cartilage function and successful tissue engineering approaches.
Diese Studie untersuchte, wie die Form von Chondrozyten in Gelenkknorpel deren Mikroumgebung unter mechanischer Belastung beeinflusst. Die Forscher verwendeten ein biphasisches Multiskalen-Finite-Elemente-Modell, um unterschiedlich geformte Chondrozyten in der oberflächlichen und tiefen Zone des Knorpels während unkonfiner Spannungsrelaxation zu analysieren. Die Hauptergebnisse zeigten, dass die Zellform signifikant die Deformation und mechanischen Spannungen in der festen Phase (Chondrozyten und perizellulären Matrix) beeinflusste, jedoch keinen Einfluss auf Fluiddruck und Fluidscherspannung hatte. Diese Befunde legen nahe, dass die Mechanotransduktion von Chondrozyten primär über die feste Phase reguliert wird und dass die Erhaltung der physiologischen Zellform für die zonenspezifische metabolische Aktivität und das Tissue Engineering von Knorpelkonstrukten entscheidend ist.
Cette étude vise à élucider les mécanismes par lesquels la forme des chondrocytes influence la réponse de leur microenvironnement matriciel à la charge mécanique. Les auteurs ont utilisé un modèle biphasique multi-échelle par éléments finis pour analyser différentes morphologies cellulaires dans les zones superficielle et profonde du cartilage articulaire lors d'une relaxation de contrainte en compression non confinée. Les résultats montrent que la forme cellulaire affecte significativement les déformations et contraintes solides des chondrocytes et de leur matrice péricellulaire, particulièrement dans la zone superficielle où l'augmentation du rapport d'aspect cellulaire (longueur/hauteur) intensifie ces paramètres mécaniques, mais n'influence pas la pression fluidique ni les contraintes de cisaillement du fluide. Ces findings suggèrent que la mécanotransduction des chondrocytes s'effectue principalement via la phase solide plutôt que fluidique, soulignant l'importance cruciale du maintien de la morphologie cellulaire pour réguler l'activité métabolique dans le cartilage natif et les construits d'ingéni
This study aimed to understand how osteoarthritic chondrocytes (cartilage cells) respond metabolically to mechanical loading within 30 minutes of compression. The researchers applied dynamic compression to human chondrocytes from osteoarthritic donors for 0, 15, or 30 minutes, then used advanced mass spectrometry techniques to analyze changes in cellular metabolism. They found that mechanical loading triggered widespread metabolic changes in hundreds of molecules, with energy being redirected into central metabolic pathways like the TCA cycle, suggesting increased energy production to support cartilage maintenance. The metabolic response varied between patients and was influenced by age, indicating that osteoarthritic chondrocytes can still respond to mechanical signals but in a patient-specific manner.
Diese Studie untersuchte, wie primäre menschliche Chondrozyten aus osteoarthritischen Femurköpfen auf physiologische mechanische Belastung reagieren, mit dem Ziel die kurzfristigen metabolischen Anpassungen zu verstehen. Die Forscher verwendeten dynamische Kompression (0, 15, oder 30 Minuten) auf Zell-Agarose-Konstrukte und analysierten die metabolomischen Profile mittels HPLC-MS sowohl ungezielt als auch gezielt für Energiestoffwechsel-Metabolite. Die Ergebnisse zeigten, dass Hunderte von Metaboliten durch mechanische Belastung reguliert wurden, wobei patientenspezifische und altersabhängige Mechanotransduktion beobachtet wurde, sowie Veränderungen in Energie-, Lipid- und Aminosäurestoffwechselwegen. Die Studie identifizierte einen vorübergehenden Anstieg des NADP+/NADPH-Verhältnisses und eine anfängliche Abnahme des GDP/GTP-Verhältnisses, was auf einen verstärkten glykolytischen Energ
Cette étude avait pour objectif de caractériser la réponse métabolique à court terme (<30 min) de chondrocytes ostéoarthritiques humains primaires soumis à une compression dynamique physiologique. Les chercheurs ont analysé les profils métabolomiques par HPLC-MS de chondrocytes encapsulés dans des construits d'agarose après 0, 15 ou 30 minutes de compression dynamique. Les résultats révèlent que des centaines de métabolites sont régulés par la compression mécanique, avec une augmentation transitoire du ratio NADP+/NADPH et une diminution initiale du ratio GDP/GTP, suggérant un flux énergétique vers le cycle de Krebs et une utilisation accrue de l'énergie glycolytique. L'étude met également en évidence une mécanotransduction spécifique au patient avec une dépendance à l'âge, apportant de nouvelles données sur les mécanismes par lesquels les chondrocytes arthrosiques transduisent les charges mécaniques.
This study investigated how cartilage cells (chondrocytes) respond mechanically to loading at different locations within rabbit knee joints. The researchers used confocal microscopy combined with indentation testing to measure changes in cell size and shape under loading at four sites (patella, femoral groove, femoral condyle, and tibial plateau), while also analyzing tissue structure including collagen fiber orientation. The results showed that chondrocyte responses varied significantly between joint locations - for example, patellar cells showed greater volume decreases and height reductions compared to femoral groove cells, while medial condyle cells actually expanded in certain directions unlike other sites. These site-specific differences in cell behavior corresponded closely with local collagen fiber orientations and likely reflect the distinct mechanical loading conditions experienced at each location in the knee joint.
Diese Studie untersuchte die biomechanischen Reaktionen von Chondrozyten (Knorpelzellen) in verschiedenen anatomischen Regionen des Kaninchen-Kniegelenks, um zu verstehen, wie sich Zellen je nach Lokalisation unter mechanischer Belastung verhalten. Mithilfe konfokaler Lasermikroskopie und eines speziellen Indentationssystems wurden Veränderungen von Zellvolumen und -dimensionen in der oberflächlichen Zone von Patella, Femurrinne, Femurkondylen und Tibiaplateau analysiert, ergänzt durch strukturelle Gewebeuntersuchungen. Die Ergebnisse zeigten deutliche standortabhängige Unterschiede: Patellazellen wiesen größere Volumenverluste auf als Femurrinnen-Zellen, laterale Kondyluszellen reagierten stärker als laterale Plateauzellen, während mediale Kondyluszellen geringere Volumenverluste zeigten als mediale Plateauzellen. Diese unterschiedlichen biomechanischen Reaktionen korrelierten stark mit der jeweiligen Kollagenfaserorientierung und spiegeln
Cette étude visait à caractériser les réponses biomécaniques des chondrocytes selon leur localisation spécifique dans différentes zones du cartilage articulaire du genou de lapin. Les chercheurs ont utilisé la microscopie confocale couplée à un système d'indentation personnalisé pour mesurer les changements de volume et de dimensions cellulaires sous charge mécanique dans la zone superficielle du cartilage rotulien, fémoral et tibial. Les résultats révèlent des réponses biomécaniques hautement site-dépendantes : les cellules rotuliennes présentaient les plus grandes diminutions de volume (principalement par réduction de hauteur), tandis que les cellules des condyles montraient des comportements variables selon leur localisation médiale ou latérale. Ces différences de déformation cellulaire correspondaient étroitement à l'orientation locale des fibrilles de collagène, suggérant que l'architecture tissulaire détermine la réponse biomécanique des chondrocytes aux contraintes mécaniques spécifiques de chaque site articulaire.
This study investigated how vimentin intermediate filaments contribute to the mechanical responses of articular chondrocytes, which are the cells responsible for maintaining cartilage tissue. The researchers cultured goat chondrocytes on soft gels, disrupted their vimentin filaments using acrylamide, then applied compression or stretch forces while measuring cellular stiffness and force generation using specialized microscopy techniques. The key findings showed that when vimentin was disrupted, chondrocytes lost their ability to maintain stiffness and contractile forces after compression, and showed reduced fluidization-resolidification responses to stretching compared to normal cells. These results demonstrate that vimentin filaments play a crucial role in helping chondrocytes withstand compressive loads—the primary type of mechanical stress experienced in joint cartilage—but have a lesser role in regulating overall cellular tension.
Diese Studie untersuchte die Rolle von Vimentin-Intermediärfilamenten bei den mechanischen Antworten von Gelenkchondrozyten. Die Forscher kultivierten Ziegen-Chondrozyten auf weichen Polyacrylamid-Gelen, störten das Vimentin-Zytoskelett chemisch und analysierten dann die zelluläre Steifigkeit und Traktionskräfte nach mechanischer Belastung mittels optischer magnetischer Zytometrie und Traktionskraft-Mikroskopie. Die Ergebnisse zeigten, dass Vimentin-defiziente Chondrozyten nach Kompression eine verminderte Kontraktilität und Steifigkeit aufwiesen, während ihre Fluidisierungs-Resolidifizierungs-Antwort nach Dehnung abgeschwächt war. Die Studie bestätigt, dass Vimentin eine wichtige Rolle bei der Widerstandsfähigkeit von Chondrozyten gegen Druckbelastung spielt, jedoch nur geringen Einfluss auf die Regulation der zytoskelettalen Spannung hat.
Cette étude examine le rôle des filaments intermédiaires de vimentine dans les mécanismes de mécanotransduction des chondrocytes articulaires. Les chercheurs ont cultivé des chondrocytes de chèvre sur gel de polyacrylamide, perturbé le réseau de vimentine par l'acrylamide, puis appliqué des contraintes mécaniques transitoires en mesurant la rigidité cellulaire et les forces de traction par cytométrie magnétique optique et microscopie des forces de traction. Les résultats montrent que la disruption de la vimentine altère significativement la réponse des chondrocytes à la compression (diminution du moment contractile et de la rigidité) et à l'étirement (réponse de fluidisation-resolidification réduite), tout en affectant moins la réponse aux agents ciblant l'actine. Ces findings confirment que la vimentine joue un rôle majeur dans la résistance des chondrocytes aux charges compressives, mais un rôle mineur dans la régulation de la tension cytosquelettique.
This narrative review examined recent advances in osteoarthritis (OA) mechanics research from January 2014 to April 2015, organizing findings across multiple biological scales from whole-joint to molecular level. The authors conducted a PubMed literature search to identify major developments in biomechanics related to OA pathophysiology. Key findings included new insights into knee joint loading patterns and how meniscus/ligament injuries alter joint mechanics, improved understanding of tissue-level mechanics in cartilage and meniscus, discovery of mechanically-activated calcium channels in cartilage cells, and development of advanced nano-scale measurement techniques for studying matrix molecules under high loading rates. The review demonstrates how mechanical factors at each biological scale contribute to OA development, supporting the concept that understanding multi-scale biomechanics is essential for comprehending OA as a whole-joint disease.
Diese narrative Übersichtsarbeit zielte darauf ab, die wichtigsten mechanischen Fortschritte in der Osteoarthritis-Forschung von 2014-2015 anhand eines multi-skalaren biomechanischen Ansatzes zu analysieren. Die Autoren führten eine systematische Literaturrecherche durch und strukturierten die Ergebnisse nach verschiedenen Größenordnungen - von Ganzkörper-Kinematik über Gewebe- und Zellmechanik bis hin zur Nanoskala von Matrixmolekülen. Zu den wichtigsten Erkenntnissen gehörten neue Einsichten in die Kniegelenk-Kinematik und mediale Kompartmentbelastung, innovative Erkenntnisse zur Meniskus- und Knorpeloberflächenmechanik, sowie bedeutende Fortschritte im Verständnis der Chondrozyten-Mechanobiologie und Calcium-Signalwege. Die Studie unterstreicht, dass das Verständnis mechanischer Prozesse auf allen Längenskalen essentiell ist, um die Verbindungen zwischen Zellbiologie, Matrixbiochemie und Geweb
Cette revue narrative examine les avancées récentes en biomécanique de l'arthrose selon une approche multi-échelle, en analysant la littérature de janvier 2014 à avril 2015. L'étude couvre les mécanismes biomécaniques depuis l'échelle macroscopique (cinématique articulaire et de la marche) jusqu'à l'échelle nanoscopique (macromolécules matricielles), en passant par la mécanique tissulaire et cellulaire. Les principales avancées incluent une meilleure compréhension du chargement du compartiment médial du genou, des mécanismes poro-élastiques de déformation des chondrocytes, et du rôle des canaux cationiques mécanosensibles dans la mécanobiologie chondrocytaire. Cette approche multi-échelle permet d'établir les liens entre biologie cellulaire, biochimie matricielle et fonction tissulaire dans la physiopathologie mécanique de l'arthrose.
This study aimed to directly measure cartilage deformation patterns within knee joint tissue during loading in healthy humans for the first time. The researchers used synchronized MRI imaging with physiologically relevant compression (half body weight applied at the foot) to visualize and quantify displacement and strain through the thickness of tibiofemoral cartilage. Key findings showed that loading produced sliding motion between cartilage surfaces, generated complex strain patterns that varied by individual, gender, and location within the tissue, with dominant strains being shear-based and reaching up to 12%. This MRI-based approach for noninvasively measuring cartilage deformation could serve as a functional biomarker and accelerate development of treatments for cartilage diseases and injuries.
Diese Studie zielte darauf ab, erstmals die Verformungsmuster durch die gesamte Dicke des Gelenkknorpels im menschlichen Kniegelenk unter physiologischer Belastung nicht-invasiv zu quantifizieren. Die Forschenden verwendeten synchronisierte Magnetresonanztomographie (MRT) mit kontrollierter Kompressionsbelastung (halbes Körpergewicht) an gesunden Probanden, um regionale Verschiebungen und Dehnungen im tibiofemorale Knorpel zu messen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass die Belastung zu gleitenden Starrkörper-Bewegungen an der Knorpelgrenzfläche führte, komplexe personen- und geschlechtsspezifische Dehnungsmuster im Gewebe erzeugte, und dass die dominierenden Knorpeldehnungen (bis zu 12%) hauptsächlich Scherkräfte waren. Diese MRT-basierte Methode könnte als funktioneller Bildgebungsbiomarker für gesunden, erkrankten und reparierten Knorpel dienen und die Entwicklung regenerativer Therapien besch
Cette étude visait à quantifier pour la première fois de manière non invasive la déformation du cartilage articulaire à travers son épaisseur chez des volontaires humains sains. Les chercheurs ont utilisé l'IRM synchronisée avec une charge compressive physiologique (équivalente à la moitié du poids corporel) pour mesurer les déplacements et déformations régionales du cartilage tibio-fémoral dans le plan sagittal. Les résultats montrent que la compression génère un glissement à l'interface cartilagineuse, des patterns de déformation complexes et spécifiques selon les sujets et régions, avec des déformations dominantes en cisaillement atteignant 12%. Cette approche par IRM pourrait servir de biomarqueur fonctionnel pour évaluer les tissus sains, pathologiques et réparés, accélérant ainsi le développement de thérapies régénératives du cartilage.
This randomized controlled trial compared the effects of low- versus high-intensity plyometric exercise on knee function and cartilage health in 24 patients during ACL reconstruction rehabilitation (mean 14.3 weeks post-surgery). Participants completed 8 weeks of either low- or high-intensity plyometric training involving running, jumping, and agility exercises, with groups distinguished by the expected magnitude of ground-reaction forces during activities. Both exercise intensities produced similar improvements in knee function, pain, strength, jump performance, and psychological outcomes, with no significant differences between groups for primary outcomes including self-reported knee function (IKDC scores) and cartilage degradation biomarkers. However, there was a trend suggesting that high-intensity exercise may reduce cartilage formation markers compared to low-intensity exercise, indicating that cartilage responses to different plyometric intensities warrant further investigation.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersuchte die Auswirkungen von niedrig- versus hochintensiven plyometrischen Übungen während der Rehabilitation nach Kreuzbandrekonstruktion auf die Kniefunktion und den Knorpelstoffwechsel. 24 Patienten wurden 14 Wochen nach der Operation für 8 Wochen einer niedrig- oder hochintensiven plyometrischen Trainingsgruppe (unterschieden durch die vertikalen Bodenreaktionskräfte) zugeordnet, wobei Kniefunktion, Biomarker des Knorpelstoffwechsels und weitere klinische Parameter gemessen wurden. Zwischen den beiden Trainingsintensitäten zeigten sich keine signifikanten Unterschiede in den primären oder sekundären Endpunkten, wobei beide Gruppen zusammen signifikante Verbesserungen in Kniefunktion, Sprungkraft, Quadrizepskraft und psychosozialen Parametern aufwiesen. Die Ergebnisse unterstützen den Einsatz plyometrischer Übungen zur Sportwiederaufnahme nach Kreuzbandrekonstruktion,
Cette étude randomisée contrôlée a comparé les effets de programmes d'exercices pliométriques de faible versus haute intensité sur la fonction du genou et le métabolisme du cartilage articulaire chez 24 patients en rééducation post-reconstruction du ligament croisé antérieur (14,3 semaines post-chirurgie en moyenne). Les participants ont été randomisés en deux groupes suivant 8 semaines d'exercices pliométriques (course, saut, agilité) se distinguant par l'amplitude des forces de réaction au sol, avec évaluation de la fonction du genou (score IKDC) et de biomarqueurs du cartilage (uCTX-II notamment). Aucune différence significative n'a été observée entre les deux groupes d'intensité, mais les deux programmes ont induit des améliorations significatives de la fonction du genou, de la force du quadriceps, des performances fonctionnelles et du statut psychosocial. Ces résultats suggèrent que les exercices pliométriques, quelle que soit leur intensité, sont bénéfiques pour le retour au sport après reconstruction du LCA, bien que l'impact sur le cartilage articul
This study aimed to measure real-time cartilage deformation in living mouse knee joints during controlled muscle contractions, addressing a gap in knowledge since previous research relied on artificial loading methods that don't reflect natural joint mechanics. The researchers used controlled muscular contractions at 50% and 80% of maximum knee extensor force to compress cartilage while measuring deformation in real-time. During 8-second static contractions, cartilage experienced substantial peak strains of 10.5% and 18.3% respectively, while repeated brief contractions produced lower strains of 3.0% and 9.6%. The cartilage showed highly viscoelastic behavior, taking nearly 50 seconds to fully recover its thickness after load removal, providing important insights into how cartilage responds to physiological loading conditions.
Diese Studie untersuchte die dynamische Verformung von Gelenkknorpel in lebenden Mäuseknien unter kontrollierten Muskelkontraktionen, um realitätsnahe Daten zur Knorpeldeformation zu gewinnen. Die Forscher verwendeten präzise kontrollierte statische und dynamische Muskelbelastungen mit 50% und 80% der maximalen Knieextensor-Kraft und maßen die Knorpelverformungen in Echtzeit mittels bildgebender Verfahren. Die Ergebnisse zeigten, dass 8-sekündige Kontraktionen bei 50% und 80% maximaler Kraft durchschnittliche Spitzendehnungen von 10,5% bzw. 18,3% im Gelenkknorpel erzeugten, während wiederholte kurze Kontraktionen geringere Dehnungswerte von 3,0% bzw. 9,6% hervorriefen. Die Erholung der Knorpeldicke nach mechanischer Kompression erwies sich als hochgradig viskoelastisch und benötigte fast 50 Sekunden nach Kraftentlastung.
Cette étude visait à mesurer en temps réel les déformations du cartilage articulaire in vivo lors de contractions musculaires contrôlées dans les genoux de souris. Les chercheurs ont appliqué des charges statiques et dynamiques représentant 50% et 80% de la force maximale des muscles extenseurs du genou (environ 0,4N et 0,6N) et ont mesuré les déformations cartilagineuses résultantes. Les contractions statiques de 8 secondes ont produit des déformations moyennes maximales de 10,5±1,0% et 18,3±1,3% respectivement, tandis que les contractions isométriques répétées ont généré des déformations de 3,0±1,1% et 9,6±1,5% sur les condyles fémoraux. La récupération de l'épaisseur cartilagineuse après compression s'est révélée hautement viscoélastique, nécessitant près de 50 secondes pour retrouver son état initial après suppression de la charge.
This study aimed to compare the mechanical properties of normal and osteoarthritic human knee cartilage using mathematical models, and to determine how well these models predict cartilage behavior during loading. The researchers tested small cartilage samples from cadavers and knee replacement patients using compression tests that simulated weight-bearing conditions, then used computer models to calculate material properties and compared these with tissue damage scores. Key findings showed that cartilage mechanical properties significantly deteriorated with increasing osteoarthritis severity, as measured by standard grading scales. While the Yeoh model was more accurate than the Neo-Hookean model for predicting contact forces and pressure, both models failed to adequately capture the directional properties of cartilage, particularly in the surface layer, highlighting important limitations for cartilage modeling applications.
Diese Studie untersuchte die mechanischen Eigenschaften von normalem und arthrotischem menschlichem Gelenkknorpel mithilfe hyperelastischer Materialmodelle, um zu verstehen, wie sich diese Eigenschaften bei Arthrose verändern. Die Forscher testeten Knorpelproben von Leichen und Patienten unter unkonfinierten Kompressionsbedingungen bei hohen Belastungsraten und großen Verformungen, wobei sie spezifische Finite-Elemente-Modelle zur Bestimmung der Materialkonstanten verwendeten. Die Ergebnisse zeigten, dass die mechanischen Eigenschaften signifikant mit dem Grad der Knorpelschädigung (OARSI-Skala) korrelierten, wobei das Yeoh-Modell Kontaktkraft und -druck genauer beschrieb als das Neo-Hookean-Modell. Beide isotropen Modelle unterschätzten jedoch die Kontaktfläche und konnten die Anisotropie der oberflächlichen Knorpelschicht nicht adäquat abbilden, was die Grenzen dieser Modellierungsansätze aufze
Cette étude visait à caractériser les propriétés mécaniques du cartilage articulaire humain normal et arthrosique en utilisant des modèles hyperélastiques isotropes, et à évaluer leur corrélation avec les dommages tissulaires histologiques. Les chercheurs ont testé des échantillons ostéochondraux en compression non confinée à des vitesses et déformations représentatives de la mise en charge, puis ont utilisé des modèles par éléments finis spécifiques aux échantillons pour déterminer les constantes matérielles hyperélastiques. Les résultats montrent que les constantes matérielles hyperélastiques sont significativement corrélées au grade OARSI, indiquant une altération des propriétés mécaniques avec l'endommagement tissulaire, et que le modèle de Yeoh décrit plus précisément les forces et pressions de contact que le modèle néo-hookéen. Cette recherche fournit des données nouvelles sur les propriétés mécaniques du cartilage humain et identifie les limites des modèles isotropes pour décrire l'anisotropie de la zone superficielle cartilagineuse.
This study investigated whether a single bout of mechanical loading could trigger osteoarthritis-like changes in mouse knee joints. Researchers applied one 5-minute session of cyclic compression (9.0N peak load, 1,200 cycles) to adult mouse tibiae and analyzed joint tissues at 0, 1, and 2 weeks post-loading using histology, immunohistochemistry, and micro-CT imaging. The single loading session caused no immediate damage but led to progressive cartilage deterioration (thinning and proteoglycan loss) and temporary bone loss that persisted through 2 weeks, while subchondral bone changes recovered by 2 weeks. These findings demonstrate that brief mechanical overloading can initiate sustained degenerative joint changes similar to early osteoarthritis, with cartilage showing less recovery capacity than bone.
Diese Studie untersuchte, ob bereits eine einzige mechanische Belastung ausreicht, um osteoarthritis-ähnliche Veränderungen im Kniegelenk von Mäusen auszulösen. Die Forscher applizierten eine 5-minütige zyklische Kompressionsbelastung (9,0N, 1.200 Zyklen) auf die Tibia erwachsener Mäuse und analysierten die Gelenke nach 0, 1 und 2 Wochen mittels Histologie, Immunhistochemie und Mikrocomputertomographie. Die Ergebnisse zeigten, dass bereits diese einmalige Belastung zu progressiven arthrotischen Veränderungen führte: Knorpelverdünnung und Proteoglykaverlust entwickelten sich über 1-2 Wochen und blieben bestehen, während der anfängliche Verlust an subchondralem Knochen nach 2 Wochen wieder reversibel war. Diese Befunde belegen, dass schon eine einzige mechanische Überbelastung ausreicht, um zelluläre Kaskaden in Gang zu setzen, die zu dauerh
Cette étude visait à caractériser la progression temporelle des changements structurels et compositionnels du cartilage articulaire et de l'os sous-chondral après une session unique de chargement cyclique chez la souris. Les chercheurs ont appliqué une charge de 9,0N pendant 5 minutes (1200 cycles) sur le tibia gauche de souris adultes, puis analysé les articulations du genou à 0, 1 et 2 semaines par histologie, immunohistochimie et microtomographie. Les résultats montrent qu'une seule session de chargement suffit à déclencher des altérations similaires à l'arthrose, avec un amincissement du cartilage et une perte de protéoglycanes persistant à 2 semaines, tandis que la perte osseuse trabéculaire transitoire observée à 1 semaine se normalise. Cette recherche démontre qu'un épisode mécanique unique et non-invasif peut initier des changements cellulaires progressifs reproduisant les caractéristiques de l'arthrose humaine.
This study investigated how walking and running speed and mechanics affect serum cartilage oligomeric matrix protein (COMP), a blood marker that reflects cartilage health. Eighteen healthy adults completed 4,000 steps at three different speeds (slow, medium, and fast) on an instrumented treadmill while researchers measured joint mechanics and collected blood samples before, immediately after, and up to 60 minutes post-exercise. The results showed that faster ambulation caused greater increases in serum COMP, with increases of 29%, 18%, and 5% for fast, medium, and slow speeds respectively. Additionally, specific joint movement patterns—including ankle, knee, and hip mechanics—explained about 61% of the variation in COMP changes, suggesting that both speed and movement quality influence cartilage stress responses.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Gehgeschwindigkeit, Biomechanik und Veränderungen des Serum-COMP (Cartilage Oligomeric Matrix Protein), einem Marker für den Knorpelstoffwechsel. 18 Probanden absolvierten an drei verschiedenen Tagen jeweils 4000 Schritte auf einem Laufband bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten (langsam, mittel, schnell), während Bodenreaktionskräfte, Bewegungsdaten und Blutproben zur COMP-Bestimmung erhoben wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass höhere Gehgeschwindigkeiten zu größeren COMP-Anstiegen führten (29% bei schneller, 18% bei mittlerer, 5% bei langsamer Geschwindigkeit), wobei spezifische Gelenkmomente und -winkel 61,4% der COMP-Varianz erklären konnten. Die Studie belegt somit einen direkten Zusammenhang zwischen biomechanischen Belastungsmustern beim Gehen und akuten Veränderungen im Knorpelstoffwechsel.
Cette étude visait à identifier les paramètres mécaniques de la marche et de la course associés aux variations de la protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse (COMP) sérique, un biomarqueur de l'état du cartilage articulaire. Dix-huit sujets ont effectué 4000 pas sur tapis roulant instrumenté à trois vitesses différentes (lente, moyenne, rapide) lors de sessions séparées, avec analyse biomécanique synchronisée et prélèvements sanguins avant, immédiatement après, puis à 30 et 60 minutes post-exercice. Les résultats montrent que la COMP sérique augmente de manière dose-dépendante avec la vitesse (5%, 18% et 29% respectivement pour les vitesses lente, moyenne et rapide), et que plusieurs paramètres biomécaniques articulaires (moments de force aux chevilles, genoux et hanches, angle de flexion du genou à l'impact) expliquent 61,4% de la variance des changements de concentration en COMP. Cette recherche démontre que l'augmentation de la vitesse de locomotion et certaines caractéristiques mécaniques articulaires spécifiques
This study investigated whether self-reported knee symptoms and activity levels correlate with biological markers of cartilage breakdown and inflammation following exercise in people with and without previous knee injuries. The researchers compared 11 individuals with a history of ACL or meniscus surgery to 11 healthy controls, measuring blood biomarkers before and after a 30-minute treadmill run while assessing participants' activity levels and quality of life scores. The key findings showed that individuals with lower activity levels experienced greater collagen turnover after running, and those with poorer quality of life scores had increased inflammation markers post-exercise. These results suggest that people with reduced activity levels or knee-related quality of life issues may need gradual activity progression before returning to running to minimize adverse tissue responses.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen selbstberichteten Symptom- und Funktionsscores und Biomarkern für Gewebeumbau und Entzündung nach einer Laufbelastung bei Personen mit und ohne Knieverletzungsanamnese. In einer prospektiven Kohortenstudie absolvierten 22 Teilnehmer (11 mit ACL/Meniskus-OP-Historie, 11 gesunde Kontrollen) einen 30-minütigen Lauf auf dem Laufband, wobei vor und nach der Belastung Blutproben zur Biomarker-Analyse entnommen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass niedrigere Aktivitätslevel (Tegner-Score) mit stärkerem Kollagen-Turnover und schlechtere Lebensqualitätswerte mit erhöhten Entzündungsmarkern (IL-1β) nach dem Lauf korrelierten. Die Autoren schlussfolgern, dass bei Personen mit geringerer Aktivität und Lebensqualität eine graduelle Steigerung der Belastung vor der Rückkehr zu laufintensiven
Cette étude prospective a examiné les relations entre les scores auto-rapportés de symptômes/fonction et les changements de biomarqueurs de remodelage tissulaire et d'inflammation après une course chez 22 participants (11 avec antécédents chirurgicaux du genou et 11 témoins sains). Les participants ont complété des questionnaires fonctionnels puis effectué une course de 30 minutes sur tapis roulant, avec prélèvements sanguins pré- et post-exercice pour analyser les biomarqueurs sériques. Les résultats montrent que les niveaux d'activité plus faibles sont inversement corrélés aux changements du ratio collagène de type II/marqueur de synthèse (r = -0,45), et que les scores de qualité de vie plus bas sont inversement liés aux variations d'interleukine-1β (r = -0,50). L'étude suggère qu'une augmentation graduelle de l'activité physique pourrait être nécessaire chez les individus présentant des niveaux d'activité et de qualité de vie réduits avant le retour à la course.
This study investigated how different regions of human knee cartilage respond genetically to impact injury, given that these regions normally experience different weight-bearing loads during movement. Researchers harvested cartilage samples from three knee regions (medial condyle, lateral condyle, and trochlea) of seven cadavers, applied controlled impact injuries using a drop tower, and analyzed gene expression changes 24 hours later using microarray technology. The key finding was that only the trochlea (the lowest weight-bearing region) showed a significant genetic response to injury with 130 differentially expressed genes, while the higher weight-bearing condyles showed no significant gene expression changes. These results demonstrate that cartilage regions adapted to different mechanical loads respond differently to acute injury, with the less mechanically conditioned trochlear cartilage being more genetically reactive to impact trauma.
Diese Studie untersuchte, wie sich verschiedene Regionen des menschlichen Kniegelenkknorpels auf genetischer Ebene unterschiedlich auf Schlagverletzungen reagieren. Die Forscher analysierten mittels Mikroarray-Technologie die Genexpression in Knorpelproben aus drei anatomischen Bereichen (medialer Kondylus, lateraler Kondylus und Trochlea) von 7 Kadaverknien, sowohl vor als auch 24 Stunden nach einer experimentell induzierten Schlagverletzung durch einen Fallturm. Die Hauptergebnisse zeigten, dass ausschließlich die Trochlea (der am geringsten belastete Bereich) mit 130 differenziell exprimierten Genen eine deutliche genetische Reaktion auf die Verletzung aufwies, während die stärker belasteten Kondylen keine signifikanten Genexpressionsveränderungen zeigten. Diese Befunde belegen eine regionsspezifische Antwort des Gelenkknorpels auf akute Verletzungen, wobei weniger belastete Bereiche möglicherweise empfindlicher auf traumatische Ein
Cette étude visait à examiner les différences d'expression génique entre trois régions anatomiques du cartilage articulaire du genou humain (condyles médial, latéral et trochée) avant et après un traumatisme par impact aigu. Les chercheurs ont utilisé une analyse par micropuce sur des explants de cartilage prélevés de 7 genoux cadavériques, soumis à un impact contrôlé par tour de chute et analysés 24 heures après le traumatisme. Les résultats révèlent une réponse génique différentielle selon les régions : seule la trochée (zone de moindre charge physiologique) présentait 130 gènes différentiellement exprimés après impact, tandis que les condyles ne montraient aucune modification génique significative. Cette étude démontre ainsi une réponse spécifique régionale au traumatisme dans le cartilage articulaire humain, la trochée étant paradoxalement plus réactive génétiquement aux lésions d'impact que les zones habituellement plus sollicitées.
This randomized controlled trial investigated whether aquatic resistance training could improve knee cartilage health in postmenopausal women with mild osteoarthritis. Eighty-seven women aged 60-68 were randomly assigned to either 48 supervised aquatic training sessions over 16 weeks or a control group, with cartilage biochemical composition assessed using advanced MRI techniques (T2 mapping and dGEMRIC). The training group showed significant improvements in cartilage structure, specifically reduced T2 values (-1.2 ms) and dGEMRIC index (-23 ms) in the medial femoral cartilage, along with a 9.8% improvement in cardiovascular fitness. The findings suggest that aquatic resistance training may benefit cartilage integrity in mild knee osteoarthritis, potentially through the low-impact loading environment that reduces joint stress while still providing therapeutic mechanical stimulation.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersuchte die Wirksamkeit von Aqua-Widerstandstraining auf die biochemische Zusammensetzung des Tibiofemoralknorpels bei 87 postmenopausalen Frauen (60-68 Jahre) mit milder Kniearthrose. Die Interventionsgruppe absolvierte 48 betreute Aqua-Widerstandstrainingseinheiten über 16 Wochen, während die Kontrollgruppe ihre gewohnte körperliche Aktivität beibehielt; die Knorpelqualität wurde mittels T2-Mapping und DGEMRIC-Index per MRT gemessen. Die Ergebnisse zeigten signifikante Verbesserungen in der Knorpelintegrität der Trainingsgruppe, mit einer Reduktion der T2-Zeit um 1,2 ms und des DGEMRIC-Index um 23 ms im hinteren Bereich des medialen Femurkondylus, zusätzlich zu einer 9,8%igen Steigerung der kardiorespiratorischen Fitness. Die Studie deutet darauf hin, dass Aqua-Widerstandstraining durch niedrige
Cette étude randomisée contrôlée a évalué l'efficacité d'un entraînement aquatique en résistance sur la composition biochimique du cartilage tibiofémoral chez 87 femmes ménopausées (60-68 ans) présentant une gonarthrose légère. Les participantes du groupe intervention ont suivi 48 séances supervisées sur 16 semaines, tandis que le groupe contrôle maintenait son niveau d'activité habituel, avec évaluation du cartilage par IRM (cartographie T2 et index DGEMRIC). L'entraînement aquatique a significativement amélioré l'intégrité du cartilage fémoral médial postérieur, avec une diminution du T2 (-1,2 ms) et de l'index DGEMRIC (-23 ms) par rapport au groupe contrôle, ainsi qu'une amélioration de 9,8% de la condition cardiorespiratoire. Ces résultats suggèrent que l'entraînement aquatique en résistance peut favoriser l'intégrité de l'environnement collagène-eau interstitielle du cartilage tibiofémoral grâce aux forces de
This pilot study investigated how vigorous running versus cycling affects knee cartilage by measuring blood markers and cartilage thickness in 11 male runners and 11 male cyclists. Researchers measured serum levels of lubricin (a joint lubricant) and COMP (a cartilage metabolism marker) using blood tests, plus femoral cartilage thickness using ultrasound, before exercise, immediately after a 10-km run or 25-km cycle time trial, and 30 minutes post-exercise. Both exercise types significantly increased lubricin levels (40% in cyclists, 57% in runners) and COMP levels (32% in cyclists, 14% in runners), with values returning toward baseline after 30 minutes of rest, while cartilage thickness remained unchanged in both groups. The findings suggest that vigorous exercise enhances joint lubrication and cartilage metabolism regardless of whether the activity is running or cycling, without causing detectable cartilage compression.
Diese Pilotstudie untersuchte die Auswirkungen verschiedener Belastungsformen (Laufen vs. Radfahren) auf Knorpelmarker und die Knorpeldicke des Kniegelenks. Bei 11 Läufern und 11 Radfahrern wurden Serum-Lubricin und COMP mittels ELISA sowie die Knorpeldicke des Femurs durch Ultraschall vor, direkt nach und 30 Minuten nach intensiver Belastung (10-km-Lauf bzw. 25-km-Radfahrt) gemessen. Beide Sportarten führten zu signifikanten Anstiegen von Lubricin (Radfahrer: 39%, Läufer: 57%) und COMP (Radfahrer: 32%, Läufer: 14%), die sich nach 30 Minuten wieder normalisierten, während die Knorpeldicke unverändert blieb. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass intensive körperliche Belastung unabhängig von der Sportart zu einer erhöhten Gelenkschmierung und verstärktem Knorpelstoffwech
Cette étude pilote visait à comparer les effets biomécaniques de la course à pied versus le cyclisme sur les biomarqueurs du cartilage articulaire et l'épaisseur du cartilage fémoral. Les chercheurs ont mesuré les concentrations sériques de lubricine et de COMP par ELISA, ainsi que l'épaisseur du cartilage fémoral par échographie, chez 11 coureurs et 11 cyclistes avant, immédiatement après et 30 minutes après un exercice intense (course de 10 km ou cyclisme de 25 km). Les résultats montrent une augmentation significative de la lubricine (39-57%) et du COMP (14-32%) après l'exercice dans les deux groupes, avec un retour vers les valeurs de base après 30 minutes de récupération, sans modification détectable de l'épaisseur cartilagineuse. Ces données suggèrent que l'exercice vigoureux stimule la lubrification articulaire et le métabolisme cartilagineux de manière similaire, indépendamment du type d'activité physique pratiquée.
This study aimed to determine the mechanical failure thresholds of subchondral bone tissue when subjected to impact loading transmitted through overlying cartilage, which is relevant for understanding post-traumatic knee osteoarthritis. The researchers used equine cartilage-bone specimens and combined mechanical impact testing with micro-CT imaging and finite element modeling (μFEM) to determine tissue-level material properties and stress-strain conditions associated with bone microfractures. Key findings showed that subchondral bone (including calcified cartilage) had an elastic modulus of 3.3±0.7 GPa and failed at tensile stresses of 29.5±5.3 MPa and compressive stresses of 64.3±21.3 MPa. These tissue-level mechanical properties and failure thresholds provide critical data for finite element modeling of joint impacts and could inform the design of artificial cartilage-bone replacements.
Diese Studie zielte darauf ab, die mechanischen Versagensschwellenwerte des subchondralen Knochens unter Impaktkompression durch Gelenkknorpel zu bestimmen, um die Entstehung posttraumatischer Kniearthrose besser zu verstehen. Die Forscher kombinierten mechanische Impakttests an equinen Knorpel-Knochen-Proben mit µCT-basierten Finite-Elemente-Modellen, um die Gewebeeigenschaften und lokalen Spannungen bei Mikrofrakturen zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass das initiale Versagen des subchondralen Knochens bei lokalen Zugspannungen von 29,5±5,3 MPa und Druckspannungen von 64,3±21,3 MPa auftritt. Diese Schwellenwerte können für die Finite-Elemente-Modellierung von Gelenken unter Impaktbelastung und die Entwicklung künstlicher Knorpel-Knochen-Ersatzmaterialien verwendet werden.
Cette étude visait à déterminer les seuils de rupture de l'os sous-chondral équin sous compression par impact transmise à travers le cartilage articulaire. Les chercheurs ont combiné des tests mécaniques d'impact sur des échantillons cartilage-os équins avec des modèles d'éléments finis basés sur l'imagerie μCT pour caractériser les propriétés mécaniques tissulaires et les contraintes locales associées aux microfractures. Les résultats ont établi que la rupture initiale de l'os sous-chondral calcifié survient à des contraintes de traction de 29,5±5,3 MPa et de compression de 64,3±21,3 MPa, avec des déformations correspondantes de 1,12±0,06% et 1,99±0,41% respectivement. Ces données fournissent des seuils critiques pour prédire les dommages osseux sous-chondraux lors d'impacts articulaires et peuvent guider la conception de substituts cartilage-os artificiels.
This study aimed to develop copper-alginate (Cu-alginate) hydrogel microbeads with tunable properties for biomedical applications by replacing traditional calcium ions with copper ions during alginate gelation. The researchers used electrostatic extrusion to produce microbeads with varying copper concentrations (13.5-270 mM) and characterized their physical properties, copper release rates, and biological effects in laboratory tests. The findings showed that copper concentration could be adjusted to achieve different therapeutic outcomes: higher copper loading (~100 μmol/g) provided immediate antimicrobial effects against common bacteria, while lower copper content (~60 μmol/g) released copper more slowly and supported cartilage cell growth in 3D culture. These results demonstrate that Cu-alginate hydrogels can be customized for specific medical uses, including antimicrobial wound dressings and cartilage tissue engineering scaffolds.
Diese Studie zielte darauf ab, Kupfer-Alginat-Hydrogele als multifunktionale Biomaterialien mit antimikrobiellen und geweberegenerativen Eigenschaften zu entwickeln. Die Forscher stellten Cu-Alginat-Mikrokügelchen mittels elektrostatischer Extrusion mit verschiedenen Cu(II)-Konzentrationen (13,5-270 mM) her und charakterisierten diese umfassend in vitro. Die Ergebnisse zeigten, dass Mikrokügelchen mit höherem Kupfergehalt (~100 μmol/g) sofortige bakterizide Wirkung gegen E. coli und S. aureus aufwiesen, während solche mit geringerem Kupfergehalt (~60 μmol/g) eine langsamere Kupferfreisetzung zeigten und den chondrogenen Phänotyp von Knorpelzellen in 3D-Kultur förderten. Die Studie demonstriert das Potenzial dieser steuerbaren Cu-Alginat-Systeme für verschiedene biomedizinische Anwendungen wie antimikrobielle Wundverbände, Tissue-Engineering-Gerü
Cette étude vise à développer des hydrogels d'alginate-cuivre (Cu-alginate) aux propriétés antimicrobiennes et bioactives pour des applications biomédicales. Les chercheurs ont produit des microbilles par extrusion électrostatique en utilisant différentes concentrations de Cu(II) (13,5-270 mM) et ont caractérisé leurs propriétés physico-chimiques et biologiques in vitro. Les résultats montrent que les microbilles à forte teneur en Cu(II) (~100 μmol/g) présentent des effets bactéricides immédiats contre E. coli et S. aureus, tandis que celles à teneur modérée (~60 μmol/g) favorisent le maintien du phénotype chondrogénique en culture 3D. Ces hydrogels modulables ouvrent des perspectives prometteuses pour le développement de pansements antimicrobiens, d'échafaudages d'ingénierie tissulaire ou d'implants de cartilage articulaire.
This study investigated how long-distance running immediately affects knee cartilage structure in healthy young adults using advanced MRI techniques. Thirty healthy male athletes (ages 18-31) underwent 3.0T MRI scans before and immediately after a 45-minute run, measuring T2 and T2* relaxation times across 22 different cartilage regions in the knee. The researchers found significant decreases in both T2 (4.6ms reduction) and T2* (3.6ms reduction) relaxation times across all cartilage segments after running, indicating immediate structural changes in the cartilage matrix. These findings suggest that both T2 and T2* MRI measurements are sensitive biomarkers for detecting acute cartilage responses to mechanical loading from running exercise.
Diese Studie untersuchte die unmittelbaren Auswirkungen von Langstreckenlauf auf die Knorpelstruktur des Kniegelenks mittels quantitativer MRT-Bildgebung. 30 gesunde männliche Erwachsene (18-31 Jahre) erhielten vor und direkt nach einem 45-minütigen Lauf eine 3,0 Tesla MRT-Untersuchung mit T2- und T2*-Relaxationszeitmessungen des Gelenkknorpels an Femur, Tibia und Patella. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Verkürzung beider Relaxationszeiten nach dem Lauf (T2: -4,6 ms, T2*: -3,6 ms), was auf strukturelle Veränderungen in der Knorpel-Ultrastruktur hinweist. Die Studie demonstriert erstmals, dass sowohl T2- als auch T2*-Relaxationszeiten wertvolle Biomarker zur Erfassung akuter belastungsinduzierter Knorpelveränderungen darstellen.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer quantitativement les effets immédiats de la course de longue distance sur les temps de relaxation T2 et T2* du cartilage articulaire du genou chez de jeunes adultes sains. Trente hommes sportifs amateurs (18-31 ans) ont subi une IRM 3.0T avant et immédiatement après une course de 45 minutes, avec analyse des temps de relaxation T2 et T2* sur 22 régions d'intérêt du cartilage fémoral, tibial et patellaire. Les résultats montrent une diminution significative des temps de relaxation dans tous les segments cartilagineux après la course (T2 : -4,6 ms ; T2* : -3,6 ms), suggérant des modifications immédiates de l'ultrastructure cartilagineuse. Cette étude démontre que les mesures T2 et T2* constituent des biomarqueurs quantitatifs sensibles pour détecter les changements aigus du cartilage induits par l'exercice.
This study investigated whether the mechanosensory ion channel TRPV4, which helps cartilage cells respond to mechanical loading, plays a role in osteoarthritis (OA) development. The researchers used genetically modified mice where TRPV4 was specifically deleted from cartilage cells in adulthood, then examined OA severity in both age-related disease and surgically-induced OA (via destabilization of the medial meniscus). They found that removing TRPV4 from cartilage reduced the severity of age-related OA but did not prevent OA development following joint injury. These findings suggest that TRPV4-mediated mechanical signaling contributes differently to age-related versus post-traumatic OA, potentially offering a new therapeutic target specifically for treating age-associated joint degeneration.
Diese Studie untersuchte die Rolle des mechanosensitiven Ionenkanals TRPV4 bei der Entstehung von Arthrose, um neue therapeutische Ansätze zu identifizieren. Die Forschenden verwendeten genetisch veränderte Mäuse mit knorpelspezifischer TRPV4-Deaktivierung und analysierten sowohl altersbedingte als auch trauma-induzierte Arthrose-Modelle. Die Ergebnisse zeigten, dass der Verlust von TRPV4 in Knorpelzellen die Schwere der altersbedingten Arthrose reduzierte, jedoch keinen Schutz vor traumatischer Arthrose (nach Meniskus-Destabilisierung) bot. Diese Befunde deuten auf unterschiedliche mechanotransduktive Mechanismen bei alters- versus trauma-assoziierter Arthrose hin und identifizieren TRPV4 als vielversprechendes therapeutisches Ziel speziell für altersbedingte Gelenkdegeneration.
Cette étude visait à déterminer le rôle du canal ionique méchanosensible TRPV4 dans le développement de l'arthrose (OA) en utilisant des souris génétiquement modifiées avec une délétion spécifique du gène TRPV4 dans le cartilage. Les chercheurs ont évalué la sévérité de l'OA liée au vieillissement et celle induite par déstabilisation du ménisque médial (DMM). Les résultats montrent que la perte de TRPV4 dans les chondrocytes réduit significativement la sévérité de l'OA associée au vieillissement, mais n'a pas d'effet protecteur contre l'OA post-traumatique induite par DMM. Ces findings suggèrent des mécanismes distincts entre l'OA liée à l'âge et l'OA post-traumatique, et identifient TRPV4 comme une cible thérapeutique potentielle spécifiquement pour l'arthrose du vieillissement.
This computational study investigated how different components of articular cartilage contribute to load bearing under various loading conditions and strain rates. The researchers used a sophisticated fibril-reinforced poroviscoelastic model to simulate unconfined compression experiments, analyzing the relative contributions of hydraulic pressure, osmotic pressure, collagen fibers, and solid matrix across cartilage's three zones (superficial, middle, and deep).
The key findings revealed that hydraulic pressure dominates initial load bearing during transient loading, while collagen fibers in the superficial zone consistently carry about 20% of the load across all strain rates due to their viscoelastic properties. Most strikingly, the study found that osmotic swelling pressure—generated by the interaction between proteoglycans and collagen—accounts for over 90% of load bearing at equilibrium, challenging the traditional view that load transfers from fluid to solid matrix.
These results highlight the critical importance of both viscoelastic collagen fibers and osmotic swelling pressure in cartilage mechanics, suggesting that cartilage load bearing transforms from hydraulic to osmotic pressure rather than simply transferring from fluid to solid components.
Diese Studie untersuchte, wie sich die verschiedenen Bestandteile des Gelenkknorpels (Hydraulikdruck, viskoelastische Kollagenfasern, Matrixsteifigkeit und osmotischer Druck) je nach Belastungsgeschwindigkeit an der Lastverteilung beteiligen. Die Forscher verwendeten ein faserverstärktes poroviskoelastisches Computermodell, um unkonforme Kompressionsexperimente unter verschiedenen Dehnraten zu simulieren und analysierten die Lastverteilung in den drei Knorpelzonen sowohl während der Belastung als auch im Gleichgewichtszustand.
Die Ergebnisse zeigten, dass bei schneller Belastung zunächst der Hydraulikdruck den Großteil der Last trägt, während die oberflächlichen Kollagenfasern etwa 20% der Last übernehmen - ein Anteil, der bei höheren Dehnraten noch wichtiger wird. Überraschenderweise fanden die Forscher heraus, dass im Gleichgewichtszustand nicht die feste Matrix die Last trägt, sondern der osmotische Quelldruck über 90% der Bel
Cette étude visait à déterminer les contributions relatives de la pression hydraulique, du stress viscoélastique du collagène, de la rigidité de la matrice solide et de la pression osmotique au support de charge du cartilage articulaire sous conditions transitoires et d'équilibre. Les auteurs ont utilisé un modèle poroviscoélastique renforcé par des fibrilles pour simuler des expériences de compression non confinée à différents taux de déformation dans les zones superficielle, moyenne et profonde du cartilage.
Les résultats montrent qu'initialement lors du chargement, la pression hydraulique supporte la majeure partie de la charge, tandis qu'à l'équilibre, la pression de gonflement osmotique devient prédominante (>90% de la charge). Cette étude révèle que contrairement à la conception traditionnelle, la charge n'est pas transférée du fluide vers la matrice solide à l'équilibre, mais plutôt transformée de pression hydraulique en pression de gonflement osmotique, soulignant l'importance des fibres de collagène viscoélastiques et de la pression de gonflement dans le comportement mécanique
This study aimed to measure how normal walking affects cartilage strain in healthy knee joints, providing baseline data for understanding cartilage loading patterns. The researchers used MRI scans of 8 healthy subjects before and after 20 minutes of walking at normal speed, then created 3D models to measure thickness changes and calculate strain across different knee compartments. The results showed that walking produced significant cartilage strains in all four tibiofemoral compartments, with tibial cartilage experiencing greater strain than femoral cartilage. This technique could serve as a "stress test" to evaluate how factors like age, weight, and injury affect cartilage response, potentially informing osteoarthritis prevention strategies.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen normalen Gehens auf die Knorpelverformung im Kniegelenk, da veränderte Knorpelbelastung mit der Entstehung von Arthrose in Verbindung gebracht wird. Die Forscher führten bei 8 gesunden Probanden MRT-Untersuchungen vor und nach 20-minütigem Gehen durch und erstellten 3D-Modelle von Tibia, Femur und dem zugehörigen Knorpel, um Dickenveränderungen zu messen. Die Ergebnisse zeigten signifikante Knorpelverformungen in allen vier tibiofemoralenKompartmenten nach der Gehaktivität, wobei der Tibiaknorpel stärkere Verformungen aufwies als der Femurknorpel. Diese Baseline-Daten zum normalen Knorpelverhalten könnten als "Stresstest" dienen, um den Einfluss von Faktoren wie Alter, Gewicht und Verletzungen auf die Knorpelreaktion zu verstehen und somit zur Entwicklung von Arthroseprä vent
Cette étude vise à quantifier les déformations du cartilage tibio-fémoral chez des sujets sains en réponse à la marche normale, activité essentielle du quotidien dont l'impact sur le cartilage reste mal documenté. Les chercheurs ont utilisé l'IRM avant et après 20 minutes de marche chez 8 sujets sains pour créer des modèles 3D du tibia, du fémur et de leur cartilage, permettant de mesurer les changements d'épaisseur cartilagineuse. Les résultats montrent des déformations significatives dans les quatre compartiments tibio-fémoraux après la marche, avec des déformations plus importantes au niveau du cartilage tibial qu'fémoral. Cette technique d'imagerie pourrait servir de "test de stress" pour évaluer l'influence de facteurs comme l'âge, le poids ou les blessures sur la réponse cartilagineuse, information cruciale pour développer des stratégies de prévention de l'arthrose.
This review examines current approaches and future directions for repairing articular cartilage, which has poor natural healing capacity and leads to osteoarthritis when damaged. The authors systematically review the composition and properties of normal cartilage, analyze existing clinical and pre-clinical treatment options, and evaluate their benefits and limitations. The review identifies that current treatments remain inadequate for preventing or restoring cartilage function effectively. The authors highlight promising research directions in tissue engineering, including the development of scaffolds, identification of appropriate cell sources, and use of growth factors to generate or repair functional articular cartilage.
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, aktuelle Behandlungsmethoden und zukünftige Forschungsrichtungen für die Reparatur von Gelenkknorpel zu analysieren, da dieser aufgrund seiner schlechten Selbstheilungsfähigkeit zur Entwicklung von Osteoarthritis führt. Die Autoren verwenden einen systematischen Review-Ansatz, um zunächst die normale Knorpelstruktur und -funktion zu beschreiben, anschließend klinische und präklinische Behandlungsoptionen zu bewerten und aktuelle Forschungsansätze im Tissue Engineering zu analysieren. Die Hauptergebnisse zeigen, dass trotz jahrzehntelanger Forschung noch keine effektiven präventiven oder restaurativen Therapien für Osteoarthritis verfügbar sind. Als vielversprechende Forschungsrichtungen werden Tissue Engineering-Ansätze mit geeigneten Scaffolds, Zellquellen und Wachstumsfaktoren zur Regeneration von funktionsfähigem Gelenkknorpel identifiziert.
Cette revue examine les besoins actuels et les directions de recherche pour la réparation du cartilage articulaire, un tissu spécialisé aux propriétés mécaniques remarquables mais avec une capacité de guérison très limitée à l'âge adulte. Les auteurs analysent d'abord la composition et les propriétés fonctionnelles du cartilage articulaire humain normal, puis passent en revue les options thérapeutiques actuelles utilisées en clinique et dans les essais précliniques pour traiter l'arthrose. L'étude identifie les bénéfices et les limitations des traitements existants, tout en examinant les efforts de recherche en cours pour développer des stratégies de réparation durable, notamment l'ingénierie tissulaire utilisant des échafaudages, des sources cellulaires et des facteurs de croissance. Les résultats soulignent que malgré des décennies de recherche, les traitements préventifs ou restaurateurs efficaces font encore défaut, nécessitant de nouvelles approches innovantes pour cette pathologie qui représente la première cause de douleur et d'incapacité dans la population.
This study investigated how changes in osmotic environment during intervertebral disc (IVD) degeneration affect the TRPV4 ion channel and contribute to inflammation. The researchers used bovine IVD cell cultures, immunohistochemistry, and molecular techniques to examine TRPV4 expression under different osmotic conditions and measured resulting calcium signaling and inflammatory cytokine production. They found that reduced tissue osmolarity (mimicking conditions after proteoglycan loss in degeneration) increased TRPV4 expression, enhanced calcium flux, and elevated production of pro-inflammatory cytokines IL-1β and IL-6. The findings suggest that TRPV4-mediated osmotic sensing may create a harmful cycle where proteoglycan loss leads to increased inflammation, potentially accelerating further tissue breakdown in disc degeneration.
Diese Studie untersuchte, ob Veränderungen der Osmolarität in Bandscheiben über den TRPV4-Ionenkanal zu degenerativen Entzündungsprozessen beitragen. Die Forschenden verwendeten bovine und humane Bandscheibengewebe und analysierten mittels Immunhistochemie, Western Blot, Calcium-Imaging und qRT-PCR die TRPV4-Expression sowie deren Regulation durch osmotische Veränderungen. Die Ergebnisse zeigten, dass eine reduzierte Gewebeosmolarität (wie sie bei Proteoglykan-Abbau auftritt) die TRPV4-Expression erhöht, was wiederum zu verstärkter Calcium-Signalgebung und erhöhter Produktion pro-inflammatorischer Zytokine (IL-1β, IL-6) führt. Diese Befunde legen nahe, dass TRPV4-vermittelte osmotische Wahrnehmung einen wichtigen Mechanismus im Teufelskreis der progressiven Bandscheibendegeneration darstellt.
Cette étude visait à examiner comment les changements osmotiques liés à la dégénérescence du disque intervertébral affectent l'expression du canal ionique TRPV4 et la réponse inflammatoire. Les chercheurs ont utilisé des techniques d'immunohistochimie, de Western blot, d'imagerie calcique et de qRT-PCR sur des disques intervertébraux bovins et humains pour analyser l'expression de TRPV4 et la production de cytokines pro-inflammatoires. Les résultats montrent qu'une osmolarité tissulaire réduite augmente l'expression de TRPV4, ce qui intensifie la signalisation calcique et stimule la production d'IL-1β et d'IL-6. Ces findings suggèrent que la dégradation des protéoglycanes, en réduisant l'osmolarité tissulaire, active la voie TRPV4 et contribue au processus inflammatoire caractérisant la dégénérescence discale.
This study aimed to develop a multiscale model connecting microscale collagen damage to macroscale cartilage function in osteoarthritis development. The researchers created a multiscale fibril reinforced hyperelastoplastic (MFRHEP) model that spans from individual tropocollagen molecules to complete cartilage tissue, validating it against experimental data from unconfined compression and indentation tests at various loading rates. The model successfully reproduced observed cartilage mechanical behavior and demonstrated how damage initiation and progression relate to cross-link density between tropocollagen molecules. This represents the first attempt to link aggregate cartilage damage to microfibril-level cross-link density, providing new insights into the mechanical basis of osteoarthritis progression.
Diese Studie zielte darauf ab, den Zusammenhang zwischen mikroskopischen Kollagenschäden und der makroskopischen Knorpelfunktion bei Osteoarthrose mittels eines multiskaligen Modells zu verstehen. Die Forscher entwickelten ein multiskaliges fibril-verstärktes hyperelasto-plastisches (MFRHEP) Modell, das die strukturelle Architektur von Tropocollagen-Molekülen bis hin zum kompletten Gewebe abbildet und mit experimentellen Daten aus uneingeschränkten Kompressionstests validiert wurde. Das Modell beschrieb erfolgreich das transiente Verhalten von Gelenkknorpel unter verschiedenen Belastungsraten und ermöglichte die realistische Simulation von Schadensentstehung und -ausbreitung in Abhängigkeit der Quervernetzungsdichte zwischen Tropocollagen-Molekülen. Dies stellt den ersten Ansatz dar, makroskopische Knorpelschäden direkt mit der Quervernetzungsdichte auf Mikrofibrillen-Ebene zu verknüpfen.
Cette étude vise à élucider la connexion entre les défauts microscopiques du collagène et la fonction mécanique macroscopique du cartilage articulaire dans le contexte de l'arthrose. Les chercheurs ont développé un modèle multi-échelle hyperélasto-plastique renforcé par des fibrilles (MFRHEP) qui intègre l'architecture structurelle depuis les molécules de tropocollagène jusqu'au tissu complet, validé par des données expérimentales de compression non confinée. Le modèle reproduit fidèlement la réponse transitoire du cartilage lors de tests de compression et d'indentation à différentes vitesses de chargement, et permet de simuler l'initiation et la propagation des dommages en fonction de la densité de réticulation entre les molécules de tropocollagène. Cette approche constitue la première tentative d'exprimer les dommages globaux du cartilage en termes de densité de réticulation au niveau microfibrillaire.
This study investigated how mechanical stress contributes to cartilage degradation by examining the effects on CD44, a key receptor that helps maintain cartilage cell health. The researchers applied cyclic tensile strain (stretching at 1 Hz with 20% elongation for 48 hours) to human cartilage cells and measured CD44 cleavage using chemical inhibitors to identify the underlying pathway. They found that mechanical stress increased expression of ADAM10 enzyme, which then cleaved CD44 receptors, and this process was mediated by the TRPV4 mechanoreceptor channel. The findings suggest that targeting the TRPV4-ADAM10-CD44 pathway could offer new therapeutic approaches to prevent cartilage breakdown in osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung zur Knorpeldegradation durch CD44-Spaltung in menschlichen Chondrozyten beiträgt. Die Forscher setzten HCS-2/8 Zellen zyklischer Zugbelastung (1 Hz, 20% Dehnung, 48h) aus und analysierten die Expression von ADAM10 und CD44-Spaltung mittels chemischer Inhibitoren und Aktivatoren. Die mechanische Belastung führte zu einer erhöhten ADAM10-Expression und verstärkten CD44-Spaltung, wobei dieser Prozess durch den Mechanorezeptor TRPV4 vermittelt wurde. Die Ergebnisse zeigen einen neuen molekularen Mechanismus auf, wie übermäßige mechanische Belastung zur Arthrose-Entwicklung beitragen könnte, und bieten potenzielle therapeutische Ansatzpunkte.
Cette étude visait à élucider le mécanisme par lequel le stress mécanique excessif induit la dégradation du cartilage articulaire, en se concentrant sur le clivage du récepteur CD44. Les chercheurs ont appliqué une contrainte de traction cyclique (1 Hz, 20% d'élongation pendant 48h) sur des cellules chondrocytaires humaines HCS-2/8 et analysé l'expression d'ADAM10 et le clivage de CD44 par inhibition pharmacologique. Les résultats montrent que le stress mécanique augmente l'expression d'ADAM10 via l'activation du canal TRPV4, conduisant au clivage de CD44 et potentiellement à la perte de matrice extracellulaire. Cette cascade TRPV4-ADAM10-CD44 représente une cible thérapeutique prometteuse pour prévenir la dégradation cartilagineuse dans l'arthrose.
This study investigated how surface friction properties affect cartilage cell behavior under mechanical loading using an innovative bilayered hydrogel system. The researchers developed hydrogels with controllable surface friction while maintaining identical bulk properties (stiffness, water content), then embedded human cartilage cells (chondrocytes) and applied shear loading to mimic joint movement. The key finding was that low-friction hydrogels promoted healthy cartilage formation (chondrogenesis), while high-friction hydrogels impaired matrix production and increased tissue breakdown (catabolism) due to higher internal shear strains. These results suggest that the loss of low-friction properties in aging or diseased joints may contribute to cartilage degeneration by exposing cells to excessive mechanical stress.
Diese Studie untersuchte, wie sich veränderte Oberflächenreibung von Gelenkknorpel auf das Verhalten eingebetteter Knorpelzellen (Chondrozyten) unter mechanischer Belastung auswirkt. Die Forscher entwickelten ein zweischichtiges Hydrogel-System, das eine kontrollierte Variation der Oberflächenreibung ermöglichte, ohne andere biomechanische Eigenschaften wie Druckmodul oder Wassergehalt zu beeinflussen. Die Ergebnisse zeigten, dass Hydrogele mit niedriger Reibung die Knorpelbildung (Chondrogenese) unter dynamischer Scherbelastung förderten, während Hydrogele mit hoher Reibung zu verstärktem Matrixabbau und beeinträchtigter Matrixsynthese führten. Diese Befunde legen nahe, dass erhöhte Oberflächenreibung im Gelenkknorpel - wie sie bei Trauma, Alterung oder Erkrankungen auftritt - durch verstärkte mechanische Belastung der Zellen zur Knorpeldegeneration beitragen könnte.
Cette étude visait à comprendre comment les propriétés de friction de surface du cartilage articulaire influencent la réponse cellulaire au cisaillement mécanique. Les chercheurs ont développé un système d'hydrogels bicouches biocompatibles permettant de moduler les propriétés de friction de surface sans altérer les autres caractéristiques physicochimiques, puis ont analysé la réponse de chondrocytes humains encapsulés soumis à des contraintes de cisaillement dynamique. Les résultats montrent que les hydrogels à faible friction favorisent la chondrogenèse sous stimulation mécanique, tandis que ceux à friction élevée présentent une synthèse matricielle altérée et un catabolisme accru. Cette recherche démontre que la friction de surface agit comme un régulateur majeur de l'homéostasie cellulaire en contrôlant l'amplitude des déformations de cisaillement, suggérant qu'une augmentation pathologique de la friction articulaire pourrait initier la dégénérescence cartilagineuse.
This study investigated how spatial variations in cartilage fixed charge density (FCD) affect knee joint mechanics during prolonged standing. The researchers used 7T sodium MRI to map FCD distribution in tibial cartilage from a healthy subject, then incorporated this data into a 3D finite element model of the knee joint and validated it against experimental loading using an MR-compatible compression device. The results showed that while FCD variations had minimal immediate effects on cartilage stress and strain, after 13 minutes of standing they significantly influenced axial strains, with areas of lower FCD experiencing up to 13% higher strains compared to models assuming uniform FCD distribution. These findings demonstrate that the site-specific proteoglycan content in cartilage plays a mechanically important role in how the knee joint responds to sustained loading.
Diese Studie untersuchte, wie die räumliche Verteilung der festen Ladungsdichte (Fixed Charge Density, FCD) im Kniegelenkknorpel die biomechanischen Eigenschaften unter statischer Belastung beeinflusst. Mittels 7-Tesla-Natrium-MRT wurde die FCD-Verteilung im Tibiaknorpel eines gesunden Probanden bestimmt und in ein patientenspezifisches 3D-Finite-Elemente-Modell implementiert, das gegen experimentelle In-vivo-Belastungsdaten validiert wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass räumliche FCD-Variationen besonders nach 13 Minuten Stehbelastung die axialen Dehnungen modulieren – niedrigere FCD-Werte führten zu bis zu 13% erhöhten Dehnungen im oberflächlichen Tibiaknorpel. Die Studie demonstriert die mechanische Bedeutung der ortsspezifischen Proteoglykan-Verteilung für die Knorpelbiomechanik im Kniegelenk.
Cette étude examine comment les variations spatiales de la densité de charge fixe (FCD) du cartilage, déterminées par IRM sodium à 7T, influencent la réponse mécanique du genou lors de la station debout. Les chercheurs ont développé un modèle par éléments finis spécifique au sujet et l'ont validé par compression in vivo dans un dispositif compatible IRM, puis l'ont comparé à des modèles avec distribution homogène de FCD et à des données de la littérature. Les résultats montrent que les variations locales de FCD n'affectent que modérément les contraintes et déformations lors de la réponse dynamique immédiate, mais influencent significativement les déformations axiales après 13 minutes de charge statique. Ces findings démontrent l'importance mécanique des variations site-spécifiques du contenu en protéoglycanes pour la fonction cartilagineuse du genou.
This review examines current approaches to developing biomaterial scaffolds for repairing damaged cartilage and underlying bone (osteochondral tissue) that cannot heal naturally after injury. The authors analyzed recent advances in engineering scaffolds with specific mechanical properties, chemical signals, and surface structures designed to guide cell behavior and tissue formation. Key findings highlight that while researchers have made progress in creating scaffolds with appropriate large-scale structures, significant challenges remain in replicating the complex, multi-layered architecture of natural cartilage and bone that provides cells with crucial biological cues at different size scales. The review emphasizes that successful osteochondral repair requires scaffolds that can promote proper cell differentiation and matrix production to restore the unique structural and mechanical properties of this specialized joint tissue.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Entwicklung maßgeschneiderter Biomaterial-Scaffolds für die Reparatur osteochondraler Defekte, da Gelenkknorpel aufgrund seiner begrenzten Selbstheilungsfähigkeit eine große therapeutische Herausforderung darstellt. Die Autoren analysieren aktuelle Ansätze, die endogene oder exogene Zellen (Chondrozyten oder mesenchymale Stammzellen) in Kombination mit Scaffolds nutzen, um die Sekretion extrazellulärer Matrix zu fördern und die komplexe anisotrope Struktur des osteochondralen Gewebes nachzuahmen. Die Studie zeigt, dass trotz wichtiger Fortschritte bei makroskopischen Scaffold-Strukturen die Nachbildung der hierarchischen, multiskaligen biophysikalischen und biochemischen Signale des nativen Gewebes weiterhin eine erhebliche Herausforderung darstellt. Die Übersicht fasst die neuesten Entwicklungen in der mechanischen, biochemischen und topographischen Gestaltung von Biomaterialien zusammen, die darauf abzielen, zelluläre
Cette revue examine les stratégies de développement de biomatériaux scaffolds pour la réparation du tissu ostéochondral, en réponse à l'incapacité du cartilage articulaire à s'auto-réparer après traumatisme. L'étude analyse les approches combinant cellules endogènes ou exogènes (chondrocytes, cellules souches mésenchymateuses) avec des scaffolds pour stimuler la production de matrice extracellulaire reproduisant la structure anisotrope du tissu ostéochondral. Les auteurs passent en revue les dernières avancées en ingénierie mécanique, biochimique et topographique des biomatériaux, visant à fournir les signaux biophysiques et biochimiques nécessaires à la différenciation cellulaire et au dépôt matriciel. L'objectif est d'identifier les stratégies prometteuses pour surmonter les défis liés à la reproduction de la structure hiérarchique complexe du cartilage et obtenir une réparation fonctionnelle des défauts ostéochondraux.
This study investigated how mechanical trauma and subsequent joint movement affect adult human ankle cartilage, specifically examining the release of proteoglycan-4 (PRG4), a key joint lubricant. The researchers used cartilage samples from human ankle bones, subjected them to impact injury, then applied controlled movement and loading in a specialized joint simulator for 5 days while measuring various biological responses.
The main findings showed that cartilage injury immediately triggered protective responses, including increased PRG4 release and enhanced tissue repair activity, though it also caused significant cell death and tissue damage within 24 hours. Subsequent joint movement did not cause additional structural damage to either injured or healthy cartilage, but it did increase the loss of cartilage components into surrounding fluid and reduced PRG4 release from injured samples.
The study demonstrates that human ankle cartilage has an immediate protective response to injury by increasing production of joint lubricants and repair molecules, while controlled movement after injury appears relatively neutral—neither significantly beneficial nor harmful to the healing process.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen von Trauma und nachfolgender Gelenkbewegung auf menschlichen Sprunggelenkknorpel mittels kontrollierter Impaktschädigung von Talusknorpel-Explantaten und anschließender 5-tägiger Artikulation in einem Gelenkbioreaktor. Die Hauptergebnisse zeigten, dass die initiale Schädigung bereits nach 24 Stunden zu verringerter Chondrozytenviabilität (51% vs. 81%), erhöhter Apoptose (43% vs. 27%) und verstärkter Freisetzung des Gelenkschmierstoffs Proteoglykan-4 (PRG4) führte (2,2 vs. 1,5 μg/ml). Die nachfolgende Gelenkbewegung verursachte keine weitere Verschlechterung der Gewebshistologie, erhöhte jedoch die Apoptose in geschädigten Proben und führte zu verstärkter Proteoglykan-Freisetzung bei allen Proben. Die Studie demonstriert somit, dass erwachsener menschlicher Talus
Cette étude a investigué les effets d'un traumatisme par impact et de l'articulation subséquente sur le cartilage de cheville humain adulte, en utilisant des explants de cartilage talaire soumis à un impact puis à une articulation de 5 jours dans un bioréacteur articulaire. L'impact traumatique a provoqué dans les 24 heures une réduction significative de la viabilité chondrocytaire (51% vs 81%), une augmentation de l'apoptose et des scores histopathologiques, ainsi qu'une stimulation de la libération de protéoglycane-4 (PRG4). L'articulation subséquente n'a pas aggravé les dommages tissulaires mais a augmenté l'apoptose dans les échantillons lésés et la libération de protéoglycanes/glycosaminoglycanes, tout en réduisant la libération de PRG4. Ces résultats démontrent que le cartilage talaire adulte répond immédiatement au traumatisme par une augmentation de la libération de PRG4 et de l'activité biosynthétique, tandis que l'articulation joue un rôle globalement neutre sans
This study investigated how partial meniscus removal affects cartilage cell behavior in rabbit knee joints. The researchers used a specialized microscopy system to measure how individual cartilage cells (chondrocytes) responded to mechanical loading at different locations in rabbit knees just three days after partial meniscectomy surgery. They found that cells throughout the knee joint showed altered mechanical responses compared to normal knees, with some areas (patella, femoral groove, lateral femoral condyle) showing greater cell compression and others (medial femur and tibia) showing less deformation during loading. Importantly, these cellular changes occurred very early—within just three days of surgery—before any detectable changes in the tissue's overall structure or mechanical properties, suggesting that cells may serve as early indicators of cartilage damage following meniscus injury.
Diese Studie untersuchte die frühen biomechanischen Veränderungen von Chondrozyten nach einer partiellen Meniskektomie im lateralen Kompartiment des Kaninchen-Kniegelenks. Die Forscher verwendeten konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie kombiniert mit einem Indentationssystem, um drei Tage nach dem Eingriff die zelluläre Antwort auf mechanische Belastung an verschiedenen Knorpelstellen zu messen. Die Ergebnisse zeigten ortsspezifische Veränderungen der Chondrozyten-Biomechanik: Zellen an patellären, femoralen Groove- und lateralen femoralen Kondylus-Stellen wiesen größere Volumenabnahmen auf, während mediale femorale und tibiale Plateau-Zellen geringere Volumenabnahmen zeigten. Diese Befunde belegen, dass biomechanische Veränderungen der Chondrozyten bereits drei Tage nach einer partiellen Meniskektomie auftreten und den histologischen oder gewebsmechanischen Veränderungen vorausgehen.
Cette étude visait à analyser les réponses biomécaniques précoces des chondrocytes suite à une méniscectomie partielle latérale chez le lapin. Les chercheurs ont utilisé la microscopie confocale couplée à un système d'indentation personnalisé pour mesurer les déformations cellulaires dans différentes zones du cartilage articulaire trois jours après l'intervention chirurgicale. Les résultats montrent des altérations biomécaniques spécifiques selon la localisation : les cellules patellaires, du sillon fémoral et du condyle fémoral latéral présentaient des diminutions de volume plus importantes, tandis que les cellules du condyle fémoral médial et du plateau tibial médial montraient des déformations réduites. Cette étude démontre que les modifications biomécaniques des chondrocytes surviennent précocement (dès 3 jours) après méniscectomie, de manière site-spécifique, et précèdent les changements histologiques détectables.
This review paper examines the current state of asymptotic modeling approaches for understanding how joint surfaces make contact, with particular focus on knee joint mechanics. The authors systematically reviewed existing asymptotic models that describe cartilage behavior and contact patterns in joints, emphasizing how these models can determine average properties of cartilage layers. The review identifies that asymptotic modeling can account for complex factors including cartilage anisotropy (directional properties), non-uniform tissue composition, varying thickness, large deformations, shear forces, and bone deformation. The authors highlight remaining challenges and future research directions needed to better understand joint contact mechanics through this mathematical modeling approach.
Diese Übersichtsarbeit analysiert den aktuellen Stand asymptotischer Modellierungsansätze für die Kontaktmechanik in Gelenken, mit besonderem Fokus auf das Kniegelenk. Die Autoren untersuchen systematisch verschiedene asymptotische Modelle und deren Anwendung zur Charakterisierung der Knorpelschicht-Eigenschaften. Als Hauptergebnis werden wichtige Erkenntnisse zu durchschnittlichen Charakteristika des Gelenkknorpels zusammengefasst, wobei komplexe Faktoren wie Anisotropie, Inhomogenität und variable Dicke berücksichtigt werden. Die Studie identifiziert zudem ungelöste Probleme und zukünftige Forschungsrichtungen in der biomechanischen Modellierung von Gelenkknorpel.
Cette revue examine l'état actuel de la modélisation asymptotique appliquée à la mécanique du contact articulaire, avec un focus particulier sur l'articulation du genou. Les auteurs analysent les implications des modèles asymptotiques pour caractériser les propriétés moyennes de la couche de cartilage articulaire. L'étude identifie plusieurs facteurs complexes pouvant être intégrés dans la modélisation asymptotique, notamment l'anisotropie transversale, la non-homogénéité, l'épaisseur variable, les déformations non-linéaires, les charges de cisaillement et la déformation osseuse. Les auteurs discutent également des problèmes non résolus et des perspectives de recherche future dans ce domaine biomécanique.
This study aimed to investigate how crosslinking between collagen fibrils affects the mechanical behavior of cartilage-like tissue structures. The researchers developed a computational spring-node model based on articular cartilage's collagen network and tested how crosslink density and stiffness influenced mechanical performance under loading. The key finding was that crosslink density, rather than individual crosslink stiffness, dramatically affected tissue behavior - highly crosslinked networks maintained normal structure and showed better resistance to deformation and recovery, while sparsely crosslinked networks developed disease-like configurations during loading. These results suggest that collagen interconnectivity plays a crucial role in cartilage health and may help explain the early mechanical changes that occur in diseases like osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte den Einfluss von Kollagen-Crosslinks auf das mechanische Verhalten von knorpelähnlichen Mikrostrukturen mittels eines computergestützten Feder-Knoten-Modells. Die Forscher analysierten systematisch, wie sich unterschiedliche Crosslink-Dichten auf die Verformung und Erholung des Kollagennetzwerks unter Belastung auswirken. Die Ergebnisse zeigten, dass eine hohe Crosslink-Dichte zu verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Verformung und besserer Erholung führt, während niedrige Crosslink-Dichten krankheitsähnliche Strukturveränderungen verursachen. Diese Erkenntnisse zur Kollagen-Vernetzung könnten wichtige Einblicke in die frühen Stadien der Osteoarthrose-Entstehung liefern.
Cette étude visait à examiner l'effet de la connectivité des fibrilles de collagène, via les liaisons croisées (crosslinks), sur le comportement mécanique du cartilage articulaire. Les chercheurs ont développé un modèle biomécanique de type ressort-nœud pour simuler le réseau de collagène cartilagineux, en faisant varier la densité et la rigidité des liaisons croisées. Les résultats montrent que la densité des liaisons croisées a un impact majeur sur le comportement mécanique : les réseaux fortement réticulés maintiennent une configuration normale sous charge avec une meilleure résistance à la déformation et récupération, tandis que les réseaux faiblement réticulés adoptent des configurations pathologiques. Ces findings suggèrent que l'interconnectivité du collagène pourrait jouer un rôle clé dans l'initiation et les stades précoces de l'arthrose.
This study aimed to measure how much knee cartilage compresses after walking and running exercise using ultrasound imaging. Twenty-five healthy participants underwent ultrasound assessment of medial femoral cartilage thickness before and after three 30-minute conditions: walking, running, and sitting (control). Both walking and running caused significant cartilage compression (6.7% and 8.9% thickness reduction respectively) compared to sitting, which showed slight expansion (3.4% increase), but there was no significant difference in compression between walking and running. The study demonstrated that ultrasound is a reliable method for measuring acute cartilage changes, with both weight-bearing activities producing similar levels of cartilage deformation in healthy individuals.
Diese Studie untersuchte die akute Verformung des medialen Femurkondylus-Knorpels nach verschiedenen Belastungsformen bei 25 gesunden Probanden mittels Ultraschall. Die Teilnehmer absolvierten drei 30-minütige Belastungsbedingungen (Gehen, Laufen und Sitzen als Kontrolle), wobei die Knorpeldicke vor und nach jeder Aktivität sonographisch gemessen wurde. Sowohl Gehen (-6,7%) als auch Laufen (-8,9%) führten zu einer signifikant stärkeren Knorpelkompression im Vergleich zur Kontrollbedingung (+3,4%), jedoch unterschieden sich die beiden Aktivitäten nicht signifikant voneinander. Die Ultraschallmessung erwies sich als zuverlässige und präzise Methode zur Quantifizierung von Knorpelverformungen mit hoher Reproduzierbarkeit zwischen den Messsitzungen.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer la déformation du cartilage fémoral médial après différentes activités de mise en charge chez des individus sains, en utilisant l'échographie comme méthode de mesure. Vingt-cinq participants ont effectué trois sessions de 30 minutes (marche, course et position assise comme contrôle), avec mesure échographique de l'épaisseur cartilagineuse avant et après chaque condition. Les résultats montrent que la marche et la course induisent une déformation cartilagineuse significativement plus importante (-6,7% et -8,9% respectivement) comparée à la condition contrôle (+3,4%), sans différence significative entre marche et course. L'échographie s'avère être une méthode fiable et sensible pour quantifier les déformations cartilagineuses aiguës, avec une excellente reproductibilité intra et inter-sessions.
This study compared how running versus bicycling with equivalent cumulative loads affects knee cartilage composition in 15 healthy young men (average age 26 years). The researchers used force measurements to match the total load between 15-minute running sessions and longer bicycling sessions, then measured cartilage transverse relaxation time (T2) using 3T MRI before and after each activity on separate visits. Running caused a significant 7.1% decrease in cartilage T2 values, while bicycling produced no meaningful change (-1.7%), indicating that activity type matters more than total load exposure for acute cartilage responses. Additionally, participants with higher baseline physical activity levels showed smaller T2 changes in tibial cartilage after exercise, suggesting that regular activity may condition cartilage to be more resistant to acute loading effects.
Diese Studie untersuchte die akuten Auswirkungen von Laufen und Radfahren mit äquivalenter kumulativer Belastung auf die Knorpelzusammensetzung im Kniegelenk bei 15 gesunden jungen Männern. Mittels 3T-MRT wurde die transversale Relaxationszeit (T₂) des Knorpels vor und nach jeweils 15-minütigen Trainingseinheiten gemessen, wobei die Belastungsintensität durch Kraft-Zeit-Messungen standardisiert wurde. Die Ergebnisse zeigten deutliche aktivitätsspezifische Unterschiede: Laufen führte zu einer signifikanten Verkürzung der T₂-Zeit um 7,1% (p<0,001), während Radfahren keine signifikante Veränderung bewirkte (-1,7%, p=0,300). Eine höhere sportliche Voraktivität war mit geringeren T₂-Veränderungen im Tibiaknorpel assoziiert, was auf einen Konditionierungseffekt des Knorpelgewebes hindeutet.
Cette étude a comparé les effets aigus de la course à pied et du cyclisme à charge cumulée équivalente sur la composition du cartilage du genou chez 15 hommes jeunes en bonne santé. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 3T pour mesurer les temps de relaxation transverse (T₂) du cartilage tibial et fémoral avant et après chaque exercice, en égalisant la charge cumulative entre les deux activités grâce à la mesure des forces de réaction au sol. Les résultats montrent que la course à pied réduit significativement le T₂ (-7,1%, p<0,001) tandis que le cyclisme ne produit aucun changement significatif (-1,7%, p=0,300), indiquant que le type d'activité influence la réponse du cartilage indépendamment de la charge totale. L'historique d'activité physique était inversement corrélé aux changements de T₂ tibial, suggérant un phénomène de conditionnement du cartilage.
This review examined how the placement of ACL reconstruction grafts affects knee function and cartilage health to better understand post-surgical outcomes. The researchers used advanced 3D imaging and modeling techniques to compare two different graft placement approaches: anatomic placement within the native ACL footprint versus non-anatomic placement outside this area on the femur. The study found that anatomically placed grafts better restored normal ACL function and knee movement patterns during daily activities. Most importantly, knees with anatomic graft placement experienced less cartilage thinning compared to those with non-anatomic placement, suggesting that proper graft positioning may help slow the development of osteoarthritis after ACL reconstruction.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte den Einfluss der Transplantatpositionierung bei VKB-Rekonstruktion auf die Kniefunktion und Knorpelgesundheit in vivo. Die Forscher verwendeten innovative Bildgebungsverfahren und 3D-Modellierungstechniken, um zwei verschiedene Rekonstruktionstechniken zu vergleichen: eine anatomische Platzierung im Zentrum des nativen VKB-Ansatzes versus eine anteroproximale Positionierung außerhalb des ursprünglichen Ansatzbereichs am Femur. Die Ergebnisse zeigten, dass eine anatomische Transplantatplatzierung entscheidend für die Wiederherstellung der normalen VKB-Funktion und Kniekinematik ist. Knie mit anatomisch platzierten Transplantaten wiesen weniger fokale Knorpelverdünnung auf als solche mit abnormaler Kniebewegung, was darauf hindeutet, dass die korrekte Transplantatpositionierung möglicherweise degenerative Veränderungen nach VKB-Rekonstruktion verlangsamen kann.
Cette étude vise à évaluer l'impact du positionnement du greffon lors de la reconstruction du ligament croisé antérieur (LCA) sur la fonction articulaire in vivo et l'épaisseur du cartilage. Les chercheurs ont utilisé des techniques d'imagerie avancée et de modélisation 3D pour analyser deux groupes distincts : un avec placement anatomique du greffon au centre de l'empreinte native du LCA, et un autre avec placement antéro-proximal en dehors de cette empreinte. Les résultats démontrent que le placement anatomique du greffon sur le fémur est crucial pour restaurer la fonction native du LCA et une cinématique normale du genou, les genoux avec une fonction LCA mieux restaurée présentant moins d'amincissement cartilagineux focal. Cette recherche suggère que le positionnement anatomique précis du greffon constitue un facteur critique pour restaurer la biomécanique normale et potentiellement ralentir le développement de changements dégénératifs post-reconstruction.
This study aimed to develop biofabricated composite materials that better mimic the structure and mechanical properties of natural articular cartilage for tissue engineering applications. The researchers combined melt electrospun polycaprolactone (mPCL) fiber networks with highly negatively charged star-shaped poly(ethylene glycol)/heparin hydrogels to create fiber-reinforced constructs, and developed a finite element model to analyze their mechanical behavior. The resulting composites successfully replicated key cartilage characteristics including mechanical anisotropy, nonlinearity, viscoelasticity, and stress relaxation properties, while also supporting human chondrocyte growth and cartilage formation in laboratory culture. Notably, this represents the first tissue-engineered cartilage construct to capture the complete range of transient, equilibrium, and dynamic mechanical properties found in human articular cartilage.
Diese Studie zielte darauf ab, biomimetische Knorpelersatzkonstrukte zu entwickeln, die die komplexen mechanischen Eigenschaften von artikulärem Knorpel nachahmen. Die Forschenden kombinierten elektrosponnene Polycaprolacton-Fasernetzwerke mit stark negativ geladenen Stern-PEG/Heparin-Hydrogelen, um die Kollagenfaser-Proteoglykan-Struktur des nativen Knorpels zu imitieren, und entwickelten zusätzlich ein numerisches Finite-Elemente-Modell zur Analyse der Verformungsmechanismen. Die hergestellten Komposite zeigten erstmals alle charakteristischen biomechanischen Eigenschaften von humanem Gelenkknorpel, einschließlich mechanischer Anisotropie, Nichtlinearität und Viskoelastizität, und unterstützten erfolgreich das Wachstum humaner Chondrozyten sowie die Neokartilage-Bildung in vitro. Diese Arbeit stellt nach Angaben der Autoren die erste Knorpel-Tissue-Engineering-Studie dar, die sow
Cette étude vise à développer des composites biomimétiques pour l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire en reproduisant sa structure de réseau composite naturel. Les chercheurs ont combiné des réseaux fibreux de polycaprolactone (mPCL) fabriqués par électrofilage avec des hydrogels chargés négativement (sPEG/HEP) imitant la matrice de protéoglycanes, et ont développé un modèle numérique par éléments finis pour analyser les mécanismes de déformation. Les construits obtenus reproduisent fidèlement les propriétés biomécaniques du cartilage humain (anisotropie, non-linéarité, viscoélasticité) sous conditions dynamiques, transitoires et d'équilibre, tout en offrant un microenvironnement favorable à la culture de chondrocytes humains et à la formation de néocartilage. Il s'agit de la première étude démontrant des construits d'ingénierie tissulaire capables de capturer l'ensemble des propriétés biomécaniques complexes du cartilage articulaire humain.
This study investigated whether continuous passive motion (CPM) therapy, with or without treadmill exercise, could protect cartilage and reduce post-traumatic osteoarthritis risk after ACL injury. Researchers used 30 rabbits with surgically transected ACLs, randomly assigned to sedentary, CPM only, treadmill exercise only, or combined CPM+treadmill groups, then evaluated cartilage health after 4 weeks using gross appearance, histology, and osteoarthritis scoring. CPM therapy alone provided the best cartilage protection, maintaining normal joint surfaces, healthy cartilage structure, and lower inflammatory markers compared to other groups. In contrast, both treadmill exercise (alone or combined with CPM) and inactivity led to cartilage damage, suggesting that early loading exercise may be detrimental while gentle passive motion promotes cartilage healing after ACL injury.
Diese präklinische Studie untersuchte, ob kontinuierliche passive Bewegung (CPM) und/oder Laufbandtraining nach Kreuzbandriss knorpelschützende Effekte haben und das Risiko für posttraumatische Arthrose verringern können. An 30 Kaninchen mit experimentellem Kreuzbandriss wurden vier Wochen lang verschiedene Therapieansätze (Inaktivität, CPM, Laufbandtraining, CPM+Laufbandtraining) getestet und anschließend makroskopische, histologische und biochemische Knorpelanalysen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass ausschließlich CPM-Therapie die besten knorpelschützenden Effekte erzielte, mit normalen Gelenkoberflächen, besseren histologischen Scores, erhaltener Glykosaminoglykan-Struktur und reduzierten Entzündungsmarkern. Im Gegensatz dazu führten sowohl Inaktivität als auch frühes Laufbandtraining zu deutlichen Knorpelschäden und Arthrose-Entwicklung, was
Cette étude préclinique a évalué les effets chondroprotecteurs de la mobilisation passive continue (CPM) et de l'exercice sur tapis roulant (TRE) après rupture du ligament croisé antérieur chez le lapin. Trente lapins ont été répartis en quatre groupes (sédentaire, CPM, TRE, CPM+TRE) après section du LCA, et les surfaces articulaires ont été analysées après 4 semaines par évaluation macroscopique, histologique et scoring quantitatif de l'arthrose. Les résultats montrent que la CPM seule offre les meilleurs effets protecteurs avec des surfaces articulaires normales, des scores histologiques d'arthrose significativement meilleurs, un contenu en glycosaminoglycanes préservé et des niveaux réduits de cytokines inflammatoires. En revanche, l'exercice précoce (TRE) et la sédentarité ont conduit au développement d'arthrose post-traumatique, suggérant que la mobilisation passive immédiate pourrait être nécessaire pour créer un microenvironnement articulaire favorable et réduire le risque d'arthrose après l
This study aimed to understand how cartilage with different types of prior injuries responds to sustained loading and how this affects tissue damage risk. The researchers used a validated computational model to simulate the mechanical consolidation (compression and fluid loss) of healthy and injured cartilage under static loads, comparing results with experimental friction measurements. They found that cartilage with complete meniscectomy or full-thickness defects consolidates much faster than healthy tissue, losing its ability to maintain protective fluid pressurization during prolonged loading. Importantly, they discovered a strong relationship between cartilage consolidation and friction coefficient, suggesting that measuring cartilage consolidation through medical imaging could provide a non-invasive way to assess joint friction and predict cartilage damage risk.
Diese Studie zielte darauf ab, ein computergestütztes Modell zu entwickeln und zu validieren, um die mechanische Konsolidierungsreaktion von gesundem und geschädigtem Knorpel unter anhaltender statischer Belastung zu simulieren. Die Forscher verwendeten ein experimentell validiertes Rechenmodell, das die Spannungs-Kompressions-Nichtlinearität des Knorpels berücksichtigt und testeten verschiedene Verletzungstypen wie komplette Meniskektomie und vollschichtige Knorpeldefekte. Die Hauptergebnisse zeigten, dass geschädigter Knorpel eine deutlich schnellere Konsolidierung aufweist als gesunder Knorpel und somit weniger fähig ist, den Flüssigkeitsdruck langfristig aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus entdeckten die Autoren eine starke lineare Korrelation zwischen dem Konsolidierungsgrad des Knorpels und dem Reibungskoeffizienten im Gelenk, was als nicht-invasiver Indikator für das Risiko von Knorpelschäden genut
Cette étude visait à développer un modèle computationnel validé expérimentalement pour simuler la réponse de consolidation mécanique du cartilage articulaire sain et précédemménent lésé sous charge statique soutenue. Le modèle intègre la non-linéarité tension-compression du cartilage et la dépendance de la rigidité compressive et de la perméabilité fluide à la concentration d'agrécane. Les résultats montrent que les cartilages avec méniscectomie complète ou défaut pleine épaisseur présentent une consolidation rapide, indiquant leur incapacité à maintenir la pressurisation du fluide interstitiel contrairement au cartilage sain. Une forte corrélation linéaire positive a été établie entre le degré de consolidation du cartilage et le coefficient de friction articulaire, permettant d'utiliser ce paramètre comme index non-invasif pour évaluer le risque d'usure frictionnelle et de dommages cartilagineux via imagerie médicale in vivo.
This study investigated how early osteoarthritis changes in cartilage structure affect chondrocyte (cartilage cell) deformation in a rabbit model 9 weeks after anterior cruciate ligament transection (ACLT). The researchers used microscopic techniques to measure proteoglycan content, collagen content, and collagen orientation in the cartilage matrix, then correlated these measurements with changes in cell shape during mechanical loading. The key findings showed that ACLT caused significant alterations in collagen orientation and reduced proteoglycan content in the superficial cartilage layer, which directly correlated with abnormal chondrocyte deformation patterns. Importantly, the pericellular matrix (the immediate environment around cells) retained more proteoglycans than the surrounding tissue, suggesting it may serve as a protective barrier against excessive cell deformation in early osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, ob Veränderungen der extrazellulären Matrix die veränderte Chondrozytenmechanik in früher Osteoarthritis erklären können. Die Forscher analysierten 9 Wochen nach Kreuzbanddurchtrennung bei Kaninchen die Proteoglykan- und Kollagenverteilung sowie Kollagenorientierung mittels mikroskopischer Verfahren und korrelierten diese mit Chondrozytendeformationen unter mechanischer Belastung. Die Ergebnisse zeigten signifikant veränderte Kollagenorientierung und reduzierten Proteoglykangehalt in der oberflächlichen Knorpelzone, welche direkt mit den veränderten Zelldeformationen korrelierten. Die perizellulären Matrix schien dabei eine protektive Rolle zu spielen, da der Proteoglykenverlust dort geringer ausfiel als in der umgebenden extrazellulären Matrix.
Cette étude visait à caractériser les modifications des macromolécules structurales du cartilage rétropatellaire et leur relation avec les déformations chondrocytaires dans un modèle de section du ligament croisé antérieur (ACLT) chez le lapin, 9 semaines après intervention. Les chercheurs ont utilisé des techniques microscopiques pour analyser le contenu en protéoglycanes, en collagène et l'orientation des fibres de collagène, en corrélant ces paramètres aux changements de déformation cellulaire sous charge mécanique. Les résultats montrent une altération significative de l'orientation du collagène et une réduction du contenu en protéoglycanes dans la zone superficielle, ces modifications structurales étant directement corrélées aux changements de déformation des chondrocytes (largeur et hauteur). L'étude révèle que la matrice péricellulaire (PCM) pourrait jouer un rôle protecteur en limitant les déformations excessives des chondrocytes, sa teneur en protéoglycanes diminuant moins que celle de la matrice extracellulaire environnante.
This study evaluated the performance of a new artificial meniscus made from polycarbonate urethane in a goat model over 12 months. Researchers implanted the prosthetic meniscus in 26 goats and compared outcomes to three control groups: meniscal allograft, total meniscectomy, and sham surgery, assessing implant durability and cartilage protection. The artificial meniscus showed good wear resistance and minimal deformation, though one implant failed due to tearing at the posterior attachment point. While the implant did not prevent cartilage degeneration better than existing treatments, it performed similarly to meniscal allografts, suggesting potential as an alternative treatment option for patients who have had their meniscus completely removed.
Diese Studie untersuchte die In-vivo-Leistung einer neuartigen, anatomisch geformten Meniskusprothese aus Polycarbonat-Urethan über 12 Monate in einem Ziegenmodell. 26 weibliche Ziegen wurden in vier Gruppen unterteilt (Implantat, Allograft, totale Meniskektomie, Scheinoperation) und hinsichtlich Implantatverschleiß, Deformation sowie histopathologischen Veränderungen von Synovium und Knorpel evaluiert. Die Ergebnisse zeigten minimalen Verschleiß und begrenzte Deformation des Implantats, jedoch versagte ein Implantat durch vollständigen Riss der Hinterhornverlängerung, und das Implantat konnte degenerative Knorpelveränderungen nicht verhindern. Trotz dieser Limitationen könnte die Polycarbonat-Urethan-Prothese nach Verstärkung der Implantathörner eine vielversprechende Behandlungsalternative für Patienten nach totaler Meniskektomie darstellen.
Cette étude vise à évaluer les performances in vivo d'une prothèse méniscale totale innovante en polyuréthane de polycarbonate, conçue anatomiquement pour traiter les patients symptomatiques après méniscectomie totale. L'évaluation a été menée sur 12 mois chez 26 chèvres réparties en 4 groupes (implant, allogreffe, méniscectomie totale, chirurgie fictive), avec analyse de l'usure de l'implant, de sa déformation et de l'état histopathologique du cartilage et de la synoviale. Les résultats montrent une usure minimale de l'implant et une déformation limitée, mais un échec par rupture complète de la corne postérieure dans un cas, nécessitant un renforcement des cornes de l'implant. Bien que l'implant n'ait pas protégé le cartilage contre les changements dégénératifs (similaires au groupe allogreffe), cette prothèse pourrait représenter une alternative thérapeutique prometteuse pour les patients avec méniscectomie totale symptomatique.
This study investigated how collagen fibrils within cartilage respond at the molecular level during mechanical loading, using small-angle X-ray diffraction to measure real-time changes in bovine and human cartilage samples under compression. The researchers discovered that collagen fibrils exist in a pre-strained (stretched) state of 1-2% due to osmotic pressure from proteoglycans, and this pre-strain rapidly decreases and recovers about 60 seconds after peak loading during stress relaxation. The reduction in pre-strain was accompanied by molecular disorganization within the fibrils and changes in how collagen molecules overlap, and when proteoglycans were artificially removed, both the pre-strain and the dynamic response were disrupted. These findings provide new insights into the nanoscale mechanisms underlying cartilage biomechanics and may help explain how cartilage degenerates in conditions like osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die zeitabhängigen Veränderungen der Kollagenfibrillen im Gelenkknorpel während physiologischer Belastung auf molekularer Ebene. Die Forschenden verwendeten Kleinwinkel-Röntgenbeugung, um die Dehnung von Kollagenfibrillen in Echtzeit während der Kompression von Rinder- und menschlichen Knorpelproben zu messen. Die Ergebnisse zeigten, dass Kollagenfibrillen eine Grundspannung von etwa 1-2% aufweisen, die durch osmotischen Druck der Proteoglykane verursacht wird und sich etwa 60 Sekunden nach Belastungsbeginn während der Spannungsrelaxation schnell reduziert und wieder erholt. Diese Veränderungen der Fibrillenspannung gingen mit strukturellen Umorganisationen der Moleküle innerhalb der Fibrillen einher, wobei der selektive Abbau von Proteoglykanen diese Anpassungsmechanismen störte.
Cette étude vise à caractériser les changements temporels de la pré-contrainte et de l'organisation moléculaire des fibrilles de collagène du cartilage articulaire lors de sollicitations physiologiques. Les auteurs ont utilisé la diffraction des rayons X aux petits angles en temps réel pour mesurer les déformations des fibrilles de collagène dans des explants de cartilage bovin et humain soumis à compression. Les résultats révèlent l'existence d'une pré-contrainte en tension des fibrilles de collagène d'environ 1-2% due à la pression osmotique des protéoglycanes, qui diminue rapidement puis se rétablit durant la relaxation de contrainte (~60 secondes après le pic de charge), accompagnée de modifications dans l'organisation moléculaire intrafibrillaire. La dégradation sélective des protéoglycanes perturbe cette pré-contrainte et la réponse transitoire, démontrant l'importance de l'intégrité matricielle dans la nanomécanique du cartilage.
This study aimed to investigate how calcium signaling in chondrocytes (cartilage cells) responds to mechanical loading within their natural tissue environment. The researchers developed a specialized microscopy device that could simultaneously apply compressive forces to cartilage samples while imaging calcium responses in individual cells embedded within the tissue. The study found that mechanical loading significantly enhanced calcium signaling in chondrocytes, causing faster calcium oscillations compared to unloaded tissue, and that extracellular calcium was essential for initiating these responses. Through systematic testing of seven different signaling pathways using specific inhibitors, the researchers identified critical roles for multiple ion channels (TRPV4, T-type calcium channels, and mechanosensitive channels) and cellular mechanisms in controlling how chondrocytes sense and respond to mechanical forces in their natural matrix environment.
Diese Studie untersuchte die Kalziumsignalgebung von Chondrozyten in Gelenkknorpel unter mechanischer Belastung, um die frühen zellulären Antworten auf physikalische Stimuli besser zu verstehen. Die Forscher entwickelten ein neuartiges bidirektionales Mikroskopie-Belastungsgerät, das die Aufzeichnung von Kalziumreaktionen in Chondrozyten während der Knorpelverformung ermöglicht, und analysierten sieben verschiedene Kalziumsignalwege mittels spezifischer Antagonisten. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung die Kalziumsignalgebung signifikant verstärkt und schnellere Kalziumoszillationen auslöst, wobei extrazelluläres Kalzium unverzichtbar für die Signalinitiierung ist. Drei Arten von Ionenkanälen (TRPV4, T-Typ VGCCs und mechanosensitive Ionenkanäle) sowie die PLC-IP₃-Signalkaskade und purinerge Rezeptoren spielen entscheidende Rollen
Cette étude visait à élucider les mécanismes de signalisation calcique des chondrocytes in situ dans le cartilage articulaire soumis à une charge compressive. Les chercheurs ont développé un dispositif de microscopie bidirectionnelle novateur permettant d'enregistrer les réponses calciques transitoires des chondrocytes dans leur matrice extracellulaire en déformation, et ont analysé sept voies de signalisation calcique à l'aide d'antagonistes spécifiques. Les résultats montrent que la charge compressive accélère significativement les oscillations calciques des chondrocytes, avec un rôle indispensable des sources de calcium extracellulaire et une contribution critique de trois types de canaux ioniques (TRPV4, canaux calciques voltage-dépendants de type T, et canaux mécanosensibles). Cette recherche apporte de nouvelles connaissances sur la mécanobiologie des chondrocytes dans leur environnement naturel et leurs mécanismes de réponse aux contraintes mécaniques.
This study investigated why there appears to be a critical size threshold for cartilage defects that determines whether they will heal naturally or require surgical treatment. The researchers used finite element computer simulations to model cartilage defects ranging from 0.5 to 8mm in diameter, analyzing how different defect sizes affected strain (mechanical stress) in the surrounding healthy cartilage tissue under both impact and sustained loading conditions. The key finding was that while overall tissue strains increased gradually with defect size, the area where collagen fibers exceeded failure thresholds increased dramatically once defects reached a certain size, creating a sharp transition that may explain the critical size phenomenon observed clinically. The study also showed that filling defects with implants restored strain levels back to those seen in healthy cartilage, supporting the biomechanical rationale for surgical intervention in larger defects.
Diese Studie untersuchte, warum es eine kritische Größe für Knorpeldefekte gibt, ab der eine Behandlung erforderlich wird, indem die mechanischen Belastungen der Kollagenfasern im umgebenden Gewebe analysiert wurden. Mittels Finite-Elemente-Simulationen wurden Knorpeldefekte von 0,5 bis 8 mm Durchmesser unter verschiedenen Belastungsszenarien (Stoßbelastung und Kriechbelastung) modelliert, wobei ein kompositionsbasiertes Materialmodell für Gelenkknorpel verwendet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass bei Kriechbelastung die Dehnungen in den Kollagenfasern graduell mit der Defektgröße anstiegen, jedoch die Fläche, in der die Fasern kritische Belastungswerte überschritten, sprunghaft bei kleinen Größenzunahmen anstieg - ein Effekt, der durch die nicht-lineare Steifigkeit der Kollagenfasern verursacht wird. Die Forscher schlussfolgern, dass dieser Mechanismus die Existenz einer kritischen Defektgröße
Cette étude vise à élucider le mécanisme biomécanique expliquant pourquoi certaines lésions cartilagineuses focales nécessitent un traitement à partir d'une taille critique spécifique. Les chercheurs ont utilisé des simulations par éléments finis pour analyser les déformations du cartilage environnant des défauts de 0,5 à 8 mm sous différentes conditions de charge (impact et fluage). Les résultats montrent que les contraintes dans les fibres de collagène augmentent progressivement avec la taille du défaut, mais que la surface où ces contraintes dépassent les seuils de rupture augmente brutalement pour de petites augmentations de taille, suggérant un mécanisme expliquant l'existence d'une taille critique de défaut. L'implantation d'un greffon ostéochondral réduit efficacement ces contraintes vers des valeurs normales, justifiant l'intérêt thérapeutique de cette approche.
This study investigated how a person's typical walking speed relates to knee cartilage changes during walking activity. The researchers measured habitual walking speed in 24 healthy participants using a 20-meter walk test, then used ultrasonography to assess femoral cartilage thickness before and immediately after 30 minutes of walking across three knee regions (medial, lateral, and intercondylar areas). The key finding was that people who walk slower habitually showed significantly greater deformation (compression) of the medial femoral cartilage after walking, while no associations were found for lateral or intercondylar regions, and walking speed did not relate to resting cartilage thickness. When body mass index was included in the analysis, it partially explained this relationship, suggesting that BMI may influence how walking speed affects cartilage loading patterns.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen der gewohnheitsmäßigen Gehgeschwindigkeit und der Knorpeldeformation am Oberschenkelknochen bei 24 gesunden Teilnehmenden. Die Forscher maßen die Gehgeschwindigkeit mit einem 20-Meter-Gehtest und bewerteten die Knorpeldicke mittels Ultraschall vor und nach 30 Minuten Gehen in verschiedenen Bereichen des Oberschenkelknochens. Die Hauptergebnisse zeigten, dass langsamere Gehgeschwindigkeiten signifikant mit einer stärkeren Deformation des medialen (inneren) Oberschenkelknorpels korrelierten (r=0,48), während keine Zusammenhänge mit der Ruhe-Knorpeldicke oder der Deformation anderer Knorpelregionen gefunden wurden. Die Kontrolle für den Body-Mass-Index schwächte diesen Zusammenhang ab, was darauf hindeutet, dass das Körpergewicht eine wichtige Einflussgröße darstellt.
Cette étude a examiné l'association entre la vitesse de marche habituelle et la déformation du cartilage fémoral chez 24 participants sains. Les chercheurs ont mesuré la vitesse de marche sur 20 mètres et utilisé l'échographie pour évaluer l'épaisseur du cartilage fémoral avant et après 30 minutes de marche dans les régions médiale, latérale et intercondylaire. Les résultats montrent qu'une vitesse de marche plus lente est significativement associée à une déformation plus importante du cartilage fémoral médial (r=0,48, p=0,018), mais pas des autres régions. Cette association s'affaiblit lorsque l'indice de masse corporelle est pris en compte, suggérant que le poids corporel influence la relation entre vitesse de marche et déformation cartilagineuse.
This study examined how a single resistance exercise session affects blood markers of cartilage breakdown and inflammation in women with rheumatoid arthritis (RA). Thirty-four women (17 with RA, 17 without) performed a 25-minute lower-body resistance exercise session, with blood samples collected before, during, and up to 24 hours after exercise to measure inflammatory markers and cartilage oligomeric matrix protein (COMP). Both groups showed similar inflammatory responses to exercise, with increases in anti-inflammatory markers (IL-10 and IL-1RA) suggesting that resistance exercise may have acute anti-inflammatory effects. However, women with RA showed more pronounced changes in COMP levels, indicating greater cartilage breakdown sensitivity to exercise compared to healthy controls.
Diese Studie untersuchte die akuten Auswirkungen von Krafttraining auf Biomarker für Knorpelabbau und Entzündung bei Frauen mit rheumatoider Arthritis (RA). 34 Frauen (17 mit und 17 ohne RA) absolvierten eine 25-minütige Krafttrainingseinheit mit Beinübungen, wobei Blutproben vor, während und bis zu 24 Stunden nach dem Training gesammelt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass beide Gruppen ähnliche Entzündungsreaktionen aufwiesen, mit einem Anstieg antiinflammatorischer Marker (IL-10, IL-1RA), was auf eine akute entzündungshemmende Wirkung des Krafttrainings hindeutet. Allerdings reagierten die Knorpelabbau-Marker (COMP) bei RA-Patientinnen sensitiver auf das Training, was auf gruppenspezifische Unterschiede im Knorpelstoffwechsel schließen lässt.
Cette étude visait à évaluer l'effet aigu d'une séance d'exercices de résistance sur les biomarqueurs circulants de dégradation cartilagineuse et d'inflammation chez les femmes atteintes de polyarthrite rhumatoïde (PR). Les chercheurs ont comparé 17 femmes avec PR et 17 témoins lors d'une séance de 25 minutes d'exercices de résistance des membres inférieurs, avec des prélèvements sanguins effectués avant, immédiatement après et jusqu'à 24h post-exercice. Les résultats montrent des modifications similaires des marqueurs inflammatoires dans les deux groupes (augmentation de l'IL-10 et de l'IL-1RA suggérant un effet anti-inflammatoire aigu), mais une sensibilité accrue de la protéine oligomérique de matrice cartilagineuse (COMP) chez les patientes avec PR. Ces findings suggèrent que l'exercice de résistance pourrait avoir des effets anti-inflammatoires aigus bénéfiques, bien que la réponse du cartilage diffère chez les femmes avec PR.
This study investigated how different physical activities affect knee cartilage composition by comparing the acute effects of walking, running, and stair climbing in 23 healthy young adults. The researchers used quantitative MRI with T1 rho and T2 mapping sequences to measure cartilage changes immediately after 30 minutes of each activity compared to rest. All three activities caused reductions in T1 rho and T2 values throughout the knee cartilage, with stair climbing producing the greatest changes, followed by running, then walking. The patellofemoral joint (kneecap area) showed the most significant changes, particularly in the superficial cartilage layers, suggesting these MRI techniques can effectively detect activity-related cartilage loading and may help understand how different exercises impact joint health.
Diese Studie untersuchte, wie sich verschiedene körperliche Aktivitäten auf den Kniegelenkknorpel auswirken, gemessen mit quantitativen MRT-Sequenzen (T1 rho und T2 Mapping). Bei 23 gesunden jungen Erwachsenen wurden 3,0-Tesla-MRT-Aufnahmen des rechten Knies unmittelbar nach 30-minütigen Perioden von Ruhe, Gehen, Laufen und Treppensteigen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass T1 rho- und T2-Werte nach allen Aktivitäten abnahmen, wobei die Reduktion in folgender Reihenfolge zunahm: Gehen < Laufen < Treppensteigen, mit der stärksten Beanspruchung im patellofemoralen Knorpel. Diese quantitativen MRT-Techniken können somit aktivitätsspezifische Belastungsunterschiede im Gelenkknorpel zuverlässig erfassen und bieten wichtige Einblicke in die biomechanischen Eigenschaften des Knorp
Cette étude visait à évaluer l'impact différentiel de la marche, la course et la montée d'escaliers sur le cartilage articulaire du genou en utilisant les séquences IRM T1 rho et T2. Vingt-trois adultes jeunes et sains ont subi des IRM 3T du genou droit immédiatement après 30 minutes de repos, marche, course et activité d'escalier respectivement, avec analyse quantitative des temps de relaxation T1 rho et T2 du cartilage articulaire. Les résultats montrent que toutes les activités physiques réduisent les valeurs T1 rho et T2 du cartilage, avec une diminution progressive dans l'ordre : escalier > course > marche, et une réduction plus importante au niveau patello-fémoral comparé au tibio-fémoral. Ces techniques d'imagerie quantitative permettent ainsi de caractériser objectivement les modifications du cartilage liées aux contraintes mécaniques spécifiques de chaque activité physique.
This study investigated how compression speed affects the mechanical behavior of normal and damaged porcine knee joints to better understand joint loading mechanisms. The researchers tested 45 fresh porcine knee joints under different compression rates and conditions, including normal joints, dehydrated joints, and joints with complete meniscus removal (meniscectomy), measuring force-compression relationships and time-dependent responses like creep and relaxation.
The key finding was that normal knee joints showed strong rate-dependent behavior, with reaction forces varying 6-fold across different compression speeds for the same amount of joint compression, while static loading produced essentially linear responses that became increasingly nonlinear at faster compression rates. Both dehydration and meniscectomy significantly reduced the joint's load-bearing capacity by up to 60%, though dehydration mainly affected temporary load support while meniscectomy impaired both temporary and long-term load support, supporting the theory that fluid pressurization is a critical mechanism for joint function.
Diese Studie untersuchte das kompressionsratenabhängige mechanische Verhalten von normalen und geschädigten Schweineknien, um die viskoelastischen und poromechanischen Eigenschaften des Kniegelenks besser zu verstehen. An 45 frischen Schweinekniegelenken wurden mechanische Tests zur Bestimmung der lastabhängigen Kraft-Kompressions-Beziehung sowie Kriech- und Relaxationsverhalten bei normalen, dehydrierten und meniskektomierten Gelenken durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten eine starke Abhängigkeit der Reaktionskraft von der Kompressionsrate (6-fache Variation bei gleicher Kompression), wobei Dehydrierung und Meniskektomie die Lasttragfähigkeit um bis zu 60% reduzierten - jedoch mit unterschiedlichen Auswirkungen auf die transiente versus die Gleichgewichts-Lastunterstützung. Diese Befunde unterstützen den Flüssigkeitsdruckmechanismus als wesentlichen Faktor der Gelenkfunktion und haben wichtige Implikationen für das Verständnis der Knorpelm
Cette étude vise à caractériser la réponse mécanique dépendante du taux de compression des articulations du genou normales et altérées. Les chercheurs ont testé 45 articulations de genou porcin frais sous différentes conditions (normales, déshydratées, méniscectomisées) en analysant les relations force-compression, fluage et relaxation à diverses vitesses de compression. Les résultats montrent que la force de réaction varie de 6 fois selon le taux de compression (comportement fortement dépendant du taux), avec une réponse statique essentiellement linéaire qui devient non-linéaire à vitesse élevée. La déshydratation et la méniscectomie réduisent significativement le support de charge (jusqu'à 60%), la déshydratation affectant principalement la réponse transitoire tandis que la méniscectomie compromet aussi le support à l'équilibre, confirmant l'importance du mécanisme de pressurisation des fluides dans la fonction articulaire.
This study aimed to investigate how temperature affects the mechanical behavior of articular cartilage using computational modeling. The researchers developed a finite element model that treats cartilage as a biphasic mixture of solid and fluid components, incorporating temperature-dependent material properties and using the generalized Maxwell model to capture viscoelastic behavior. They tested the model under different loading conditions (confined, unconfined, and partial loading) to examine how temperature influences cartilage deformation, fluid pressure, and stress distribution. The results demonstrated that temperature has significant effects on both the poro-elastic (fluid flow-related) and viscoelastic (time-dependent) mechanical responses of articular cartilage.
Diese Studie untersuchte mittels numerischer Modellierung, wie sich Temperaturveränderungen auf das poro-viskoelastische Verhalten von Gelenkknorpel auswirken. Die Forscher entwickelten ein Finite-Elemente-Modell basierend auf der Zweiphasen-Mischungstheorie, welches die Verformung des festen Knorpelgerüsts, den Porenflüssigkeitsdruck und die Temperaturverteilung unter verschiedenen Randbedingungen (confined/unconfined) und Teilbelastungen simulierte. Das Modell berücksichtigte temperaturabhängige Materialeigenschaften wie Massendichte und volumetrische thermische Dehnung, wobei das viskoelastische Verhalten durch das verallgemeinerte Maxwell-Modell beschrieben wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass Temperatureffekte einen erheblichen Einfluss sowohl auf die poro-elastischen als auch auf die viskoelastischen Eigenschaften des Gelenkknorpels haben.
Cette étude développe une nouvelle approche numérique pour analyser les effets de la température sur le comportement poro-viscoélastique du cartilage articulaire. Les auteurs utilisent un modèle éléments finis basé sur la théorie biphasique solide-fluide, intégrant les équations d'équilibre de momentum, de masse et d'énergie, avec un comportement viscoélastique décrit par le modèle de Maxwell généralisé. Le modèle est testé sous différentes conditions de chargement (confiné, non-confiné, et partiel) pour examiner la déformation, la pression du fluide interstitiel et la distribution de température. Les résultats démontrent que la température influence significativement les propriétés poro-élastiques et viscoélastiques du cartilage articulaire.
This study investigated whether superoxide dismutase mimetics (antioxidant compounds) could protect cartilage cells from damage caused by mechanical overloading, which can lead to post-traumatic osteoarthritis. The researchers tested three different mimetic compounds (GC4403, MnTE-2-PyP, and MnTnBuOE-2-PyP) on bovine cartilage samples subjected to either single impact injuries or repeated overloading using specialized mechanical testing platforms. In acute impact scenarios, all three mimetics provided dose-dependent protection against cell death and mitochondrial damage, but under chronic overloading conditions, only the lipid-soluble compound MnTnBuOE-2-PyP was effective. The findings suggest that different types of mechanical injury generate superoxide in different cellular locations, with chronic overload particularly affecting lipid compartments, indicating that targeted antioxidant therapies may need to be tailored to the specific type of cartilage injury.
Diese Studie untersuchte die Wirksamkeit verschiedener Superoxid-Dismutase-Mimetika zum Schutz von Gelenkknorpel nach mechanischer Überlastung. Die Forscher testeten drei verschiedene Mimetika (GC4403, MnTE-2-PyP und MnTnBuOE-2-PyP) an bovinen osteochondralen Explantaten unter zwei Belastungsszenarien: akute Impaktschäden und chronische Überlastung. Bei akuten Impaktschäden zeigten alle drei Mimetika dosisabhängigen Schutz vor Zelltod und Mitochondrienverlust, während bei chronischer Überlastung nur MnTnBuOE-2-PyP einen deutlichen Schutz der Chondrozyten bewirkte. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass verschiedene Superoxid-Kompartimente bei akuten versus chronischen Knorpelschäden unterschiedliche Rollen spielen, wobei lipidkompartiment-spezifische Superoxidproduktion besonders bei chronischer Überlastung kritisch ist.
Cette étude examine l'efficacité de mimétiques de la superoxyde dismutase pour protéger le cartilage articulaire contre les lésions mécaniques liées à l'arthrose post-traumatique. Les chercheurs ont testé trois composés (GC4403, MnTE-2-PyP, et MnTnBuOE-2-PyP) sur des explants ostéochondraux bovins soumis à des traumatismes d'impact ou à des surcharges répétées. Dans les scénarios d'impact, les trois mimétiques offrent une protection dose-dépendante contre la mort cellulaire et la perte mitochondriale, tandis que seul le MnTnBuOE-2-PyP s'avère bénéfique lors de surcharges chroniques. Ces résultats suggèrent que la production de superoxydes dans le compartiment lipidique joue un rôle critique dans les réponses aux surcharges chroniques, distinguant les mécanismes de lésion aiguë et chronique du cartilage.
This study aimed to compare how femoral cartilage responds to and recovers from different loading activities (walking vs. drop-landing) using ultrasonography. The researchers used ultrasound to measure cartilage thickness, cross-sectional area, and echo intensity in 43 healthy young adults before and after each activity, with follow-up measurements at 15, 30, and 45 minutes post-exercise. Both walking and drop-landing caused immediate cartilage deformation (compression) in the medial and lateral femoral cartilage compared to a control condition, but the higher-impact drop-landing activity required longer recovery time than walking. Importantly, the mechanical deformation was not associated with changes in cartilage echo intensity, suggesting the loading was within normal physiological limits without tissue damage.
Diese Studie untersuchte die akute Reaktion und Erholung des femoralen Knorpels nach verschiedenen Belastungsformen mittels Ultraschall bei 43 gesunden jungen Erwachsenen. Die Forscher verglichen die Auswirkungen von Gehen, Drop-Landing-Übungen und einer Kontrollbedingung auf Knorpeldicke, Querschnittsfläche und Echo-Intensität, gemessen vor sowie 0, 15, 30 und 45 Minuten nach der jeweiligen Aktivität. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl Gehen als auch Drop-Landing zu einer sofortigen Verformung des medialen und lateralen femoralen Knorpels führten, wobei die Erholung nach Drop-Landing deutlich länger dauerte als nach dem Gehen. Interessant war, dass die strukturellen Knorpelveränderungen nicht von Veränderungen der Echo-Intensität begleitet wurden, was darauf hindeutet, dass die akuten Belastungsreaktionen primär mechanischer Natur sind.
Cette étude visait à comparer la réponse aiguë et la récupération du cartilage fémoral après différentes activités physiques chez 43 jeunes adultes sans antécédent de blessure aux membres inférieurs. Les chercheurs ont utilisé l'échographie pour mesurer l'épaisseur, la surface de section transversale et l'intensité d'écho du cartilage avant et après des sessions de marche, de saut en chute libre et une condition contrôle, avec un suivi de récupération à 15, 30 et 45 minutes. Les résultats montrent une déformation plus importante du cartilage fémoral médial et latéral immédiatement après les activités de marche et de saut comparativement à la condition contrôle, avec un temps de récupération plus long nécessaire après l'activité de saut. Aucune modification de l'intensité d'écho du cartilage n'a été observée malgré les déformations structurelles.
This study investigated how different cartilage defect edge shapes affect surrounding tissue mechanics and bone contact in knee joints. Researchers created three types of defects in bovine knee samples (inner beveled, vertical, and outer beveled edges) and used micro-CT imaging under 800N loading to measure cartilage strain and contact between cartilage and underlying bone. The results showed no significant differences in cartilage strain around the defect edges between the different defect shapes, though there were some differences in bone contact patterns. The findings suggest that creating an inner bevel when surgically debriding cartilage defects may reduce harmful tissue deformation and bone-on-cartilage contact compared to other edge configurations.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die biomechanischen Auswirkungen verschiedener Knorpeldefekt-Randmorphologien auf die Knorpelverformung und den subchondralen Knochenkontakt. An fünf bovinen Femurkondylen wurden drei Defekttypen erstellt (45° Innenfase, vertikal, 45° Außenfase) und mittels Mikro-Computertomographie unter 800 N axialer Belastung analysiert. Die Ergebnisse zeigten keine signifikanten Unterschiede in der Randverformung zwischen den Gruppen, jedoch war die Belastungsdistanz zwischen Gruppen mit Innenfase und Außenfase signifikant unterschiedlich. Die Studie legt nahe, dass die Schaffung einer Innenfase bei der Débridement fokaler Knorpeldefekte die Gewebeverformung und den Kontakt mit dem gegenüberliegenden subchondralen Knochen reduziert.
Cette étude visait à déterminer les effets biomécaniques de différentes morphologies de bords de défauts cartilagineux du genou sur la déformation du cartilage et le contact avec l'os sous-chondral opposé. Les chercheurs ont créé trois types de défauts cartilagineux sur 5 condyles fémoraux bovins (biseau interne 45°, bord vertical, biseau externe 45°) et les ont soumis à une charge axiale de 800 N sous micro-tomodensitométrie pour analyser les déformations et contacts tissulaires. Les résultats montrent qu'aucune différence significative n'a été observée dans les contraintes du cartilage entre les groupes, mais la distance de charge était significativement différente entre les biseaux interne et externe. L'étude conclut que l'établissement d'un biseau interne lors du débridement de défauts cartilagineux focaux diminue la déformation tissulaire et le contact avec l'os sous-chondral opposé.
This study investigated how different contact geometries affect both mechanical and biological responses in articular cartilage under sliding loads. Researchers subjected cartilage explants to 2000 cycles of reciprocating sliding motion using either small (17.6 mm) or large (30.2 mm) spherical indenters, then measured mechanical deformation and analyzed tissue damage, gene expression, and proteoglycan loss. The smaller indenter caused significantly greater cartilage deformation and strain, reduced the tissue's stiffness, and triggered more proteoglycan loss and upregulation of genes associated with cartilage breakdown enzymes compared to the larger indenter. The findings demonstrate that loading conditions producing higher tissue strains activate harmful catabolic processes in cartilage, providing insight into how joint contact mechanics influence cartilage health and degeneration.
Diese Studie untersuchte, wie unterschiedliche Kontaktgeometrien die mechanische und zelluläre Antwort von Gelenkknorpel unter dynamischer Gleitbelastung beeinflussen. Die Forscher belasteten Knorpelexplantate mit zwei verschiedenen Kugelindentern (17,6 mm und 30,2 mm Durchmesser) über 2000 Zyklen bei 10 mm/s Geschwindigkeit und 4 kg axialer Last, wobei sie die Verformung aufzeichneten und anschließend Kollagenschäden, Genregulation und Proteoglykenverlust analysierten. Der kleinere Indenter führte zu signifikant höherer Knorpelverformung und -dehnung sowie niedrigerem dynamischem Elastizitätsmodul, während gleichzeitig der Proteoglykenverlust zunahm und Gene für extrazelluläre Matrixproteine und Enzyme verstärkt exprimiert wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass Gleitbelastungen mit erhöhter Matrixverformung katabole Prozesse im Gelenkknorpel induzieren können, was wichtige
Cette étude visait à examiner la corrélation entre la réponse mécanique et cellulaire du cartilage articulaire soumis à des charges de glissement avec deux indenteurs sphériques de tailles différentes. Les explants de cartilage ont été soumis à 2000 cycles de glissement réciproque (10 mm/s, 4 kg) avec des sphères de 17,6 mm ou 30,2 mm de diamètre, suivis d'analyses de déformation, de dommages au collagène, de régulation génique et de perte de protéoglycanes. L'indenteur de plus petit diamètre (17,6 mm) a induit une déformation et une contrainte significativement plus élevées de la matrice extracellulaire, un module effectif dynamique plus faible, une perte accrue de protéoglycanes et une surexpression des gènes codant pour les protéines et enzymes de la matrice. Ces résultats démontrent que les charges de glissement augmentant la déformation de la matrice déclenchent des processus cataboliques enzymatiques, révélant comment les modifications de la mécanique de contact du cartilage affectent la répon
This study investigated how different loading conditions affect where collagen damage occurs in articular cartilage. Researchers compressed bovine cartilage samples with varying forces (15-45 N) and loading speeds (5-120 mm/min), then used histological analysis to assess surface and internal collagen damage. The key finding was that while loading magnitude determined the severity of damage, loading rate controlled damage location: slow loading primarily damaged superficial collagen, whereas rapid loading caused internal collagen damage. The authors suggest this occurs because cartilage's time-dependent properties and internal fluid flow patterns create different strain distributions depending on loading speed, which has important implications for understanding early cartilage degeneration mechanisms.
Diese Studie untersuchte, wie sich die Lokalisation von Kollagenschäden im Gelenkknorpel in Abhängigkeit von Belastungsstärke und -geschwindigkeit unterscheidet. Bovine osteochondrale Plugs wurden mit verschiedenen Kräften (15-45 N) und Geschwindigkeiten (5-120 mm/min) komprimiert, anschließend wurden Oberflächenfibrilationen und interne Kollagenschäden histologisch ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Belastungsstärke den Grad der Schädigung beeinflusst, während die Belastungsgeschwindigkeit die Lokalisation bestimmt: Niedrige Geschwindigkeiten führen vorwiegend zu oberflächlichen Kollagenschäden, hohe Geschwindigkeiten hingegen zu internen Schäden. Diese geschwindigkeitsabhängige Schadensverteilung wird durch die zeitabhängigen Materialeigenschaften des Knorpels und interne Flüssigkeitsströme erklärt, was die Hypothese stützt, dass die Kollagenschädigung durch das viskoelastische Verhalten
Cette étude vise à déterminer si la localisation des dommages du collagène dans le cartilage articulaire varie selon l'amplitude et la vitesse de surcharge mécanique. Les chercheurs ont comprimé des échantillons ostéochondraux bovins avec différentes forces (15-45 N) et vitesses (5-120 mm/min), puis analysé histologiquement la fibrillation superficielle et les dommages internes du collagène. Les résultats montrent que l'amplitude de charge influence le degré de dommage, tandis que la vitesse de charge détermine principalement la localisation : les vitesses lentes endommagent préférentiellement le collagène superficiel, alors que les vitesses élevées causent des dommages internes. Ces observations s'expliquent par les flux de fluide interstitiel qui modifient la déformation tissulaire selon les propriétés viscoélastiques du cartilage, confirmant l'influence du comportement mécanique temps-dépendant sur le développement des lésions collagéniques.
This study investigated whether combining physical activity with Mediterranean diet components (extra virgin olive oil and olive leaf extracts) could protect against early osteoarthritis and related complications in rats. Researchers induced osteoarthritis in rats through ligament injury, then treated different groups with treadmill exercise (10 minutes daily, 5 days/week) plus diets enriched with olive oil from Sicily or Tunisia for 12 weeks, measuring cartilage damage, inflammation markers, muscle changes, and liver health. The combined treatment significantly improved cartilage health by increasing lubricin (a joint-protective protein) and reducing IL-6 (an inflammatory marker), while also preventing muscle wasting and liver fat accumulation compared to untreated osteoarthritic rats. The Sicilian olive oil showed the strongest protective effects, suggesting that physical activity combined with high-quality olive oil consumption may help slow early osteoarthritis progression and maintain overall musculoskeletal health.
Diese Studie untersuchte die protektiven Effekte von körperlicher Aktivität in Kombination mit einer mediterranen Diät, die mit phenolischen Verbindungen aus Olivenbäumen angereichert war, bei früher Osteoarthritis im Rattenmodell. Die Forscher induzierten Osteoarthritis durch Durchtrennung des vorderen Kreuzbands und behandelten die Tiere 12 Wochen lang mit Laufbandtraining (5 Tage/Woche, 10 min täglich) sowie verschiedenen Diäten, die mit nativem Olivenöl extra (EVOO) aus Sizilien oder Tunesien und tunesischem Olivenblattextrakt angereichert waren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kombinationsbehandlung zu einer erhöhten Lubricin-Expression, verringerter IL-6-Expression im Knorpel, signifikanter Muskelhypertrophie und reduzierter Lebersteatose führte, wobei die sizilianische EVOO-angereicherte Diät die besten Resultate erzielte. Die Studie belegt somit, dass die
Cette étude vise à évaluer les effets combinés de l'activité physique et d'un régime méditerranéen enrichi en composés phénoliques d'olivier sur l'arthrose précoce dans un modèle murin. Les chercheurs ont induit une arthrose par section du ligament croisé antérieur chez des rats, puis les ont soumis à un programme d'exercice sur tapis roulant (10 min/jour, 5 jours/semaine) et à différents régimes enrichis en huile d'olive extra-vierge (sicilienne ou tunisienne) pendant 12 semaines. Les résultats montrent que la combinaison activité physique-régime enrichi augmente significativement l'expression de lubricine, diminue l'IL-6, prévient l'atrophie musculaire et la stéatose hépatique, avec des effets optimaux observés pour l'huile d'olive sicilienne. Cette approche combinée favorise donc un processus de récupération significatif du cartilage articulaire dans l'arthrose précoce.
This study examined how different types of physical loading affect cartilage biomarkers in healthy individuals by measuring acute changes in serum cartilage oligomeric matrix protein (COMP) levels. Forty recreationally active participants completed three conditions (walking, drop-landing, and sitting control) with blood samples taken before and after each activity to measure COMP concentration changes. Both walking and drop-landing increased COMP levels by approximately 4-5% compared to a 2.3% decrease during the control condition, but the two physical activities showed similar responses despite their different loading characteristics. The findings suggest that cartilage responds acutely to physical loading regardless of whether the activity involves repetitive low-impact (walking) or high-impact (drop-landing) forces, indicating a general cartilage response to mechanical stress.
Diese Studie untersuchte die akute Reaktion des Knorpel-Biomarkers COMP (cartilage oligomeric matrix protein) im Blutserum auf unterschiedliche Belastungsformen bei 40 gesunden, sportlich aktiven Personen. Die Teilnehmer absolvierten in separaten Sitzungen drei Bedingungen (Gehen, Drop-Landing und Kontrollbedingung im Sitzen), wobei vor und nach jeder Aktivität Blutproben zur COMP-Messung entnommen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl Gehen (+4,2%) als auch Drop-Landing (+4,6%) zu einem signifikant größeren akuten COMP-Anstieg führten als die Kontrollbedingung (-2,3%), während sich die beiden Aktivitätsbedingungen untereinander nicht unterschieden. Diese Befunde deuten darauf hin, dass verschiedene Formen der mechanischen Belastung ähnliche akute Knorpelstoffwechsel-Reaktionen auslösen, unabhängig von der unterschiedlichen Belastungsintensität und -häufigkeit.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer l'effet de différents types de sollicitations mécaniques sur la réponse aiguë des biomarqueurs cartilagineux sériques, spécifiquement la protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse (COMP), chez des individus récréativement actifs. Quarante participants sans antécédents de blessures des membres inférieurs ont réalisé trois conditions (marche, réception de saut et contrôle assis) lors de sessions indépendantes, avec des prélèvements sanguins avant et après chaque condition pour mesurer les concentrations de COMP. Les résultats montrent que la marche (+4,2%) et la réception de saut (+4,6%) ont produit une augmentation significative de la COMP par rapport à la condition contrôle (-2,3%), mais sans différence significative entre les deux activités physiques. Ces findings suggèrent que des activités de charges différentes (magnitude et fréquence) peuvent induire des réponses cartilaginieuses aiguës similaires chez des individus sains.
This study aimed to develop a new mechanical testing method that could better detect cartilage damage compared to conventional stiffness measurements, which often fail to distinguish healthy from degraded cartilage. The researchers used a ring-shaped indenter combined with ultrasound to test bovine cartilage samples during loading and unloading cycles, measuring two key parameters: L (distance between ultrasound probe and cartilage surface) and TS (transient strain) in the tissue surrounding the loaded area. Testing was performed on normal cartilage and samples with varying degrees of enzymatic degradation to simulate disease.
The key finding was that parameter L could successfully differentiate between normal and proteoglycan-depleted (degraded) cartilage, particularly during the unloading/recovery phase, while the conventional parameter TS could not make this distinction. The study demonstrates that monitoring the mechanical response of tissue surrounding the loaded area, rather than just the loaded area itself, provides better functional assessment of cartilage health and may offer a more sensitive diagnostic tool for early cartilage degeneration.
Diese Studie entwickelte ein neuartiges mechanisches Indentations-Framework zur funktionellen Beurteilung von Gelenkknorpel, da herkömmliche mechanische Eigenschaften nur begrenzt zwischen gesundem und degradiertem Knorpel unterscheiden können. Die Forscher verwendeten einen ringförmigen Indenter mit integriertem Ultraschallwandler, um sowohl die mechanische Antwort im belasteten Bereich als auch im umgebenden Gewebe während Belastungs-/Entlastungszyklen an normalen und enzymatisch degradierten Rinderknorpelproben zu erfassen. Die Analyse zweier neuer Parameter (L - Abstand zwischen Ultraschallwandler und Knorpeloberfläche, sowie TS - transiente Dehnung) mittels multivariater Statistik zeigte, dass der Parameter L sowohl während der Belastung als auch während der Erholung erfolgreich zwischen normalem und proteoglykan-verarmtem Knorpel unterscheiden kann. Das Framework demonstriert eine starke Korrelation zwischen den mechanischen Eigenschaften des belasteten Bereichs und der Antwort des umgebenden Knorpels,
Cette étude a développé un nouveau cadre d'indentation mécanique intégrant un indenteur annulaire et un transducteur ultrasonore pour évaluer fonctionnellement le cartilage articulaire, car les propriétés mécaniques conventionnelles peinent à distinguer le cartilage normal du cartilage dégradé. Les chercheurs ont testé cette méthode sur des échantillons ostéochondraux bovins normaux et dégradés enzymatiquement, en mesurant deux paramètres : la distance L entre le transducteur et la surface cartilagineuse, et la déformation transitoire TS pendant les cycles de charge/décharge. Les résultats montrent que le paramètre L permet de différencier efficacement le cartilage normal du cartilage appauvri en protéoglycanes (particulièrement pendant la phase de récupération), contrairement au paramètre TS qui s'avère non discriminant. Cette approche novatrice pourrait améliorer significativement l'évaluation fonctionnelle du cartilage articulaire en pratique clinique.
This study investigated how cracks initiate in articular cartilage by developing a novel sharp blade indentation method combined with confocal elastography to measure both global forces and local tissue deformation during damage initiation across different loading rates (0.5-500%/s strain rates). The researchers tested cartilage samples with and without the surface layer to determine its protective role, while avoiding limitations of traditional blunt impact and fracture mechanics approaches.
The key findings revealed that cartilage's compliant surface layer significantly protects against damage initiation by allowing greater deformation before tissue failure, and that cartilage becomes easier to cut at faster loading speeds due to rate-dependent material properties. Additionally, despite cartilage's complex structure, the local deformation patterns followed classical elastic behavior, suggesting that simple mechanical models can still be useful for understanding cartilage failure mechanics when combined with detailed local measurements.
Diese Studie untersuchte die Schadensentstehung in Gelenkknorpel und die schützende Rolle der Oberflächenschicht bei verschiedenen Belastungsgeschwindigkeiten. Die Forscher entwickelten eine neue Methode, bei der Knorpelproben mit einer scharfen Klinge eingedrückt wurden, während gleichzeitig lokale Verformungen und Dehnungsenergie mittels konfokaler Elastographie gemessen wurden - dies bei Dehnungsraten von 0,5%/s bis 500%/s. Die Hauptergebnisse zeigen, dass die Oberflächenschicht des Knorpels signifikant höhere Verformungen toleriert bevor Schäden auftreten, und dass das Gewebe bei höheren Belastungsgeschwindigkeiten leichter zu schneiden ist. Diese Erkenntnisse unterstreichen die wichtige Schutzfunktion der zonalen Knorpelstruktur und die Bedeutung der Belastungsrate für das Verständnis von Knorpelrissen in physiologisch relevanten Bereichen.
Cette étude visait à caractériser l'initiation des dommages dans le cartilage articulaire en tenant compte de l'hétérogénéité structurelle et de la dépendance au taux de chargement. Les chercheurs ont développé une méthode d'indentation par lame tranchante sur des explants de cartilage à différentes vitesses de déformation (0,5%/s à 500%/s), combinée à l'élastographie confocale pour mesurer les champs de déformation locaux, avec et sans couche superficielle. Les résultats montrent que la couche superficielle protège significativement contre l'initiation des dommages en permettant des déformations plus importantes avant rupture, et que le cartilage devient paradoxalement plus facile à couper à vitesse élevée. Cette dépendance au taux de chargement et le rôle protecteur de l'organisation zonale du cartilage révèlent l'importance de considérer ces facteurs pour comprendre les mécanismes de fissuration articulaire.
This study investigated how a 30-minute bout of fast walking affects femoral cartilage thickness in older adults with and without knee osteoarthritis (OA), and examined whether knee alignment influences cartilage response to loading. The researchers used MRI to measure cartilage thickness before and immediately after walking in 10 healthy controls and 9 participants with knee OA, then calculated percent changes in cartilage thickness and analyzed relationships with frontal plane knee alignment. The study found no significant differences in walking-induced cartilage deformation between the OA and control groups in either the medial or lateral femur. However, participants with greater knee valgus (knock-knee) alignment showed more deformation in the lateral femoral cartilage after walking, suggesting that knee alignment rather than OA status may be more important in determining cartilage response to acute loading.
Diese Studie untersuchte die akuten Auswirkungen von Gehen auf die Verformung des Oberschenkelknorpels bei älteren Erwachsenen mit und ohne Kniearthrose. Die Forscher verwendeten Magnetresonanztomographie vor und nach 30 Minuten schnellem Gehen bei 19 Teilnehmern (10 ohne, 9 mit Arthrose), um Veränderungen der Knorpeldicke zu messen und deren Zusammenhang mit der Knieachsenstellung zu analysieren. Die Hauptergebnisse zeigten keine signifikanten Unterschiede in der Knorpelverformung zwischen den Gruppen, jedoch fand sich eine bedeutsame Korrelation zwischen Valgus-Fehlstellung des Knies und verstärkter Verformung des lateralen Oberschenkelknorpels. Die Autoren schlussfolgern, dass Gehübungen bei älteren Erwachsenen ohne Kniefehlstellungen sicher durchgeführt werden können.
Cette étude visait à comparer les effets aigus de la marche sur la déformation du cartilage fémoral entre des adultes âgés avec et sans arthrose du genou, tout en examinant l'association avec l'alignement frontal du genou. Les chercheurs ont utilisé l'IRM avant et après 30 minutes de marche rapide chez 19 participants (10 sans arthrose, 9 avec arthrose) pour mesurer les changements d'épaisseur du cartilage fémoral médial et latéral. Les résultats montrent qu'il n'y avait pas de différence significative dans la déformation cartilagineuse entre les groupes arthrosique et témoin, mais une corrélation significative a été observée entre l'alignement en valgus du genou et la déformation du cartilage fémoral latéral après la marche. Ces findings suggèrent que les exercices de marche peuvent être utilisés en sécurité chez les adultes âgés sans désalignement du genou.
This review examines the use of sheep as a preclinical model for testing mesenchymal stem cell (MSC)-based treatments for cartilage repair. The authors focused on reviewing the biological properties of sheep-derived MSCs and their application in cartilage repair studies, as sheep offer anatomical and loading similarities to humans while being more cost-effective than other large animal models. The review highlights that while MSCs offer advantages over traditional cartilage cells (such as better expansion capacity and no need for cartilage biopsies), they face challenges in consistently producing stable cartilage-forming cells that generate high-quality hyaline cartilage. The authors conclude that sheep models using ovine MSCs represent a valuable but underexplored approach for advancing cartilage repair strategies toward clinical translation.
Diese Übersichtsarbeit untersucht die Eignung von Schafen als Tiermodell zur Bewertung mesenchymaler Stammzell-basierter Knorpelreparatur-Strategien. Die Autoren analysieren systematisch die biologischen Eigenschaften oviner mesenchymaler Stammzellen (oMSC) und deren Anwendung in Knorpelreparatur-Studien im Schafmodell. Schafe bieten aufgrund ihrer anatomischen und biomechanischen Ähnlichkeiten zum Menschen sowie ihrer kostengünstigen Haltung erhebliche Vorteile gegenüber kleineren Tiermodellen für präklinische Studien. Die Übersicht zeigt, dass oMSC vielversprechende Eigenschaften für die Knorpelregeneration aufweisen, wobei die Herausforderung in der stabilen chondrogenen Differenzierung und Bildung von hyalinem Knorpel liegt.
Cette étude examine l'utilisation du mouton comme modèle animal pour évaluer les stratégies de réparation du cartilage articulaire basées sur les cellules souches mésenchymateuses (CSM). Les auteurs passent en revue les propriétés biologiques des CSM ovines et leur application dans les modèles de réparation cartilagineuse, soulignant les avantages des moutons par rapport aux petits animaux en raison de leur anatomie et biomécanique articulaire similaires à l'humain. L'analyse révèle que les CSM ovines offrent une capacité d'expansion supérieure aux chondrocytes autologues et éliminent les risques de morbidité liés aux biopsies cartilagineuses, bien que des défis persistent concernant l'induction et le maintien d'une population cellulaire stable capable de générer du cartilage hyalin. Cette revue établit donc les bases scientifiques pour l'utilisation optimisée des CSM ovines dans le développement préclinique de thérapies régénératives du cartilage.
This study evaluated whether a novel ankle-foot orthosis (AFO) could improve knee loading and function in 29 knee osteoarthritis patients with varus malalignment over a 6-week period. Researchers used 3D gait analysis, physical function tests, KOOS questionnaires, and accelerometer-measured activity levels to assess changes immediately after fitting and after 6 weeks of wear. The AFO successfully reduced harmful knee adduction moments by 27-41%, indicating decreased medial compartment loading, and led to small improvements in physical function test performance (1.4-2.6% faster completion times). However, the device also increased knee flexion moments by 48-71% and worsened patient-reported outcomes on KOOS subscales, leading the authors to question whether the clinical benefits justify the intervention despite the positive biomechanical effects.
Diese Studie untersuchte die Wirksamkeit einer neuartigen Knöchel-Fuß-Orthese (AFO) bei 29 Kniearthrose-Patienten mit Varus-Fehlstellung über einen Zeitraum von 6 Wochen. Die Forscher analysierten mittels 3D-Ganganalyse, Funktionstests, Fragebögen und Accelerometer-Messungen sowohl biomechanische Parameter als auch klinische Outcomes und körperliche Aktivität. Die AFO reduzierte das Knie-Adduktionsmoment signifikant (akut um 41%, nach 6 Wochen um 27%), führte jedoch zu einer unerwünschten Erhöhung des Knie-Flexionsmoments um 71% und verschlechterte die KOOS-Werte. Obwohl biomechanische Verbesserungen nachweisbar waren, blieben die funktionellen Verbesserungen minimal, sodass der klinische Nutzen der 6-wöchigen AFO-Anwendung bei Kniearthrose-Patienten fragwürdig erscheint.
Cette étude a évalué les effets d'une orthèse cheville-pied (AFO) sur les paramètres biomécaniques et les résultats cliniques chez 29 patients atteints de gonarthrose avec désaxation en varus. Les chercheurs ont utilisé une analyse de marche 3D, des tests fonctionnels et des accéléromètres pour mesurer les changements immédiats et après 6 semaines de port de l'orthèse. L'AFO a significativement réduit le moment d'adduction du genou (41% immédiatement, 27% après 6 semaines) et amélioré légèrement les performances aux tests fonctionnels (1,4-2,6%). Cependant, le moment de flexion du genou a augmenté de manière défavorable (71% après 6 semaines) et les scores KOOS se sont dégradés, suggérant que le bénéfice clinique global reste discutable malgré les améliorations biomécaniques observées.
This study investigated how changes in osmotic pressure affect cartilage matrix production by chondrocytes from different zones (surface, middle, and deep) of articular cartilage. The researchers created spherical organoids from zone-specific chondrocytes and exposed them to different osmotic pressure levels, then analyzed gene expression and matrix protein production using immunohistology. High osmotic pressure increased aggrecan and collagen type-II production in all zones, but triggered zone-specific responses: surface zone cells upregulated collagen type-I, while middle and deep zone cells increased matrix metalloproteinase-13 expression. The findings demonstrate that chondrocytes respond to osmotic pressure changes in a zone-specific manner, which helps explain how different cartilage layers adapt to mechanical loading and may inform cartilage tissue engineering strategies.
Diese Studie untersuchte, wie Veränderungen des osmotischen Drucks die Produktion extrazellulärer Matrix durch zonenspezifische Chondrozyten aus verschiedenen Knorpelschichten beeinflussen. Die Forschenden kultivierten sphäroidale Knorpel-Organoide aus Chondrozyten der Oberflächen-, Mittel- und Tiefenzone unter unterschiedlichen osmotischen Druckbedingungen und analysierten die Genexpression sowie immunhistologische Eigenschaften der produzierten Matrixproteine. Hoher osmotischer Druck führte bei allen Zonen zu einer verstärkten Expression von Aggrecan und Kollagen Typ II, wobei Oberflächenzonen-Chondrozyten zusätzlich Kollagen Typ I und Mittel-/Tiefenzonen-Chondrozyten Matrix-Metalloproteinase-13 hochregulierten. Die Ergebnisse zeigen, dass Chondrozyten zonenspezifisch auf osmotische Druckveränderungen reagieren und dabei charakteristische extrazelluläre Matrixstrukturen mit Hohlrä
Cette étude visait à déterminer comment les variations de pression osmotique affectent la production de matrice extracellulaire par les chondrocytes spécifiques à chaque zone longitudinale du cartilage articulaire. Les chercheurs ont cultivé des organoïdes sphériques formés de chondrocytes provenant des zones superficielle, moyenne et profonde du cartilage sous différents niveaux de pression osmotique, puis analysé l'expression génique et l'immunohistologie des protéines matricielles. Les résultats montrent qu'une pression osmotique élevée stimule transitoirement l'expression d'agrécane et de collagène de type II dans toutes les zones, mais induit des réponses spécifiques : augmentation du collagène de type I dans la zone superficielle et de la métalloprotéinase-13 dans les zones moyenne et profonde. Cette recherche démontre que les chondrocytes présentent un remodelage matriciel spécifique à leur zone d'origine en réponse aux changements de pression osmotique.
This study investigated how implant placement accuracy and material properties affect cartilage stress patterns in osteochondral resurfacing procedures for treating focal cartilage defects. The researchers used 3D computer models to simulate different implantation angles (0°, 5°, 10°) and implant stiffness levels under loading and sliding conditions, measuring strain and pressure in surrounding cartilage tissue. The key finding was that proper implant alignment (0° angle) was more critical than implant material stiffness for protecting adjacent cartilage from harmful deformation. Even small misalignments created gaps that caused potentially damaging cartilage bulging and increased stress during weight-bearing activities, regardless of whether the implant material was soft or stiff, highlighting the importance of precise surgical placement over implant material selection.
Diese Studie untersuchte mittels 3D-Finite-Elemente-Modellen, wie sich der Implantationswinkel und die Materialsteifigkeit von osteochondralen Resurfacing-Implanten auf die biomechanischen Eigenschaften des angrenzenden Knorpels auswirken. Die Forscher variierten systematisch den Implantationswinkel (0°, 5°, 10°) und die Materialsteifigkeit (5 MPa, 100 MPa, 2 GPa) und simulierten sowohl statische Belastung als auch Gleitbewegungen. Die Ergebnisse zeigten, dass eine korrekte Implantatausrichtung wichtiger ist als die Materialsteifigkeit, da bereits geringe Fehlausrichtungen zu Spalten führen, in die sich das gegenüberliegende Knorpelgewebe einwölbt und dadurch schädliche Dehnungen und Drücke entstehen. Selbst weiche Implantate können bei Fehlausrichtung das angrenzende Knorpelgewebe während längerer Belastung schädigen, während leichte Gleitbewegungen positive Effekte auf den
Cette étude a évalué l'influence de l'angle d'implantation et de la rigidité matérielle des implants de resurfaçage ostéochondral sur les contraintes du cartilage adjacent. Les chercheurs ont utilisé des modèles par éléments finis 3D simulant différents angles d'implantation (0°, 5°, 10°) et rigidités matérielles (5 MPa, 100 MPa, 2 GPa) sous charge de fluage suivie d'un mouvement de glissement. Les résultats montrent que les implants correctement alignés (0°) réduisent efficacement les déformations du collagène par rapport aux défauts non traités, mais que le mauvais alignement crée des espaces causant une déformation potentiellement dommageable du cartilage opposé, indépendamment de la rigidité de l'implant. L'étude conclut que la précision du placement chirurgical est plus critique que les propriétés matérielles de l'implant pour optimiser les résultats cliniques.
This study investigated how compressive loading affects cartilage deformation and tissue structure in bovine cartilage samples using an experimental setup that mimics natural joint contact. The researchers used advanced MRI techniques at 9.4T to measure tissue displacement and strain patterns during cyclic loading (350N), while also tracking changes in cartilage composition through T₁, T₂, and T₁ρ relaxation times before and after loading.
The results showed predictable deformation patterns across all samples, with maximum strains occurring at the cartilage surface and decreasing toward deeper layers, while shear strains were highest at the contact edges rather than the center. Loading caused immediate changes in MRI relaxation times (decreased T₂ and T₁ρ, increased T₁), indicating tissue compaction, but surprisingly these compositional changes did not correlate with the observed deformation patterns.
Diese Studie untersuchte die Verformungen in Gelenkknorpel unter Druckbelastung und deren Zusammenhang mit strukturellen Veränderungen der extrazellulären Matrix mittels MRT-Relaxationszeiten in einem experimentellen Modell, das den physiologischen Knorpel-auf-Knorpel-Kontakt nachahmt. An bovinen femoralen Osteochondral-Explantaten wurden quantitative MRT-Bilder (T₁, T₂, T₁ρ-Relaxationszeiten) bei 9,4T sowie zweidimensionale Verformungsfelder unter zyklischer Druckbelastung (350N) mittels DENSE-Methode gemessen. Die Verformungsanalyse zeigte konsistente Muster mit maximalen Dehnungen an der Gelenkoberfläche, die mit der Gewebetiefe abnahmen, während axiale und transversale Dehnungen im Zentrum der Kontaktregion maximal waren. Obwohl sich die MRT-Relaxationszeiten nach Belastung veränderten (Abnahme von T₁ und T₂, Zunahme von T₁
Cette étude visait à caractériser les déformations du cartilage articulaire sous compression et à les relier aux changements de la matrice extracellulaire via l'IRM, en utilisant un modèle expérimental reproduisant le contact cartilage-cartilage in vivo. Les chercheurs ont utilisé la méthode DENSE (Displacement Encoding with Stimulated Echoes) à 9,4T pour mesurer les champs de déplacement et de déformation 2D dans des explants ostéochondraux bovins sous charge cyclique (350N), combinée à l'acquisition des temps de relaxation T₁, T₂ et T₁ρ. Les résultats montrent des patterns de déformation cohérents avec des déformations maximales en surface diminuant avec la profondeur, une diminution des temps T₂ et T₁ρ et une augmentation de T₁ après compression, mais aucune corrélation entre les patterns de déformation et les changements des temps de relaxation. L'étude démontre que l'IRM combinée au DENSE permet de monitorer non-invasivement les propriétés biomécaniques et biochimiques du cartilage, révélant un effet de compaction
This study investigated how full-thickness cartilage defects affect tissue deformation and composition during loading using an experimental model that mimics natural joint conditions. The researchers used pairs of bovine cartilage samples in a cartilage-on-cartilage setup, applying cyclic compression while measuring tissue strains with advanced MRI techniques (DENSE imaging) and assessing cartilage quality through relaxation time measurements. The key findings showed that cartilage defects created concentrated stress at the defect rim, with significantly elevated tensile, compressive, and shear strains compared to intact cartilage, while the opposing cartilage surface showed reduced strains when contacting the defect area. The study also revealed that both defect creation and subsequent loading led to changes in cartilage composition (indicated by altered MRI relaxation times), particularly at the defect rim, suggesting that the altered mechanical environment around cartilage defects may promote further tissue damage and degeneration.
Diese Studie untersuchte, wie vollschichtige Knorpeldefekte die Belastungsverteilung und Gewebezusammensetzung in einem experimentellen Knorpel-auf-Knorpel-Kontaktmodell beeinflussen. Die Forscher verwendeten bovine Knorpelexplantate, die zyklisch mit 350 N belastet wurden, und analysierten Gewebeverformungen mittels hochauflösender 9,4 T MRT-Bildgebung sowie Relaxationszeitmessungen (T₁, T₂, T₁ρ). Die Ergebnisse zeigten erhöhte Zug- und Druckbelastungen sowie Scherspannungen am Defektrand (jeweils >4% Zunahme), während die MRT-Relaxationszeiten dort ebenfalls anstiegen, was auf Veränderungen der Knorpelmatrix hindeutet. Die Studie demonstriert, dass Knorpeldefekte lokale biomechanische Veränderungen verursachen, die durch erhöhte Scherkräfte und Matrixschädigung am Defektrand zur weiteren Gewebeschädigung
Cette étude visait à évaluer l'effet des défauts cartilagineux transfixiants sur les déformations tissulaires et les constituants matriciels dans un modèle expérimental de contact cartilage-sur-cartilage. Les chercheurs ont utilisé des explants ostéochondraux bovins soumis à une compression cyclique de 350 N, avec analyse des déformations par IRM DENSE et mesure des temps de relaxation T₁, T₂ et T₁ρ. Les résultats montrent une élévation significative des contraintes principales de traction et compression au niveau du rebord du défaut (ΔE₁ = 4,2% et ΔE₂ = -4,3%), ainsi qu'une augmentation du cisaillement maximal (ΔΓₘₐₓ = 4,4%) et des temps de relaxation après chargement. Cette étude démontre que les modifications biomécaniques locales induites par la création d'un défaut peuvent causer des dommages tissulaires par augmentation des contraintes de cisaillement et appauvrissement des constituants cartilagineux au niveau du rebord lésionnel.
This study aimed to investigate how meniscal loss affects cartilage cell survival during joint loading using a novel live imaging approach. The researchers developed a microscopy-based system to observe microscale joint mechanics in living mice during controlled muscle contractions, allowing them to track chondrocyte (cartilage cell) responses in real-time. The key finding was that meniscal loss leads to rapid chondrocyte death (necrosis) within hours of injury when the knee is loaded, while intact menisci protect these cells from load-induced damage. These results suggest that preventing early chondrocyte death should be a priority for treatment interventions following meniscal injury, as this rapid cell death may be a critical early step in the development of osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte die protektive Rolle der Menisken für Knorpelzellen (Chondrozyten) bei Gelenkbelastung mittels eines neuartigen mikroskopiebasierten Systems an lebenden Mäusen. Die Forscher verwendeten kontrollierte Muskelkontraktionen zur Belastung der Kniegelenke und analysierten die akuten Auswirkungen von Meniskusverlust auf die Chondrozyten. Die Ergebnisse zeigten, dass der Verlust der Menisken bereits innerhalb weniger Stunden nach der Verletzung zu ausgedehntem Chondrozytentod (Nekrose) im Gelenkknorpel führt, während intakte Menisken die Knorpelzellen auch bei intensiver Belastung schützen. Diese Befunde unterstreichen die Bedeutung früher therapeutischer Interventionen zur Prävention des Chondrozytentods nach Meniskusverletzungen.
Cette étude visait à comprendre les mécanismes précoces de dégénérescence articulaire suite à la perte méniscale en utilisant un système de microscopie innovant pour analyser la mécanique articulaire à l'échelle microscopique chez des souris vivantes soumises à des contractions musculaires contrôlées. Les résultats démontrent que la perte méniscale entraîne une mort rapide des chondrocytes (nécrose) dans le cartilage articulaire en quelques heures seulement, tandis que des ménisques intacts protègent efficacement ces cellules lors de sollicitations mécaniques intenses. L'étude révèle que la sollicitation du genou après perte méniscale provoque une mort cellulaire extensive, que le cartilage soit initialement intact ou déjà lésé. Ces findings suggèrent que les interventions thérapeutiques précoces devraient prioritairement viser la prévention de la mort chondrocytaire pour limiter le développement de l'arthrose post-méniscectomie.
This study investigated how obesity affects knee cartilage mechanics and composition in healthy individuals using MRI. Researchers used 3T MRI to measure cartilage geometry and T1rho relaxation times in 15 subjects (8 normal BMI, 7 high BMI) before and after treadmill walking, creating 3D models to assess cartilage thickness and strain responses to loading. The key findings showed that individuals with higher BMI had significantly increased cartilage strain during loading, elevated T1rho relaxation times (indicating reduced proteoglycan content), and thinner baseline cartilage thickness compared to normal-weight subjects. These results suggest that obesity causes measurable changes in cartilage structure and mechanical behavior that may represent early, pre-symptomatic signs of osteoarthritic degeneration even in otherwise healthy individuals.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Adipositas und den biomechanischen sowie biochemischen Eigenschaften des Knieknorpels bei gesunden Probanden. Mittels 3-Tesla-MRT wurden Knorpelgeometrie und T1rho-Relaxationszeiten vor und nach Laufbandbelastung bei Personen mit normalem (n=8) und erhöhtem BMI (n=7) gemessen, um Knorpeldicke, mechanische Belastung und biochemische Zusammensetzung zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass Probanden mit höherem BMI signifikant erhöhte Knorpeldeformation, verlängerte T1rho-Relaxationszeiten und reduzierte tibiale Knorpeldicke aufwiesen. Diese Befunde deuten darauf hin, dass Adipositas bereits bei asymptomatischen Personen zu strukturellen und funktionellen Knorpelveränderungen führt, die möglicherweise präsymptomatische Zeichen einer Osteoarthrose-Entwicklung darstellen.
Cette étude visait à déterminer la relation entre l'obésité et les propriétés mécaniques et biochimiques du cartilage tibiofémoral chez des sujets sains. Les chercheurs ont utilisé l'IRM 3T pour mesurer la géométrie cartilagineuse, les déformations induites par la marche sur tapis roulant, et la relaxation T1ρ (indicateur de la composition en protéoglycanes) chez 15 sujets avec un IMC normal ou élevé. Les résultats montrent que les sujets avec un IMC élevé présentent une déformation cartilagineuse significativement augmentée, des temps de relaxation T1ρ prolongés (suggérant une diminution des protéoglycanes), et une épaisseur cartilagineuse tibiale réduite. Ces modifications biomécaniques et biochimiques du cartilage chez les sujets obèses pourraient représenter des signes précoces de dégénérescence pré-symptomatique de l'arthrose.
This study investigated how creep (time-dependent deformation under constant load) and recovery processes affect ratcheting strain (progressive deformation under repeated loading) in articular cartilage, as these combined deformations may accelerate cartilage damage during normal joint activities. The researchers conducted compression tests on cartilage samples under various loading conditions, including pre-creep phases, recovery periods, and cyclic loading with different peak-holding times, while measuring strain accumulation across different cartilage layers.
The key findings showed that pre-creep significantly increased initial ratcheting strain by 30-35%, even with short pre-creep durations, and that allowing recovery periods after pre-creep partially reduced this effect. Additionally, incorporating peak-holding periods during cyclic compression substantially increased creep-ratcheting strain compared to continuous cycling, with the magnitude dependent on holding time, stress amplitude, and loading rate.
The study demonstrated that cartilage's response to these loading patterns varies by depth, and that accumulated deformations from both creep and ratcheting mechanisms can accelerate cartilage damage, providing important insights for understanding joint degeneration under physiological loading conditions.
Diese Studie untersuchte experimentell das Verhalten von Gelenkknorpel unter kombinierten Kriech- und zyklischen Belastungen, um die Akkumulation von Ratcheting-Dehnungen zu verstehen. Die Forscher führten Kriech-Ermüdungs-Tests mit verschiedenen Vorkriech-Zeiten, Erholungsphasen und Spitzenhaltezeiten durch, wobei sie die Dehnungsverteilung in unterschiedlichen Knorpelschichten analysierten. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Vorkriechen die anfängliche Ratcheting-Dehnung um 30-35% erhöhte, während Erholungsphasen diesen Effekt teilweise reduzierten. Längere Spitzenhaltezeiten und höhere Spannungsamplituden verstärkten die Kriech-Ratcheting-Dehnungen signifikant, wobei diese akkumulierten Deformationen zur beschleunigten Knorpelschädigung beitragen können.
Cette étude examine l'effet du fluage (creep) et de la récupération sur la déformation d'encliquetage (ratcheting) du cartilage articulaire sous compression cyclique, dans le contexte des dommages de fatigue liés aux activités normales. Les méthodes expérimentales ont consisté à tester des échantillons de cartilage sous différentes conditions de pré-fluage et de récupération, avec analyse des comportements selon la profondeur du tissu et variation des paramètres temporels (temps de maintien au pic de contrainte). Les résultats montrent que le pré-fluage augmente significativement la déformation d'encliquetage initiale (30-35%), que les phases de récupération réduisent partiellement cette accumulation, et que la déformation d'encliquetage-fluage est dépendante de la profondeur du cartilage et proportionnelle au temps de maintien de la contrainte. Ces déformations accumulées (fluage et encliquetage) accélèrent les dommages du cartilage et pourraient contribuer à la dégénération articulaire lors d'activités répétées.
This study investigated how cartilage damage affects the shock-absorbing ability of cartilage-bone units under high-impact loading. The researchers removed the top 50% of cartilage thickness (mimicking Grade III cartilage lesions) from samples and subjected them to high-rate compression (4% strain at 5 Hz), using high-speed cameras and digital image correlation to measure deformation and calculate mechanical properties like stiffness and energy absorption. The key findings showed that removing the top cartilage layers significantly reduced cartilage stiffness by 39% and increased energy absorption in the underlying bone by 32%, making the bone more vulnerable to damage. These results demonstrate that the superficial and middle zones of cartilage play a crucial protective role in shielding underlying bone from high-impact forces, with important implications for understanding joint vulnerability in conditions like osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, wie sich Knorpelschädigungen auf die Stoßdämpfungsfähigkeit des Knorpel-Knochen-Systems unter schneller Kompression auswirken. Die Forscher entfernten die oberen 50% der Knorpeldicke (um Grad III Knorpelläsionen zu simulieren) und führten Hochgeschwindigkeits-Kompressionstests (4% Dehnung bei 5 Hz) durch, wobei sie digitale Bildkorrelation zur Quantifizierung der Verformung einsetzten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Entfernung der oberflächlichen und mittleren Knorpelschichten zu einer signifikanten Reduktion der Knorpelsteifigkeit um ~39% und einer um 32% erhöhten Energieabsorption im darunter liegenden Knochen führte. Diese Befunde unterstreichen die kritische Rolle der oberflächlichen tangentialen Zone und mittleren Knorpelschicht beim Schutz des subchondralen Knochens vor mechanischen Belastungen und erklären die erhöhte
Cette étude visait à évaluer l'impact de la dégradation cartilagineuse sur la capacité d'absorption des chocs de l'ensemble cartilage-os sous compression à haute vitesse. Les chercheurs ont retiré les 50% supérieurs de l'épaisseur cartilagineuse (mimant une lésion de grade III) et ont analysé les propriétés mécaniques par compression cyclique (4% de déformation à 5 Hz) couplée à la corrélation d'images numériques pour quantifier les déformations. Les résultats montrent une réduction significative de la rigidité du cartilage modifié (~39%) et une augmentation de l'absorption énergétique dans l'os sous-jacent (32%), rendant ce dernier plus vulnérable aux dommages. Cette étude démontre le rôle protecteur crucial de la zone tangentielle superficielle et de la zone moyenne du cartilage dans la protection de l'os sous-chondral contre les impacts compressifs sévères.
This randomized controlled trial aims to investigate whether a 14-week periodized circuit training program can reduce intermuscular adipose tissue (fat between muscles) in the thigh and improve various health outcomes in patients with knee osteoarthritis. The study will compare three groups of 60 participants (ages 40-65) with moderate knee OA: one receiving circuit training with exercises of varying intensities, another doing traditional strength training, and a control group receiving educational sessions about healthy lifestyles. Researchers will measure thigh fat using CT scans, body composition, inflammatory markers, cartilage breakdown products, muscle strength, physical performance, and patient-reported pain and function before and after the 14-week intervention. This represents the first study to examine how circuit training specifically affects intermuscular fat accumulation in knee osteoarthritis patients, potentially offering a low-cost, non-invasive treatment approach.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersucht den Einfluss eines 14-wöchigen periodisierten Zirkeltrainings auf das intermuskuläre Fettgewebe des Oberschenkels bei Patienten mit Kniearthrose. Die Forscher vergleichen drei Interventionsgruppen (Zirkeltraining, Krafttraining und Aufklärungsprogramm) mit jeweils 20 Teilnehmern über 14 Wochen, wobei umfassende Messungen mittels Computertomographie, DXA-Scan, Entzündungsmarkern und funktionellen Tests durchgeführt werden. Dies ist die erste randomisierte Studie, die spezifisch die Auswirkungen von Zirkeltraining auf intermuskuläres Fettgewebe bei Kniearthrose untersucht und könnte wichtige Erkenntnisse für eine kostengünstige, nicht-medikamentöse Behandlungsoption liefern.
Cette étude vise à analyser l'influence d'un protocole d'entraînement en circuit périodisé de 14 semaines sur le tissu adipeux intermusculaire de la cuisse chez des patients atteints de gonarthrose. Soixante participants avec gonarthrose grades II-III seront randomisés en trois groupes : entraînement en circuit périodisé, musculation traditionnelle, ou protocole éducatif de contrôle, avec des évaluations par tomodensitométrie, DXA, biomarqueurs inflammatoires et de dégradation cartilagineuse. Il s'agit du premier essai contrôlé randomisé évaluant spécifiquement les effets d'un entraînement en circuit sur le tissu adipeux intermusculaire chez les patients gonarthrosiques, représentant une approche thérapeutique non-pharmacologique potentiellement accessible et à fort impact clinique.
This study aimed to investigate spontaneous calcium signaling in chondrocytes (cartilage cells), which were previously thought to only respond to external stimuli like mechanical loading. The researchers used live cell calcium imaging to observe spontaneous calcium oscillations, statistical analysis to characterize their patterns, biophysical modeling to explain the mechanisms, and pharmacological testing with pathway inhibitors to identify key signaling components.
The key findings demonstrated that chondrocytes exhibit robust spontaneous calcium signaling with unique "fingerprint" patterns for each cell, following predictable statistical distributions that suggest an autocatalytic, threshold-controlled mechanism. The researchers identified that spontaneous calcium peaks require extracellular calcium and involve specific pathways including PLC-IP3 signaling, purinoceptors, and TRPV4 channels, while voltage-gated calcium channels actually suppress this spontaneous activity.
Diese Studie untersuchte die spontane Kalziumsignalübertragung in Chondrozyten, die bisher als nicht-erregbare Zellen ohne spontane [Ca²⁺]-Aktivität galten. Die Forschenden kombinierten Live-Cell-Imaging zur Analyse räumlich-zeitlicher Kalziummuster mit statistischer Modellierung und pharmakologischen Experimenten unter Verwendung von 10 verschiedenen Pathway-Antagonisten. Die Ergebnisse zeigten, dass Chondrozyten robuste spontane [Ca²⁺]-Oszillationen mit charakteristischen "Fingerprint"-Mustern aufweisen, die einer lognormalen Verteilung folgen und durch einen autokatalytischen, schwellenwert-regulierten Mechanismus erklärt werden können. Als Schlüsselfaktoren wurden extrazelluläres Kalzium, der PLC-IP₃-Pathway, Purinrezeptoren und TRPV4-Kanäle identifiziert, während spannungsgesteuerte Kalziumkanäle hemmend wirken.
Cette étude visait à caractériser la signalisation calcique spontanée des chondrocytes, cellules traditionnellement considérées comme non-excitables, et à identifier les mécanismes sous-jacents. Les chercheurs ont combiné l'analyse statistique des oscillations calciques intracellulaires, la modélisation biophysique multistade, et l'utilisation d'antagonistes pour 10 voies de signalisation différentes. Les résultats démontrent que les chondrocytes présentent une signalisation calcique spontanée robuste avec des motifs spatiotemporels uniques pour chaque cellule, suivant une distribution log-normale et impliquant principalement la voie PLC-IP3, les purinorécepteurs et les canaux TRPV4. Cette découverte révèle un nouveau mécanisme fondamental de la mécanobiologie des chondrocytes, remettant en question la conception classique de ces cellules comme non-excitables.
This study aimed to understand how microscopic damage to cartilage fibrils affects the overall mechanical behavior of cartilage tissue using computational modeling. The researchers developed a multiscale model to simulate two types of fibril degradation mechanisms - crosslink failure between collagen molecules and generalized surface degradation - and tested their effects on tissue mechanics through simulated nanoindentation tests across different cartilage layers. The key finding was that while cartilage tissue mechanics depend on fibril properties, the tissue can withstand approximately 10% more strain than individual fibrils, with yield strain varying from ~27-37% at the tissue level compared to ~16-26% at the fibril level for crosslink failure. The results demonstrate that different degradation mechanisms have distinct effects on cartilage mechanics, with the tissue's enhanced resilience attributed to fiber-matrix interactions and the depth-dependent organization of cartilage structure.
Diese Studie untersuchte mittels eines multiskaligen Computermodells, wie fibrilläre Degradationsmechanismen die biomechanischen Eigenschaften von Gelenkknorpel auf Gewebeebene beeinflussen. Die Forscher modellierten zwei Hauptdegradationsmechanismen - das Versagen von Tropocollagen-Quervernetzungen (β) und eine generalisierte Oberflächendegradation (Δ) - und analysierten deren Auswirkungen durch simulierte Nanoindentationstests in verschiedenen Knorpelschichten. Die Ergebnisse zeigten, dass beide Degradationsmechanismen zu unterschiedlichen Fließspannungen und Post-Fließ-Verhalten im Vergleich zu intaktem Knorpel führten, wobei das Gewebe auf makroskopischer Ebene größere Dehnungen tolerierte als auf Fibrillenebene (Gewebefließdehnung: ~27-37% vs. Fibrillenfließdehnung: ~16-26%). Diese Erkenntnisse verdeutlichen die komplexe Beziehung zwischen molekularen Defekten und den mechanischen Eigensch
Cette étude vise à comprendre comment la dégradation des fibrilles de collagène au niveau moléculaire affecte les propriétés mécaniques globales du cartilage articulaire. Les chercheurs ont développé un modèle computationnel multi-échelle pour simuler deux mécanismes de dégradation fibrillaire : la rupture des liaisons croisées du tropocollagène et la dégradation de surface généralisée, en testant leurs effets lors de tests de nanoindentation simulés. Les résultats montrent que le tissu cartilagineux présente une résistance mécanique supérieure à celle des fibrilles individuelles, avec des variations de déformation à la rupture d'environ 10% pour la rupture des liaisons croisées et 7% pour la dégradation de surface au niveau de la couche superficielle. Cette différence de comportement mécanique entre l'échelle fibrillaire et tissulaire s'explique par les interactions fibres-matrice et l'orientation des fibres dépendante de la profondeur, fournissant des bases importantes pour le développement d'approches thérapeutiques ciblant les pathologies cartilagineuses.
This study investigated whether a specific breakdown product of cartilage (COMP neo-epitope) could serve as a blood biomarker for detecting early joint damage in horses. The researchers used custom-developed blood tests to measure COMP neo-epitope levels in healthy horses during exercise, horses with acute lameness, and examined cartilage tissue samples under microscopy.
The key finding was that lame horses had dramatically higher blood levels of COMP neo-epitope compared to healthy horses (5.24 vs 0.84 μg/mL), and this marker was only present in damaged cartilage tissue, not in normal cartilage. The biomarker levels were not affected by age or daily rhythms, though they temporarily decreased during intense exercise before returning to normal levels.
These results suggest that measuring COMP neo-epitope in blood could potentially help veterinarians detect cartilage breakdown associated with joint lameness in horses, offering a promising tool for early osteoarthritis diagnosis.
Diese Studie untersuchte ein neuartiges COMP-Neo-Epitop als potentiellen Serumbiomarker für frühe Osteoarthritis bei Pferden und evaluierte dabei den Einfluss von zirkadianen Rhythmen, Alter, Training und akuter Lahmheit. Die Forscher verwendeten longitudinale und Querschnittsstudien mit gesunden und lahmen Pferden, analysierten Serumproben mittels ELISA und führten immunhistochemische Untersuchungen von Gelenkknorpel durch. Die Hauptergebnisse zeigten, dass lahme Pferde signifikant höhere COMP-Neo-Epitop-Konzentrationen aufwiesen als gesunde Kontrollen (5,24 vs. 0,84 μg/ml), während Alter keinen Einfluss hatte und die Werte nach Training zunächst sanken, dann aber zu Ausgangswerten zurückkehrten. Das Neo-Epitop war immunhistochemisch nur in osteoarthritischem, nicht aber in gesundem Knorpel nachweisbar, was auf sein Potenzial als Biomarker für pathologische Knorpelfragmentierung bei akuter
Cette étude visait à évaluer un nouveau biomarqueur sérique, le néo-épitope de la protéine oligomère de matrice cartilagineuse (COMP), pour détecter précocement l'arthrose chez les chevaux. Les chercheurs ont utilisé des tests ELISA validés pour analyser les concentrations sériques chez des chevaux sains (études longitudinales avec exercice) et lors de comparaisons transversales entre chevaux boiteux et non-boiteux, complétées par une immunohistochimie du cartilage articulaire. Les résultats montrent que les concentrations de néo-épitope COMP étaient significativement plus élevées chez les chevaux boiteux (5,24 ± 1,83 μg/ml) comparés aux chevaux sains (0,84 ± 0,38 μg/ml, p<0,001), sans influence de l'âge ni variation circadienne notable. Ce biomarqueur pourrait donc permettre d'identifier la fragmentation pathologique du cartilage associée aux boiteries articulaires aiguës chez le cheval.
This study aimed to develop a robust MRI method for measuring how patellofemoral (kneecap) cartilage deforms and changes contact area under different loading conditions. The researchers used high-resolution 3T MRI with prospective motion correction (optical tracking to account for knee movement) and tested 15 healthy men under three loading conditions (0, 200, and 400 N), with cartilage measurements enhanced using deep learning segmentation techniques. The results showed that as load increased, cartilage contact area expanded significantly (14.5-19% increase), while both patellar and femoral cartilage became thinner (3.4-7.4% decrease depending on location and load). The motion correction and neural network processing made the measurements highly reproducible and reduced measurement variability by approximately 50% compared to manual segmentation alone.
Diese Studie zielte darauf ab, die Verformung des patellofemoralen Knorpels und Veränderungen der Kontaktfläche unter statischer Belastung mittels hochauflösender MRT mit prospektiver Bewegungskorrektur zu quantifizieren. An 15 gesunden männlichen Probanden wurden 3T-MRT-Messungen mit drei verschiedenen Belastungsstufen (0/200/400 N) durchgeführt, wobei eine optische Verfolgungstechnologie Bewegungsartefakte korrigierte und ein Deep-Learning-Ansatz die manuelle Knorpelsegmentierung regularisierte. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante, lastabhängige Zunahme der patellofemoralen Kontaktfläche um 14,5-19,0% sowie eine entsprechende Dickenabnahme des patellaren (-4,4 bis -7,4%) und femoralen Knorpels (-3,4 bis -7,1%) bei steigender Belastung. Die Methode erwies sich als hochreproduzierbar und die neuronale Netzwerk-Regularisierung reduzierte die Varianz der Mess
Cette étude vise à quantifier la déformation du cartilage patellofémorale et les changements de surface de contact en réponse à des charges statiques, en utilisant une IRM haute résolution avec correction prospective de mouvement. Les chercheurs ont utilisé une séquence IRM 3T avec correction optique de mouvement chez 15 sujets masculins sains, appliquant trois charges différentes (0/200/400 N), et ont combiné une segmentation manuelle avec un traitement par réseau de neurones pour améliorer la précision des mesures.
Les résultats montrent que l'augmentation de la charge entraîne une augmentation significative de la surface de contact patellofémorale (+14,5% à 200N, +19,0% à 400N) et une diminution concomitante de l'épaisseur du cartilage patellaire (-4,4%/-7,4%) et fémoral (-3,4%/-7,1%). Cette approche technologique permet une évaluation quantitative reproductible de la biomécanique du cartilage in situ, avec une réduction de 50% de la variance des mesures grâce au traitement par intelligence artificielle.
This study investigated how the speed of loading affects strain distribution patterns throughout the depth of articular cartilage. The researchers developed a method to measure axial strain fields across the full thickness of cartilage samples under both static (constant) loading and dynamic loading at different rates. The key finding was that strain was distributed more evenly throughout the cartilage depth during dynamic loading compared to static loading, with higher strain rates producing even more uniform strain patterns than lower rates. These results suggest that the mechanical behavior of cartilage differs significantly between static and dynamic conditions, which has important implications for understanding joint function and developing cartilage replacement materials.
Diese Studie untersuchte, wie sich unterschiedliche Belastungsgeschwindigkeiten auf die lokalen Dehnungsverteilungen in Gelenkknorpel auswirken. Die Forscher entwickelten eine Methode zur Messung axialer Dehnungsfelder durch die gesamte Knorpeltiefe unter statischen und dynamischen Belastungsbedingungen mit verschiedenen Belastungsraten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Dehnungsverteilungen bei dynamischer Belastung gleichmäßiger waren als bei statischer Belastung. Zudem führten höhere Dehnungsraten zu einer gleichmäßigeren Verteilung der mechanischen Beanspruchung durch die Knorpelschicht als niedrigere Raten.
Cette étude vise à caractériser les distributions de déformation dans le cartilage articulaire sous différentes conditions de chargement statique et dynamique, afin d'améliorer le développement de biomatériaux. Les chercheurs ont développé une méthode pour mesurer les champs de déformation axiale à travers l'épaisseur du cartilage articulaire à différentes vitesses de sollicitation. Les résultats montrent que les distributions de déformation sont plus uniformes dans l'épaisseur du cartilage lors de chargements dynamiques comparés aux conditions statiques, et plus uniformes à vitesse de déformation élevée qu'à vitesse faible. Ces findings soulignent l'importance des propriétés dynamiques du cartilage pour comprendre sa fonction articulaire et sa biosynthèse.
This study aimed to investigate how mechanical loading affects microRNA (miR) expression in human cartilage and identify specific miRs that respond to beneficial versus harmful loading conditions, which could provide new targets for osteoarthritis treatment. The researchers used tissue-engineered human cartilage subjected to two different loading patterns - one that promotes cartilage building (anabolic) and one that promotes breakdown (catabolic) - followed by comprehensive miR analysis and validation in healthy versus osteoarthritic cartilage samples.
The key finding was that harmful catabolic loading dramatically altered the expression of 80 miRs, while beneficial anabolic loading caused only minor changes. The researchers identified two groups of mechanosensitive miRs: some that respond to both loading types (miR-221, miR-6872-3p, miR-6723-5p) and others that specifically respond only to harmful loading conditions, with miR-221 activity linked to a known cellular stress pathway (pERK1/2).
These mechanosensitive miRs were not permanently altered in osteoarthritic cartilage, suggesting they represent acute responses to mechanical stress rather than chronic disease markers.
Diese Studie untersuchte, ob mechanische Belastung die globale microRNA(miR)-Expression in menschlichen Chondrozyten beeinflusst und identifizierte mechanosensitive miRs als potentielle diagnostische oder therapeutische Zielstrukturen für die Osteoarthritis-Behandlung. Die Forscher setzten gewebemanipuliertes menschliches Knorpelgewebe zwei verschiedenen Belastungsregimen aus (anabole vs. katabole Stimulation) und analysierten die miR-Expression mittels Mikroarray-Analyse und qRT-PCR. Während anabole Belastung nur geringe Veränderungen hervorrief, führte katabole Stimulation zu einer signifikanten Regulation von 80 miRs, wobei einige miRs (wie miR-221) auf beide Belastungsarten reagierten, während andere spezifisch auf schädliche Belastung ansprachen. Die Ergebnisse zeigen erstmals eine Gruppe mechanosensitiver miRs, die charakteristisch für schädliche Belastung sind und möglicherweise das Proteom differenziell beeinflussen, wenn Knorpelgew
Cette étude visait à identifier les microARN (miR) mécanosensibles impliqués dans la mécanotransduction du cartilage humain, en distinguant les régimes de charge bénéfiques et délétères pour mieux comprendre la physiopathologie de l'arthrose. Les chercheurs ont soumis du cartilage humain bio-ingénié à deux types de charges mécaniques (anabolique stimulant la synthèse de protéoglycanes vs catabolique la supprimant), puis ont analysé l'expression globale des miR par microarray et qRT-PCR. Les résultats montrent que la charge catabolique régule significativement 80 miR (dont miR-199b-5p, miR-1229-5p spécifiquement cataboliques), tandis que la charge anabolique induit des changements mineurs, avec certains miR comme miR-221 répondant aux deux conditions via l'activation de pERK1/2. Cette étude définit le premier groupe de miR mécanosensibles caractéristiques des charges délétères, ouvrant de nouvelles perspectives thérapeutiques pour l'arthrose.
This review examines how hydrostatic pressure affects the conversion of mesenchymal stem cells (MSCs) into cartilage-forming cells for treating early osteoarthritis. The authors analyzed existing studies that applied uniform pressure around cells without deforming them, mimicking the natural fluid pressurization that occurs in cartilage during joint loading. The review found that hydrostatic pressure has beneficial (anabolic) effects on both existing cartilage cells and MSC transformation into cartilage cells, promoting better tissue formation. The authors conclude by discussing the biological mechanisms behind these pressure-induced benefits, which could improve tissue engineering approaches for cartilage repair.
Diese Übersichtsarbeit untersucht den Einfluss von hydrostatischem Druck auf die chondrogene Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) als potenzielle Therapie für Knorpeldefekte bei früher Osteoarthritis. Die Autoren analysierten In-vitro-Studien, die zeigen, wie hydrostatischer Druck - eine gleichmäßige Druckbelastung ohne Zellverformung, die in vivo durch Flüssigkeitspressung im Knorpel entsteht - die Knorpelbildung beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass hydrostatischer Druck sowohl bei Chondrozyten als auch bei MSCs anabole Effekte auf die Chondrogenese hat und die Matrixbildung fördert. Die Studie fasst die zugrundeliegenden Mechanismen zusammen, durch die mechanische Stimuli wie hydrostatischer Druck die Knorpelregeneration in der Gewebezüchtung verbessern können.
Cette revue examine l'utilisation de la pression hydrostatique pour améliorer la différenciation chondrogénique des cellules souches mésenchymateuses (CSM) dans le contexte de l'ingénierie tissulaire du cartilage pour traiter l'arthrose précoce. Les auteurs analysent les études in vitro qui ont évalué les effets de la pression hydrostatique - une contrainte uniforme exercée autour des cellules sans déformation cellulaire, similaire à celle observée lors de la pressurisation du fluide interstitiel dans le cartilage articulaire. La revue synthétise les résultats démontrant les effets anaboliques de la pression hydrostatique sur la chondrogenèse des CSM et sur les chondrocytes. Les mécanismes par lesquels la pression hydrostatique exerce ces effets bénéfiques sur la formation de matrice cartilagineuse sont également discutés.
This study aimed to understand how acute cartilage damage occurs at the microscopic level by developing a comprehensive computer model that connects whole-joint mechanics with molecular-level cartilage structure. The researchers created a detailed finite element model of the entire tibiofemoral (knee) joint that incorporates the hierarchical structure of cartilage from the macro to micro scale, then simulated the joint under both normal (2000 N) and high (up to 7000 N) loading conditions at 30° knee flexion. The model successfully predicted joint responses that matched previous experimental data and showed that cartilage damage begins as micro-defects in collagen fibrils, primarily in the superficial and middle layers of tibial cartilage. Additionally, the simulations revealed that stiffer cartilage fibrils (with more cross-links) require higher stress to fail but then yield more rapidly once damage begins, providing new insights into the relationship between cartilage structure and failure mechanisms.
Diese Studie zielte darauf ab, akute Knorpelschäden im Kniegelenk auf mikroskopischer Ebene zu verstehen, indem Schäden auf Fibrillenebene als plastische Verformungen (Mikro-Defekte) charakterisiert wurden. Die Forscher entwickelten ein detailliertes Finite-Elemente-Modell des gesamten Tibiofemoralgelenks mit einem multiskaligen konstitutiven Modell, das die strukturellen Hierarchien des Gelenkknorpels berücksichtigt und unter physiologischen (2000 N) sowie hohen axialen Belastungen (bis 7 kN) bei 30° Flexion simuliert wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass Fibrillenschäden hauptsächlich in den oberflächlichen und mittleren Schichten des Tibiaknorpels auftreten, wobei steifere Fibrillen (mit höherer Quervernetzungsdichte) höhere Kontaktspannungen für das Erreichen der Fließgrenze benötigen, aber dann schneller versagen. Dies ist das erste Modell, das Makro-Kontinuum-Gelen
Cette étude visait à caractériser les mécanismes de défaillance aiguë du cartilage articulaire au niveau microstructural en développant un modèle éléments finis multi-échelle de l'articulation tibiofémoral entière. Les chercheurs ont simulé des conditions de charge physiologique (2000 N) et pathologique (jusqu'à 7 kN) avec une flexion du genou à 30°, intégrant les hiérarchies structurelles du cartilage depuis le niveau macroscopique jusqu'aux fibrilles de collagène. Les résultats ont révélé que l'initiation et la propagation des dommages se produisent principalement dans les couches superficielles et moyennes du cartilage tibial, avec une corrélation positive entre la rigidité des fibrilles (densité de réticulation) et le seuil de contrainte nécessaire pour induire une déformation plastique. Ce modèle constitue le premier à combiner la mécanique articulaire macro-continue avec la micromécanique tissulaire, offrant une plateforme de simulation pour explorer l'interaction entre les dommages cartilagineux aigus et les caractéristiques micromécaniques au niveau du tropocollagène.
This study investigated how cartilage defects of different sizes and locations affect knee joint mechanics and may contribute to osteoarthritis development. The researchers used finite element computer models to simulate various femoral cartilage defects under loading conditions that mimic peak forces during walking.
The key findings showed that cartilage defects significantly increased tissue strain, with small defects causing 50% higher compressive strains and average-sized defects causing 100% higher strains compared to healthy cartilage. Importantly, defects also altered strain patterns across the joint, shifting loads to cartilage regions with reduced stiffness and affecting the healthy cartilage on the opposing tibial surface, with lateral femoral defects increasing tibial cartilage strain by 25%. These biomechanical changes resulted in 11-34% increases in peak contact stresses, providing insight into how focal cartilage damage may progress to widespread joint degeneration.
Diese Studie untersuchte mittels Finite-Elemente-Modellierung, wie sich Größe und Lokalisation von fokalen Knorpeldefekten am Femur auf die Biomechanik des gesamten Kniegelenks auswirken. Die Forscher simulierten verschiedene Defektgrößen unter Belastungsbedingungen, die der maximalen Gelenkskompression während der Standphase des Gehens entsprechen. Die Ergebnisse zeigten, dass kleine und mittelgroße Defekte die maximalen Druckspannungen um etwa 50% bzw. 100% erhöhten und auch die gesunde Knorpeldeformation der Tibia beeinflussten – laterale Femurdefekte steigerten die tibiale Belastung um 25%, während mediale Defekte sie um 6-15% reduzierten. Diese biomechanischen Veränderungen führten zu einer Umverteilung der Belastungsmuster und erhöhten die Spitzenkontaktspannungen um 11-34%, was die Rolle von Knorpeldefekten bei der Osteoarthrose-Entwicklung erklärt.
Cette étude examine comment la taille et la localisation des défauts focaux du cartilage articulaire fémoral affectent la biomécanique du genou entier en utilisant des modèles par éléments finis sous charge de compression maximale pendant la marche. Les résultats montrent que les petits et moyens défauts augmentent respectivement les contraintes compressives maximales d'environ 50% et 100% par rapport au cartilage sain, avec des modifications spatiales de la distribution des contraintes qui sollicitent des régions cartilagineuses initialement moins rigides. Les défauts fémoraux affectent également la déformation du cartilage tibial sain opposé, avec des augmentations de 25% pour les défauts latéraux et des diminutions de 6-15% pour les défauts médiaux. Ces altérations biomécaniques entraînent une augmentation des contraintes de contact maximales de 11% à 34% par rapport au cartilage sain, suggérant un mécanisme potentiel de progression vers l'arthrose.
This study aimed to demonstrate the feasibility of measuring cartilage strain in the human knee joint during mechanical loading using advanced MRI techniques. The researchers used continuous 3D GRASP-MRI with compressed sensing reconstruction to scan five healthy volunteers at rest, under static loading, and during recovery, then calculated cartilage deformation and strain using optical flow algorithms. The results showed that cartilage displacement ranged from -674 to +727 micrometers during loading, with corresponding strains of -7.0% to +5.4%, which partially recovered after load removal. This proof-of-concept study demonstrates that non-invasive MRI-based strain mapping of knee cartilage is feasible and could potentially be developed as a clinical tool for assessing joint health and pathology.
Diese Studie zielte darauf ab, die Machbarkeit der In-vivo-Messung von Knorpeldeformation im menschlichen Kniegelenk mittels statischer mechanischer Belastung und kontinuierlicher 3D-MRT zu demonstrieren. Fünf gesunde Probanden wurden bei 3 Tesla mit einer 3D-GRASP-MRT-Sequenz unter Ruhebedingungen, statischer Belastung und während der Erholung untersucht, wobei Verformungskarten durch einen optischen Flussalgorithmus berechnet wurden. Die Ergebnisse zeigten messbare Knorpelverformungen von bis zu ±673-726 μm und entsprechende Dehnungen von -7,0% bis +5,4% unter Belastung, die sich während der Erholungsphase reduzierten. Die Studie belegt die Durchführbarkeit dieser nicht-invasiven MRT-Technik zur quantitativen Erfassung dynamischer biomechanischer Eigenschaften des Gelenkknorpels, was zukünftig für die Beurteilung von Gelenkpathologien relevant sein könnte.
Cette étude prospective visait à démontrer la faisabilité de la mesure des contraintes (strain) du cartilage articulaire tibio-fémoral in vivo en utilisant l'IRM sous charge mécanique statique. L'équipe a utilisé une technique d'acquisition IRM 3D continue (GRASP-MRI) à 3T chez cinq volontaires sains, avec quantification des déformations cartilagineuses par algorithme de flux optique et calcul des contraintes lagrangiennes. Les résultats montrent des déplacements cartilagineux allant de -673,6 à +726,5 μm sous charge, avec des contraintes correspondantes de -7,0% à +5,4%, ces valeurs diminuant partiellement lors de la phase de récupération. Cette approche novatrice ouvre la voie à l'évaluation dynamique non-invasive des propriétés biomécaniques du cartilage articulaire, avec des applications potentielles pour le diagnostic des pathologies articulaires.
This study investigated whether a knee valgus unloader brace could reduce medial femoral cartilage deformation during walking in people with varus-aligned knees. Twenty-four healthy participants completed 5,000-step walking protocols both with and without the brace, while researchers used ultrasound imaging to measure changes in medial cartilage cross-sectional area before and after walking. Overall, the brace did not significantly reduce cartilage deformation across all participants (2.77% vs 3.15% compression). However, in individuals who normally experienced substantial cartilage deformation during walking (above a measurable threshold), the brace provided meaningful protection by reducing deformation from 6.34% to 2.94%, suggesting it may be beneficial for certain varus-aligned individuals at higher risk of cartilage loading.
Diese Studie untersuchte, ob eine Valgus-Entlastungsorthese die Knorpelverformung im medialen Femurkondylus bei Personen mit Varus-Kniestellung nach dem Gehen reduzieren kann. 24 gesunde Probanden absolvierten sowohl mit als auch ohne Orthese ein 5000-Schritte-Gehprotokoll, wobei die Knorpelverformung mittels Ultraschall vor und nach der Belastung gemessen wurde. In der Gesamtgruppe zeigte sich kein signifikanter Unterschied in der Knorpelverformung zwischen den Bedingungen, jedoch profitierten Personen mit stärkerer Knorpeldeformation (oberhalb der minimalen messbaren Veränderung) von der Orthese mit reduzierter Verformung (-2,94% vs. -6,34%). Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Valgus-Entlastungsorthesen möglicherweise selektiv bei bestimmten Varus-ausgerichteten Personen mit ausgeprägter Knorpeldeformation während des Gehens wirksam sein könn
Cette étude visait à évaluer les effets d'une orthèse de décharge en valgus du genou sur la déformation du cartilage articulaire fémoral médial après la marche chez des individus avec un alignement en varus. Vingt-quatre participants sains ont réalisé un protocole de marche de 5000 pas sur tapis roulant dans deux conditions (avec et sans orthèse), avec acquisition d'images échographiques du cartilage fémoral avant et après l'exercice pour mesurer les changements de surface de section transversale du cartilage médial (MCCA). Bien qu'aucune différence significative n'ait été observée sur l'ensemble de la cohorte entre les conditions avec orthèse (-2,77%) et sans orthèse (-3,15%), les individus présentant une déformation cartillagineuse supérieure au seuil de changement minimal détectable ont montré une réduction significative de la déformation avec l'orthèse (-2,94% vs -6,34%). Ces résultats suggèrent que l'orthèse de décharge en valgus pourrait constituer une stratégie d'intervention bénéfique spécifiquement pour les individus en v
This study investigated how high-speed mechanical impact causes cartilage cell death that leads to post-traumatic osteoarthritis. The researchers used laboratory cartilage samples subjected to fast (80%/s) versus slow (0.1%/s) indentation loading, then measured cell viability and tissue properties using atomic force microscopy and MRI, combined with computational modeling to analyze strain and stress patterns around cells.
The key finding was that rapid impact loading caused significantly more chondrocyte death compared to slow loading, and this cell death occurred immediately at the time of impact rather than developing over days. The computational analysis revealed that cell death patterns closely matched areas of high tensile and shear strain (tissue deformation) but not high stress (force), suggesting that excessive tissue stretching and distortion - rather than compression forces - kills the cells.
These results indicate that strain amplification in the cellular and pericellular regions during high-rate loading may represent the critical mechanical trigger that initiates cartilage degeneration in post-traumatic osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastungen bei Knorpeltrauma zum Zelltod von Chondrozyten und zur Entstehung posttraumatischer Arthrose führen. Die Forscher verwendeten ein in vitro Modell mit schneller (80%/s) versus langsamer (0,1%/s) Indentationsbelastung und analysierten die Zellviabilität mittels Live/Dead-Färbung, die biomechanischen Eigenschaften durch Atomkraftmikroskopie sowie die Gewebestruktur durch MRT-Bildgebung. Die Ergebnisse zeigten, dass schnelle Impaktbelastung zu signifikantem Chondrozytentod und reduzierter Matrixsteifigkeit führte, wobei die räumlichen Muster des Zelltods eng mit computationell berechneten erhöhten Dehnungen (nicht Spannungen) in der perizellulären Matrix und den Zellen korrelierten. Die Studie identifiziert kritische Dehnungsschwellenwerte in der perizellulären Region als möglichen Entstehungsort früher Schäden bei posttraumat
Cette étude visait à identifier les mécanismes de transfert de contraintes mécaniques responsables de la mort cellulaire dans le cartilage lors d'impacts traumatiques pouvant mener à l'arthrose post-traumatique. Les chercheurs ont utilisé un modèle in vitro d'indentation à différentes vitesses, complété par des analyses de microscopie à force atomique, d'IRM et de modélisation computationnelle pour évaluer la viabilité des chondrocytes et les propriétés mécaniques du cartilage. Les résultats montrent que la charge d'impact rapide (80%/s) provoque une mort cellulaire immédiate et une diminution de la rigidité matricielle, avec une corrélation étroite entre la perte de viabilité cellulaire et l'amplification des déformations (et non des contraintes) dans les régions péricellulaire et cellulaire. L'amplification des déformations de traction et de cisaillement au-delà de seuils critiques dans la matrice péricellulaire pourrait constituer le point d'origine des dommages précoces dans l'arthrose post-traumatique.
This study aimed to develop a controlled drop-weight impact testing model using goat ankle joints to simulate traumatic injury and understand how it leads to post-traumatic osteoarthritis (PTOA). The researchers subjected fresh-frozen goat tibiotalar joints to controlled axial impacts (10.5 kg dropped from 0.3 m height) and then evaluated damage using high-resolution micro-CT imaging and mechanical testing. Surprisingly, the impacts caused no visible structural damage to cartilage or bone at either macro- or microscopic levels, and contrast-enhanced imaging showed no changes in cartilage composition. However, mechanical testing revealed altered joint biomechanics with increased energy loss (hysteresis), suggesting "invisible injuries" that could potentially lead to PTOA despite the absence of detectable structural damage.
Diese Studie zielte darauf ab, ein kontrolliertes Drop-Weight-Impact-Testmodell zu etablieren, um osteochondrale Schäden in Ziegen-Tibiotalar-Gelenken zu induzieren und damit die Entstehung posttraumatischer Arthrose besser zu verstehen. Die Forscher verwendeten frisch-gefrorene Ziegengelenke, die mit einer definierten axialen Stoßbelastung (10,5 kg aus 0,3 m Höhe) impaktiert und anschließend mittels kontrastverstärkter Mikro-CT sowie quasi-statischen Belastungstests analysiert wurden. Obwohl die Mikro-CT-Bildgebung weder makroskopische noch mikroskopische osteochondrale Schäden oder strukturelle Knorpelveränderungen nachweisen konnte, zeigten die biomechanischen Tests eine veränderte Gelenkfunktion mit erhöhter Hysterese nach dem Impact. Die Studie demonstriert somit, dass bereits einzelne axiale Stöße "unsichtbare Verletzungen" verursachen können, die sich in veränderten biomechanischen Eigenschaften des Ge
Cette étude avait pour objectif d'établir un modèle expérimental d'impact contrôlé sur des articulations tibio-talaires caprines pour induire des lésions ostéochondrales microscopiques sans fractures macroscopiques, dans le but de mieux comprendre les mécanismes de l'arthrose post-traumatique. Les chercheurs ont utilisé un système de chute de poids (10,5 kg depuis 0,3 m) sur des articulations fraîches congelées, puis analysé les dommages par micro-CT haute résolution avec contraste et évalué le comportement biomécanique post-impact par des tests de compression quasi-statique. Bien que l'imagerie micro-CT n'ait révélé aucun dommage ostéochondral visible au niveau macro- ou microscopique, les tests biomécaniques ont montré une altération du comportement articulaire (augmentation de l'hystérésis) après impact. Ces résultats suggèrent l'existence de "lésions invisibles" après traumatisme articulaire, soulignant la nécessité de développer des outils diagnostiques plus sensibles pour détecter les changements précoces du cartilage articulaire susceptibles d'
This review aimed to evaluate how blood biomarkers can help us understand the effects of both single exercise sessions and long-term training on joint health in healthy people and those with joint diseases. The authors conducted a comprehensive literature search to identify biomarkers related to cartilage, bone, synovium, synovial fluid, and inflammation that have been used in exercise studies. The main finding was that most research has focused on cartilage oligomeric matrix protein (COMP) in healthy young adults, showing that acute exercise temporarily increases blood COMP levels (indicating cartilage activity) primarily based on exercise duration, but this increase doesn't appear to cause lasting joint damage or lead to osteoarthritis. The authors concluded that while promising biomarkers exist for monitoring joint responses to exercise, the field needs better standardization of methods and clearer definitions of normal versus harmful biomarker responses to advance our understanding.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte, wie Serum-Biomarker des Gelenkstoffwechsels zur Beurteilung der Auswirkungen von akuter und chronischer Belastung auf die Gelenkgesundheit eingesetzt werden können. Die Autoren führten eine umfassende Literaturrecherche zu Biomarkern durch, die mit Gelenkknorpel, Knochen, Synovium, Synovialflüssigkeit und Entzündung in Verbindung stehen. Die Haupterkenntnisse zeigen, dass akute Belastung zu einem vorübergehenden Anstieg des Serum-COMP (Cartilage Oligomeric Matrix Protein) führt, der primär von der Trainingsdauer abhängt und nicht mit dauerhaften schädlichen Veränderungen oder Knorpelabbau assoziiert ist. Die Studie identifiziert vielversprechende Biomarker für zukünftige Forschung, betont jedoch die Notwendigkeit einer methodischen Standardisierung und der Definition normaler versus abnormaler Biomarker-Reaktionen auf Belastung.
Cette revue évalue l'utilisation des biomarqueurs sériques du métabolisme articulaire pour comprendre les effets de l'exercice aigu et chronique sur la santé articulaire dans des conditions physiologiques et pathologiques. Les auteurs ont réalisé une recherche littéraire exhaustive identifiant les biomarqueurs liés au cartilage, à l'os, au synovium, au liquide synovial et à l'inflammation. Les résultats montrent que la recherche actuelle se concentre principalement sur la protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse (COMP), qui augmente transitoirement après un exercice aigu en fonction de sa durée, sans être associée à des changements délétères durables ou à de la dégradation cartilagineuse. L'étude conclut que plusieurs biomarqueurs prometteurs existent pour évaluer le métabolisme articulaire, mais qu'une standardisation méthodologique et la définition de réponses "normales" versus "anormales" sont nécessaires pour améliorer la compréhension des mécanismes et informer la pratique clinique.
This review examines MRI studies that investigate knee joints under mechanical loading to improve early detection of osteoarthritis (OA). The authors systematically reviewed literature on MRI-based investigations of mechanically loaded knee joints, focusing on the MRI measures used, MRI-compatible loading devices, and technical challenges with clinical MRI sequences. The key finding is that standard MRI performed on unloaded joints may miss early-stage OA because degenerative changes in tissue mechanical properties often occur before detectable structural changes appear on conventional imaging. The review highlights that applying mechanical loads during MRI can reveal abnormal tissue deformation patterns that indicate early joint dysfunction, potentially enabling earlier OA diagnosis and intervention.
Diese Übersichtsarbeit zielte darauf ab, MRT-basierte Untersuchungen des Kniegelenks unter mechanischer Belastung zu analysieren, um die Früherkennung von Arthrose zu verbessern. Die Autoren führten eine systematische Literaturrecherche durch und bewerteten verschiedene MRT-Verfahren, MRT-kompatible Belastungsgeräte und deren klinische Anwendbarkeit. Die Haupterkenntnis ist, dass mechanisch belastete MRT-Untersuchungen physiologischere Bedingungen schaffen und dadurch frühe arthrotische Veränderungen besser detektieren können als herkömmliche MRT-Aufnahmen in Ruheposition. Die Studie identifizierte jedoch auch technische Herausforderungen bei der Implementierung von Belastungsprotokollen in der klinischen MRT-Routine.
Cette revue examine l'utilisation de l'IRM pour étudier l'articulation du genou sous charge mécanique dans le contexte du diagnostic précoce de l'arthrose, une pathologie affectant particulièrement le cartilage articulaire et les ménisques. Les auteurs analysent les investigations IRM du genou réalisées avec des dispositifs de mise en charge compatibles IRM, par opposition aux examens conventionnels effectués au repos qui ne reproduisent pas les conditions physiologiques réelles. La revue révèle que les propriétés mécaniques des tissus dégénératifs peuvent être altérées avant l'apparition de changements morphologiques détectables par IRM standard, et que l'analyse des caractéristiques de déformation sous charge connue peut révéler des lésions articulaires précoces. L'étude souligne les défis techniques liés aux limitations des séquences IRM cliniques et présente les différentes mesures IRM utilisées pour évaluer la réponse mécanique des structures articulaires.
This study aimed to develop and optimize chitosan-based composite hydrogels reinforced with hydroxyapatite nanorods for cartilage regeneration applications. The researchers systematically characterized the hydrogels using physical, chemical, mechanical, and biological testing methods while varying the concentration of hydroxyapatite nanorods to find the optimal formulation. The key findings showed that the optimized composite hydrogel achieved clinically relevant mechanical properties, including a compression strength of 1.62 MPa with 32% deformation and a storage modulus of nearly 10 kPa, along with self-recovery and fatigue resistance under cyclic loading. Additionally, the composite demonstrated excellent antimicrobial activity against common pathogens and good biocompatibility with mouse fibroblasts, suggesting strong potential for cartilage tissue engineering applications.
Diese Studie zielte darauf ab, Chitosan-Hydrogele durch Verstärkung mit Hydroxyapatit-Nanostäbchen (HANR) zu verbessern, um mechanisch belastbare Biomaterialien für die Knorpelregeneration zu entwickeln. Die Forscher charakterisierten Komposit-Hydrogele mit verschiedenen HANR-Konzentrationen hinsichtlich ihrer physikalischen, chemischen, mechanischen und biologischen Eigenschaften mittels Kompressionstests, rheologischer Messungen und biologischen Assays. Die optimierten Komposite erreichten eine Druckfestigkeit von 1,62 MPa bei 32% Verformung sowie einen Speichermodul von etwa 10 kPa und zeigten selbstheilende Eigenschaften nach zyklischer Belastung. Zusätzlich wiesen die Hydrogele antimikrobielle Aktivität gegen verschiedene Pathogene und gute Biokompatibilität mit Fibroblasten auf, was sie als vielversprechende Kandidaten für Knorpelersatzanwendungen qualifiziert.
Cette étude visait à développer et caractériser un hydrogel composite de chitosan renforcé par des nanotiges d'hydroxyapatite (HANr) pour améliorer les propriétés mécaniques et biologiques dans la régénération cartilagineuse. Les chercheurs ont optimisé la concentration d'hydroxyapatite et évalué les propriétés physico-chimiques, mécaniques et biologiques du composite. Les résultats montrent que le renforcement améliore significativement les propriétés mécaniques avec une résistance à la compression de 1,62 ± 0,02 MPa et un module de conservation de 10 kPa, tout en conservant une déformation de 32% et des capacités d'auto-récupération. Le composite présente également une excellente activité antimicrobienne contre E. coli, S. aureus et C. albicans, ainsi qu'une cytocompatibilité satisfaisante avec les fibroblastes L929, suggérant son potentiel pour les applications de régénération cartilagineuse.
This study investigated early cartilage changes just 2 weeks after anterior cruciate ligament (ACL) injury to identify potential targets for early intervention before osteoarthritis develops. The researchers surgically cut the ACL in rabbit knees and analyzed cartilage from different joint locations, measuring tissue stiffness, cell behavior under loading, chemical composition (fixed charge density), and collagen fiber organization. The main finding was that ACL injury caused rapid loss of fixed charge density (important for cartilage function) across multiple joint sites within just 2 weeks, along with reduced cartilage stiffness in the femoral condyles and altered cell mechanics in the lateral femoral condyle and kneecap. These results demonstrate that significant cartilage deterioration begins much earlier than previously known after ACL injury, particularly affecting the femoral condyles, which could inform timing of therapeutic interventions.
Diese Studie untersuchte die frühen Veränderungen des Gelenkknorpels nur zwei Wochen nach einer Kreuzbandverletzung bei Kaninchen, um kritische Zeitpunkte für therapeutische Interventionen zu identifizieren. Die Forscher führten bei acht Kaninchen eine einseitige Kreuzband-Durchtrennung durch und analysierten anschließend die biomechanischen Eigenschaften des Knorpels und der Chondrozyten, die fixierte Ladungsdichte (FCD) sowie die Kollagenorganisation an verschiedenen Gelenkstellen. Die Ergebnisse zeigten bereits nach zwei Wochen einen signifikanten Verlust der FCD in mehreren Gelenkbereichen, eine reduzierte Knorpelsteifigkeit in den Femurkondylen und veränderte Chondrozyten-Biomechanik, insbesondere im lateralen Femurkondylus und der Patella. Diese frühen, ortsspezifischen Veränderungen der Knorpelzusammensetzung und -struktur könnten entscheidend für die Entwicklung einer posttraumatischen Arthrose sein und
Cette étude visait à caractériser les changements précoces du cartilage articulaire chez le lapin deux semaines après section du ligament croisé antérieur (LCA), afin d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles. Les chercheurs ont analysé la morphologie des chondrocytes sous charge, les propriétés biomécaniques du cartilage, la densité de charge fixe (FCD) et l'orientation des fibrilles de collagène sur différents sites articulaires. Les résultats montrent une perte significative de FCD dans la plupart des sites articulaires, des modifications mineures de l'orientation du collagène, et une réduction de la rigidité cartilagineuse principalement au niveau des condyles fémoraux. Ces altérations précoces de la composition et des propriétés biomécaniques du cartilage, particulièrement marquées au niveau des condyles fémoraux, suggèrent un processus de dégradation articulaire déjà initié deux semaines après la rupture du LCA.
This study examined how walking different numbers of steps affects femoral cartilage thickness measured by ultrasound. Forty-one healthy young adults underwent ultrasound imaging of their knee cartilage after resting for 45 minutes, then again after walking 1000, 2000, 3000, 4000, and 5000 steps on a treadmill at their preferred speed. The researchers found that cartilage cross-sectional area increased significantly after 2000, 4000, and 5000 steps, but decreased significantly after 3000 steps compared to baseline. These findings suggest that cartilage responds to walking in a step-count dependent manner, with both compression and swelling occurring at different walking volumes.
Diese Studie untersuchte die Veränderungen der femoralen Knorpelquerschnittsfläche in Abhängigkeit von der Schrittzahl beim Gehen. 41 gesunde Probanden absolvierten ein Laufbandprotokoll mit ultraschallbasierten Messungen nach 1000, 2000, 3000, 4000 und 5000 Schritten, nachdem der Knorpel initial 45 Minuten entlastet wurde. Die Ergebnisse zeigten schrittabhängige Veränderungen: Nach 3000 Schritten war die Knorpelquerschnittsfläche signifikant verringert, während sie nach 2000, 4000 und 5000 Schritten signifikant vergrößert war. Diese Befunde deuten darauf hin, dass die biomechanische Antwort des femoralen Knorpels auf Gehbelastung nicht linear verläuft, sondern komplexen, schrittabhängigen Mustern folgt.
Cette étude visait à évaluer les modifications de la surface de section transversale (CSA) du cartilage fémoral mesurées par échographie après différents nombres de pas de marche (1000 à 5000 pas) chez 41 individus sains. Les participants ont marché sur tapis roulant à leur vitesse préférée, avec des acquisitions échographiques réalisées après chaque palier de 1000 pas, suivant une période de décharge initiale de 45 minutes. Les résultats montrent des changements significatifs et variables de la CSA selon le nombre de pas : une diminution après 3000 pas (-1,05 mm²) et des augmentations après 2000 (+1,27 mm²), 4000 (+0,89 mm²) et 5000 pas (+2,10 mm²) comparativement à la valeur de base. Cette étude révèle que les modifications du cartilage fémoral induites par la marche dépendent du nombre de pas effectués, suggérant une réponse biomécanique complexe et non-linéaire du cartilage à la charge mécanique.
This study investigated how three mechanically-activated ion channels (TRPV4, PIEZO1, and PIEZO2) contribute to chondrocyte responses to different intensities of mechanical stress. The researchers used siRNA to knock down each channel in cultured primary chondrocytes, then applied cyclic tensile strains ranging from 3% to 18% for 8 hours and measured intracellular calcium responses using live cell imaging. The findings revealed that all three channels are essential for stretch-induced calcium signaling in chondrocytes, but they have distinct roles depending on strain intensity: TRPV4 primarily mediates responses to physiological levels of strain (3% and 8%), while PIEZO2 is mainly responsible for responses to injurious strain levels (18%). These results suggest that chondrocytes use different mechanosensitive ion channels to distinguish between normal and potentially damaging mechanical loads, with PIEZO2 representing a potential therapeutic target for treating cartilage diseases caused by repetitive mechanical injury.
Diese Studie untersuchte die Rolle verschiedener mechanosensitiver Ionenkanäle (TRPV4, PIEZO1, PIEZO2) bei der Weiterleitung mechanischer Signale in Chondrozyten. Die Forscher verwendeten siRNA-Knockdown-Techniken, um die Expression der jeweiligen Kanäle zu reduzieren, und setzten die Zellen anschließend zyklischen Zugbelastungen verschiedener Intensitäten (3-18%) aus, wobei die intrazelluläre Kalziumantwort mittels Kalzium-Imaging gemessen wurde. Die Hauptergebnisse zeigen, dass alle drei Ionenkanäle für die mechanisch induzierte Kalziumsignalgebung wichtig sind, jedoch unterschiedliche Rollen bei verschiedenen Belastungsintensitäten spielen: TRPV4 ist primär für die Wahrnehmung physiologischer Belastungen (3-8% Dehnung) verantwortlich, während PIEZO2 hauptsächlich bei schädigenden Belastungsgraden (18% Dehnung) aktiv wird. Diese Erkenntnisse legen nahe,
Cette étude visait à distinguer les contributions respectives des canaux ioniques mécanosensibles TRPV4, PIEZO1 et PIEZO2 dans la mécanotransduction des chondrocytes selon l'intensité du stimulus mécanique. Les chercheurs ont utilisé des siARN pour inhiber l'expression de chaque canal dans des chondrocytes primaires, puis ont appliqué des contraintes de tension cycliques d'intensité variable (3% à 18%) pendant 8h avant de mesurer l'influx calcique par imagerie. Les résultats révèlent que TRPV4 joue un rôle central dans la réponse aux contraintes physiologiques (3% et 8%), tandis que PIEZO2 est principalement impliqué dans la détection des contraintes pathologiques (18%), suggérant une spécialisation fonctionnelle de ces canaux. Ces découvertes ouvrent des perspectives thérapeutiques ciblant la voie PIEZO2 pour traiter les pathologies cartilagineuses induites par des sollicitations mécaniques répétitives et excessives.
This study investigated how 10% compressive strain (mimicking normal joint loading) affects local tissue deformation and calcium signaling in chondrocytes across different layers of bovine articular cartilage. The researchers measured layer-specific strain distribution and used fluorescent calcium indicators (Fluo-3) to track intracellular calcium responses in chondrocytes from surface to deep layers during compression. The results showed that while the surface layer experienced the largest mechanical strain, the deep layer chondrocytes paradoxically exhibited the most prominent calcium signaling responses. These findings suggest that chondrocyte calcium signaling under physiological loading is not simply determined by local mechanical deformation, indicating more complex mechanotransduction mechanisms within cartilage layers.
Diese Studie untersuchte, wie sich lokale Verformungen und intrazelluläre Calcium-Signale in verschiedenen Schichten des Gelenkknorpels bei physiologischer Kompression (10%) verteilen. Die Forscher maßen schichtspezifische Verformungen und verwendeten den Fluoreszenzindikator Fluo-3, um Calcium-Signale in Chondrozyten von der Oberfläche bis zur Tiefenschicht zu verfolgen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Oberflächenschicht zwar die größte mechanische Verformung erfuhr, jedoch paradoxerweise hauptsächlich Chondrozyten in der Tiefenschicht mit verstärkten Calcium-Signalen reagierten. Dies deutet darauf hin, dass die Calcium-Aktivierung in Gelenkknorpel nicht direkt proportional zur lokalen mechanischen Verformung ist, sondern komplexeren schichtspezifischen Mechanismen folgt.
Cette étude visait à déterminer la distribution des déformations locales et la signalisation calcique intracellulaire dans les différentes couches du cartilage articulaire bovin soumis à une compression physiologique de 10%. Les chercheurs ont mesuré les propriétés de déformation spécifiques à chaque couche et enregistré les signaux calciques des chondrocytes à l'aide d'un indicateur fluorescent (Fluo-3) dans des conditions statiques et sous compression. Bien que la couche superficielle subisse les déformations les plus importantes, l'augmentation de la signalisation calcique intracellulaire était paradoxalement plus prononcée dans les chondrocytes de la couche profonde. Ces résultats suggèrent que la stimulation de la signalisation calcique dans le cartilage articulaire n'est pas simplement corrélée à l'ampleur de la déformation locale.
This study aimed to develop a computational framework for analyzing how chondrocytes (cartilage cells) deform when cartilage is mechanically loaded, addressing limitations in current imaging methods that cannot capture rapid cell deformations during daily activities. The researchers created three-dimensional multiscale models incorporating realistic anatomical cell distributions and tissue structure, using fibril-reinforced poroelastic material models with and without swelling properties, and validated their predictions against experimental data from loaded rabbit knee cartilage. The study found that cells experienced significantly different deformations depending on their location within the cartilage, with the swelling model (FRPES) providing more accurate predictions compared to experimental results than the non-swelling model. The findings highlight that cell deformation is influenced by local variations in tissue properties and structure, emphasizing the importance of considering multiple cells and their anatomical positions when studying cartilage biomechanics.
Diese Studie zielte darauf ab, ein dreidimensionales Multiskalenmodell zu entwickeln, um die mechanische Umgebung von Chondrozyten im Gelenkknorpel während mechanischer Belastung zu charakterisieren. Die Forscher implementierten bildgebungsbasierte anatomische Zellverteilungen in fibril-verstärkte poroelastische Materialmodelle (mit und ohne Schwellung) und führten Simulationen an Kaninchenknorpel durch, um Zelldeformationen vor und nach experimenteller Belastung zu evaluieren. Die Ergebnisse zeigten, dass Zellen je nach ihrer anatomischen Position erheblich unterschiedliche Deformationen erfahren, wobei das Modell mit Schwellung (FRPES) experimentelle Befunde besser vorhersagte als das Modell ohne Schwellung. Die Studie unterstreicht die Bedeutung der anatomischen Zellverteilung und lokalen Gewebestruktur für die Bewertung von Zelldeformationen in kollagenen Geweben.
Cette étude visait à développer un modèle computationnel multiéchelle tridimensionnel pour évaluer les déformations cellulaires dans le cartilage articulaire en tenant compte de la distribution anatomique réelle des chondrocytes. Les chercheurs ont créé un cadre de travail intégrant des réseaux de fibrilles de collagène et une matrice poroélastique, puis ont comparé deux modèles (FRPE et FRPES, avec et sans gonflement) aux données expérimentales obtenues sur du cartilage de genou de lapin sous contrainte mécanique. Les résultats montrent que les cellules subissent des déformations très variables selon leur localisation tissulaire, et que le modèle FRPES (incluant le gonflement) prédit mieux les déformations cellulaires observées expérimentalement. L'étude souligne l'importance de considérer la distribution anatomique multi-cellulaire et l'architecture des réseaux fibrillaires pour une évaluation précise du comportement mécanique des chondrocytes dans les tissus collagéniques.
This study investigated whether changes in knee joints observed immediately after a first marathon in novice runners persisted at 6 months post-race using 3.0 Tesla MRI. The researchers followed 44 asymptomatic first-time marathoners (37 who completed the race, 7 who dropped out during training) with MRI scans at three time points: 6 months before, 2 weeks after, and 6 months after the London Marathon 2017, using validated scoring systems to assess knee structures. The study found that improvements in bone marrow lesions and cartilage damage observed 2 weeks post-marathon were sustained at 6 months, with additional improvements appearing over time and signs that marathon-induced changes were reversible. Overall, novice marathon runners showed sustained improvement in bone marrow and cartilage condition for at least 6 months after completing their first marathon.
Diese Follow-up-Studie untersuchte mittels 3,0 T MRT die langfristigen Auswirkungen des Marathon-Trainings und -Laufs auf die Kniegelenke von 44 asymptomatischen Erstläufern über einen Zeitraum von 6 Monaten nach dem Wettkampf. Die Forscher verwendeten validierte Bewertungssysteme zur Analyse von Knochenmarksläsionen und Knorpelschäden zu drei Zeitpunkten: 6 Monate vor, 2 Wochen nach und 6 Monate nach dem Marathon. Die Ergebnisse zeigten überraschenderweise eine anhaltende Verbesserung der Knie-Strukturen: Bereits 2 Wochen nach dem Marathon beobachtete Verbesserungen von Knochenmarks- und Knorpelläsionen blieben bestehen, und weitere Läsionen bildeten sich in den folgenden 6 Monaten zurück. Die Studie deutet darauf hin, dass Marathon-Training und -Lauf bei Laufanfängern zu nachhaltigen positiven Veränderungen in Knochenmark
Cette étude de suivi évalue par IRM 3.0T les modifications des genoux de coureurs novices asymptomatiques 6 mois après leur premier marathon. **Quarante-quatre participants** (37 marathoniens et 7 abandons) ont bénéficié d'IRM à trois temps : 6 mois avant, 2 semaines après et 6 mois après le marathon, avec évaluation standardisée des structures articulaires.
Les résultats montrent une **amélioration soutenue** des lésions de la moelle osseuse et du cartilage observées 2 semaines post-marathon, avec de nouvelles améliorations à 6 mois (5 lésions médullaires et 3 lésions cartilagineuses supplémentaires réduites). L'étude conclut que l'entraînement marathonien et la course procurent des **bénéfices durables** sur l'état de la moelle osseuse et du cartilage articulaire du genou chez les coureurs novices, persistant au moins 6 mois après l'épreuve.
This study investigated how different types of mechanical stress affect subchondral bone changes that lead to osteoarthritis (OA) development in both affected and unaffected knees. Researchers used anterior cruciate ligament transection (ACLT) in the left knee of mice to create joint instability, then analyzed both knees over 1, 3, and 6 months using micro-CT imaging, bone metabolism markers, behavioral tests, and molecular analysis.
The key findings revealed that OA develops through distinct mechanisms in each knee: the unstable (injured) knee showed rapid cartilage destruction with initial bone density loss followed by partial recovery, while the compensating (uninjured) knee developed OA more gradually through progressive bone thickening (sclerosis). The study demonstrates that joint instability leads to OA through bone weakening, whereas excessive mechanical loading from compensation causes OA through bone hardening and densification.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Instabilität und übermäßige Belastung den subchondralen Knochen umbauen und zur Osteoarthritis (OA) führen, wobei sowohl das operierte als auch das kontralaterale Knie analysiert wurden. Die Forscher verwendeten ein Mausmodell mit Durchtrennung des vorderen Kreuzbandes (ACLT) und analysierten über 1, 3 und 6 Monate mittels Mikro-CT, Immunfärbungen, Verhaltenstests und Western Blot die Knochen- und Knorpelveränderungen. Die Ergebnisse zeigten, dass sich OA in beiden Knien über unterschiedliche Mechanismen entwickelt: Das operierte Knie wies eine schnelle Knorpelzerstörung mit frühem Knochendichteverlust auf, während das kontralaterale Knie durch Kompensationsbelastung eine graduelle Knorpeldegeneration mit subchondraler Sklerose entwickelte. Die Studie belegt, dass verschiedene mechanische Belastungsmuster zu OA-Progression durch unterschiedliche subchondrale
Cette étude visait à évaluer les effets différenciés de l'instabilité mécanique et de la surcharge mécanique sur le remodelage de l'os sous-chondral et la progression de l'arthrose dans les genoux ipsilatéral et controlatéral. Les chercheurs ont utilisé un modèle murin de section du ligament croisé antérieur (ACLT) du genou gauche, suivi pendant 1, 3 et 6 mois par micro-CT, analyses morphologiques, immunomarquage (TRAP et Osterix), tests comportementaux et Western blot. Les résultats montrent que l'ACLT induit une destruction cartilagineuse rapide et une réduction de la densité osseuse du côté ipsilatéral, tandis que le côté controlatéral développe progressivement une arthrose par sclérose de l'os sous-chondral due à la compensation mécanique. Cette étude démontre que différentes propriétés de charge mécanique conduisent à l'arthrose par des mécanismes distincts de remodelage osseux sous-chondral.
This study investigated how articular cartilage behaves mechanically when exposed to magnetic fields, with particular focus on how permeability changes with deformation. The researchers developed a theoretical model treating cartilage as a fiber-reinforced solid matrix filled with electrically conducting fluid, using continuum mixture theory to derive governing equations that account for visco-elastic behavior and strain-dependent permeability. They solved the resulting nonlinear coupled differential equations numerically using the method of lines when permeability varied with strain, and provided exact solutions for constant permeability cases. The results demonstrated how magnetic fields (through Lorentz forces) and varying permeability affect both solid deformation and fluid pressure within cartilage during compression loading.
Diese Studie untersuchte das visko-elastische Verhalten von Gelenkknorpel unter dem Einfluss eines Magnetfelds und bei dehnungsabhängiger Permeabilität. Die Forscher entwickelten ein mathematisches Modell basierend auf der Kontinuum-Mischungstheorie, das die Deformation der faserigen Festmatrix und den Flüssigkeitsdruck in dem mit leitfähiger Flüssigkeit gesättigten Knorpel beschreibt. Für die resultierenden nichtlinearen gekoppelten partiellen Differentialgleichungen wurde bei konstanter Permeabilität eine exakte Lösung gefunden, während bei dehnungsabhängiger Permeabilität numerische Methoden (Method of Lines) verwendet wurden. Die Ergebnisse zeigen den Einfluss verschiedener physikalischer Parameter auf die Festkörperverschiebung und den Flüssigkeitsdruck, wobei die Lorentz-Kräfte des Magnetfelds eine wichtige Rolle bei der biomechanischen Antwort des Knorpelgewebes spielen.
Cette étude vise à analyser le comportement viscoélastique du cartilage articulaire en tant que matrice solide renforcée par des fibres et saturée d'un fluide conducteur électrique, sous l'influence d'un champ magnétique constant et avec une perméabilité dépendante de la déformation. Les chercheurs ont utilisé la théorie des mélanges continus pour modéliser la déformation solide et la pression du fluide interstitiel, en développant un système d'équations différentielles partielles non-linéaires couplées incluant les forces de Lorentz. Les résultats numériques (méthode des lignes) pour la perméabilité variable et les solutions exactes pour la perméabilité constante démontrent l'influence significative des paramètres physiques sur le déplacement du solide et la pression du fluide. Cette approche théorique avancée permet de mieux comprendre la réponse biomécanique complexe du cartilage sous contrainte de compression avec des considérations électromagnétiques.
This study aimed to develop a new elastography technique capable of measuring stiffness variations in hard tissues like cartilage, overcoming limitations of conventional methods that work poorly in stiff musculoskeletal tissues. The researchers used magnetic resonance imaging to track large, low-frequency deformations combined with an iterative topology optimization algorithm to map tissue stiffness patterns. They successfully reconstructed 2D and 3D stiffness distributions in synthetic materials and, for the first time, mapped stiffness in porcine and sheep cartilage within intact joints, revealing elevated stiffness in the superficial zone linked to collagen compaction and water loss during loading. This technique offers potential as a non-destructive clinical tool for early diagnosis and monitoring of cartilage diseases like osteoarthritis.
Diese Studie entwickelte eine neue **Finite-Deformation-Elastographie-Methode**, um die Steifigkeitsverteilung in muskuloskelettalen Geweben zu quantifizieren, da herkömmliche Elastographie bei steifen Geweben an ihre Grenzen stößt. Die Methode kombiniert **Magnetresonanztomographie (MRT) zur Erfassung physiologischer Verformungen mit iterativer Topologie-Optimierung**, um räumliche Steifigkeitsheterogenitäten zu rekonstruieren. Die Forscher konnten erfolgreich **2D- und 3D-Steifigkeitsverteilungen in Biomaterialien rekonstruieren** und erstmals die Steifigkeitsverteilung in Gelenkknorpel von Schweinen und Schafen direkt im Gelenk kartieren, wobei erhöhte Steifigkeit in der oberflächlichen Zone mit Kollagenfaserverdichtung und Wasserverlust korrelierte. Diese nicht-destruktive Bildgebungstechnik bietet **klinisches Potenzial für die Früherkennung und Verlaufskontrolle von Gelenkerkrankungen** wie
Cette étude vise à développer une nouvelle méthode d'élastographie par déformation finie pour quantifier la rigidité des tissus musculosquelettiques, notamment le cartilage articulaire. La technique combine l'imagerie par résonance magnétique de déplacements physiologiques de faible fréquence avec un algorithme d'optimisation topologique itératif pour cartographier l'hétérogénéité de rigidité. Les auteurs ont validé leur méthode sur des hydrogels d'agarose bicouches et des matériaux silicone, puis ont réussi pour la première fois à cartographier la rigidité du cartilage articulaire porcin et ovin in situ dans l'espace articulaire. Cette approche révèle une rigidité élevée localisée dans la zone superficielle du cartilage, corrélée à la compaction des fibres de collagène et à la perte d'eau lors du chargement cyclique, ouvrant des perspectives cliniques pour le diagnostic précoce de l'arthrose.
This study investigated how mechanical forces trigger inflammation in cartilage cells, which is a key process in osteoarthritis development. The researchers used an in vitro hydraulic shear force system to apply mechanical stress to human chondrocytes and measured gene expression changes within two hours of treatment. They found that shear force rapidly activated multiple inflammatory cytokines (including interleukin 8 and interferon β) and immune regulators, and identified that this response was mediated through activation of the Notch1 signaling pathway. The results suggest that Notch1 acts as a mechanical force sensor in chondrocytes, providing new insights into how joint overloading leads to cartilage inflammation and potentially identifying new therapeutic targets for osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung bei menschlichen Chondrozyten zu Entzündungsreaktionen führt, die charakteristisch für Arthrose sind. Die Forscher verwendeten ein in vitro hydraulisches Scherkraft-System, um Gelenkbelastungen zu simulieren, und analysierten die Genexpression sowie Signalwege in den Knorpelzellen. Die Ergebnisse zeigten, dass Scherkraft innerhalb von zwei Stunden zur Aktivierung des Notch1-Signalwegs führt und multiple entzündungsfördernde Zytokine wie Interleukin-8 und Interferon-β hochreguliert. Die Studie identifiziert damit Notch1 als mechanosensitiven Rezeptor, der als Kraftsensor fungiert und die mechanisch induzierte Entzündungsantwort in Chondrozyten vermittelt.
Cette étude visait à élucider les mécanismes moléculaires par lesquels les forces mécaniques conduisent à l'inflammation et à la détérioration de la fonction chondrocytaire dans l'arthrose. Les chercheurs ont utilisé un système de forces de cisaillement hydrauliques in vitro pour simuler les conditions de surcharge articulaire sur des chondrocytes humains, complété par des expériences d'expression du domaine intracellulaire de NOTCH1. Les résultats montrent que les forces de cisaillement activent rapidement (en moins de 2 heures) la voie de signalisation NOTCH1, induisant l'expression de multiples cytokines pro-inflammatoires (IL-8, interféron β) et de régulateurs immunitaires (TRAF1, TNFAIP3). Cette activation de NOTCH1 par les contraintes mécaniques établit ce récepteur comme un mécanosenseur clé orchestrant la réponse inflammatoire précoce dans l'arthrose, avec des effets paracriniens sur les ostéoblasts environnants.
This study investigated how excessive mechanical loading causes progressive degradation of human knee cartilage and its connection to osteoarthritis development. The researchers conducted deformation experiments on cartilage samples and developed a 3D mathematical model to predict tissue damage and stiffness loss based on the degree of mechanical strain. The key findings showed that cartilage can recover from tensile strains up to 15% without permanent damage, but higher deformations cause irreversible degradation, while the tissue can withstand higher thresholds for compression and shear forces (25-30%). The authors concluded that their model effectively predicts cartilage degradation under excessive loading and can help connect mechanical damage to osteoarthritis progression.
Diese Studie untersuchte die verformungsinduzierte Degradation von menschlichem Kniegelenkknorpel, um die Entstehung von Arthrose durch übermäßige mechanische Belastung zu verstehen. Die Forscher führten excessive Verformungen an Knorpelproben durch und analysierten die progressiven Veränderungen der mechanischen Eigenschaften, wobei sie ein mathematisches Modell zur Vorhersage von Gewebeschäden entwickelten. Die Ergebnisse zeigten, dass Knorpel bei Zugbelastungen bis zu 15% seine ursprünglichen Eigenschaften ohne bleibende Schäden wiederherstellen kann, während höhere Verformungen zu Degradation führen. Das entwickelte 3D-Modell prognostizierte höhere Schadensschwellen für Kompression und Scherung (25-30%) und könnte als effektive Methode zur Vorhersage von Knorpeldegradation und deren Verbindung zu Arthrose dienen.
Cette étude vise à investiguer la dégradation du cartilage articulaire du genou humain induite par des déformations excessives et à établir un lien avec l'arthrose. Les chercheurs ont développé un modèle 3D pour prédire l'évolution des propriétés mécaniques du tissu en fonction du niveau de déformation appliquée. Les résultats montrent que le cartilage peut récupérer ses propriétés initiales sans dommage permanent pour des déformations en tension jusqu'à 15%, mais que la dégradation survient au-delà de ce seuil, avec des seuils plus élevés en compression et cisaillement (25-30%). Ce modèle constitue un outil efficace pour prédire la dégradation du cartilage articulaire sous charge excessive et sa corrélation avec le grade d'arthrose.
This study investigated sex-specific relationships between cartilage structure and metabolism in healthy adults, both at rest and after physical loading activities. The researchers used ultrasound to measure femoral cartilage thickness and blood tests to assess cartilage oligomeric matrix protein (COMP) levels in 20 males and 20 females before and after walking and drop-landing exercises. The key finding was that in females only, thinner cartilage was significantly associated with higher resting COMP concentrations (a marker of cartilage breakdown), while no such relationships were observed in males or in the acute responses to exercise in either sex. These results suggest that the biological relationships governing cartilage health differ between men and women, highlighting the importance of sex-specific approaches in cartilage research and clinical assessment.
Diese Studie untersuchte geschlechtsspezifische Zusammenhänge zwischen Knorpelstruktur und -stoffwechsel in Ruhe sowie nach akuter Belastung durch Gehen und Sprunglandungen bei gesunden Personen. Die Forschenden verwendeten Ultraschall zur Messung der femoralen Knorpelquerschnittsfläche und bestimmten die Serumkonzentration des Knorpel-Oligomer-Matrix-Proteins (COMP) als Stoffwechselmarker bei 20 Männern und 20 Frauen vor und nach den Belastungsprotokollen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass bei Frauen höhere COMP-Ruhewerte mit dünnerer Knorpelstruktur im medialen und lateralen Femur korrelierten, während bei Männern keine derartigen Zusammenhänge gefunden wurden. Die Studie unterstreicht die Bedeutung geschlechtsspezifischer Analysen in der Knorpelforschung, da bei Frauen dünnerer anteriorer Femurknorpel mit erhöhten COMP-Konzentrationen assoziiert war, einem
Cette étude visait à examiner les associations spécifiques au sexe entre la structure et le métabolisme du cartilage au repos et après des activités de marche et de saut chez des individus sains. Les chercheurs ont évalué 40 participants (20 hommes, 20 femmes) en mesurant la surface de section transversale du cartilage fémoral par échographie et les concentrations sériques de COMP (protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse) avant et après les exercices. Les résultats montrent que chez les femmes uniquement, un cartilage fémoral plus fin est associé à des concentrations de COMP au repos plus élevées, un biomarqueur souvent lié à la dégradation cartilagineuse, tandis qu'aucune association n'a été observée chez les hommes. Cette recherche souligne l'importance de considérer le sexe dans l'analyse des relations entre les composants cartilagineux, ces associations étant dépendantes du sexe.
This study aimed to develop an experimental technique to measure how chondrocytes (cartilage cells) deform in real-time under dynamic compression, which better mimics the loading conditions that cartilage experiences during daily joint movement. The researchers used real-time imaging to track chondrocyte shape changes at 10%, 15%, and 20% compression levels during controlled loading at 0.2% strain per second, followed by a stress-relaxation phase.
The key finding was that chondrocyte deformations under dynamic loading were non-linear and occurred in two distinct phases: early compression (up to ~10% strain) caused significant cell volume loss, while later compression (>10% strain) caused shape changes but minimal further volume loss. During the stress-relaxation phase, the cartilage tissue continued to lose force for 5 minutes, but the chondrocyte shape and volume stabilized within the first minute, suggesting different mechanical responses between the cells and surrounding tissue matrix.
Diese Studie untersuchte die Verformung von Chondrozyten (Knorpelzellen) unter dynamischen Belastungsbedingungen, da bisherige Forschung hauptsächlich statische Bedingungen betrachtete, obwohl Gelenkknorpel im Alltag dynamischen Kräften ausgesetzt ist. Die Forscher entwickelten eine experimentelle Methode zur Echtzeit-Rekonstruktion der Chondrozytengeometrie während Rampen-Kompression mit 20% maximaler Dehnung bei einer Dehnungsrate von 0,2%/s, gefolgt von Spannungsrelaxation. Die Ergebnisse zeigten, dass sich Chondrozyten unter dynamischer Kompression nicht-linear verformen: In der frühen Kompressionsphase (bis ~10%) kam es hauptsächlich zu Volumenverlust, während in der späten Phase (>10%) primär Formveränderungen bei minimalem Volumenverlust auftraten. Während der Spannungsrelaxation blieben Form und Volumen der Chondrozyten nach der ersten Minute unverändert, obwohl die Kraft weitere
Cette étude visait à développer une technique expérimentale pour mesurer les déformations in situ des chondrocytes lors de compression dynamique du cartilage articulaire. Les chercheurs ont reconstruit en temps réel la géométrie des chondrocytes à 10, 15 et 20% de compression durant des compressions en rampe jusqu'à 20% de déformation à un taux de 0,2%/s, suivies d'une relaxation de contrainte. Les résultats montrent que les déformations dynamiques des chondrocytes sont non-linéaires : une compression précoce (≤10%) induit principalement une perte de volume cellulaire, tandis qu'une compression tardive (>10%) provoque des déformations avec une perte de volume minimale. Durant la phase de relaxation, la force continue de diminuer pendant 5 minutes alors que la forme et le volume des chondrocytes restent inchangés après la première minute.
This study investigated how excessive compressive stress affects cartilage cell death at different depths within articular cartilage, which is relevant to understanding osteoarthritis development. The researchers developed a real-time microscopy system to observe porcine cartilage samples under injurious compression (18 MPa) at both low (3.5%/s) and high (35%/s) strain rates, measuring local tissue deformation during loading and cell death after short-term culture. The key findings showed that cell death patterns varied by cartilage depth and strain rate: high strain rates caused more cell death in the surface layer, while low strain rates concentrated cell death in the middle layer, with both patterns correlating with local strain rate distributions. When the surface layer was removed, the depth-dependent differences in both cell death and strain distribution disappeared, indicating that the surface layer plays a crucial role in protecting deeper cartilage layers from mechanical damage.
Diese Studie untersuchte, wie exzessive mechanische Belastung in verschiedenen Knorpelschichten zum Chondrozytentod führt und damit zur Arthrose-Pathogenese beiträgt. Die Forscher entwickelten ein Echtzeit-Beobachtungssystem, um Schweinknorpel unter schädigender Kompression (18 MPa) bei niedrigen (3,5%/s) und hohen (35%/s) Dehnungsraten zu analysieren und gleichzeitig lokale Verformungen sowie den Zelltod zu messen. Die Ergebnisse zeigten eine deutliche schichtabhängige Verteilung des Chondrozytentods: Bei hohen Dehnungsraten starben hauptsächlich Zellen in der Oberflächenschicht, während bei niedrigen Dehnungsraten vor allem Zellen in der mittleren Schicht betroffen waren, wobei diese Verteilung mit den lokalen Dehnungsraten korrelierte. Die Oberflächenschicht erwies sich als entscheidend für die Regulation mechanischer Belastungen in tieferen Knorpelschichten, da nach ihrer Entfernung die sch
Cette étude visait à analyser la relation entre les déformations locales et la mort des chondrocytes dans le cartilage articulaire soumis à des contraintes compressives excessives, en fonction de la profondeur tissulaire. Les chercheurs ont développé un système d'observation en temps réel permettant de suivre les déformations locales d'échantillons de cartilage porcin sous compression injurieuse (18 MPa) à faible (3,5%/s) et forte (35%/s) vitesses de déformation. Les résultats montrent que la mort cellulaire se concentre principalement dans la couche superficielle à forte vitesse de déformation, tandis qu'à faible vitesse, elle prédomine dans la couche moyenne, cette distribution étant corrélée aux taux de déformation locaux spécifiques à chaque profondeur. L'ablation de la couche superficielle supprime cette dépendance en profondeur, démontrant son rôle crucial dans la régulation des contraintes et des dommages cellulaires des couches sous-jacentes.
This study investigated how articular cartilage stiffness changes in response to joint loading that simulates human walking patterns. The researchers used a bioreactor system to apply compression and shear forces to cartilage samples, then measured surface stiffness using microindentation immediately after loading and at intervals up to 3 hours. They found that cartilage surface stiffness increased immediately after loading but returned to baseline levels within 3 hours, with cartilage-on-cartilage contact producing greater stiffening than metal counterfaces. Importantly, this stiffening response was unique to the superficial zone of cartilage, suggesting this layer has adaptive load-bearing properties that may be compromised in osteoarthritis when the superficial zone deteriorates.
Diese Studie untersuchte, ob und wie sich die mechanischen Eigenschaften von Gelenkknorpel nach artikulärer Belastung verändern. Die Forscher simulierten menschliche Gangbelastung mit einem Bioreaktor-System und maßen anschließend die Knorpelsteifigkeit mittels Mikroindentation, wobei verschiedene Gegenmaterialien (Knorpel, Alumina, Kobalt-Chrom) getestet wurden. Die Hauptergebnisse zeigten, dass die Oberflächensteifigkeit des Knorpels unmittelbar nach Belastung ansteigt und innerhalb von 3 Stunden zu den Ausgangswerten zurückkehrt, wobei dieser Effekt ausschließlich in der oberflächlichen Zone auftritt und bei Knorpel-auf-Knorpel-Kontakt am stärksten ausgeprägt ist. Diese Erkenntnisse sind klinisch relevant, da die oberflächliche Zone bei Arthrose häufig geschädigt wird und somit die adaptive Lastverteilungsfunktion des Knorpels beeinträchtigt sein könnte.
Cette étude visait à évaluer les changements de rigidité du cartilage articulaire suite à une articulation simulée et à déterminer si ces modifications étaient transitoires ou permanentes. Les chercheurs ont utilisé un bioréacteur pour simuler les contraintes articulaires lors de la marche humaine, puis ont mesuré la rigidité du cartilage par micro-indentation avec différents matériaux de contact (cartilage, alumine, cobalt-chrome). Les résultats montrent que la rigidité de surface du cartilage augmente immédiatement après la sollicitation articulaire puis revient aux valeurs de base dans les 3 heures, avec un raidissement plus marqué lors du contact cartilage-cartilage et une réponse limitée à la zone superficielle uniquement. Ces findings suggèrent une capacité d'adaptation mécanique de la zone superficielle cartilagineuse qui pourrait être compromise dans l'arthrose, ayant des implications cliniques importantes pour la compréhension de la dégradation fonctionnelle articulaire.
This study investigated how meniscal degeneration affects the tissue's mechanical response to loading in different directions and anatomical regions. The researchers used high-resolution MRI with a custom loading device to image 12 mildly and 12 severely degenerated knee joints under progressive compression (25%, 50%, and 100% body weight), then applied advanced image registration techniques and finite element modeling to measure three-dimensional strain patterns in the menisci and their root attachments. The key finding was that severely degenerated menisci showed significantly greater axial compressive strain (7.3%) compared to mildly degenerated menisci (3.1%) at full body weight loading, while circumferential and radial strains remained similar between groups. These results suggest that meniscal degeneration primarily compromises the tissue's ability to resist compression while preserving its tensile properties, which has important implications for understanding how damaged menisci alter load transmission and contribute to osteoarthritis progression.
Diese Studie untersuchte, wie sich degenerative Veränderungen der Menisken auf deren dreidimensionale Verformung (axial, zirkulär, radial) unter Kompression auswirken. Mittels hochauflösender MRT wurden 12 leicht und 12 schwer degenerierte Kniegelenke unter verschiedenen Belastungsstufen (25%, 50%, 100% Körpergewicht) bildgebend erfasst und anschließend durch Bildregistrierung und Finite-Elemente-Modellierung analysiert. Die Hauptergebnisse zeigten, dass sich die axiale Kompressionsverformung in schwer degenerierten Menisken signifikant von durchschnittlich 3,1% auf 7,3% bei 100% Körpergewicht erhöhte, während zirkuläre und radiale Verformungen zwischen den Degenerationsgraden keine signifikanten Unterschiede aufwiesen. Diese Befunde belegen, dass die Kompressionsintegrität der Menisken mit fortschreitender Degeneration abnimmt, während die Zugeigenschaften erhalten bleiben.
Cette étude vise à investiguer comment la dégénérescence méniscale affecte la réponse biomécanique tridimensionnelle (axiale, circonférentielle, radiale) des ménisques sous compression dans différentes régions anatomiques. Les chercheurs ont utilisé l'IRM haute résolution avec un dispositif de compression personnalisé pour analyser 12 genoux légèrement dégénérés et 12 genoux sévèrement dégénérés sous différentes charges (25%, 50%, 100% du poids corporel), combinée à des techniques de recalage d'images et de modélisation par éléments finis. Les résultats montrent que la déformation axiale compressive augmente significativement avec la dégénérescence sévère (de 3,1% à 7,3% à 100% du poids corporel), tandis que les déformations circonférentielles et radiales restent inchangées. Cette recherche démontre que l'intégrité compressive du ménisque diminue avec la dégénérescence progressive, alors que les propriétés tensiles sont préservées.
This study aimed to use high-frequency ultrasound to non-invasively measure cartilage changes during osmotic loading and develop a theoretical model to predict these responses. The researchers used ultrasound to track changes in cartilage thickness and sound speed in fresh and enzyme-treated sheep knee samples when exposed to different salt concentrations, then compared results with finite element simulations based on a diffusion model. The proposed diffusion model successfully described the transient swelling and shrinking behavior of cartilage during osmotic loading. This approach demonstrates that ultrasound combined with osmotic testing can quantify cartilage mechanical properties and the time-dependent responses governed by the tissue's charged proteoglycans.
Diese Studie zielte darauf ab, zeitabhängige Veränderungen der Knorpeldicke und Schallgeschwindigkeit während osmotischer Belastung mittels hochfrequentem Ultraschall nicht-invasiv zu quantifizieren. Die Forscher verwendeten ein Diffusionsmodell basierend auf der kinetischen Theorie und führten Finite-Elemente-Simulationen sowie Experimente an frischen und trypsinisierten Schafspatella-Proben durch, wobei Salzkonzentrationen im Außenbad variiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass das vorgeschlagene Diffusionsmodell erfolgreich das transiente osmotische Verhalten von Knorpel beschreiben kann. Die Studie präsentierte Mittelwerte und Abweichungen der relativen Veränderungen von Knorpeleigenschaften als Reaktion auf chemische Belastung und ermöglichte die Quantifizierung mechanischer Knorpeleigenschaften.
Cette étude vise à quantifier les changements transitoires de l'épaisseur du cartilage et de la vitesse du son lors de chargements osmotiques en utilisant l'échographie haute fréquence. Les méthodes combinent des mesures expérimentales non-invasives sur des échantillons de rotule ovine (frais et trypsiniés) avec un modèle de diffusion basé sur la théorie cinétique et des simulations par éléments finis. Les résultats démontrent que le modèle de diffusion proposé peut décrire efficacement le comportement mécano-électrochimique transitoire du cartilage sous chargement osmotique. L'étude fournit des valeurs moyennes et leurs déviations pour les changements relatifs des caractéristiques du cartilage en réponse aux variations de concentration saline.
This study investigated how knee joint injury affects bone remodeling in the early stages following anterior cruciate ligament (ACL) rupture using a rat model. Researchers used female Lewis rats with induced ACL rupture and employed advanced imaging techniques including micro-CT and near-infrared molecular imaging to track bone changes over 14 days, along with histological analysis to assess cartilage damage. The key findings showed that ACL injury immediately triggered harmful bone remodeling characterized by reduced bone formation (~15-20% decrease) and increased bone breakdown (~32% increase), with these changes occurring differently across knee compartments - the medial side showed bone thinning while the lateral side gained bone thickness. By 14 days post-injury, rats also developed mild-to-moderate cartilage damage, demonstrating that bone and cartilage changes occur simultaneously in the early stages of post-traumatic osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte akute Veränderungen im Knochenstoffwechsel nach nicht-invasiver Kreuzbandriss-Verletzung bei Ratten als Modell für posttraumatische Arthrose. Die Forscher verwendeten longitudinale μCT-Bildgebung, Nahinfrarot-Molekularbildgebung zur Messung von Knochenauf- und -abbau sowie histomorphometrische Analysen über 14 Tage nach der Verletzung. Die Ergebnisse zeigten, dass Kreuzbandrupturen eine sofortige und anhaltende Reduktion der Knochenbildung (15-20%) und eine Überaktivierung des Knochenabbaus (32% Anstieg) in subchondralen, epiphysealen und metaphysealen Kompartimenten auslösen. Bereits nach 7 Tagen war eine Ausdünnung des subchondralen Knochens am medialen Femurkondylus erkennbar, begleitet von mild-moderaten Knorpelschäden nach 14 Tagen.
Cette étude visait à évaluer les modifications aiguës du remodelage osseux et de la microstructure suite à une rupture non invasive du ligament croisé antérieur (LCA) chez le rat. Les chercheurs ont utilisé la micro-CT in vivo, l'imagerie moléculaire proche infrarouge, et l'histomorphométrie dynamique pour quantifier le remodelage osseux sous-chondral, épiphysaire et métaphysaire sur 14 jours post-lésion. Les résultats montrent que la rupture du LCA induit immédiatement un remodelage osseux catabolique avec une réduction de 15-20% de l'anabolisme osseux et une augmentation de 32% du catabolisme à 14 jours, accompagnés d'un amincissement de l'os sous-chondral du condyle fémoral médial dès 7 jours. Ces modifications osseuses s'accompagnent de lésions cartilagineuses légères à modérées, suggérant une interaction précoce entre les altérations osseuses et cartilagineuses dans le développement de l'arthrose post-traumatique.
This study aimed to compare how different exercise types affect knee cartilage thickness immediately after exercise. The researchers used a randomized crossover design with 14 healthy participants, measuring cartilage thickness via ultrasound before, immediately after, and up to 10 minutes following four different exercise protocols: squats, functional exercises (sit-to-stand, lunges, step-ups), cycling, and running. The key finding was that short-duration exercises (squats and functional exercises) did not change cartilage thickness, while longer-duration activities (cycling and running) caused cartilage to thicken 5 minutes post-exercise. The results suggest that knee cartilage can maintain its structural properties during brief, high-load exercises but shows adaptive changes following moderate-duration endurance activities.
Diese Studie untersuchte, wie sich verschiedene Trainingsformen auf die Dicke des Knieknorpels auswirken. Die Forschenden verwendeten ein randomisiertes Cross-over-Design mit 14 gesunden Teilnehmenden und maßen mittels Ultraschall die Knorpeldicke vor, während und nach verschiedenen Übungen (Kniebeugen, funktionelle Übungen, Radfahren und Laufen). Die Ergebnisse zeigten, dass kurze, intensive Belastungen wie Kniebeugen mit 60% 1-RM und funktionelle Übungen keine Veränderungen der Knorpeldicke verursachten, während längere Ausdauerbelastungen (Radfahren und Laufen) zu einer Zunahme der Knorpeldicke 5 Minuten nach Trainingsende führten. Die Studie deutet darauf hin, dass Knieknorpel kurzfristige zyklische Belastungen gut toleriert, jedoch auf moderate Ausdauerbelastungen mit strukturellen Anpassungen reagiert.
Cette étude visait à comparer les effets de différents modes d'exercice sur l'épaisseur du cartilage du genou. Les chercheurs ont utilisé un protocole randomisé croisé avec mesures répétées chez 14 participants sains, évaluant l'épaisseur cartilagineuse par échographie avant, pendant et après des exercices de squats, d'exercices fonctionnels, de cyclisme et de course à pied. Les résultats montrent que les exercices de courte durée (squats à 60% 1-RM et exercices fonctionnels) n'ont pas modifié l'épaisseur du cartilage, tandis que les exercices de plus longue durée (cyclisme et course) ont entraîné une augmentation de l'épaisseur cartilagineuse 5 minutes après l'arrêt de l'exercice. Ces findings suggèrent que le cartilage du genou tolère mieux les charges cycliques de courte durée que les activités d'endurance de durée modérée.
This study investigated whether KUS121, a valosin-containing protein modulator, could prevent post-traumatic osteoarthritis (PTOA) by protecting cartilage cells from death after joint injury. The researchers tested KUS121 using a rat model of PTOA with cyclic loading and human cartilage cells exposed to stress-inducing agents in laboratory cultures. KUS121 treatment significantly improved cartilage damage scores and reduced cartilage volume loss in rats, while also decreasing cell death markers and cartilage-degrading enzymes. The protective effects appear to work by reducing excessive endoplasmic reticulum (ER) stress in cartilage cells, suggesting KUS121 could be a promising new treatment to prevent PTOA development after joint injuries.
Diese Studie untersuchte das therapeutische Potenzial von KUS121, einem Valosin-enthaltenden Protein-Modulator, zur Behandlung der posttraumatischen Arthrose (PTOA). Die Forscher verwendeten sowohl ein Rattenmodell mit zyklischer Kompressionsbelastung als auch In-vitro-Experimente mit menschlichen Gelenkchondrozyten, um die Wirksamkeit und Wirkmechanismen zu evaluieren. Die intraartikuläre Behandlung mit KUS121 verbesserte signifikant die histologischen Scores, reduzierte das geschädigte Knorpelvolumen und verringerte die Anzahl apoptotischer Chondrozyten im Tiermodell. Die Ergebnisse zeigen, dass KUS121 Chondrozyten durch Hemmung von übermäßigem ER-Stress vor dem Zelltod schützt und somit einen vielversprechenden neuen Therapieansatz für die PTOA-Behandlung darstellt.
Cette étude évalue l'efficacité du KUS121, un modulateur de la protéine valosin-containing protein (VCP), comme agent thérapeutique pour l'arthrose post-traumatique (PTOA) en ciblant la mort précoce des chondrocytes. Les chercheurs ont utilisé un modèle de PTOA chez le rat par compression cyclique et des cultures de chondrocytes humains exposés à des agents inducteurs de stress du réticulum endoplasmique. Les résultats montrent que le traitement intra-articulaire par KUS121 améliore significativement les scores de Mankin modifiés, réduit les volumes de cartilage endommagé et diminue l'apoptose chondrocytaire, tout en régulant à la baisse l'expression des marqueurs de stress du réticulum endoplasmique et des enzymes de dégradation matricielle. Le KUS121 représente ainsi une approche thérapeutique prometteuse pour prévenir la progression de la PTOA en protégeant les chondrocytes de la mort cellulaire via l'inhibition du stress excessif du réticulum endoplasmique.
This study investigated how ultrashort echo time MRI with magnetization transfer modeling (UTE-MT) responds to mechanical loading in knee cartilage and meniscus tissue. Researchers scanned 14 cadaveric knee joints from young and elderly donors using UTE-MT sequences under three loading conditions (300N, 500N, and unloaded) on a 3-Tesla MRI scanner, measuring macromolecular proton fraction (MMF) as the primary outcome. In young donors, MMF significantly increased with higher loading (300N to 500N) in the meniscus and cartilage covered by meniscus, then decreased after unloading, while elderly donors showed no significant loading-related changes. These findings suggest that UTE-MT imaging combined with mechanical loading could help differentiate between healthy and age-related degenerative changes in knee joints, with younger tissue showing more uniform and responsive deformation patterns compared to elderly tissue.
Diese Studie untersuchte, wie sich UTE-MRT-Parameter (Ultrashort Echo Time) mit Magnetisierungstransfer-Modellierung unter mechanischer Belastung in Knorpel und Meniskus von Kniegelenken verhalten. **Methodik:** 14 Kniegelenke von jungen (42±12 Jahre) und älteren (89±4 Jahre) Spendern wurden bei verschiedenen Belastungszuständen (0N, 300N, 500N) in einem 3-Tesla-MRT gescannt, wobei die makromolekulare Protonenfraktion (MMF) als Hauptparameter gemessen wurde. **Hauptergebnisse:** Bei jungen Spendern stieg die MMF signifikant unter erhöhter Belastung an (Meniskus +13,3%, meniskusbedeckter Knorpel +9,2%) und fiel nach Entlastung wieder ab, während bei älteren Spendern keine signifikanten Veränderungen auftraten. Die Studie zeigt das Potenzial der UTE-MT-Bildgebung unter Belastung zur Unterscheidung zwischen normalen und pathologischen
Cette étude visait à évaluer les variations des mesures UTE-MT (imagerie par résonance magnétique à temps d'écho ultra-court avec modélisation du transfert de magnétisation) sous charge mécanique dans le cartilage tibio-fémoral et les ménisques de genoux cadavériques. Quatorze articulations de genoux de donneurs jeunes (n=8, 42±12 ans) et âgés (n=6, 89±4 ans) ont été imagées par IRM 3T sous trois conditions de charge (300N, 500N, et sans charge), avec calcul de la fraction de protons macromoléculaires (MMF). Chez les donneurs jeunes, la MMF augmentait significativement avec l'augmentation de la charge dans les ménisques (+13,3%) et le cartilage articulaire couvert par les ménisques (+9,2%), puis diminuait après déchargement, tandis qu'aucun changement significatif n'était observé chez les donneurs âgés. Ces résultats suggèrent que la combinaison UTE-MT et charge mécanique pourrait différencier les genoux normaux des genoux pathologiques, les
This study aimed to develop a new statistical parametric mapping (SPM) technique to analyze regional knee cartilage deformation patterns after running, examine sex-based thickness differences, and explore how sex influences cartilage response to loading. Thirty asymptomatic participants (15 males, 15 females) underwent MRI scanning before and after 15 minutes of treadmill running, with cartilage from four knee compartments segmented and analyzed using SPM to create detailed thickness maps. Running caused cartilage deformation in all four compartments, with the lateral tibia showing the largest area of change, while females consistently had thinner cartilage than males across all compartments. The SPM technique successfully identified detailed spatial patterns of cartilage changes that would be missed by traditional mean thickness measurements, revealing small sex-specific deformation patterns in the lateral tibia.
Diese Studie untersuchte regionale Knorpelverformungen im Kniegelenk nach Laufbelastung mittels einer neuen statistischen Kartierungsmethode (Statistical Parametric Mapping, SPM). 30 gesunde Probanden (15 Männer, 15 Frauen) erhielten MRT-Aufnahmen vor und nach 15-minütigem Laufbandlauf, wobei die Knorpeldicke in vier tibiofemorale Kompartimenten analysiert wurde. Die Ergebnisse zeigten Knorpelverformungen in allen untersuchten Bereichen, wobei das laterale Tibiaplateau die größte Verformungsfläche aufwies, während Frauen generell dünneren Knorpel als Männer hatten. Die SPM-Technik ermöglichte es erstmals, detaillierte räumliche Informationen über geschlechtsspezifische Unterschiede in der Knorpeldicke und deren Reaktion auf Laufbelastung zu identifizieren.
Cette étude visait à évaluer les patterns de déformation régionale du cartilage tibiofémoral en réponse à la course à pied en utilisant la cartographie paramétrique statistique (SPM). Trente participants asymptomatiques (15 hommes, 15 femmes) ont subi une IRM du genou droit avant et après 15 minutes de course sur tapis roulant, avec segmentation du cartilage tibial et fémoral médial et latéral. Les résultats montrent une déformation dans les quatre compartiments après la course, avec la plus grande zone de déformation observée au niveau du tibia latéral, tandis que les femmes présentent un cartilage significativement plus mince que les hommes dans tous les compartiments. Cette technique SPM permet d'identifier des informations spatiales détaillées sur les modifications d'épaisseur du cartilage, révélant des patterns régionaux qui ne seraient pas détectés par des analyses de moyennes globales.
This study investigated whether the TRPV4 ion channel mediates the anti-inflammatory effects of mechanical loading on cartilage. The researchers used chondrocyte cultures and cartilage explants treated with TRPV4 inhibitors or activators, along with mechanical stretching, osmotic loading, and inflammatory stimulation with IL-1β. They found that activating TRPV4 through mechanical forces, osmotic changes, or pharmaceutical agents consistently blocked IL-1β-induced inflammation and prevented cartilage breakdown by reducing nitric oxide and prostaglandin release while preserving tissue mechanical properties. The mechanism involves TRPV4 regulation of cellular structures called primary cilia through tubulin modifications, suggesting TRPV4 could be a promising therapeutic target for treating cartilage inflammation and degradation.
Diese Studie untersuchte die Rolle des osmotisch-sensitiven Ionenkanals TRPV4 bei der entzündungshemmenden Wirkung mechanischer Stimulation auf Gelenkknorpel. Die Forscher modulierten die TRPV4-Aktivität in Chondrozyten und Knorpelexplantaten mittels pharmakologischer Agonisten/Antagonisten sowie mechanischer (zyklische Zugbelastung) und osmotischer Stimulation, während sie gleichzeitig IL-1β-induzierte Entzündungsreaktionen analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Aktivierung von TRPV4 durch mechanische, osmotische oder pharmakologische Stimulation entzündungshemmend wirkt, indem sie die IL-1β-vermittelte Freisetzung von Stickstoffmonoxid und Prostaglandin E₂ blockiert und den Knorpelabbau verhindert. Als zugrundeliegender Mechanismus wurde eine HDAC6-abhängige Modulation der Tubulin-Struktur und Regulation der primären Zilienlänge identifiziert, was TR
Cette étude visait à élucider le rôle du canal ionique TRPV4 dans les effets anti-inflammatoires des stimuli mécaniques sur le cartilage articulaire. Les chercheurs ont modulé l'activité de TRPV4 (par agoniste GSK101 ou antagoniste GSK205) dans des chondrocytes et explants de cartilage soumis à des stimulations mécaniques, osmotiques ou inflammatoires (IL-1β), puis ont analysé les marqueurs inflammatoires et la dégradation matricielle. Les résultats démontrent que l'activation de TRPV4 par stimulation mécanique, osmotique ou pharmacologique exerce des effets anti-inflammatoires en bloquant la libération d'oxyde nitrique et de prostaglandine E2 induite par l'IL-1β, tout en préservant les propriétés biomécaniques du cartilage via une modulation HDAC6-dépendante des cils primaires. Cette découverte révèle le potentiel thérapeutique de la manipulation de TRPV4 comme nouvelle approche pour supprimer la signalisation pro-inflammatoire et la dégradation cartilagineuse.
This review aimed to identify and summarize the molecular mechanisms by which mechanical loading contributes to osteoarthritis development and progression. The authors conducted a comprehensive literature search of PubMed and EMBASE databases from January 2015 to October 2020, focusing on studies examining osteoarthritis, mechanical load, and underlying mechanisms. The review found that abnormal mechanical loading activates several key inflammatory and stress pathways, including interleukin-1β, tumor necrosis factor-α, nuclear factor kappa-B, WNT, transforming growth factor-β, microRNAs, and oxidative stress pathways, which work through specific receptors in cartilage such as integrins and ion channels. These mechanically-activated pathways ultimately lead to cartilage cell death (chondrocyte apoptosis) and breakdown of the cartilage matrix, suggesting potential therapeutic targets for preventing or treating osteoarthritis.
Diese Übersichtsarbeit untersuchte die molekularen Mechanismen, durch die mechanische Belastung die Entstehung und das Fortschreiten der Osteoarthritis fördert. Die Autoren führten eine systematische Literaturrecherche in PubMed und EMBASE-Datenbanken (Januar 2015 bis Oktober 2020) durch, um relevante Studien zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass abnorme mechanische Belastung verschiedene Signalwege aktiviert, darunter Interleukin-1β, TNF-α, NF-κB, Wnt, TGF-β, microRNAs und oxidativer Stress, die zur pathologischen Progression der Osteoarthritis beitragen. Diese Erkenntnisse über mechanosensitive Rezeptoren und die daraus resultierenden Prozesse wie Chondrozytenapoptose und Matrixabbau bieten wichtige Ansatzpunkte für präventive und therapeutische Strategien bei Osteoarthritis.
Cette revue de littérature avait pour objectif de synthétiser les mécanismes moléculaires par lesquels les contraintes mécaniques induisent l'arthrose. Les auteurs ont effectué une recherche systématique dans les bases de données PubMed et EMBASE (2015-2020) en utilisant les termes "osteoarthritis", "mechanical load" et "mechanism". Les résultats montrent que les charges mécaniques anormales activent plusieurs voies de signalisation pro-inflammatoires (IL-1β, TNF-α, NF-κB, Wnt, TGF-β, microARN) ainsi que le stress oxydatif, via des récepteurs spécialisés présents dans le cartilage articulaire (intégrines, canaux ioniques, HIC-5, Gremlin-1, TRPC4). Ces mécanismes conduisent à l'apoptose chondrocytaire et à la dégradation de la matrice extracellulaire, offrant ainsi des cibles thérapeutiques potentielles pour la prévention et le traitement de l'arthrose.
This study aimed to characterize the short-term responses of healthy knee cartilage to running-induced mechanical loading using quantitative MRI. Eleven healthy female recreational runners and four controls underwent 3T MRI scans with T₂ relaxation time measurements before and after 40 minutes of over-ground running or rest, with follow-up scans at 5-minute intervals for 60 minutes using bilateral imaging and registration techniques. The study found immediate decreases in T₂ relaxation times of 2.9-3.6% in superficial cartilage across the femur, tibia, and patella following running, with the most pronounced and persistent changes (5.3% decrease lasting at least 60 minutes) occurring in the medial posterior region of superficial femoral cartilage. These findings demonstrate that running produces detectable, transient changes in cartilage composition and hydration that can be measured using quantitative MRI, providing important baseline data for understanding healthy cartilage responses to exercise loading.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die kurzfristigen Reaktionen von gesundem Knieknorpel auf laufinduzierte Belastung mittels quantitativer MRT-Bildgebung bei elf Läuferinnen und vier Kontrollpersonen. Die Probandinnen wurden vor und nach 40 Minuten Laufen bzw. Ruhen in 5-Minuten-Intervallen über 60 Minuten mit 3T-MRT und T₂-Relaxationszeitmessung untersucht. Die Ergebnisse zeigten unmittelbar nach dem Laufen signifikante Abnahmen der T₂-Zeiten um 2,9-3,6% in oberflächlichen Knorpelschichten von Femur, Tibia und Patella, wobei die Veränderungen im Femurknorpel bis zu 25 Minuten anhielten. Diese Befunde erweitern das Verständnis der transienten biomechanischen Anpassungen von gesundem Knorpel auf repetitive Belastung und liefern wichtige Grundlagen für zukünftige Studien zur
Cette étude visait à caractériser les réponses transitoires à court terme du cartilage du genou sain à la charge induite par la course à pied en utilisant l'IRM quantitative bilatérale. Onze coureuses récréatives et quatre témoins ont été scannées avant et après 40 minutes de course (ou de repos pour les témoins) avec des mesures du temps de relaxation T₂ effectuées toutes les 5 minutes pendant 60 minutes post-activité. Les résultats montrent des diminutions immédiates et significatives du T₂ dans le cartilage superficiel fémoral (3,3%), tibial (2,9%) et patellaire (3,6%) après la course, avec une réduction particulièrement marquée et persistante (5,3%) dans la région postéro-médiale du cartilage fémoral superficiel. Ces findings démontrent que la course induit des changements détectables et transitoires dans l'hydratation du cartilage, fournissant des données importantes pour comprendre la réponse biomécanique du cartilage sain à l'exercice répétitif.
This study investigated how cartilage cells (chondrocytes) sense and respond to hydrostatic pressure through specialized membrane ion channels called TRP channels. The researchers used a 3D tissue engineering model with porcine chondrocytes and applied chemical inhibitors to block specific TRP channels (TRPV1, TRPV4, TRPC3, and TRPC1) while subjecting the cells to controlled hydrostatic loading. They found that hydrostatic pressure reduced the production of sulfated glycosaminoglycans (key cartilage components) in a dose- and frequency-dependent manner, and that blocking the TRPV1 channel partially prevented this reduction. The results suggest that TRPV1 acts as a key sensor for hydrostatic pressure in cartilage cells, while TRPV4 and TRPC3 channels also play important roles in cartilage metabolism, highlighting how different ion channels work together to help cartilage cells respond to mechanical forces.
Diese Studie untersuchte, wie Chondrozyten hydrostatischen Druck wahrnehmen und welche Rolle TRP-Ionenkanäle bei der mechanischen Signaltransduktion spielen. Die Forscher verwendeten ein 3D-Modell mit Schweinechondrozyten in Agarose und setzten spezifische chemische Inhibitoren ein, um die Funktion verschiedener TRP-Kanäle (TRPV1, TRPV4, TRPC3, TRPC1) unter hydrostatischem Druck zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass hydrostatische Belastung zu einer frequenz- und magnitudenabhängigen Reduktion der sulfatierten Glykosaminoglykane (s-GAG) führte, wobei nur die Hemmung von TRPV1 diese druckinduzierte s-GAG-Reduktion teilweise abschwächte. Die Studie identifiziert TRPV1 als wichtigen Transduktor für hydrostatischen Druck in Chondrozyten und bestätigt die Bedeutung von TRPV4 und TRPC3 für die Knorpelst
Cette étude vise à identifier les mécanismes par lesquels les chondrocytes perçoivent et transduisent la pression hydrostatique via les canaux ioniques mécanosensibles de type TRP. Les chercheurs ont utilisé un modèle 3D de chondrocytes porcins en agarose avec des inhibiteurs chimiques spécifiques pour évaluer le rôle des canaux TRPV1, TRPV4, TRPC3 et TRPC1 dans la réponse à la charge hydrostatique. Les résultats montrent que la charge hydrostatique induit une diminution dose et fréquence-dépendante des glycosaminoglycanes sulfatés (s-GAG), et que seule l'inhibition de TRPV1 atténue partiellement cette réduction. Ces findings suggèrent que TRPV1 agit comme transducteur principal de la pression hydrostatique, tandis que TRPV4 et TRPC3 régulent respectivement l'anabolisme chondrocytaire et la chondrogenèse.
This study investigated how mechanical overloading of cartilage contributes to osteoarthritis development by examining the cellular responses of cartilage-like cells to compression. The researchers applied cyclic compressive loading to 3D-cultured ATDC5 cells (a cartilage cell model) for 3 hours and measured the expression of inflammatory receptors and cartilage-degrading enzymes, while also testing the role of TRPV4 ion channels in this process.
The key findings showed that mechanical compression increased both interleukin-1 receptors (IL-1R) and ADAMTS4 (a cartilage-degrading enzyme) through the production of reactive oxygen species, making the cells more susceptible to inflammatory damage. Additionally, the TRPV4 ion channel normally helped regulate these harmful responses, but this protective mechanism appeared to be overwhelmed by excessive mechanical loading.
These results suggest that mechanical overloading creates a harmful cycle where cartilage cells become more sensitive to inflammation while simultaneously producing more cartilage-degrading enzymes, potentially explaining how joint overuse contributes to osteoarthritis progression.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Kompression auf Knorpelzellen die Entstehung von Arthrose beeinflussen könnte, insbesondere durch Veränderungen der Interleukin-1-Rezeptor-Expression. Die Forscher kultivierten ATDC5-Zellen in 3D-Kollagen-Konstrukten und setzten sie zyklischer Kompression (0,5 Hz für 3 Stunden) aus, wobei sie die Expression von Interleukin-1-Rezeptoren (IL-1R), knorpelabbauenden Enzymen (ADAMTS4) und die Rolle des TRPV4-Kanals analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung über reaktive Sauerstoffspezies sowohl IL-1R als auch ADAMTS4 hochreguliert, wodurch die Zellen empfindlicher für entzündliche Signale werden. Der TRPV4-Kanal wirkt dabei als wichtiger Regulator dieser mechanisch induzierten Genexpression und spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung des Knorpelgleich
Cette étude avait pour objectif d'évaluer les effets du stress mécanique compressif sur l'expression du récepteur à l'interleukine-1 (IL-1R) et des enzymes de dégradation matricielle dans des cellules ATDC5 cultivées en 3D. Les chercheurs ont appliqué une compression cyclique sur des construits cellulaires en collagène et analysé l'expression d'ADAMTS4 et d'IL-1R par RT-PCR, ainsi que le rôle du canal TRPV4 dans cette mécanotransduction. Les résultats montrent que la compression cyclique induit l'expression d'ADAMTS4 et d'IL-1R via la production d'espèces réactives de l'oxygène, augmentant ainsi la susceptibilité à l'IL-1β. Le canal TRPV4 régule ces expressions géniques, suggérant son rôle protecteur dans l'homéostasie cartilagineuse, mais une compression excessive peut altérer cette régulation.
This review examines how the biomechanical environment affects chondrocyte function and metabolism, with the objective of improving cartilage tissue engineering strategies. The authors discuss key approaches including tuning scaffold material properties, applying external cyclic loading, and using decellularized scaffolds that preserve native tissue structure to recreate the natural mechanical environment that chondrocytes experience. The main finding is that chondrocyte metabolism is critically influenced by mechanical forces transmitted through the pericellular matrix, and that replicating these biomechanical conditions can enhance biosynthetic responses and promote the development of functional cartilage tissue. The review emphasizes that successful cartilage tissue engineering requires greater attention to biomechanical and tribological properties, which are often overlooked despite their crucial role in graft maturation and long-term performance.
Diese Übersichtsarbeit untersucht, wie die biomechanische Umgebung der Chondrozyten für erfolgreiches Knorpel-Tissue-Engineering nachgebildet werden kann. Die Autoren analysieren die Rolle der mechanischen Stimulation auf zellulärer Ebene und beschreiben verschiedene Ansätze wie die Anpassung von Scaffold-Materialeigenschaften, externe zyklische Belastung und dezellularisierte Gerüste zur Nachbildung der nativen biomechanischen Umgebung. Als Hauptergebnis wird hervorgehoben, dass sowohl die perizellulären Matrix-Komponenten als auch makro- und mikroskalige mechanische Faktoren entscheidend für die Chondrozyten-Mechanotransduktion und den Stoffwechsel sind. Die Studie betont, dass die Integration biomechanischer Prinzipien in Tissue-Engineering-Strategien essentiell ist, um funktionsfähigen Gelenkknorpel mit angemessenen biomechanischen und tribologischen Eigenschaften zu regenerieren.
Cette revue examine comment reproduire l'environnement biomécanique des chondrocytes pour optimiser l'ingénierie tissulaire du cartilage articulaire. Les auteurs analysent les méthodes permettant de recréer cet environnement, notamment l'ajustement des propriétés mécaniques des biomatériaux, l'application de charges cycliques externes, et l'utilisation d'échafaudages décellularisés préservant la microstructure native. L'étude souligne que la matrice péricellulaire agit comme un mécanocoupeur transmettant les contraintes mécaniques aux chondrocytes, influençant directement leur métabolisme et leurs réponses biosynthétiques. Les résultats indiquent qu'une meilleure compréhension de ces mécanismes biomécaniques est essentielle pour développer des greffons d'ingénierie tissulaire possédant les propriétés biomécaniques et tribologiques appropriées pour restaurer la fonction articulaire native.
This study investigated how mechanical forces affect cells in the growth plate's reserve zone, which may serve as a stem cell source and control cartilage development. The researchers used a computer model to simulate compression of bone-growth plate-bone structures at different speeds (strain rates from 0.18%/s to 200%/s), measuring cellular responses at various depths within the reserve zone.
The key findings showed that cell deformation and fluid flow around cells varied significantly depending on both the compression speed and location within the reserve zone depth. Cells near the bone interface experienced different mechanical stimuli than those in upper regions, with fluid shear stress being particularly important near the bone boundary, suggesting these mechanical signals may regulate stem cell behavior and cartilage development in the reserve zone.
Diese Studie untersuchte die mechanischen Reaktionen von Chondrozyten in der Reservezone der Wachstumsfuge unter Druckbelastung, um deren potenzielle mechanoregulatorische Rolle besser zu verstehen. Mittels eines poroelastischen Finite-Elemente-Modells wurde die zelluläre Antwort bei 5%iger Kompression mit verschiedenen Dehnungsraten (0,18-200%/s) simuliert. Die Ergebnisse zeigten, dass Zelldehnungen und Fluidscherspannungen stark von der Gewebetiefe und Dehnungsrate abhingen, wobei Zellen in der unteren Reservezone weniger sensitiv auf epiphyseale Permeabilität reagierten als in der oberen Zone. Die Befunde legen nahe, dass diese tiefe- und geschwindigkeitsabhängigen mechanischen Stimuli wichtige mechanoregulatorische Signale für Reservezone-Chondrozyten darstellen könnten.
Cette étude visait à examiner la réponse mécanique des chondrocytes dans la zone de réserve du cartilage de croissance lors de sollicitations compressives, afin de comprendre les signaux mécanorégulateurs potentiels dans cette région mal comprise. Les chercheurs ont développé un modèle poroélastique par éléments finis multi-échelles pour analyser la réponse transitoire des cellules lors d'une compression à 5% de l'épaisseur cartilagineuse, à différentes vitesses de déformation (0,18% à 200%/s). Les résultats montrent que les déformations cellulaires et les contraintes de cisaillement du fluide à la surface des cellules dépendent fortement de la profondeur tissulaire et de la vitesse de déformation, avec des variations particulièrement marquées entre les zones supérieures et inférieures de la zone de réserve. Ces gradients mécaniques pourraient constituer des signaux mécanorégulateurs cruciaux pour le contrôle de l'activité des chondrocytes dans la zone de réserve du cartilage de croissance.
This study aimed to develop and validate an experimental method for testing cartilage repair treatments in the patellofemoral (kneecap) joint before clinical use. The researchers used a 6-axis simulator to apply realistic loading and movement to porcine (pig) knee joints, comparing different surgical positioning of osteochondral grafts (cartilage transplants) in the patella.
The key finding was that grafts positioned flush with the surrounding cartilage surface performed well, causing minimal wear and damage to the opposing cartilage, similar to untreated joints. However, grafts positioned 1mm above the surface (proud) caused moderate cartilage damage on the opposing femoral surface, while steel pins caused severe damage including bone exposure. This simulator model provides a valuable tool for evaluating cartilage repair strategies under realistic joint conditions before human trials.
Diese Studie zielte darauf ab, ein experimentelles Simulationsmodell zur Bewertung von Knorpelverschleiß im patellofemoralen Gelenk von Schweinen zu entwickeln und die Auswirkungen unterschiedlicher chirurgischer Positionierungen von osteochondralen Allografts zu untersuchen. Die Forscher verwendeten einen 6-Achsen-Simulator, um physiologische Belastungen und Bewegungen zu simulieren, und verglichen verschiedene Implantatpositionen (bündig mit der Knorpeloberfläche vs. 1 mm erhaben) mit Kontrollgruppen. Die Ergebnisse zeigten, dass bündig implantierte Allografts die artikulierende Oberfläche der Patella erfolgreich wiederherstellten und zu geringem Verschleiß führten, während erhaben implantierte Transplantate Knorpelläsionen am Femur verursachten. Das entwickelte Modell bietet somit eine wertvolle Methode zur präklinischen Bewertung osteochondraler Reparaturstrategien unter physiologischen Bedingungen.
Cette étude visait à développer une méthode de simulation biomécanique pour évaluer les interventions de réparation ostéochondrale dans l'articulation patellofémorale porcine. Les chercheurs ont utilisé un simulateur à 6 axes pour reproduire les charges et mouvements physiologiques, testant différentes positions d'implantation d'allogreffes ostéochondrales (affleurantes ou saillantes de 1 mm) comparées à des contrôles. Les résultats montrent que les allogreffes implantées de manière affleurante restaurent efficacement la surface articulaire avec une usure minimale du cartilage opposé, tandis que les greffes saillantes provoquent des lésions cartilagineuses fémorales (grade ICRS 2) et une perte de volume significative. Cette méthode de simulation offre un outil préclinique prometteur pour l'évaluation fonctionnelle des stratégies de réparation ostéochondrale du genou.
This study investigated whether a specialized MRI technique called UTE-ADIAB-T₁ρ could detect mechanical changes in knee cartilage and meniscus tissue under different loading conditions. The researchers tested eight cadaveric knee joints from young donors using a 3T MRI scanner, applying sequential loads of 0N, 300N, 500N, and then unloading back to 0N while measuring tissue response in various cartilage and meniscus regions.
The results showed that UTE-ADIAB-T₁ρ values decreased by 10-26% in all tissue regions when mechanical loads were applied, with the largest reductions occurring under 300N loading conditions. When the load was removed, the values partially recovered but did not return to baseline levels, suggesting incomplete tissue restoration, though these changes were not statistically significant.
The findings indicate that UTE-ADIAB-T₁ρ MRI can detect load-induced deformation patterns in knee tissues and may serve as a functional imaging marker for assessing cartilage and meniscus biomechanical properties.
Diese Studie untersuchte die Sensitivität der UTE-ADIAB-T₁ρ MRT-Sequenz zur Detektion mechanisch-induzierter Deformationen in Knorpel und Meniskus menschlicher Kniegelenke. An acht Kadaver-Kniegelenken wurden bei 3 Tesla MRT-Messungen unter verschiedenen Belastungsbedingungen (0 N, 300 N, 500 N, erneut 0 N) durchgeführt, wobei UTE-ADIAB-T₁ρ-Werte in Meniskus und verschiedenen Knorpelregionen gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten konsistente Reduktionen der UTE-ADIAB-T₁ρ-Werte unter Belastung (10,7-26,2% Abnahme) mit partieller Erholung nach Entlastung, wobei die Unterschiede statistisch nicht signifikant waren. Die Studie demonstriert das Potenzial der UTE-ADIAB-T₁ρ-Technik als funktioneller Bildgebungsmarker zur
Cette étude visait à évaluer la sensibilité de la séquence IRM UTE-ADIAB-T₁ρ aux déformations mécaniques induites par la charge dans le cartilage tibiofémoral et les ménisques de genoux cadavériques humains. Huit articulations de genoux de donneurs jeunes ont été analysées par IRM 3T sous quatre conditions de charge séquentielles (0N, 300N, 500N, puis retour à 0N), avec mesure des valeurs UTE-ADIAB-T₁ρ dans différentes régions d'intérêt du ménisque et du cartilage articulaire. Les résultats montrent une diminution des valeurs UTE-ADIAB-T₁ρ dans toutes les régions lors de la mise en charge (-10,7% à -26,2%), suivie d'une augmentation partielle après décharge, suggérant une déformation tissulaire puis une restauration incomplète. Cette technique présente un potentiel comme marqueur d'imagerie fonctionnelle pour détecter les patterns de déformation sous contrainte mécanique, bien que les différences observées n'aient pas atteint la significativ
This study developed a novel system to investigate how cartilage cells (chondrocytes) respond to mechanical forces that mimic natural joint loading. The researchers created a computer-controlled device that applies precise combinations of compression, tension, and shear forces to chondrocytes embedded in 3D gel scaffolds, along with computational models to analyze cell deformation patterns. The system demonstrated high accuracy (1.2% error) and reproducibility, successfully applying up to 7% tensile and 15% shear strains to the constructs while maintaining cell viability. This represents one of the first systems capable of directly linking tissue-level mechanical forces to individual cell-level deformation, providing a valuable tool for understanding cartilage mechanobiology and developing tissue engineering strategies.
Diese Studie zielte darauf ab, ein neuartiges System zur Analyse des komplexen mechanobiologischen Verhaltens von Chondrozyten in dreidimensionalen Hydrogel-Konstrukten zu entwickeln und zu validieren. Das System kombiniert ein computergesteuertes mechanisches Gerät, das präzise multidirektionale Belastungen (Kompression, Zug und Scherung) auf Chondrozyten-besiedelte Agarose-Konstrukte anwenden kann, mit computergestützten Modellen zur Analyse der Zellverformungsmuster. Die Validierung zeigte eine hohe Genauigkeit (1,2% Fehler) und Reproduzierbarkeit des Systems, wobei die Konstrukte mechanische Belastungen von bis zu 7% Zugdehnung und 15% Scherung vertragen konnten. Das entwickelte System ermöglicht erstmals die systematische Charakterisierung von Konstrukt-Dehnungen bis hin zu zellulären Dehnungen und ist damit ideal geeignet für die Untersuchung physiologisch relevanter Chondrozyten-Reaktionen auf komplexe mechanische Stimulation.
Cette étude visait à développer et valider un système novateur pour analyser les patterns de déformation des chondrocytes sous stimulation mécanique complexe. Les chercheurs ont conçu un dispositif in vitro contrôlé par ordinateur capable d'appliquer des contraintes multi-axiales (compression, tension, cisaillement) à des construits d'hydrogel d'agarose ensemencés de chondrocytes, couplé à des modèles in silico pour l'analyse des déformations cellulaires. Le système démontre une précision de synchronisation de 98,8% et permet de caractériser jusqu'à huit construits 3D simultanément, supportant des déformations allant jusqu'à 7% en tension et 15% en cisaillement. Cette approche représente l'un des premiers systèmes permettant de corréler directement les contraintes appliquées au niveau du construit avec les déformations cellulaires individuelles, ouvrant la voie à une investigation systématique des réponses chondrocytaires aux profils de déformation physiologiquement pertinents.
This study investigated whether ankle cartilage responds differently to loading in people with chronic ankle instability (CAI) compared to healthy individuals. The researchers used ultrasound imaging to measure changes in talar (ankle bone) cartilage thickness before and after two loading protocols - 2 minutes of single-leg standing and 60 single-leg forward hops - in 30 CAI patients and 30 healthy controls.
The key findings showed that individuals with CAI experienced significantly greater cartilage deformation (compression) than healthy controls after both standing and hopping activities, particularly in the overall ankle cartilage and the medial (inner) region. Additionally, static standing produced greater cartilage deformation than dynamic hopping across both groups, suggesting that prolonged static loading may be more mechanically demanding on ankle cartilage than brief dynamic activities.
Diese Studie untersuchte, ob sich die Knorpeldeformation des Talus zwischen Patienten mit chronischer Sprunggelenkinstabilität (CAI) und gesunden Kontrollen unterscheidet. Mittels Ultraschall wurde die Knorpeldicke vor und nach statischer (2-minütiges Einbeinstand) sowie dynamischer Belastung (60 Einbeinsprünge) bei jeweils 30 CAI-Patienten und 30 Kontrollen gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass CAI-Patienten nach beiden Belastungsformen eine signifikant größere Knorpeldeformation aufwiesen als gesunde Personen, insbesondere im medialen Bereich des Talus. Zudem führte statische Belastung in beiden Gruppen zu einer stärkeren Knorpeldeformation als dynamische Belastung, was die viskoelastischen Eigenschaften des Knorpels widerspiegelt.
Cette étude visait à comparer la déformation du cartilage talien entre patients souffrant d'instabilité chronique de cheville (CAI) et témoins sains, mesurée par échographie après des protocoles de charge statique et dynamique. Les chercheurs ont utilisé l'échographie pour évaluer l'épaisseur du cartilage talien chez 30 patients CAI et 30 témoins, avant et après une position debout unipodale de 2 minutes et 60 sauts unipodaux. Les résultats montrent que les patients CAI présentent une déformation cartilagineuse significativement plus importante que les témoins, particulièrement au niveau médial, tant en condition statique (-12,98% vs -5,80%) qu'en condition dynamique (-8,51% vs -3,31%). L'étude démontre également que la charge statique induit une déformation cartilagineuse supérieure à la charge dynamique dans les deux groupes, suggérant que l'échographie peut détecter des différences de propriétés viscoélastiques du cartilage chez les patients CAI.
This study investigated whether daily knee loading patterns influence how cartilage responds to acute running exercise in women. Fifteen women underwent gait analysis, wore accelerometers for a week to measure daily steps, and completed MRI scans before and after 15 minutes of treadmill running to assess changes in knee cartilage thickness, volume, and composition (T2 relaxation time). The researchers found that women who were more physically active but had lower knee joint forces during walking (or lower BMI) showed smaller changes in tibial cartilage volume after running. These findings suggest that regular physical activity may condition cartilage to better withstand acute loading, potentially providing insights into how habitual activity patterns affect cartilage health and function.
Diese Studie untersuchte bei 15 Frauen den Zusammenhang zwischen der täglichen kumulativen Kniebelastung und der akuten Knorpelreaktion auf Laufbelastung. Die Methodik umfasste Ganganalysen, einwöchige Accelerometer-Messungen zur Schrittzahlerfassung, sowie MRT-Aufnahmen vor und nach 15-minütigem Laufbandlauf zur Bestimmung von Knorpeldicke, -volumen und T2-Relaxationszeit. Die Hauptergebnisse zeigen, dass körperlich aktivere Frauen mit geringeren Gelenkbelastungen (niedrigere JRF-Impulse) oder niedrigerem BMI weniger Veränderungen im Tibiaknorpel nach dem Laufen aufwiesen. Dies deutet auf einen Konditionierungseffekt des Knorpels durch regelmäßige Aktivität hin.
Cette étude visait à déterminer si la charge cumulative quotidienne au genou influence la réponse du cartilage à un exercice de course à pied chez les femmes. Les chercheurs ont analysé 15 participantes en combinant des analyses de marche, un suivi par accéléromètre sur une semaine, et des IRM avant/après 15 minutes de course sur tapis roulant pour mesurer les changements d'épaisseur, de volume et de temps de relaxation T2 du cartilage tibial et fémoral. Les résultats montrent que les changements de volume du cartilage tibial après la course sont influencés par l'interaction entre la charge cumulative quotidienne (force de réaction articulaire × nombre de pas quotidiens) et l'IMC. Les femmes plus actives physiquement avec une charge articulaire plus faible (ou un IMC plus bas) présentent moins de modifications cartilagineuses après l'exercice, suggérant un phénomène de conditionnement du cartilage.
This study investigated the optimal timing for inhibiting bone remodeling to slow posttraumatic osteoarthritis (PTOA) progression after joint injury. Researchers used a mouse model where mechanical loading was applied to initiate PTOA, then treated animals with alendronate (a bone remodeling inhibitor) either immediately or with 1-2 week delays, analyzing cartilage damage, bone changes, and bone spur formation over 3-6 weeks. The results showed that immediate treatment after injury was most effective, reducing cartilage damage, slowing bone spur formation, and preserving bone structure, while delayed treatment only protected cartilage but failed to prevent bone-related changes. These findings suggest that abnormal bone remodeling in the first week after joint injury is critical for disease progression, highlighting the potential for anti-resorptive drugs as preventive rather than reactive treatments for PTOA.
Diese Studie untersuchte das optimale Zeitfenster für die Hemmung des subchondralen Knochenumbaus zur Verlangsamung der posttraumatischen Osteoarthritis (PTOA)-Entwicklung nach Gelenkschädigung. Die Forscher verwendeten ein Mausmodell mit mechanischer Belastung zur PTOA-Induktion und behandelten die Tiere mit dem Bisphosphonat Alendronat entweder sofort oder mit ein- bis zweiwöchiger Verzögerung nach der Belastung. Die sofortige Hemmung des Knochenumbaus nach PTOA-Initiierung war am effektivsten und reduzierte Knorpeldegeneration, verlangsamte die Osteophytenbildung und erhielt das subchondrale Knochenvolumen, während verzögerte Behandlungen diese protektiven Effekte nicht vollständig zeigten. Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial von Bisphosphonaten als präventive Therapien unmittelbar nach Gelenkverletzungen, anstatt als krankheitsmodifizierende Behandlungen bei bereits etablierten Gelenksch
Cette étude visait à déterminer la fenêtre thérapeutique optimale pour inhiber le remodelage osseux sous-chondral afin de ralentir la progression de l'arthrose post-traumatique (PTOA). Les chercheurs ont utilisé un modèle murin de PTOA induite par charge mécanique, en administrant de l'alendronate (inhibiteur de remodelage osseux) soit immédiatement après la lésion, soit avec un délai de 1 ou 2 semaines. L'inhibition immédiate du remodelage osseux s'est révélée la plus efficace, réduisant significativement la dégénération cartilagineuse, ralentissant la formation d'ostéophytes et préservant le volume osseux sous-chondral par rapport aux traitements retardés. Ces résultats suggèrent que les médicaments anti-résorptifs pourraient être utilisés comme thérapies préventives immédiatement après une lésion articulaire, plutôt que comme traitements modificateurs de maladie une fois les dommages établis.
This systematic review and meta-analysis aimed to determine how running affects lower limb cartilage structure and composition to inform clinical recommendations for runners and sports medicine practitioners. The researchers analyzed 43 prospective studies that used quantitative MRI to measure cartilage changes before and after running, examining outcomes including cartilage volume, thickness, lesions, and tissue composition markers. The key findings showed that while running causes immediate but temporary reductions in knee cartilage volume, thickness, and certain MRI relaxation times, these changes do not persist and likely reflect normal fluid movement within the cartilage. Importantly, moderate evidence suggests that running does not create new cartilage lesions, and repeated running exposure does not cause lasting structural changes, indicating that cartilage recovers well and adapts to regular running activity.
Diese systematische Übersichtsarbeit mit Meta-Analyse untersuchte den Einfluss des Laufens auf die Knorpelmorphologie und -zusammensetzung der unteren Extremität mittels quantitativer Magnetresonanztomographie (MRT). Die Forscher analysierten 43 prospektive Studien, die Knorpelparameter vor und nach dem Laufen bewerteten, wobei sowohl qualitative Analysen als auch Meta-Analysen durchgeführt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass Laufen zwar unmittelbar nach einer einzelnen Laufeinheit zu vorübergehenden Veränderungen der Knieknorpeldicke, des Volumens und der T1ρ- und T2-Relaxationszeiten führt, diese Effekte jedoch nicht anhielten und wahrscheinlich natürliche Flüssigkeitsdynamik widerspiegeln. Zusammenfassend deuten die Befunde darauf hin, dass sich der Knorpel gut von einzelnen Laufeinheiten erholt und sich an wiederholte Belastung anpasst, wobei moderate Evidenz zeigt, dass Lau
Cette revue systématique et méta-analyse visait à évaluer l'influence de la course à pied sur la morphologie et la composition du cartilage des membres inférieurs en utilisant l'IRM quantitative. Les auteurs ont analysé 43 études prospectives à mesures répétées évaluant sept paramètres cartilagineux (lésions, volume, épaisseur, contenu en glycosaminoglycanes et temps de relaxation T1ρ, T2 et T2*) avant et après course. Les résultats montrent que bien que la course induise des réductions immédiates et transitoires du volume, de l'épaisseur et des temps de relaxation T1ρ et T2 du cartilage du genou, ces changements ne persistent pas dans le temps et reflètent probablement la dynamique naturelle des fluides. L'étude conclut que le cartilage récupère efficacement après un épisode de course et s'adapte bien à une exposition répétée, avec des preuves modérées indiquant que la course ne conduit pas à la formation de nouvelles lésions cartilagineuses.
This study investigated whether tibial axial loading (TAL) could reduce inflammation in knee cartilage following traumatic injury as a potential early intervention to prevent post-traumatic osteoarthritis. The researchers developed a custom device that applies dynamic compression to knee cartilage by combining tibial loading with continuous passive motion, then tested it on injured porcine knees using 1/4 body weight loads at 1 Hz for 30 minutes. The main finding was that TAL significantly reduced the upregulation of pro-inflammatory cytokines (IL-1β and TNF-α) that normally occurs 8 hours after cartilage injury. These results suggest that TAL could serve as a practical early therapeutic intervention to mitigate the inflammatory cascade that leads to cartilage degeneration after joint trauma.
Diese Studie untersuchte, ob dynamische axiale Belastung der Tibia (TAL) die Entzündungsreaktion von Gelenkknorpel nach akuter Verletzung reduzieren kann, um der Entstehung einer posttraumatischen Arthrose vorzubeugen. Die Forscher entwickelten ein spezielles Gerät, das tibiale Axialbelastung mit kontinuierlicher passiver Bewegung kombiniert, und testeten es an einem ex-vivo Schweinemodell mit Einzelschlagverletzungen des Kniegelenks. Nach 30-minütiger TAL-Behandlung (1/4 Körpergewicht, 1 Hz) zeigten sich 8 Stunden nach der Verletzung deutlich reduzierte Expressionslevel der proinflammatorischen Zytokine IL-1β und TNF-α im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass TAL eine praktikable Frühinterventionsstrategie zur Minderung schädlicher Entzündungsprozesse nach akuten Knorpelverletzungen darstellen könnte.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer les effets anti-inflammatoires du chargement axial tibial (TAL) sur le cartilage articulaire du genou après blessure traumatique, dans le but de prévenir l'arthrose post-traumatique. Les chercheurs ont développé un dispositif personnalisé appliquant une compression dynamique (1/4 du poids corporel, 1 Hz, 30 min) sur des genoux porcins ex-vivo après impact traumatique, puis analysé l'expression des cytokines pro-inflammatoires (IL-1β et TNF-α) 8 heures post-blessure. Les résultats montrent que bien que l'expression des cytokines soit augmentée suite à la blessure, cette augmentation était significativement atténuée dans les échantillons ayant bénéficié du TAL. Cette approche pourrait donc constituer une stratégie d'intervention précoce pratique et efficace pour limiter la réponse inflammatoire délétère suivant une blessure aiguë du cartilage articulaire.
This systematic review examined whether surgical repair of acute meniscus root tears produces better outcomes than debridement or nonoperative management. The researchers analyzed 11 studies of low to moderate quality comparing functional scores and radiographic progression across different treatment approaches for meniscus root tears. All treatment options improved functional scores after 12 months, but arthroscopic repair showed superior functional outcomes compared to partial meniscectomy and nonoperative management at 12-month follow-up. While radiographic osteoarthritis progression occurred in all groups, there was evidence that repair may delay this deterioration compared to other treatments, with baseline meniscal extrusion severity, limb alignment, and pre-existing degeneration being key predictors of outcomes.
Diese systematische Übersichtsarbeit untersuchte die Behandlungsergebnisse von akuten Meniskuswurzelrissen durch chirurgische Reparatur, Debridement, Meniskektomie oder konservative Therapie. Die Autoren analysierten elf Studien niedriger bis moderater methodologischer Qualität durch elektronische Datenbankrecherchen. Die Ergebnisse zeigen, dass alle Behandlungsoptionen nach mehr als 12 Monaten zu funktionellen Verbesserungen führten, wobei die arthroskopische Reparatur möglicherweise bessere Funktionsergebnisse und eine langsamere radiologische Arthroseprogression im Vergleich zur partiellen Meniskektomie und konservativen Behandlung bewirkt. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass das Alter kein unabhängiger Prädiktor für das funktionelle Ergebnis ist, jedoch sind hochwertige randomisierte kontrollierte Studien erforderlich, um definitive Behandlungsempfehlungen geben zu können.
Cette revue systématique visait à comparer les résultats cliniques des différentes approches thérapeutiques (réparation chirurgicale, débridement, méniscectomie ou traitement conservateur) pour les déchirures radiales aiguës de la racine méniscale. Les auteurs ont analysé 11 études de qualité méthodologique faible à modérée issues de bases de données médicales majeures. Les résultats montrent que la réparation arthroscopique pourrait offrir de meilleurs résultats fonctionnels à 12 mois comparativement à la méniscectomie partielle et au traitement conservateur, avec potentiellement un ralentissement de la progression radiologique de l'arthrose. Bien que tous les traitements améliorent les scores fonctionnels après 12 mois, la progression arthrosique survient dans tous les groupes, avec comme facteurs prédictifs d'échec la sévérité de l'extrusion méniscale, le malalignement en varus et la dégénérescence préexistante.
This systematic review examined how long-distance running immediately affects knee cartilage and meniscus in experienced runners using advanced MRI imaging techniques. The researchers searched major medical databases and identified 14 studies that used quantitative MRI to measure changes in healthy marathon runners before and after races. The main findings showed that runners experience temporary changes after long-distance running, including initial decreases in cartilage and meniscus volume, reduced T2 signals that return to normal quickly, and elevated T1ρ signals that may persist for months. The superficial and medial areas of knee cartilage and meniscus showed the greatest changes, suggesting these regions are most affected by the mechanical stress of running.
Diese systematische Übersichtsarbeit untersuchte akute Veränderungen von Knieknorpel und Meniskus bei erfahrenen Langstreckenläufern mittels quantitativer Magnetresonanztomographie (MRT). Die Autoren analysierten 14 Studien, die gesunde Marathonläufer vor und nach dem Lauf mittels funktioneller MRT-Sequenzen untersuchten. Die Ergebnisse zeigten, dass das Volumen von Knorpel und Meniskus unmittelbar nach dem Lauf abnimmt, während die T2-Werte kurzfristig sinken und zur Baseline zurückkehren, T1ρ-Werte jedoch monatelang erhöht bleiben können. Besonders die oberflächlichen und medialen Bereiche des Knieknorpels erwiesen sich als mechanisch belastungsanfälliger, was auf einen Flüssigkeitsaustausch und Materialwechselwirkungen im Knorpel- und Meniskusgewebe nach intensiver Laufbelastung hindeutet.
Cette revue systématique visait à analyser les modifications aiguës du cartilage et du ménisque du genou chez les coureurs habitués après une course de longue distance, en utilisant l'IRM quantitative. Quatorze études ont été incluses, examinant les changements volumétriques et les paramètres de relaxation (T2, T2*, T1ρ) du cartilage et du ménisque avant et après la course. Les résultats montrent une diminution transitoire du volume cartilagineux et méniscal ainsi qu'une diminution des valeurs T2/T2* qui retournent rapidement à la normale, tandis que T1ρ peut rester élevé plusieurs mois. Les zones superficielles et médiales du cartilage et du ménisque apparaissent plus sensibles aux contraintes mécaniques de la course, suggérant des échanges liquidiens et des interactions matérielles spécifiques dans ces structures.
This study investigated how knee osteoarthritis (OA) affects the mechanical stress and deformation patterns in the medial meniscus. The researchers used finite element modeling to simulate the stance phase of walking, comparing an intact knee model (based on MRI scans from a healthy volunteer) with an OA model that incorporated reduced cartilage thickness and altered material properties of cartilage and menisci. The key findings showed that OA significantly increased mechanical stress in the meniscus, with hoop stress rising by 83% in the posterior horn and von Mises stress reaching 26.8 MPa in the posterior meniscus body, along with 57% greater medial translation of the meniscus. These increased stress levels, particularly the elevated hoop stresses at the inner edge of the posterior meniscus, suggest that knee OA creates mechanical conditions that may predispose the medial meniscus to radial tears.
Diese Finite-Elemente-Studie untersuchte, wie sich eine mediale Kniearthrose auf die biomechanischen Eigenschaften des medialen Meniskus auswirkt. Die Forscher simulierten die Standphase des Gangzyklus anhand von MRT-basierten Kniemodellen, wobei arthrotische Veränderungen durch reduzierte Knorpeldicke und veränderte Materialeigenschaften modelliert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass bei Arthrose die Hoop-Spannung im hinteren Meniskushorn um 83% anstieg, während sich der Meniskuskörper verstärkt nach medial verlagerte und in der Breite reduzierte. Diese erhöhten mechanischen Belastungen, insbesondere die deutlich gesteigerten Hoop-Spannungen am inneren Rand des hinteren Meniskusanteils, könnten die Entstehung radialer Meniskusrisse bei Kniearthrose erklären.
Cette étude vise à comprendre l'influence de l'arthrose du compartiment médial du genou sur les contraintes et déformations du ménisque médial. Les auteurs ont utilisé la méthode des éléments finis pour simuler la phase d'appui de la marche, en comparant un modèle de genou intact à un modèle arthrosique caractérisé par une réduction non-uniforme de l'épaisseur du cartilage et une diminution des paramètres matériels des tissus mous. Les résultats montrent une augmentation significative des contraintes de cerclage dans la corne postérieure du ménisque médial (83% vs 11% dans la corne antérieure), associée à une translation médiale accrue du corps méniscal (+57%) et à une réduction de sa largeur dans le modèle arthrosique. Ces modifications biomécaniques, notamment l'élévation importante des contraintes de cerclage au bord interne de la partie postérieure du ménisque médial, suggèrent que l'arthrose médiale du genou pourrait favoriser l'initiation de fissures radiales méniscales.
This study investigated how pre-existing cracks affect the mechanical behavior of articular cartilage under tensile loading conditions. The researchers used uniaxial creep testing and cyclic tensile loading to examine cracked cartilage samples, analyzing crack propagation, strain responses, and structural changes at the fibril level. Key findings showed that cracked cartilage exhibited greater creep strain than intact cartilage, with fracture occurring in two distinct phases (crack-tip blunting followed by crack growth), and that cyclic loading caused irreversible damage to the collagen fibril network without obvious crack propagation. The results suggest that cartilage cracks significantly compromise mechanical integrity through increased deformation and progressive structural damage, which may contribute to osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte die mechanischen Eigenschaften von rissgeschädigtem Gelenkknorpel unter einachsiger Zugbelastung, um die Auswirkungen von Knorpelrissen auf die Biomechanik zu verstehen. Die Forscher verwendeten Kriech- und zyklische Zugversuche an rissgeschädigtem Knorpelgewebe und analysierten dabei Parameter wie Dehnung, Rissspitzenverhalten und morphologische Veränderungen. Die Ergebnisse zeigten, dass rissgeschädigter Knorpel größere Kriechdehnungen aufweist als intakter Knorpel und dass zyklische Belastungen irreversible Verformungen sowie Schädigungen des Kollagenfasernetzwerks verursachen, wobei höhere Spannungen und niedrigere Belastungsfrequenzen diese Effekte verstärken. Obwohl deutliche strukturelle Schäden an den Kollagenfibrillen beobachtet wurden, kam es unter den Testbedingungen zu keinem weiteren Risswachstum.
Cette étude visait à analyser les propriétés mécaniques du cartilage articulaire fissuré sous contrainte de traction uniaxiale, en utilisant des tests de fluage et de charge cyclique. Les auteurs ont identifié deux phases dans le processus de fracture (émoussement de la pointe de fissure et croissance de la fissure) et ont modélisé le comportement viscoélastique non-linéaire du cartilage fissuré. Les résultats montrent que le cartilage fissuré présente une déformation de fluage plus importante que le cartilage intact, avec des déformations irréversibles sous charge cyclique liées à la rupture des fibrilles de collagène, bien qu'aucune propagation évidente de fissure n'ait été observée dans les conditions testées. Cette recherche contribue à mieux comprendre les mécanismes biomécaniques précoces de l'arthrose liés aux microfissures cartilagineuses.
This study investigated how the superficial zone (SZ) of articular cartilage controls fluid flow and tissue deformation during joint loading. The researchers used bovine cartilage plugs and applied static (88 kPa) or cyclic (0-125 kPa) compression for five minutes, comparing responses before and after removing the top 10% of cartilage (SZ), with either covered or uncovered surface conditions during recovery. Key findings showed that static loading produced greater deformation than cyclic loading, uncovering the cartilage surface allowed faster recovery, and removing the SZ increased both static and cyclic deformation while enlarging the cyclic strain envelope. The results demonstrate that an intact superficial zone is essential for normal cartilage function by regulating fluid movement and controlling tissue deformation during loading and recovery cycles.
Diese Studie untersuchte die Rolle der oberflächlichen Zone (SZ) des Gelenkknorpels bei der Kontrolle von Flüssigkeitsaustausch und Matrixverformung während Be- und Entlastung. Bovine Knorpel-Knochen-Proben wurden statischen (88 kPa) oder zyklischen (0-125 kPa, 1 Hz) Druckbelastungen für fünf Minuten unterzogen, wobei die Verformung und Erholung mit intakter und entfernter oberflächlicher Zone gemessen wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die Entfernung der SZ zu erhöhten Kriechverformungen sowohl unter statischer als auch zyklischer Belastung führte, während das Freilegen der Gelenkoberfläche eine schnellere Dickenwiederherstellung ermöglichte. Die Studie belegt, dass eine intakte oberflächliche Zone essentiell für die normale mechanische Funktion des Knorpels ist, da sie den Flüssigkeitsaustausch und damit die Matrixverformung während Gelenkbewegungen kontrolliert
Cette étude visait à évaluer le rôle de la zone superficielle (ZS) du cartilage articulaire dans le contrôle de la déformation de la matrice extracellulaire lors de la compression. Les chercheurs ont utilisé des tests de compression par fluage confiné sur des échantillons ostéochondraux bovins, en appliquant des contraintes statiques (88 kPa) ou cycliques (0-125 kPa à 1 Hz) avant et après ablation de la ZS. Les résultats montrent que la déformation par fluage statique était supérieure à la déformation cyclique, et que la découverte de la surface articulaire accélérait la récupération d'épaisseur du tissu. L'ablation de la ZS a entraîné une augmentation significative des déformations statiques et cycliques, démontrant que cette zone est essentielle au contrôle de l'exsudation et de l'imbibition liquidienne, et donc au fonctionnement mécanique normal du cartilage.
This biomechanical study investigated whether the meniscus functions as a shock absorber in the knee joint using 14 porcine knee specimens tested under two loading conditions: impact loading (drop tower) and cyclic sinusoidal loading at frequencies of 0.1-5 Hz. Researchers compared shock absorption capacity (measured as loss factor) across four meniscal states: intact, medial posterior root avulsion, medial meniscectomy, and total meniscectomy. The results demonstrated that intact menisci provided the highest shock absorption (loss factor 0.10-0.15), while any meniscal damage or removal significantly reduced damping ability by 18-68% depending on the extent of tissue loss. These findings confirm that menisci contribute substantially to knee joint shock absorption during both impact and repetitive loading, suggesting that patients returning to high-impact sports after meniscectomy may face increased risk of cartilage damage due to reduced joint protection.
Diese biomechanische Studie untersuchte, ob der Meniskus als Stoßdämpfer im Kniegelenk fungiert, indem 14 Schweineknie in verschiedenen Meniskuszuständen (intakt, mediale posteriore Wurzelavulsion, mediale Meniskektomie, totale Meniskektomie) sowohl Impact-Tests (Drop-Tower) als auch sinusoidalen Belastungen unterzogen wurden. Die Forscher maßen Kräfte und Verformungen kontinuierlich und berechneten den Verlustfaktor (tan δ) als Maß für die Dämpfungsfähigkeit. Die Ergebnisse zeigten, dass intakte Kniegelenke die höchsten Verlustfaktoren aufwiesen (0,10-0,15), während jede chirurgische Manipulation der Menisken die Dämpfungsfähigkeit deutlich reduzierte – um bis zu 68% bei totaler Meniskektomie. Die Studie belegt somit, dass der Meniskus wesentlich zur Stoßabsorption des Kniegelenks beiträgt, was wichtige Implikationen für die Rehabilitation von j
Cette étude biomécaniqueporcine avait pour objectif de déterminer si le ménisque agit effectivement comme un amortisseur dans l'articulation du genou. Les chercheurs ont testé 14 genoux porcins en position de flexion à 45° selon deux méthodes : des tests d'impact (3,54 J) et des charges sinusoïdales dynamiques (0,1-5 Hz), en comparant quatre états méniscaux (intact, avulsion de racine postérieure médiale, méniscectomie médiale, et méniscectomie totale). Les résultats démontrent que l'état intact présente les meilleurs facteurs d'amortissement (0,10-0,15), tandis que toute résection méniscale réduit significativement cette capacité d'absorption des chocs (jusqu'à -68% pour la méniscectomie totale). Ces findings confirment le rôle crucial du ménisque dans l'amortissement articulaire et soulignent l'exposition accrue du cartilage à des charges critiques chez les patients méniscectomisés pratiquant des sports à impact.
This randomized controlled trial investigated whether gait training with auditory biofeedback could improve walking patterns and cartilage health in people with chronic ankle instability (CAI). Eighteen participants with CAI were assigned to either an auditory biofeedback group (using a lateral foot pressure sensor that made noise when excessive pressure was applied) or a control group, with both groups completing 8 sessions of 30-minute treadmill walking while researchers measured foot pressure patterns and ankle cartilage characteristics using ultrasound. The auditory biofeedback group successfully reduced lateral foot pressure and force while shifting their center of pressure more toward the inside of the foot, with these improvements maintained at 1-week follow-up, whereas the control group showed no changes. However, neither group demonstrated changes in ankle cartilage thickness or quality, suggesting that while auditory biofeedback effectively modifies harmful walking patterns in CAI patients, longer intervention periods may be needed to observe cartilage benefits.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersuchte die Wirksamkeit von Gangtraining mit auditorischem Biofeedback bei Personen mit chronischer Sprunggelenkinstabilität (CAI) auf Biomechanik und Knorpelcharakteristika des Talus. 18 Teilnehmer mit CAI wurden randomisiert einer Biofeedback-Gruppe (n=11) oder Kontrollgruppe (n=7) zugeteilt und absolvierten jeweils 8 Trainingseinheiten à 30 Minuten auf dem Laufband, wobei die Biofeedback-Gruppe durch einen lateralen Drucksensor akustische Rückmeldung erhielt. Die Biofeedback-Gruppe zeigte sowohl unmittelbar nach der Intervention als auch eine Woche später signifikante Verbesserungen der Gangbiomechanik mit reduziertem lateralem Fußdruck und medial verschobenem Druckzentrum, während die Kontrollgruppe keine Veränderungen aufwies. Obwohl keine Veränderungen der Knorpelcharakteristika mittels Ultraschall nachweisbar waren
Cette étude randomisée contrôlée a évalué l'efficacité d'un entraînement à la marche avec biofeedback auditif chez 18 participants souffrant d'instabilité chronique de cheville (CAI), comparant un groupe recevant un biofeedback sonore via un capteur de pression latéral du pied à un groupe contrôle. Les méthodes comprenaient 8 séances de 30 minutes de marche sur tapis roulant, avec mesures de la pression plantaire, des forces et du centre de pression via un système de semelles, ainsi qu'une échographie du cartilage talien avant et après intervention. Le groupe biofeedback a significativement réduit la pression et la force sur le bord latéral du pied tout en déplaçant médialement son centre de pression, ces améliorations persistant une semaine après l'intervention, contrairement au groupe contrôle qui n'a montré aucun changement. Aucune modification des caractéristiques du cartilage talien n'a été observée dans les deux groupes, suggérant que le biofeedback auditif constitue un outil clinique prometteur pour corriger les anomalies bio
This study investigated how different types of exercise affect blood markers that reflect cartilage metabolism in healthy men. Fifteen male volunteers completed two 30-minute exercise sessions (reactive jumping and treadmill running) while researchers measured seven serum biomarkers related to cartilage breakdown and repair before and after each activity. All biomarkers showed acute responses to both exercises, but the responses differed between running and jumping - notably, MMP-3 increased much more after running (+78%) than jumping (+14%), while some markers (resistin and COLL2-1 NO) responded significantly to only one exercise type. The findings suggest that different physical activities trigger distinct patterns of cartilage metabolism, and the relationships between these biomarkers may reflect the complex biological processes involved in maintaining cartilage health.
Diese Studie untersuchte den akuten Einfluss von Laufen und Springen auf sieben Serum-Biomarker des Knorpelstoffwechsels bei 15 gesunden männlichen Probanden. Die Teilnehmer absolvierten zwei 30-minütige Trainingseinheiten (reaktive Sprünge bzw. Laufbandlauf bei 2,2 m/s), wobei vor und nach jeder Belastung Blutproben zur Bestimmung der Biomarker-Konzentrationen entnommen wurden. Alle Biomarker zeigten eine akute Reaktion auf die mechanische Belastung, jedoch mit unterschiedlichen Mustern: COMP und MMP-3 reagierten signifikant unterschiedlich zwischen den Belastungsarten, Resistin stieg nur nach dem Laufen und COLL2-1 NO nur nach dem Springen signifikant an. Die gefundenen Korrelationen zwischen den Biomarkern spiegeln die komplexen Wechselwirkungen im Knorpel-Stoffwechsel wider und zeigen, dass verschiedene Belastungsformen spezifische molekulare Antworten des
Cette étude visait à analyser l'effet aigu de deux types d'exercice (course et saut) sur sept biomarqueurs sériques reflétant le métabolisme de la matrice extracellulaire du cartilage chez 15 hommes sains. Les participants ont réalisé deux sessions d'exercice de 30 minutes (sauts réactifs vs course sur tapis roulant), avec prélèvements sanguins avant et après chaque session pour mesurer COMP, MMP-3, MMP-9, YKL-40, résistine, COLL2-1 et COLL2-1 NO₂. Tous les biomarqueurs ont montré une réponse aiguë à la charge mécanique, avec des différences spécifiques selon le type d'exercice : COMP et MMP-3 répondaient différemment entre course et saut, la résistine n'augmentait significativement qu'après la course (+78% pour MMP-3), tandis que COLL2-1 NO₂ n'augmentait qu'après les sauts. Ces corrélations entre biomarqueurs suggèrent des interactions complexes entre enzymes de dégradation et leurs substrats dans l'
This crossover study examined whether a single session of rehabilitative exercises affects femoral cartilage structure in patients with patellofemoral pain (PFP). Twelve PFP patients and 12 healthy controls completed three 30-minute exercise sessions (treadmill running, strengthening, and plyometrics), with femoral cartilage assessed using ultrasound imaging at 140° knee flexion to measure cartilage cross-sectional area and echo intensity. The study found no significant differences in cartilage deformation between PFP patients and healthy participants following any exercise type, suggesting that rehabilitative exercises do not acutely alter cartilage structure. However, changes in lateral femoral cartilage echo intensity correlated with patient-reported outcome scores (KOOS and AKPS), indicating these clinical questionnaires may serve as useful indicators of cartilage health in PFP patients.
Diese Crossover-Studie untersuchte, ob eine einzelne Trainingseinheit mit rehabilitativen Übungen die Morphologie des Oberschenkelknorpels bei Patienten mit patellofemoralen Schmerzen (PFP) verändert. Zwölf PFP-Patienten und zwölf gesunde Kontrollpersonen absolvierten jeweils 30-minütige Sessions mit Laufbandtraining, Kraftübungen für die untere Extremität und plyometrischen Übungen, wobei vor und nach jeder Belastung ultraschallbasierte Knorpelmessungen durchgeführt wurden. Die Ergebnisse zeigten keine signifikanten Veränderungen der Knorpel-Querschnittsfläche oder Echo-Intensität nach den Belastungen, jedoch korrelierten Veränderungen der lateralen femoralen Knorpel-Echo-Intensität mit den KOOS- und AKPS-Scores. Die Autoren schlussfolgern, dass Ultraschall keine akuten knorpeligen Deformationen nach rehabilitativen Übungen detektierte, aber patientenberichtete Scores mögl
Cette étude croisée visait à déterminer si une session unique d'exercices de rééducation modifie la morphologie du cartilage fémoral chez 12 patients avec syndrome fémoro-patellaire comparés à 12 témoins sains. Les participants ont réalisé 30 minutes de course sur tapis, d'exercices de renforcement et de pliométrie, avec mesure échographique de l'aire et de l'écho-intensité du cartilage fémoral à 140° de flexion du genou. Bien qu'aucune déformation cartilagineuse significative n'ait été détectée après les différentes modalités d'exercice, les changements d'écho-intensité du cartilage fémoral latéral étaient corrélés aux scores KOOS (ρ=-0,87) et AKPS (ρ=0,57). Ces résultats suggèrent que les questionnaires cliniques pourraient être utiles pour monitorer les changements de santé du cartilage fémoral chez les patients avec syndrome fémoro-patellaire.
This study examined the relationship between walking patterns and ankle cartilage health in 25 adults with chronic ankle instability. Researchers used ultrasound to measure talar cartilage thickness and quality before and after a 30-minute walk, while simultaneously recording plantar pressure patterns throughout the foot during walking. The key finding was that abnormal pressure distribution during walking—specifically increased lateral forefoot pressure and altered center of pressure during early stance—was associated with greater cartilage deformation in specific regions of the ankle joint. These results suggest that altered walking mechanics in people with chronic ankle instability may contribute to cartilage stress patterns that could potentially increase osteoarthritis risk over time.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Gangbiomechanik und Knorpeleigenschaften des Talus bei Personen mit chronischer Sprunggelenkinstabilität. Bei 25 Probanden wurde der Talus-Knorpel mittels Ultraschall vor und nach 30-minütigem Gehen beurteilt, während gleichzeitig der Plantardruck gemessen wurde. Die Ergebnisse zeigten signifikante Korrelationen zwischen lateralem Vorfußdruck und medialer Talus-Knorpeldeformation sowie zwischen dem Druckzentrum in der frühen Standphase und der Knorpelverformung in verschiedenen Regionen. Diese Befunde unterstützen die Annahme, dass veränderte Gangmuster bei chronischer Sprunggelenkinstabilität mit spezifischen Knorpelbelastungsmustern assoziiert sind, was für die Entwicklung früher Interventionsstrategien relevant sein könnte.
Cette étude visait à examiner la relation entre la biomécanique de la marche et les caractéristiques du cartilage talien chez des individus avec instabilité chronique de cheville. Les chercheurs ont utilisé l'échographie pour évaluer le cartilage talien au repos et après 30 minutes de marche chez 25 adultes, tout en enregistrant les pressions plantaires pendant la marche. Les résultats ont révélé une corrélation significative entre la pression plantaire dans l'avant-pied latéral et la déformation du cartilage talien médial (r = 0,408), ainsi qu'entre le centre de pression en début d'appui et la déformation des régions totale et latérale du cartilage. Cette recherche contribue aux preuves croissantes que les patterns de déformation du cartilage talien sont associés à la biomécanique de la marche, suggérant l'utilité potentielle de l'échographie pour surveiller la santé articulaire après les blessures musculosquelettiques.
This study investigated whether urocortin-1 (UCN) can protect cartilage cells from death following traumatic injury that leads to post-traumatic osteoarthritis (PTOA). The researchers used a drop tower model to simulate high-impact cartilage injury in tissue samples, then tested UCN's protective effects using various receptor-specific drugs to identify the underlying mechanisms. They found that UCN significantly protects cartilage cells from impact-induced death by blocking calcium influx through the PIEZO1 ion channel, with this protection occurring primarily through the CRF-R1 receptor pathway. Importantly, UCN provided protection whether given before or after the traumatic impact, suggesting it could serve as a disease-modifying drug to prevent PTOA development following joint injuries.
Diese Studie untersuchte das chondroprotektive Potenzial von Urocortin-1 (UCN) bei akuten Knorpelverletzungen als mögliche Therapie zur Prävention posttraumatischer Arthrose (PTOA). Die Forscher verwendeten ein Drop-Tower-Modell zur PTOA-Induktion an Knorpelexplantaten und analysierten die Wirkung von UCN mittels spezifischer Agonisten und Antagonisten. Die Ergebnisse zeigen, dass UCN Chondrozyten vor belastungsinduziertem Zelltod schützt, indem es die intrazelluläre Calciumakkumulation durch Blockade des PIEZO1-Kanals (nicht TRPV4) verhindert, wobei dieser Effekt hauptsächlich über den CRF-R1-Rezeptor vermittelt wird. Besonders bedeutsam ist, dass UCN sowohl präventiv vor als auch therapeutisch nach dem Trauma wirksam ist, was sein Potenzial als neuartiges krankheitsmodifizierendes Medikament zur PTOA-Prävention unterstreicht.
Cette étude examine le potentiel chondroprotecteur de l'urocortine-1 (UCN) comme traitement modificateur de l'arthrose post-traumatique (PTOA). Les chercheurs ont utilisé un modèle de tour de chute pour induire des lésions par impact sur des explants de cartilage, puis analysé les mécanismes d'action de l'UCN via des agonistes et antagonistes spécifiques. Les résultats montrent que l'UCN protège les chondrocytes de la mort cellulaire induite par l'impact en bloquant l'accumulation de calcium intracellulaire via l'inhibition du canal PIEZO1 (plutôt que TRPV4), principalement par l'intermédiaire du récepteur CRF-R1. Fait crucial, cette protection chondrale est maintenue que l'UCN soit appliquée avant ou après l'impact, suggérant son potentiel thérapeutique pour prévenir la PTOA.
This study investigated whether T1ρ MRI relaxation mapping can detect early cartilage damage in patients with chronic ankle instability (CAI), both with and without mechanical loading. Researchers used 3T MRI to measure T1ρ relaxation times in talar cartilage of 9 CAI patients and 18 healthy controls, comparing scans taken without loading and with 500N axial loading applied to the ankle. The key finding was that CAI patients showed significantly higher T1ρ values in the medial compartment compared to healthy controls during unloaded scans, suggesting early cartilage degeneration. However, while mechanical loading reduced T1ρ values in both groups, the loading response did not effectively distinguish between CAI patients and controls, indicating that standard T1ρ mapping without loading may be more useful for detecting CAI-related cartilage changes.
Diese Studie untersuchte, ob T1ρ-MRT-Relaxationszeiten frühe Knorpelschäden bei chronischer Sprunggelenkinstabilität (CAI) erkennen können und wie mechanische Belastung diese Werte beeinflusst. Die Forscher führten 3-Tesla-MRT-Untersuchungen des Talus-Knorpels bei 9 CAI-Patienten und 18 gesunden Kontrollen durch, sowohl ohne als auch mit axialer Belastung von 500 N. Die Ergebnisse zeigten signifikant erhöhte T1ρ-Relaxationszeiten im medialen Kompartiment bei CAI-Patienten im Vergleich zu Gesunden (53,0 vs. 48,8 msec), während mechanische Belastung bei beiden Gruppen zu reduzierten T1ρ-Werten führte. Die Studie bestätigt T1ρ-Mapping als sensitiven Biomarker für frühe Knorpeldegeneration bei CAI, jedoch erwies sich die belastungsinduzierte T1ρ-Veränderung nicht als zusätzlicher diagnost
Cette étude prospective avait pour objectif d'évaluer les temps de relaxation T1ρ du cartilage talien comme indicateur de dégénérescence précoce chez des patients avec instabilité chronique de cheville (CAI), et d'investiguer l'influence d'une charge axiale sur ces valeurs. Les chercheurs ont utilisé l'imagerie T1ρ à 3T chez 9 patients CAI et 18 témoins sains, avec des mesures réalisées sans charge puis sous charge axiale de 500N. Les résultats montrent des temps T1ρ significativement augmentés chez les patients CAI par rapport aux témoins dans le compartiment médial (53,0 vs 48,8 msec), suggérant une dégénérescence cartilagineuse précoce, bien que les changements induits par la charge mécanique ne se soient pas révélés être un marqueur viable des propriétés biomécaniques altérées. Cette étude confirme que la relaxométrie T1ρ constitue un biomarqueur sensible pour détecter les changements cartilagineux précoces associés à l'instabilité chronique de cheville.
This study aimed to develop a sustained drug delivery system for treating post-traumatic osteoarthritis (PTOA) by encapsulating flavopiridol, a cyclin-dependent kinase 9 inhibitor, in biodegradable microparticles to overcome the problem of rapid drug clearance from joints.
The researchers formulated flavopiridol-loaded polylactide-co-glycolide microparticles (~15 μm diameter) and characterized their properties, stability, and drug release profile, then tested them via intra-articular injection in a rat knee injury model of PTOA.
The microparticles demonstrated significantly improved joint retention compared to free drug, maintained drug activity after encapsulation, and showed no cytotoxicity. Treatment with flavopiridol microparticles reduced joint inflammation (measured by matrix metalloprotease activity) at 3 days post-injury and decreased PTOA severity at 28 days compared to controls, suggesting this biomaterial platform offers a promising approach for sustained intra-articular drug delivery in PTOA treatment.
Diese Studie untersuchte die Wirksamkeit von Flavopiridol-beladenen Mikropartikeln zur Behandlung der posttraumatischen Arthrose (PTOA), um das Problem der schnellen Gelenkausscheidung kleiner Moleküle zu überwinden. Die Forscher entwickelten Polylaktid-co-Glykolid-Mikropartikel (∼15 μm Durchmesser) mit eingekapseltem Flavopiridol (einem CDK9-Inhibitor) und testeten diese in einem Rattenknie-Verletzungsmodell mittels intraartikulärer Injektion. Die Mikropartikel zeigten eine signifikant verlängerte Gelenkretention im Vergleich zu löslichem Flavopiridol und reduzierten sowohl die Matrixmetalloprotease-Aktivität (Entzündungsmarker) nach 3 Tagen als auch den histopathologischen Schweregrad der PTOA nach 28 Tagen. Diese Ergebnisse demonstrieren das Potenzial von Mikropartikelsystemen für eine verbesserte intraartikuläre Wirkstoffabgabe
Cette étude vise à développer un système de microparticules pour améliorer la rétention articulaire du flavopiridol, un inhibiteur de CDK9, dans le traitement de l'arthrose post-traumatique (PTOA). Les chercheurs ont encapsulé le flavopiridol dans des microparticules de PLGA d'environ 15 μm et les ont testées dans un modèle de lésion du genou chez le rat. Les résultats montrent une rétention articulaire significativement prolongée du médicament par rapport à la forme soluble, avec une réduction de l'activité des métalloprotéases matricielles (MMP) à 3 jours et une diminution de la sévérité de la PTOA à 28 jours post-lésion. Cette approche de microencapsulation représente une stratégie prometteuse pour la délivrance soutenue de petites molécules thérapeutiques dans l'espace articulaire.
This study aimed to develop a human cell-based laboratory model to better understand how traumatic joint injuries lead to post-traumatic osteoarthritis (PTOA), with the goal of improving drug development for osteoarthritis treatment.
The researchers created artificial cartilage constructs by embedding human bone marrow stem cells in specialized hydrogels, allowing them to develop into cartilage-like tissue over 28 days, then subjected these constructs to mechanical trauma (30% compression strain) to simulate joint injury.
The traumatic impact caused immediate cell death and triggered acute changes resembling early PTOA: decreased production of healthy cartilage proteins (collagen II, aggrecan), increased expression of tissue-degrading enzymes (MMP13), elevated inflammatory markers (COX2), temporary loss of cartilage matrix, and reduced tissue stiffness within 24 hours, with some recovery by 7 days.
These trauma-induced changes differed significantly from the progressive deterioration seen with continuous inflammatory treatment (IL-1β), suggesting that this new human cell-based impact model may provide a more accurate representation of PTOA development than traditional inflammatory models used in research.
Diese Studie zielte darauf ab, ein verbessertes In-vitro-Modell für posttraumatische Arthrose (PTOA) zu entwickeln, um die frühen Veränderungen nach Knorpeltrauma besser zu verstehen. Die Forschenden kultivierten humane mesenchymale Stromalzellen in biomimetischen Hydrogelen zu knorpelähnlichen Konstrukten und setzten diese mechanischen Traumaimpakten (30% Dehnung) aus, um PTOA-ähnliche Bedingungen zu simulieren. Die traumatischen Impacts führten zu akuten, aber vorübergehenden Veränderungen: verminderte anabole Aktivität (COL2, ACAN), erhöhte katabole Enzymexpression (MMP13) und Entzündungsmarker (COX2) sowie transiente Matrixverluste, die sich innerhalb von 7 Tagen erholten. Diese Ergebnisse zeigen, dass mechanische Traumamodelle physiologischere PTOA-Veränderungen induzieren als herkömmliche IL-1β-Behandlungen und könnten zur Entwicklung gezielter Therapien für
Cette étude visait à développer un modèle in vitro d'arthrose post-traumatique (PTOA) en utilisant des hydrogels biomimétiques contenant des cellules souches mésenchymateuses humaines pour comprendre les mécanismes précoces de dégénérescence cartilagineuse après trauma. Les chercheurs ont fabriqué des construits de cartilage artificiel et les ont soumis à des impacts traumatiques de différentes intensités, puis ont analysé la viabilité cellulaire, l'expression génique, la production de matrice et les propriétés mécaniques. Les résultats montrent que les impacts traumatiques de 30% de déformation induisent des changements aigus et transitoires caractéristiques de la PTOA, incluant une diminution de l'activité anabolique (COL2, ACAN), une augmentation de l'expression d'enzymes cataboliques (MMP13) et de modulateurs inflammatoires (COX2), contrastant avec les changements progressifs observés avec le traitement IL-1β. Ce modèle physiologique de PTOA pourrait contribuer au développement plus rapide de thérapies modificatrices de la maladie arthrosique.
This case-control study aimed to compare talar cartilage deformation between individuals with chronic ankle instability (CAI) and healthy controls, and to examine relationships between cartilage deformation and walking gait patterns. The researchers used ultrasonography to measure cartilage thickness changes before and after a standardized loading protocol (squats, balance tasks, and jumping) in 24 CAI participants and 24 controls, while also assessing spatiotemporal gait parameters using an electronic walkway. The key finding was that individuals with CAI showed significantly greater talar cartilage deformation following the exercise protocol compared to controls, even after controlling for body mass index. However, no significant associations were found between the amount of cartilage deformation and spatiotemporal gait parameters in either group.
Diese Fall-Kontroll-Studie untersuchte die Knorpeldeformation des Talus bei Personen mit chronischer Sprunggelenkinstabilität (CAI) im Vergleich zu gesunden Kontrollen. Mittels Ultraschall wurde die Knorpeldicke vor und nach einem standardisierten Belastungsprotokoll bei 24 CAI-Patienten und 24 Kontrollpersonen gemessen, während gleichzeitig spatiotemporale Gangparameter über eine elektronische Gangmatte erfasst wurden. Die Hauptergebnisse zeigten, dass Personen mit CAI eine signifikant größere Talusknorpel-Deformation nach Belastung aufwiesen als die Kontrollgruppe (p = 0,034), während keine Zusammenhänge zwischen Knorpeldeformation und Gangparametern festgestellt werden konnten. Diese Befunde deuten auf strukturelle Knorpelveränderungen bei chronischer Sprunggelenkinstabilität hin, die sich in einer erhöhten mechanischen Verformbarkeit des Talusknorpels manifestieren.
Cette étude visait à comparer la déformation du cartilage talien en réponse à l'exercice entre des individus avec et sans instabilité chronique de cheville (CAI), et à examiner l'association avec les paramètres spatio-temporels de la marche. L'équipe a utilisé l'échographie pour mesurer la déformation cartilagineuse chez 48 participants (24 avec CAI, 24 témoins) avant et après un protocole d'exercice standardisé, tout en analysant leur marche sur tapis électronique. Les résultats montrent que les participants avec CAI présentent une déformation du cartilage talien significativement plus importante que les témoins après ajustement pour l'IMC, mais aucune association n'a été trouvée entre cette déformation et les paramètres spatio-temporels de la marche. Ces findings suggèrent des altérations de la réponse mécanique du cartilage chez les patients avec CAI, indépendamment des modifications observables de la marche.
This study investigated whether flat feet (pes planus) affects knee cartilage response to physical activity by measuring cartilage thickness changes after different loading conditions. Researchers used ultrasound to measure distal femoral cartilage thickness in 16 people with flat feet and 16 controls before and after three 30-minute conditions: rest, walking at preferred speed, and jogging at 30% above preferred walking speed. The study found no significant differences in cartilage thickness changes between the flat foot and control groups across any of the three conditions, and no differences between the different activity levels within each group. These findings suggest that having flat feet does not alter how knee cartilage responds to walking or jogging activities compared to people with normal foot structure.
Diese Studie untersuchte, ob Plattfüße (Pes planus) die Knorpeldicke am distalen Femur unter verschiedenen Belastungsbedingungen beeinflussen. **Studienziel:** Mittels Ultraschall wurde die Knorpeldicke bei 16 Probanden mit Plattfüßen und 16 Kontrollpersonen in Ruhe sowie nach 30-minütigem Gehen und Joggen auf dem Laufband gemessen. **Methoden:** Die Knorpeldicke wurde vor und nach drei verschiedenen 30-Minuten-Bedingungen ultrasonographisch erfasst, wobei die Gehgeschwindigkeit individuell bestimmt und die Jogging-Geschwindigkeit 30% darüber festgelegt wurde. **Hauptergebnisse:** Weder zwischen den Gruppen noch zwischen den verschiedenen Belastungsbedingungen zeigten sich statistisch signifikante Unterschiede in der absoluten oder prozentualen Veränderung der Knorpeldicke, was darauf hindeutet, dass Plattfüße unter den getesteten Bedingungen keine unterschiedlichen Knorpelde
Cette étude a évalué l'effet du pes planus (pieds plats) sur l'épaisseur du cartilage fémoral distal lors d'activités de mise en charge, en utilisant l'échographie pour mesurer les modifications cartilagineuses après repos, marche et course. Trente-deux participants (16 avec pes planus, 16 témoins) ont effectué trois sessions de 30 minutes dans des conditions différentes, avec mesures échographiques avant et après chaque activité. Les résultats montrent qu'il n'y a pas de différences significatives d'épaisseur du cartilage entre les groupes ou entre les différentes conditions d'activité, suggérant que le pes planus n'influence pas les déformations cartilagineuses du genou. Cette absence de différence indique que les pieds plats ne modifient pas significativement la réponse biomécanique du cartilage fémoral distal aux contraintes mécaniques liées à la marche et à la course.
This study aimed to develop a high-speed MRI technique to analyze cartilage deformation and viscoelastic properties during loading, potentially enabling early detection of cartilage damage. The researchers used spiral acquisition with displacement-encoding MRI at 25 frames per second to create displacement and strain maps of tibiofemoral joints, combined with relaxometry methods (T₁, T₂, T₁ρ, T₂*) in both bovine specimens and human volunteers. The key findings showed that damaged joints exhibited larger compressive strains, increased creep behavior (time-dependent deformation), and changes in T₂ relaxation times compared to intact joints, with strains concentrated in contact areas during loading. This high-frame-rate MRI approach successfully differentiated damaged from healthy cartilage and demonstrated feasibility in living human knees, suggesting it could serve as a biomarker for early osteoarthritis diagnosis when cartilage damage is still reversible.
Diese Studie zielte darauf ab, die zeitabhängige Biomechanik von Knieknorpel während zyklischer Belastung mittels hochauflösender MRT-Bildgebung zu charakterisieren und dabei zwischen gesundem und geschädigtem Knorpel zu unterscheiden. Die Forscher verwendeten eine Spiral-MRT-Technik mit Verschiebungskodierung bei 25 Bildern pro Sekunde sowie verschiedene Relaxometrie-Methoden (T₁, T₂, T₁ρ, T₂*) an bovinen Tibiofemoralgelenken und menschlichen Knien in vivo. Die Ergebnisse zeigten, dass geschädigte Gelenke größere Druckverformungen, verstärktes Kriechverhalten und eine positive Korrelation zwischen T₂-Veränderungen und erhöhter Druckbelastung aufwiesen. Diese viskoelastischen Parameter könnten als bildgebende Biomarker für die Früherkennung von Gelenkerkrankungen wie Arthrose dienen, wenn Knorpelschäden noch reversibel sind.
Cette étude visait à développer une technique d'IRM à haute fréquence d'acquisition (25 images/seconde) pour analyser la déformation du cartilage articulaire du genou lors de contraintes mécaniques et caractériser ses propriétés viscoélastiques. Les chercheurs ont utilisé une acquisition spirale avec encodage de déplacement couplée à des méthodes de relaxométrie (T₁, T₂, T₁ρ, T₂*) sur des articulations tibio-fémorales bovines saines et défectueuses, ainsi que sur un genou humain in vivo. Les résultats montrent que les articulations endommagées présentent des déformations compressives plus importantes, un comportement de fluage accru, et une corrélation positive entre l'augmentation du T₁ρ et les contraintes compressives. Cette approche permet de différencier quantitativement les articulations saines des articulations endommagées et pourrait servir de biomarqueur pour le diagnostic précoce de pathologies articulaires comme l'arthrose.
This chapter describes nonsurgical methods for creating osteoarthritis models in small animals using mechanical compression. The key approaches involve either cyclic compression loading or acute overloading severe enough to rupture the anterior cruciate ligament in mice and rats. These compression-based models offer significant advantages over surgical methods, including high reproducibility, minimal technical expertise requirements, and predictable development of osteoarthritis-like changes that progress rapidly. The authors provide detailed protocols and equipment specifications for researchers to implement these mechanical compression techniques for studying osteoarthritis development and testing potential treatments.
Diese Studie zielt darauf ab, nicht-chirurgische, mechanische Kompressionsmodelle zur Untersuchung der Osteoarthritis-Pathogenese und -Behandlung in Kleintieren zu etablieren. Die Methoden umfassen zyklische Kompressionsbelastung oder akute Überbelastung zur Induktion von Kreuzbandrupturen bei Mäusen und Ratten mittels mechanischer Testsysteme. Die Hauptergebnisse zeigen, dass diese Modelle hochgradig reproduzierbar sind, wenig Expertise erfordern und zu einer vorhersagbaren Entwicklung osteoarthritis-ähnlicher Pathologie in einem schnell fortschreitenden Zeitrahmen führen. Das Kapitel beschreibt detailliert die erforderlichen Verfahren und Ausrüstungen für die mechanisch-induzierte Osteoarthritis-Initiierung.
Cette étude vise à présenter les modèles de compression mécanique non chirurgicaux pour induire l'arthrose chez les petits animaux et étudier sa pathogenèse ainsi que les traitements potentiels. Les méthodes décrites incluent la compression cyclique et la surcharge aiguë pour provoquer une rupture du ligament croisé antérieur, utilisant des systèmes de tests mécaniques standardisés chez la souris et le rat. Ces modèles offrent une haute reproductibilité, nécessitent peu d'expertise technique, et permettent un développement prévisible et rapide de pathologies similaires à l'arthrose. L'article fournit un protocole détaillé des procédures et équipements nécessaires pour mettre en œuvre ces modèles de compression mécanique.
This study evaluated ultrasound elastography as a non-destructive method to visualize strain patterns within cartilage tissue during recovery after mechanical loading. Researchers applied different loads (10, 40, or 70 N) to bovine cartilage samples for 15 minutes using a spherical indenter, then used high-frequency ultrasound with speckle tracking to map tissue strains during one hour of recovery after unloading. The results showed that strain patterns were heterogeneous, with highest strains occurring in superficial cartilage directly under the indenter and decreasing toward deeper layers, while higher loads produced greater overall strains and slower recovery times. The technique successfully demonstrated load-dependent differences in cartilage deformation patterns, suggesting ultrasound elastography could serve as a valuable research tool for assessing cartilage quality and potentially as a future clinical diagnostic method for evaluating cartilage damage.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte das Potenzial der Ultraschall-Elastographie zur zerstörungsfreien Bildgebung von Dehnungsfeldern in Knorpelexplantaten während der Erholungsphase nach mechanischer Belastung. Osteochondrale Plugs aus Rinderpatellae wurden mit unterschiedlichen Kräften (10, 40, 70 N) für 15 Minuten belastet und anschließend die Gewebeerholung mittels hochfrequentem Ultraschall und Speckle-Tracking über eine Stunde verfolgt. Die Ergebnisse zeigten heterogene Dehnungsfelder mit den höchsten Werten in der oberflächlichen Knorpelschicht unter dem Indenter, wobei höhere Belastungen zu stärkeren Dehnungen und langsamerer Erholung führten. Die Ultraschall-Elastographie erweist sich als vielversprechende Methode für die hochauflösende Darstellung intragewebe-spezifischer Dehnungsfelder und könnte zukünftig als klinisches Diagnoseinstrument zur
Cette étude visait à évaluer le potentiel de l'élastographie ultrasonore pour l'imagerie non-destructive des champs de déformation intra-tissulaires dans des explants de cartilage articulaire. Des cylindres ostéochondraux de rotules bovines ont été soumis à des charges de 10, 40 ou 70 N pendant 15 minutes, puis l'imagerie ultrasonore haute fréquence avec suivi de speckles a été utilisée pour quantifier la récupération des déformations pendant 1 heure après déchargement. Les résultats montrent des champs de déformation hétérogènes avec les valeurs les plus élevées en surface sous l'indenteur, une récupération tissulaire plus rapide aux faibles charges, et une répartition différentielle des déformations selon l'intensité de la charge appliquée. L'élastographie ultrasonore représente donc une méthode prometteuse pour l'évaluation haute résolution de la qualité du cartilage en laboratoire, avec un potentiel d'application clinique future pour le diagnostic des lésions cartilagineuses.
This systematic review and meta-analysis examined whether running immediately affects knee cartilage structure and composition by analyzing MRI studies that measured cartilage changes within 48 hours of running. The researchers analyzed 24 studies involving 446 knees, focusing on changes in cartilage thickness, volume, and MRI relaxation times (T1ρ and T2) that indicate cartilage composition. The study found that running causes small, immediate decreases in knee cartilage thickness and volume (3-5% reductions) and reduces relaxation times (up to 13% decrease), but these changes appear to be temporary, with some measures returning to baseline within 90 minutes. The authors conclude that these small, transient changes suggest a single bout of running is not harmful to knee cartilage, though they note the evidence quality is very low.
**Zusammenfassung:**
Diese systematische Übersichtsarbeit und Meta-Analyse untersuchte die unmittelbaren (≤20 Min) und verzögerten (20 Min-48h) Auswirkungen des Laufens auf die Kniegelenkknorpel mittels MRT-Bildgebung. Die Analyse von 24 Studien mit 446 Knien zeigte, dass Laufen unmittelbar zu einer geringfügigen Abnahme der Knorpeldicke und des Knorpelvolumens um 3,3-4,9% sowie zu reduzierten T1ρ- und T2-Relaxationszeiten führt, wobei sich die T2-Zeiten im Tibiofemoralgelenk innerhalb von 91 Minuten wieder normalisierten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine einzelne Laufeinheit keine schädlichen Auswirkungen auf den Kniegelenkknorpel hat, da die beobachteten Veränderungen klein und vorübergehend sind.
Cette méta-analyse systématique avait pour objectif d'évaluer les effets immédiats (< 20 min) et différés (20 min-48h) de la course à pied sur le cartilage de hanche et de genou. Les auteurs ont analysé 24 études utilisant l'IRM pour mesurer les changements cartilagineux chez 446 genoux, en évaluant l'épaisseur, le volume et les temps de relaxation T1ρ et T2. Les résultats montrent une diminution immédiate transitoire de l'épaisseur et du volume cartilagineux (3,3% à 4,9%) ainsi que des temps de relaxation (jusqu'à 13,1%), avec une récupération à la normale dans les 91 minutes pour le cartilage tibio-fémoral. Ces changements cartilagineux minimes et transitoires suggèrent qu'un épisode isolé de course à pied n'est pas délétère pour le cartilage du genou.
This study investigated whether elevated CCN3 (a matricellular protein) expression in cartilage contributes to osteoarthritis development in hip joints, independent of age and mechanical loading factors. The researchers analyzed human femoral head cartilage samples from osteoarthritis patients versus controls with femoral neck fractures, and used transgenic mice with cartilage-specific CCN3 overexpression to examine causality.
Key findings showed that CCN3 expression was significantly elevated in osteoarthritic cartilage compared to normal cartilage, with levels correlating positively with disease severity (Mankin scores). The transgenic mice with CCN3 overexpression developed early joint deformation and cartilage degradation in both hip and shoulder joints, demonstrating that elevated CCN3 alone can induce osteoarthritis-like changes.
These results suggest that CCN3 plays a direct role in osteoarthritis progression across different joints, regardless of age or weight-bearing status, potentially representing a novel therapeutic target for osteoarthritis prevention and treatment.
Diese Studie untersuchte die Rolle des Proteins CCN3 bei der Osteoarthritis-Entwicklung in Hüftgelenken, unabhängig von Alter und mechanischer Belastung. Die Forschenden analysierten Genexpression und Proteinverteilung in menschlichem Femurkopf-Knorpel von OA-Patienten versus Kontrollgruppen sowie in transgenen Mäusen mit knorpelspezifischer CCN3-Überexpression. Die Ergebnisse zeigten eine signifikant erhöhte CCN3-Expression sowohl in belasteten als auch unbelasteten Knorpelbereichen bei OA, wobei die CCN3-Spiegel positiv mit dem Schweregrad der Knorpeldegeneration (Mankin-Score) korrelierten. Die transgenen Mäuse entwickelten bereits im frühen Stadium Gelenkdeformationen und verstärkte Knorpelabbauprozesse, was belegt, dass erhöhte CCN3-Expression unabhängig von mechanischen Faktoren Osteoarthritis induzieren kann.
Cette étude examine le rôle de la protéine CCN3 dans le développement de l'arthrose au niveau des articulations de la hanche, indépendamment de l'âge et de la charge mécanique. Les chercheurs ont analysé l'expression génique et réalisé des analyses immunohistochimiques sur du cartilage de têtes fémorales humaines provenant de patients subissant une arthroplastie totale de hanche, ainsi que sur des souris transgéniques surexprimant CCN3. Les résultats montrent une expression significativement élevée de CCN3 dans le cartilage arthrosique par rapport au cartilage normal, tant dans les zones portantes que non-portantes, avec une corrélation positive entre les niveaux de CCN3 et le score de Mankin. Ces findings démontrent que l'expression élevée de CCN3 induit des changements dégénératifs arthrosiques dans les articulations de la hanche, suggérant un mécanisme pathologique indépendant des contraintes mécaniques traditionnelles.
This systematic review examined whether physical activity levels are associated with knee osteoarthritis features visible on MRI scans in people who don't yet have osteoarthritis. The researchers analyzed 18 studies (2 randomized trials and 16 observational studies) that measured physical activity and assessed knee joint structures using MRI in adults aged 35-80 years without existing osteoarthritis. The findings were mixed and inconsistent across different joint structures: most studies showed no harmful effects of physical activity on cartilage volume, cartilage defects, or bone marrow lesions, with some studies even suggesting protective benefits for cartilage, though a few studies found increased cartilage T2 values (indicating possible early damage) and occupational activities involving knee bending were linked to meniscus problems. Overall, the authors concluded there is insufficient evidence to determine whether physical activity is beneficial or harmful to knee joint health in people without osteoarthritis, highlighting the need for more research.
Diese systematische Übersichtsarbeit untersuchte den Zusammenhang zwischen körperlicher Aktivität und arthrosebedingten Kniegelenkveränderungen im MRT bei Personen ohne Kniearthrose. Die Autoren analysierten 18 Studien (2 randomisierte kontrollierte Studien und 16 Beobachtungsstudien) mit Teilnehmern im Alter von 35-80 Jahren, wobei verschiedene MRT-Parameter wie Knorpelvolumen, Knorpeldefekte und Knochenmarködeme bewertet wurden. Die Ergebnisse zeigten gemischte Befunde: Während die meisten Studien keinen schädlichen Einfluss körperlicher Aktivität auf Knorpelvolumen und -dicke fanden, berichteten einige Studien über Zusammenhänge zwischen körperlicher Aktivität und Knorpeldefekten sowie erhöhten T2-Werten. Insgesamt konnten die Autoren aufgrund der spärlichen und heterogenen Evidenz keine eindeutigen Schlussfolgerungen über die Sicherheit körperlicher Aktivität für Kniegelenkstrukturen zi
Cette revue systématique visait à examiner l'association entre les niveaux d'activité physique et les caractéristiques de l'arthrose du genou à l'IRM chez des sujets sans arthrose. L'analyse a porté sur 2 essais contrôlés randomisés et 16 études observationnelles évaluant diverses mesures IRM des structures articulaires du genou (volume/épaisseur du cartilage, défauts cartilagineux, lésions de la moelle osseuse, pathologie méniscale). Les résultats montrent des associations mixtes et largement non significatives : la plupart des études n'ont trouvé aucune relation délétère entre l'activité physique et les structures du genou, certaines suggérant même un effet protecteur sur le cartilage. Les auteurs concluent qu'il n'existe pas de preuves solides d'une association entre l'activité physique et la présence ou progression de caractéristiques arthrosiques à l'IRM, nécessitant davantage de recherches pour établir la sécurité de l'activité physique pour les structures articulaires du genou.
This study investigated how articular cartilage deforms and recovers under sustained tensile loads, which occurs during daily activities like standing and walking and may contribute to cartilage damage if recovery is incomplete. The researchers tested 36 cruciform-shaped cartilage samples from 18 bulls using a specialized biaxial testing system, examining how different stress levels (0.5-1.5 MPa) and loading directions (uniaxial vs. biaxial) affected creep-recovery behavior. Results showed that higher stress levels and uniaxial loading produced greater creep deformation, while biaxial loading led to smaller deformations, faster recovery, and less permanent strain compared to uniaxial loading. The researchers successfully developed a viscoelastic model that could predict cartilage creep-recovery behavior, providing insights that may help understand normal joint function and cartilage disease development.
Diese Studie untersuchte das Kriech- und Erholungsverhalten von Gelenkknorpel unter verschiedenen Belastungsbedingungen, um das Verständnis für normale Gelenkfunktion und Knorpelpathologie zu verbessern. Die Forscher führten einachsige und zweiachsige Kriech-Erholungs-Tests an 36 kreuzförmigen Proben von 18 Rindern durch, wobei verschiedene Stressniveaus (0,5-1,5 MPa) und zweiachsige Stressverhältnisse getestet wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kriechdehnung mit steigendem Stressniveau und abnehmendem zweiachsigen Stressverhältnis zunimmt, während zweiachsige Belastung im Vergleich zur einachsigen Belastung eine geringere Kriechdehnung, schnellere Erholung und weniger Restdehnung aufweist. Ein viskoelastisches Modell konnte erfolgreich zur Vorhersage des einachsigen Kriech-Erholungsverhaltens eingesetzt werden,
Cette étude visait à caractériser les comportements de fluage et de récupération du cartilage articulaire sous différentes conditions de charge, phénomènes observés lors d'activités quotidiennes comme la marche et pouvant conduire à l'arthrose précoce si la récupération est incomplète. Les chercheurs ont utilisé 36 échantillons en forme de croix provenant de 18 taureaux pour réaliser des tests de fluage-récupération uniaxiaux et biaxiaux, en faisant varier le niveau de contrainte (0,5 à 1,5 MPa) et le ratio de contrainte biaxiale. Les résultats montrent que la déformation de fluage augmente avec le niveau de contrainte ou la diminution du ratio biaxial, tandis que les conditions biaxiales génèrent moins de déformation, une récupération plus rapide et moins de déformation résiduelle comparées aux conditions uniaxiales. Un modèle viscoélastique a été développé avec succès pour prédire ces comportements, offrant de nouvelles perspectives pour comprendre la fonction articulaire normale et la pathologie cartilagineuse.
This randomized controlled trial investigated whether a single bout of exercise affects gene expression and tissue composition in severely damaged knee cartilage from osteoarthritis patients. Researchers assigned 31 patients scheduled for knee replacement surgery to either perform one-legged leg press exercises or rest 3.5 hours before surgery, then analyzed cartilage samples from different joint regions for gene activity and glycosaminoglycan (GAG) content—key structural components of cartilage. The acute exercise had minimal effects on cartilage, causing only a small increase in chondroitin sulfate extractability without changing gene expression, suggesting that severely osteoarthritic cartilage doesn't respond significantly to single exercise sessions. However, the study revealed important regional differences in gene expression and GAG composition across different areas of the joint, indicating that chronic mechanical forces over time do influence cartilage structure and metabolism.
Diese randomisierte kontrollierte Studie untersuchte, ob akute mechanische Belastung die Genexpression und Glykosaminoglykan (GAG)-Zusammensetzung in menschlichem Knorpel bei fortgeschrittener Kniearthrose beeinflusst. 31 Patienten führten 3,5 Stunden vor einer geplanten Kniegelenkersatz-Operation entweder Widerstandsübungen (einbeinige Beinpresse) durch oder dienten als Kontrollgruppe, woraufhin Knorpelproben aus verschiedenen Regionen des medialen Tibiakondylus entnommen und mittels PCR sowie biochemischen Analysen untersucht wurden. Die akute Belastung hatte nur minimale Auswirkungen auf die Knorpelbiologie und erhöhte lediglich die Extrahierbarkeit von Chondroitinsulfat, während die Expression knorpelrelevanter Gene unverändert blieb. Interessanterweise zeigten sich jedoch deutliche regionale Unterschiede in der Genexpression und GAG-Zusammensetzung zwischen verschiedenen Knorpelarealen, was auf chronische mechan
Cette étude randomisée contrôlée en simple aveugle visait à déterminer l'effet d'un exercice aigu sur l'expression génique et la composition en glycosaminoglycanes (GAG) du cartilage arthrosique humain. Trente-et-un patients avec gonarthrose ont été randomisés pour effectuer ou non un exercice de résistance (presse à cuisses) 3,5 heures avant leur chirurgie de remplacement articulaire programmée, puis des échantillons de cartilage ont été analysés par RT-PCR en temps réel et dosages biochimiques. L'exercice aigu n'a eu qu'une influence mineure sur le cartilage arthrosique, augmentant seulement l'extractibilité du sulfate de chondroïtine sans modifier l'expression des gènes cartilagineux. L'étude révèle cependant des différences régionales importantes dans l'expression génique et la composition matricielle entre les zones centrale, sous-méniscale et les ostéophytes, suggérant une influence mécanique chronique sur le cartilage humain.
This study aimed to evaluate how meniscus root tears and their surgical repair affect knee joint mechanics using advanced MRI imaging that preserves the intact joint structure. The researchers used a porcine knee model and novel MRI techniques to measure meniscus and femur movements under physiological loading in three conditions: intact meniscus, after creating an anterior root tear, and following suture anchor repair. The results showed that meniscus root tears caused significant abnormal movements of both the meniscus and femur under load, with the torn meniscus being forced out of the joint space in a rotational pattern around its posterior attachment point. While suture repair reduced these abnormal movements, it did not fully restore normal joint mechanics, which may explain why some patients still develop arthritis after meniscus repair surgery.
Diese Studie untersuchte die biomechanischen Auswirkungen von Meniskuswurzelrissen und deren chirurgischer Reparatur auf die Gelenkkinematik im Schweinemodell mittels neuartiger MRT-Bildgebung unter axialer Belastung. Die Forscher maßen die Verschiebungen von Meniskus und Femur im intakten Gelenk, nach induziertem anteriorem Wurzelriss und nach Nahtanker-Reparatur, ohne das Gelenk öffnen zu müssen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Wurzelriss zu erheblichen pathologischen Verschiebungen führte, wobei sich der anteriore Meniskusbereich unter Belastung posterior und medial aus dem Gelenkspalt herausbewegte, während der posteriore Bereich als Drehpunkt fungierte. Die Nahtanker-Reparatur konnte diese Verschiebungen zwar reduzieren, aber die normale Gelenkkinematik nicht vollständig wiederherstellen, was die unvollständige funktionelle Wiederherstellung nach Meniskusreparatur erklärt.
Cette étude visait à évaluer les déplacements articulaires du ménisque et du fémur lors de déchirures de la racine méniscale et après réparation chirurgicale, en utilisant une méthode IRM innovante permettant l'imagerie sous charge axiale dans des genoux porcins intacts. Les chercheurs ont mesuré les déplacements du ménisque et du fémur dans trois conditions : articulation intacte, après déchirure de la racine antérieure, et après réparation par ancrage de suture. Les résultats montrent que la déchirure de racine antérieure entraîne des déplacements importants du ménisque et du fémur sous charge physiologique, et que bien que la réparation par suture réduise ces déplacements, elle ne restaure pas complètement la cinématique articulaire normale. Cette technique d'imagerie IRM sous charge offre un outil prometteur pour évaluer l'efficacité des stratégies de réparation méniscale et développer des approches thérapeutiques améliorées.
This study investigated how knee joint forces (kinetics) relate to cartilage changes in people with ACL reconstruction after walking. The researchers used ultrasound to measure medial femoral cartilage cross-sectional area before and after 3000 steps of treadmill walking, while analyzing knee joint moments during gait in the reconstructed limb. Participants were grouped based on whether their cartilage area increased, decreased, or remained unchanged after walking. The key finding was that individuals whose cartilage area increased after walking had distinct knee loading patterns - specifically lower knee abduction moments and greater knee extension moments during early stance phase compared to the other groups. These results suggest that certain knee loading patterns may be associated with more favorable acute cartilage responses to walking in ACL-reconstructed knees.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Kniegelenksmomenten und akuten Veränderungen der medialen femoralen Knorpelquerschnittsfläche bei Personen nach Kreuzbandrekonstruktion. Mittels Ultraschalluntersuchung wurde die Knorpelquerschnittsfläche vor und nach 3000 Gehschritten auf dem Laufband gemessen, während gleichzeitig die Kniegelenkmomente während der Standphase analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass Personen mit akuter Knorpelflächenzunahme geringere Knie-Abduktionsmomente in der frühen Standphase im Vergleich zur Gruppe mit Flächenabnahme und größere Knie-Extensionsmomente verglichen mit der unveränderten Gruppe aufwiesen. Die Studie legt nahe, dass eine weniger dynamische Belastungscharakteristik mit einer akuten Zunahme der femoralen Knorpelquerschnittsfläche als Reaktion auf Gehbelastung verbunden ist.
Cette étude a examiné la relation entre les moments articulaires du genou et la réponse morphologique du cartilage fémoral médial à la marche chez des individus avec reconstruction du ligament croisé antérieur. Les chercheurs ont utilisé l'échographie pour mesurer la surface de section transversale du cartilage avant et après 3000 pas de marche sur tapis roulant, tout en analysant les moments d'abduction et d'extension du genou par analyse biomécanique. Les résultats montrent que les patients présentant une augmentation aiguë de la surface cartilagineuse ont des moments d'abduction plus faibles en début d'appui comparés à ceux avec une diminution, et des moments d'extension plus élevés comparés à ceux sans changement. Cette étude suggère que des profils de moments articulaires moins dynamiques sont associés à une capacité du cartilage fémoral à augmenter sa surface en réponse à la charge mécanique.
This study aimed to develop a fast MRI technique to measure cartilage deformation in the human knee during realistic loading conditions that mimic daily activities. The researchers used spiral DENSE MRI with compressed sensing to analyze knee cartilage biomechanics during cyclic varus (inward) loading at 0.5 Hz, applying forces equivalent to 0.5 times body weight, while also measuring cartilage relaxometry properties before and after loading. The results showed gradual cartilage displacement and strain over time, with compressive strain in the medial knee compartment and shear strain about half the magnitude of compressive strain, plus males exhibited greater displacement than females during loading. The compressed sensing technique successfully reduced scanning time by 25-40% while maintaining image quality, demonstrating that this approach could be clinically feasible for identifying early osteoarthritis biomarkers through realistic cartilage deformation measurements.
Diese Studie zielte darauf ab, die Biomechanik des Knieknorpels während dynamischer Belastung mittels innovativer MRT-Technologie in vivo zu analysieren. Die Forscher verwendeten spiral DENSE-MRI in Kombination mit Compressed Sensing, um die Knorpelverformung im Tibiofemoralgelenk während zyklischer Varus-Belastung (0,5-faches Körpergewicht, 0,5 Hz) zu messen und ergänzten dies durch Relaxometrie-Messungen vor und nach der Belastung. Die Ergebnisse zeigten deutliche Verschiebungs- und Dehnungsmuster im medialen Kondylus mit hauptsächlich kompressiven Deformationen und geringeren Scherkräften, wobei männliche Teilnehmer stärkere Verschiebungen aufwiesen als weibliche. Die Compressed Sensing-Technik reduzierte die Scanzeit um 25-40% bei gleichzeitiger Verbesserung der Bildqualität, was diese Methode für klinische Studien zur Früherkennung von Osteoarthritis vielversprechend macht.
Cette étude visait à développer une méthode d'IRM pour analyser la biomécanique du cartilage du genou humain en temps réel lors de mouvements de charge cyclique. Les chercheurs ont utilisé une IRM spirale DENSE combinée à la compression de détection (compressed sensing) pour mesurer les déformations du cartilage tibio-fémoral durant une charge en varus à 0,5 Hz (0,5 fois le poids corporel), complétée par des mesures de relaxométrie (T₁ρ, T₂) avant et après la charge. Les résultats montrent des déformations graduelles avec des contraintes de compression dans le condyle médial et des contraintes de cisaillement représentant environ la moitié des contraintes compressives, tandis que la technique de compression réduit le temps d'acquisition de 25-40% tout en diminuant significativement le bruit. Cette approche offre un potentiel clinique prometteur pour quantifier les déformations cartilagineuses lors d'activités quotidiennes et pourrait servir de biomarqueur précoce de l'arthrose.
This study investigated whether surgical repair of meniscus root tears can restore normal knee joint movement patterns using cadaveric porcine knees as a model. The researchers used MRI imaging with a specialized loading device to measure how the meniscus and femur moved under physiological loads in three conditions: intact joints, after creating anterior root tears, and following suture anchor repair.
The key findings showed that root tears caused large abnormal meniscus displacements during loading, with the anterior portion being pushed posteriorly and medially out of the joint space while pivoting around the intact posterior attachment. While suture repair significantly reduced these abnormal movements compared to the torn state, it did not fully restore the normal movement patterns seen in intact joints, which may explain why osteoarthritis can still develop after meniscus repair surgery.
Diese Studie untersuchte, inwieweit die chirurgische Reparatur von Meniskuswurzelrissen die normale Gelenkfunktion wiederherstellen kann. Die Forscher verwendeten ein MRT-kompatibles Belastungsgerät und spezielle Bildgebungssequenzen, um die Bewegungen von Meniskus und Femur in kadaverischen Schweineknien unter physiologischen axialen Belastungen zu messen – vor und nach künstlich erzeugten vorderen Wurzelrissen sowie nach deren chirurgischer Reparatur mit Nahtankern. Die Ergebnisse zeigten, dass Wurzelrisse zu erheblichen Meniskusverlagerungen führten, wobei die chirurgische Reparatur diese Verlagerungen zwar reduzierte, aber die normale Gelenkkinematik nicht vollständig wiederherstellte. Diese Erkenntnisse erklären möglicherweise, warum Meniskusreparaturen nicht immer eine Arthrose verhindern können, und die entwickelten Methoden können zur Bewertung verbesserter Reparaturstrategien eingesetzt werden.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer la cinématique articulaire du genou porcin cadavérique avant et après déchirure de la racine méniscale antérieure, ainsi qu'après réparation par suture. Les chercheurs ont utilisé un dispositif de charge compatible IRM et une séquence T1 VIBE pour mesurer les déplacements du ménisque et du fémur sous charge axiale physiologique. Les résultats montrent que la déchirure de la racine antérieure provoque d'importants déplacements méniscaux, et bien que la réparation par ancre de suture réduise ces déplacements, elle ne restaure pas complètement la cinématique articulaire normale. Cette approche méthodologique pourrait être appliquée pour évaluer les stratégies de réparation chez l'humain et optimiser la restauration de la fonction articulaire.
This study investigated whether blood levels of cartilage oligomeric matrix protein (COMP) after walking could indicate cartilage health in people recovering from ACL reconstruction surgery. Twenty participants (6-12 months post-surgery) had blood samples taken before, immediately after, and 3.5 hours after walking 3000 steps, while MRI scans measured cartilage composition in both knees using T1ρ relaxation times. The key finding was that individuals showing greater increases in COMP levels 3.5 hours after walking (indicating cartilage breakdown) had worse cartilage composition specifically in the lateral part of the femur in their surgically repaired knee compared to their uninjured knee. This suggests that delayed COMP response to physical activity may serve as a useful blood biomarker for detecting early cartilage deterioration following ACL reconstruction, particularly in the lateral femoral cartilage.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen der Reaktion des Knorpel-Biomarkers sCOMP auf Belastung und der Knorpelzusammensetzung bei Patienten nach Kreuzbandriss-Operation. Bei 20 Teilnehmern wurden Blutproben vor, direkt nach und 3,5 Stunden nach einem 3000-Schritte-Gehtest entnommen, um die sofortige und verzögerte sCOMP-Reaktion zu messen, zusätzlich erfolgte eine MRT-Untersuchung zur Bewertung der Knorpelqualität mittels T1ρ-Relaxationszeiten. Die Ergebnisse zeigten, dass eine stärkere verzögerte sCOMP-Erhöhung (nach 3,5 Stunden) mit einer schlechteren Knorpelzusammensetzung im lateralen Oberschenkelknorpel des operierten Beins korrelierte, während die sofortige sCOMP-Reaktion keine signifikanten Zusammenhänge aufwies. Dies deutet darauf hin, dass die verzögerte sCOMP-
Cette étude transversale a évalué les associations entre la réponse immédiate et différée du COMP sérique (sCOMP) à la marche (3000 pas) et la composition du cartilage fémoral chez 20 individus 6-12 mois après reconstruction du ligament croisé antérieur (LCA). Les chercheurs ont mesuré les concentrations de sCOMP avant, immédiatement après et 3,5 heures après la marche, ainsi que les temps de relaxation T1ρ du cartilage fémoral par IRM bilatérale pour comparer les membres opéré et sain. Les résultats montrent qu'une réponse différée plus importante du sCOMP à la charge était significativement associée à une composition altérée du cartilage fémoral latéral du membre opéré (∆R² = 0,29, p = 0,02), alors qu'aucune association significative n'a été observée avec la réponse immédiate. Cette étude suggère que la réponse différée du sCOMP pourrait constituer un biomarqueur métabolique plus sensible pour détecter la dégradation cartilagineuse précoce après
This study aimed to develop and validate finite element analysis (FEA) models that can accurately predict the dynamic mechanical behavior of human articular cartilage under loading conditions. The researchers created three different computational models (linear elastic, Neo-Hookean, and Ogden) and tested them against experimental data from compression testing of human femoral head cartilage at pressures up to 1.7 MPa using both static and dynamic mechanical analysis. The linear elastic model significantly overestimated displacement by 10-fold, while the Neo-Hookean model accurately predicted dynamic response but overestimated initial compression by 10 times. The third-order Ogden hyperelastic model performed best, accurately predicting both the initial compression (within one standard deviation of experimental data) and dynamic amplitude, making it the most suitable model for representing the fast dynamic response of human articular cartilage.
Diese Studie zielte darauf ab, experimentell validierte Finite-Elemente-Modelle zu entwickeln, um das dynamische mechanische Verhalten von menschlichem Gelenkknorpel vorherzusagen. Die Forscher konstruierten drei verschiedene FEA-Modelle (linear elastisch, Neo-Hookean und Ogden) und validierten diese durch Kompressionstests an menschlichen Femurköpfen bei Belastungen von 0-1,7 MPa. Das linear elastische Modell überschätzte die dynamische Verschiebungsamplitude um das 10-fache, während das Neo-Hookean-Modell zwar die dynamische Amplitude korrekt vorhersagte, aber die initiale Kompression stark überschätzte. Das Ogden-Modell dritter Ordnung erwies sich als am besten geeignet, da es sowohl die initiale Kompression als auch die dynamische Amplitude des Knorpels am genauesten vorhersagte.
Cette étude visait à développer et valider expérimentalement des modèles d'éléments finis pour prédire le comportement mécanique dynamique du cartilage articulaire humain. Les chercheurs ont construit trois modèles différents (élastique linéaire, néo-hookéen et Ogden) et les ont validés par des tests de compression sur têtes fémorales humaines sous charges quasi-statiques et dynamiques (0-1,7 MPa). Le modèle élastique linéaire a surestimé de 10 fois l'amplitude de déplacement dynamique, tandis que le modèle néo-hookéen a prédit avec précision l'amplitude dynamique mais a échoué pour la compression initiale. Le modèle d'Ogden du troisième ordre s'est révélé le plus performant, prédisant correctement à la fois la compression initiale et l'amplitude dynamique du cartilage articulaire humain.
This systematic review and meta-analysis investigated how joint loading activities affect knee and hip cartilage in healthy adults and those with or at risk of osteoarthritis, using MRI to measure changes within 48 hours of activity. The researchers analyzed 40 studies involving 653 participants who performed various loading activities including walking, hopping, cycling, knee bends, and simulated standing. The main findings showed that knee cartilage thickness and volume decreased by 0-5% immediately after all loading activities in healthy adults, with patellar cartilage reducing by 5.0% after knee bends and tibial cartilage composition decreasing by 5.1% after simulated standing, though cartilage recovered within 30-90 minutes post-activity. These results provide clinicians with evidence-based guidance for designing rehabilitation programs, showing that moderate loading activities cause only minimal, reversible cartilage changes in healthy individuals.
Diese systematische Übersichtsarbeit mit Meta-Analyse untersuchte die unmittelbaren und verzögerten Auswirkungen gelenkbelastender Aktivitäten auf Knie- und Hüftknorpel bei gesunden Erwachsenen sowie Personen mit oder Risiko für Arthrose. Die Forscher analysierten 40 Studien mit 653 Teilnehmern, die MRT-basierte Knorpelveränderungen innerhalb von 48 Stunden vor und nach verschiedenen Belastungsaktivitäten (Gehen, Hüpfen, Radfahren, Kniebeugen) untersuchten. Die Hauptergebnisse zeigten minimale, aber konsistente Reduktionen (0-5%) in Knorpeldicke und -volumen unmittelbar nach allen Belastungsaktivitäten, wobei die patellare Knorpeldicke nach Kniebeugen um 5% und die tibiale Knorpelzusammensetzung nach simuliertem Stehen um 5,1% abnahm. Die Studie liefert wichtige Referenzwerte für normale Knorpeladapt
Cette méta-analyse systématique a investigué les effets immédiats et différés des activités de mise en charge articulaire sur le cartilage du genou et de la hanche chez les adultes sains et ceux à risque d'arthrose, en utilisant l'IRM. L'analyse de 40 études (653 participants) a examiné les changements cartilagineux suite à diverses activités (marche, saut, cyclisme, flexions du genou) mesurés dans les 48h pré- et post-intervention. Les résultats montrent des réductions minimes (0-5%) de l'épaisseur, du volume et de la composition du cartilage du genou immédiatement après la mise en charge, avec une récupération dans les 30-90 minutes selon l'activité. Cette étude fournit un cadre de référence des réponses cartilagineuses à la charge chez les adultes sains, utile pour les cliniciens dans la conception de programmes de rééducation et la prescription d'exercices.
This study investigated how different body loading conditions during exercise affect cartilage metabolism by measuring blood biomarkers of cartilage turnover and synthesis. Fifteen healthy young adults completed three 30-minute treadmill walking sessions in a crossover design: normal body weight, with 12% added weight (weighted vest), and with 12% reduced weight (using lower body positive pressure support), while blood samples were collected before, immediately after, and at 15 and 30 minutes post-exercise. The cartilage turnover marker (sCOMP) increased immediately after exercise in all three conditions, indicating mechanical sensitivity regardless of loading level. However, the cartilage synthesis marker (PIIANP) only increased during recovery (15 minutes post-exercise) in the loaded condition, suggesting that increased mechanical loading specifically stimulates cartilage anabolic activity.
Diese Studie untersuchte, wie sich akute Veränderungen der Körperbelastung während des Gehens auf Biomarker des Knorpelstoffwechsels auswirken. In einem randomisierten Cross-over-Design absolvierten 15 gesunde Erwachsene drei 30-minütige Laufbandeinheiten unter verschiedenen Belastungsbedingungen: normale Belastung, erhöhte Belastung (+12% Körpermasse) und reduzierte Belastung (-12% Körpermasse mittels Unterdruck). Die Ergebnisse zeigten, dass der Knorpel-Turnover-Marker SCOMP nach allen drei Belastungsformen akut anstieg, während der Knorpel-Anabolismus-Marker PIIANP nur nach der erhöhten Belastung signifikant zunahm. Dies deutet darauf hin, dass eine moderate Mehrbelastung beim Gehen einen akuten anabolen Effekt auf den Gelenkknorpel haben könnte.
Cette étude visait à examiner la réponse anabolique et le renouvellement du cartilage articulaire face à des modifications aiguës de la masse corporelle pendant l'exercice, en utilisant les biomarqueurs sériques SCOMP (renouvellement) et PIIANP (synthèse de collagène de type II). Dans cette étude croisée randomisée, 15 adultes sains ont effectué trois séances de marche de 30 minutes sous différentes conditions de charge : contrôle, surchargé (+12% de masse corporelle) et déchargé (-12% de masse corporelle), avec prélèvements sanguins avant, immédiatement après, et 15-30 minutes post-exercice. Les résultats montrent que le SCOMP augmente significativement immédiatement après l'exercice dans toutes les conditions, tandis que le PIIANP n'augmente qu'en condition de surcharge (13,8% à 15 min post-exercice). Ces findings suggèrent que l'augmentation de la charge mécanique stimule spécifiquement l'anabolisme du cartilage articulaire, contrairement au renouvellement cartilagineux qui répond à l'
This study investigated how different types of mechanical loading affect inflammatory and cartilage breakdown markers in healthy joints. Fifteen healthy men performed 30 minutes each of flat and tilted treadmill walking while blood samples were collected at baseline, after each walking session, and after one hour of rest to measure various inflammatory cytokines, matrix metalloproteinases (MMPs), and cartilage markers.
The results showed that both flat and tilted walking increased cartilage oligomeric protein (COMP), along with inflammatory markers IL-1β, TNF-α, IL-10, and TGF-β compared to baseline levels. However, the cartilage-degrading enzymes MMP-1 and MMP-13 were primarily elevated only after the more challenging tilted walking condition.
The findings suggest that mechanical stress on joints triggers both immediate inflammatory responses and delayed cartilage remodeling processes, with abnormal loading patterns (tilted walking) producing stronger catabolic responses than normal loading.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Gelenkbelastung frühe Entzündungsprozesse und Knorpelabbau beim Menschen auslöst. Fünfzehn gesunde männliche Probanden absolvierten ein Gehprotokoll auf einem geneigten Laufband, wobei Blutproben vor, während und nach der Belastung entnommen und auf Entzündungsmarker und Matrixmetalloproteinasen analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl normales als auch geneigtes Gehen zu erhöhten Serumkonzentrationen von COMP, IL-1β, TNF-α, IL-10 und TGF-β führte, während MMP-1 und MMP-13 hauptsächlich nach dem geneigten Gehen anstiegen. Die Studie demonstriert, dass mechanischer Stress synchrone und verzögerte molekulare Antworten auslöst, die sowohl pro- als auch anti-inflammatorische Prozesse sowie Gewebeumbau- und Reparaturmechanismen in Gelenken umfassen.
Cette étude examine les réponses inflammatoires précoces et les changements métaboliques du cartilage induits par la charge mécanique anormale chez l'humain. Quinze participants masculins sains ont effectué un protocole de marche sur tapis roulant plat puis incliné, avec des prélèvements sanguins analysés pour des biomarqueurs inflammatoires (IL-1β, TNF-α, IL-6, IL-10) et de remodelage cartilagineux (métalloprotéinases, COMP, TGF-β). Les résultats montrent une augmentation significative du COMP, des cytokines pro- et anti-inflammatoires après les deux types de marche, tandis que les MMP-1 et MMP-13 augmentent principalement après la marche inclinée. L'étude révèle que le stress mécanique déclenche rapidement une cascade inflammatoire de bas grade associée à des marqueurs de remodelage du cartilage, suggérant un lien précoce entre charge anormale et dysfonction métabolique articulaire.
This study aimed to measure the real-time dynamics of patellofemoral cartilage compression and recovery during loading and unloading using advanced MRI techniques. The researchers used dynamic MRI with prospective motion correction to track cartilage deformation in 10 healthy men during a loading protocol that involved 2 minutes baseline, 5 minutes of loading at 50% body weight with the knee at 40° flexion, followed by 38 minutes of recovery.
The study successfully demonstrated that cartilage exhibits viscoelastic behavior, with elastic deformation being significantly greater than viscous deformation during both compression (12.5% vs 7.6%) and recovery (10.5% vs 6.1%). Additionally, the researchers found a residual strain of 3.6% that persisted after unloading and observed that greater elastic compression was associated with greater elastic recovery.
This technical advancement allows for real-time monitoring of cartilage biomechanics and provides new insights into the time-dependent mechanical properties of healthy cartilage, though validation in larger and patient populations is needed.
Diese Studie untersuchte die zeitaufgelöste Verformungsdynamik des patellofemoralen Knorpels während Belastung und Entlastung mittels dynamischer MRT mit prospektiver Bewegungskorrektur. Zehn gesunde männliche Probanden wurden über 45 Minuten mit einem MR-kompatiblen pneumatischen Belastungsgerät untersucht (2 Min Baseline, 5 Min Belastung mit 50% Körpergewicht bei 40° Knieflexion, 38 Min Entlastung). Die Ergebnisse zeigten ein viskoelastisches Verhalten des Knorpels mit signifikant größerer elastischer Kompression (-12,5%) im Vergleich zur viskosen Kompression (-7,6%) sowie entsprechend größerer elastischer Erholung (10,5%) gegenüber viskoser Erholung (6,1%). Eine signifikante Restverformung von -3,6% blieb nach der Entlastungsphase bestehen, was auf unvollständige Knorpelregeneration hindeutet.
Cette étude visait à mesurer en temps réel la dynamique de déformation et de récupération du cartilage patellofémorale en réponse à la mise en charge et au déchargement, en utilisant l'IRM dynamique avec correction prospective du mouvement. Les chercheurs ont étudié 10 volontaires masculins sains avec une séquence IRM à 3T pendant un protocole de charge comprenant 2 minutes de référence sans charge, 5 minutes de charge à 50% du poids corporel (genou fléchi à ~40°), puis 38 minutes de déchargement. Les résultats ont révélé un comportement viscoélastique du cartilage avec une compression élastique significativement plus importante que la compression visqueuse (-12,5% vs -7,6%), une récupération élastique supérieure à la récupération visqueuse (10,5% vs 6,1%), et une déformation résiduelle persistante de -3,6%. Cette approche d'IRM dynamique avec correction du mouvement permet donc de quantifier avec succès la cinétique de déformation cartilagineuse in vivo, ouvrant la voie à de futures applications cliniques.
I notice that you've provided a title for an editorial, but the abstract is listed as "NA" (not available). Without the abstract content, I cannot provide a meaningful summary of the study's objective, methods, and findings.
To write the concise summary you've requested, I would need access to the actual abstract text. Editorial pieces typically comment on or summarize research studies, so the abstract would contain the essential information about the research being discussed.
Could you please provide the abstract content for this editorial? Once available, I'll be happy to create a 3-4 sentence summary focusing on the study objective, key methods, and main findings in plain language suitable for clinicians and researchers.
Da es sich um ein Editorial handelt und kein Abstract zur Verfügung steht, kann ich keine spezifische Zusammenfassung der Studienergebnisse erstellen. Basierend auf dem Titel lässt sich jedoch ableiten, dass das zugehörige Editorial eine Studie kommentiert, die mittels dynamischer MRT mit prospektiver Bewegungskorrektur die zeitaufgelöste Quantifizierung der Knorpelverformung im Patellofemoralgelenk unter Belastung und Entlastung untersuchte. Diese innovative bildgebende Methode ermöglicht es, die biomechanischen Eigenschaften des Gelenkknorpels in Echtzeit zu erfassen. Für eine detaillierte Zusammenfassung der Studienziele, Methoden und Ergebnisse wäre der Volltext des Editorials oder der kommentierten Originalstudie erforderlich.
Je ne peux pas rédiger un résumé basé sur ce document car seul le titre est fourni, sans résumé disponible (marqué "NA").
Cependant, d'après le titre, il s'agit d'un éditorial commentant une étude sur la quantification temporelle de la déformation du cartilage patellofémorale en réponse à la charge et à la décharge, utilisant l'IRM dynamique avec correction prospective du mouvement.
Pour rédiger le résumé demandé, j'aurais besoin du contenu de l'éditorial ou du résumé de l'article original qu'il commente, afin de pouvoir identifier l'objectif de l'étude, les méthodes clés et les résultats principaux.
This study examined how different types of exercise affect cartilage metabolism in older adults by measuring serum cartilage oligomeric matrix protein (sCOMP), a biomarker that reflects cartilage breakdown and turnover. Researchers had 20 participants run 5 km and 19 participants swim 1500 m, measuring sCOMP levels before, immediately after, and at 15, 30, and 60 minutes post-exercise. Running caused a much larger acute increase in sCOMP concentration (29%) compared to swimming (6%), indicating greater cartilage metabolic activity with weight-bearing exercise. Additionally, older adults with existing knee symptoms had higher baseline sCOMP levels and greater body weight, regardless of their activity level or exercise type.
Diese Studie untersuchte, wie sich Laufen und Schwimmen auf einen Biomarker für Knorpelstoffwechsel (sCOMP) bei älteren Menschen auswirken. 20 Teilnehmer liefen 5 km und 19 schwammen 1500 m, wobei die sCOMP-Konzentration vor, direkt nach und bis zu 60 Minuten nach der Belastung gemessen wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass Laufen zu einem deutlich stärkeren Anstieg der sCOMP-Konzentration führte (29%) als Schwimmen (6%), was auf eine höhere akute Knorpelstoffwechselaktivität hinweist. Ältere Menschen mit klinisch relevanten Kniebeschwerden hatten unabhängig von der Sportart höhere sCOMP-Werte und ein höheres Körpergewicht.
Cette étude visait à comparer les effets aigus de la course à pied et de la natation sur la concentration sérique de protéine oligomérique de la matrice cartilagineuse (SCOMP), un biomarqueur du métabolisme du cartilage articulaire, chez les personnes âgées. Les chercheurs ont mesuré les concentrations de SCOMP avant, immédiatement après, et jusqu'à 60 minutes après un exercice de course de 5 km (n=20) ou de natation de 1500 m (n=19). Les résultats montrent que la course provoque une augmentation significativement plus importante de la SCOMP (+29%) comparativement à la natation (+6%), suggérant un métabolisme cartilagineux plus intense lors d'activités avec impact. Les participants présentant des symptômes cliniquement significatifs au genou avaient des concentrations de SCOMP plus élevées et un poids corporel supérieur, indépendamment du type d'exercice pratiqué.
This study examined how walking affects knee cartilage thickness in people who had undergone anterior cruciate ligament reconstruction (ACLR) surgery. Researchers used ultrasound to measure femoral cartilage thickness before and after a 30-minute walking session in 30 individuals, comparing their reconstructed leg to their healthy leg, and analyzed walking mechanics using biomechanical testing. The key finding was that cartilage in the healthy leg compressed normally after walking (as expected), but cartilage in the reconstructed leg showed little to no compression response, suggesting it may be chronically underloaded during daily activities. Additionally, the reconstructed leg had thicker cartilage overall and showed greater compression when knee adduction moments (inward knee forces) were higher during walking.
Diese Studie untersuchte, wie sich Oberschenkelknorpel nach einem 30-minütigen Gehtraining bei 30 Personen mit einseitiger Kreuzbandrekonstruktion (ACLR) verformt. Mittels Ultraschall wurde die Knorpeldicke vor, direkt nach und 30 Minuten nach der Gehbelastung gemessen, während die Gangbiomechanik analysiert wurde. Die Hauptergebnisse zeigten, dass der Knorpel im gesunden Bein nach dem Gehen dünner wurde (normale Verformungsreaktion), während der Knorpel im ACLR-Bein keine signifikante Dickenänderung aufwies, obwohl er generell dicker war. Diese verminderte dynamische Antwort des Knorpels im rekonstruierten Bein deutet auf eine chronische Unterbelastung während des Gehens hin, was langfristig negative Auswirkungen auf die Knorpelgesundheit haben könnte.
Cette étude visait à comparer la déformation du cartilage fémoral après une marche de 30 minutes entre le membre reconstruit (LCA) et le membre controlatéral chez 30 individus ayant subi une reconstruction du ligament croisé antérieur. Les chercheurs ont utilisé l'échographie pour mesurer l'épaisseur du cartilage avant, immédiatement après et 30 minutes après l'intervention, tout en analysant la biomécanique de la marche. Les résultats montrent que le cartilage du membre controlatéral s'amincit immédiatement après la marche, contrairement au membre reconstruit qui présente une réponse moins dynamique, suggérant une sous-sollicitation habituelle. Cette différence de réponse du cartilage pourrait refléter des adaptations biomécaniques persistantes après reconstruction du LCA.
This study investigated whether GSDMD, a protein that executes pyroptosis (inflammatory cell death), plays a role in cartilage damage following mechanical injury. The researchers applied controlled compression (15 or 25 MPa for one hour) to human hip cartilage samples and measured cell viability, cartilage-specific gene expression, and pyroptosis markers, while testing GSDMD inhibitors both before and after injury. They found that mechanical compression triggered pyroptosis in chondrocytes, leading to reduced cell survival and impaired cartilage function. GSDMD inhibitors were effective both as preventive treatment (before injury) and therapeutic treatment (after injury), protecting chondrocytes from death and maintaining healthy cartilage gene expression while suppressing pyroptosis.
Diese Studie untersuchte die Rolle von GSDMD (einem Schlüsselprotein der Pyroptose) bei mechanischen Verletzungen des menschlichen Gelenkknorpels, um neue therapeutische Ansätze für die traumatische Arthritis zu identifizieren. Die Forscher setzten humane Hüftgelenkknorpel mechanischen Druckbelastungen (15 bzw. 25 MPa) aus und analysierten sowohl die akuten als auch chronischen Auswirkungen auf die Chondrozyten-Vitalität, den chondrogenen Phänotyp und Pyroptose-Marker. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Kompression teilweise über Pyroptose-Mechanismen zu Chondrozytenschäden führt, wobei sowohl die präventive als auch therapeutische Gabe von GSDMD-Inhibitoren die Zellvitalität erhielt und die Pyroptose supprimierte. GSDMD-Inhibitoren könnten somit einen vielversprechenden therapeutischen Ansatz zur Behandlung mechanischer Knorpelverletzungen darstellen.
Cette étude visait à déterminer le rôle de GSDMD, l'exécuteur de la pyroptose, dans les lésions mécaniques du cartilage articulaire humain responsables de l'arthrose post-traumatique. Les chercheurs ont appliqué des compressions mécaniques (15 ou 25 MPa pendant 1 heure) sur des disques de cartilage de hanche humaine et analysé la viabilité cellulaire, l'expression de marqueurs chondrocytaires (COL2A1, SOX9) et pyroptotiques (caspase-1/5, GSDMD, IL-1β, IL-18). Les résultats montrent que la compression mécanique induit la mort des chondrocytes partiellement via la pyroptose, et que l'inhibition de GSDMD, administrée avant ou après la lésion, préserve la viabilité cellulaire, maintient l'expression du collagène de type II et supprime la pyroptose. L'inhibiteur de GSDMD présente donc un potentiel thérapeutique préventif et curatif contre les lésions cartilagineuses d'origine mécanique.
This study aimed to understand how the microscopic structure and composition of tissue-engineered cartilage implants (made from stem cell aggregates) influence their mechanical behavior under loading. The researchers used advanced microscopy with strain mapping and infrared spectroscopy to examine how these implants deform during compression while simultaneously measuring the local distribution of key cartilage components (aggrecan and collagen). They discovered that high strain concentrations occur at the boundaries between cell aggregates, specifically in regions where aggrecan content is low and collagen content is high. Most importantly, they identified critical compositional thresholds—below 0.015 units of aggrecan and above 0.15 units of collagen—where the constructs experience a dramatic threefold increase in compressive strain, suggesting these parameters could serve as quality control markers for manufacturing better cartilage implants.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Gewebearchitektur, lokaler Zusammensetzung und mikromechanischem Verhalten in tissue-engineerten osteochondralen Implantaten aus mesenchymalen Stammzellaggregaten. Die Forscher verwendeten schnelle Konfokalmikroskopie mit Dehnungskartierung sowie Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie, um das mechanische Verhalten unter quasi-statischer Belastung und die lokalen Gewebezusammensetzungen zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass hohe lokale Dehnungskonzentrationen hauptsächlich an den Grenzen der Zellaggregate auftraten, wo niedrige Aggrecan- (<0,015 A.U.) und hohe Kollagenkonzentrationen (>0,15 A.U.) zu einer mehr als dreifachen Erhöhung der Druckdehnung führten. Die Studie belegt, dass lokale Gewebezusammensetzung der primäre Faktor für die mechanische Mikroumgebung in tissue-engineerten Knorpelkonstrukten ist und liefert wichtige Parameter für
Cette étude vise à élucider les relations entre l'architecture, la composition locale et l'environnement micromécanique des implants ostéochondraux issus d'agrégats de cellules souches mésenchymateuses. Les chercheurs ont utilisé la microscopie confocale rapide couplée à une technique de cartographie des déformations, ainsi que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier pour analyser le comportement micromécanique sous charge quasi-statique et les compositions locales. Les résultats révèlent que sous compression, les agrégats cellulaires génèrent des concentrations de contraintes élevées aux frontières où la concentration d'agrécane est faible (<0,015 u.a.) et celle de collagène élevée (>0,15 u.a.), avec une augmentation de déformation supérieure à trois fois. Cette étude démontre que les caractéristiques compositionnelles locales sont les déterminants primaires de l'environnement mécanique local, offrant des paramètres potentiels de contrôle qualité pour la fabrication d'implants cartilagineux.
This study investigated whether cartilage responds differently to mechanical loading in patients with early-mild knee osteoarthritis compared to healthy controls. The researchers used ultrasound imaging to measure medial femoral cartilage thickness and echo intensity in 56 women aged ≥50 years before and after 15 minutes of treadmill walking, comparing those with early-mild knee OA (n=29) to asymptomatic controls (n=27). The key finding was that cartilage thickness at the tibiofemoral joint decreased significantly more in the early-mild OA group compared to controls after walking, while no differences were observed in cartilage echo intensity or at the patellofemoral joint. These results suggest that greater acute cartilage deformation following mechanical loading may be an early characteristic of knee osteoarthritis, potentially reflecting altered cartilage biomechanical properties in the disease's early stages.
Diese Studie untersuchte, ob sich die akute Knorpelantwort nach mechanischer Belastung zwischen Patientinnen mit früh-milder Kniearthrose und gesunden Kontrollen unterscheidet. Die Forschenden analysierten bei 56 Frauen (≥50 Jahre) mit Kellgren-Lawrence-Grad ≤2 die Knorpeldicke und Echo-Intensität des medialen Femurkondylus mittels Ultraschall vor und nach 15-minütigem Laufbandgehen. Die Hauptergebnisse zeigten, dass die Knorpeldicke am tibiofemoralem Gelenk nach dem Gehen in der früh-milden Arthrose-Gruppe signifikant stärker abnahm als in der Kontrollgruppe (p=0,002), während sich die Echo-Intensität in beiden Gruppen nicht veränderte. Diese verstärkte akute Knorpeldeformation nach Belastung könnte ein charakteristisches Merkmal früher Kniearthrose darstellen.
Cette étude visait à comparer la réponse cartilagineuse aiguë entre des patientes présentant une gonarthrose précoce-légère et des témoins sains, en mesurant l'épaisseur et l'écho-intensité du cartilage par échographie. Cinquante-six femmes âgées de plus de 50 ans ont été évaluées avant et après 15 minutes de marche sur tapis roulant, avec classification selon les grades de Kellgren-Lawrence et la symptomatologie. Les résultats montrent une diminution significativement plus importante de l'épaisseur du cartilage fémoral médial au niveau tibio-fémoral chez les patientes avec gonarthrose précoce-légère comparativement aux témoins (p = 0,002), sans modification de l'écho-intensité. Cette déformation cartilagineuse aiguë plus marquée après la marche pourrait constituer une caractéristique précoce de l'arthrose du genou.
This study aimed to evaluate whether quantitative ultrasound (QUS) techniques can detect real-time changes in knee cartilage properties following physical stress. The researchers used specialized ultrasound imaging to measure cartilage thickness and various tissue properties in 15 participants before, immediately after, and at 5-minute intervals up to 45 minutes following a 30-minute downhill treadmill run. The results showed that cartilage thickness decreased and remained reduced for up to 30 minutes post-exercise, while two ultrasound parameters (AMR and Nakagami) also changed significantly, indicating alterations in cartilage material properties during recovery. The findings suggest that QUS imaging can successfully monitor transient cartilage responses to mechanical loading in living patients, though a single running session did not cause structural damage to the cartilage.
Diese Studie untersuchte erstmals die Fähigkeit quantitativer Ultraschalltechniken (QUS), vorübergehende Veränderungen im Kniegelenkknorpel nach Belastung in vivo zu erfassen. Bei 15 Teilnehmern wurden mittels Ultraschall verschiedene Parameter des Oberschenkelknorpels (Dicke, Rauheitsindex, Magnitudenverhältnis und Nakagami-Parameter) vor, direkt nach und alle 5 Minuten bis 45 Minuten nach einem 30-minütigen Lauf auf einem Laufband mit negativer Steigung gemessen. Die Ergebnisse zeigten signifikante zeitabhängige Veränderungen in der Knorpeldicke (bis 30 Min nach Belastung), im Magnitudenverhältnis (bis 35 Min) und in den Nakagami-Parametern (durchgehend erhöht), während der Rauheitsindex unverändert blieb, was darauf hindeutet, dass die Knorpelintegrität durch die einmalige Laufbelastung nicht beeinträchtigt wurde. Die Studie demonstriert,
Cette étude visait à évaluer la capacité des techniques d'échographie quantitative (QUS) à détecter les changements transitoires du cartilage fémoral du genou in vivo après un exercice contraignant. Les chercheurs ont mesuré l'épaisseur du cartilage (CTK), l'indice de rugosité ultrasonore (URI), le ratio de magnitude moyen (AMR) et les paramètres de Nakagami (NA) chez 15 participants avant, immédiatement après et toutes les 5 minutes pendant 45 minutes suivant une course de 30 minutes sur tapis incliné. Les résultats montrent que l'épaisseur du cartilage était significativement réduite jusqu'à 30 minutes post-exercice, tandis que les paramètres AMR et NA étaient également modifiés pendant la récupération, suggérant des changements temporaires des propriétés biomécaniques sans altération de l'intégrité structurelle. Cette étude démontre que les techniques QUS peuvent caractériser efficacement les réponses adaptatives transitoires du cartilage articulaire suite à une sollicitation mécanique.
This study investigated how aerobic and resistance exercise immediately affect femoral cartilage structure and recovery time in healthy young men. Fifteen participants completed three randomized sessions (30-minute treadmill running, resistance exercises, or seated rest control) with ultrasound measurements of femoral cartilage cross-sectional area taken before, immediately after, and every 5 minutes during 50 minutes of recovery. Both exercise types caused immediate cartilage compression, with aerobic exercise producing greater reduction (-5.8%) compared to resistance exercise (-3.4%), while the control condition showed no change. Recovery to pre-exercise cartilage dimensions took 35 minutes after aerobic exercise and only 10 minutes after resistance exercise, indicating that cartilage deformation and recovery patterns differ based on exercise type.
Diese Studie untersuchte die unmittelbaren Auswirkungen von Ausdauer- und Krafttraining auf die Morphologie des Oberschenkelknorpels bei 15 gesunden jungen Männern. Die Probanden absolvierten in randomisierter Reihenfolge drei 30-minütige Interventionen (Laufbandtraining, Kraftübungen oder Ruhe als Kontrolle), wobei die Knorpel-Querschnittsfläche mittels Ultraschall vor, direkt nach und alle 5 Minuten während einer 50-minütigen Erholungsphase gemessen wurde. Beide Trainingsformen führten zu einer signifikanten sofortigen Reduktion der femoralen Knorpel-Querschnittsfläche (Ausdauertraining: -5,8%; Krafttraining: -3,4%). Die Knorpelerholung zu den Ausgangswerten benötigte 35 Minuten nach Ausdauertraining und 10 Minuten nach Krafttraining, was auf unterschiedliche biomechanische Belastungsmuster hindeutet.
Cette étude a comparé la réponse immédiate et la récupération de la morphologie du cartilage fémoral suite à des exercices aérobies ou de résistance chez 15 jeunes hommes en bonne santé. Les participants ont effectué de manière randomisée 30 minutes d'exercice aérobie (course sur tapis), de musculation (presses, squats, extensions de genou) ou de repos, avec mesure échographique de la surface de section transversale (CSA) du cartilage fémoral avant, après et toutes les 5 minutes pendant 50 minutes de récupération. Les résultats montrent une diminution significative de la CSA du cartilage fémoral après l'exercice aérobie (-5,8%) et de résistance (-3,4%) par rapport aux niveaux pré-exercice. Le temps de récupération nécessaire pour retrouver les valeurs initiales était de 35 minutes après l'exercice aérobie et de 10 minutes après l'exercice de résistance.
This study investigated how knee cartilage composition responds to acute compressive loading by comparing MRI measurements between loaded and unloaded conditions in healthy individuals. Ten participants underwent 3T MRI scanning on two occasions, with T1ρ and T2* relaxation times measured during both unloaded conditions and while compression equivalent to 40% body weight was applied using an MRI-compatible loading device.
The key finding was that femoral and tibial cartilage exhibited opposite responses to loading: femoral cartilage showed increases in both T1ρ (4.1-6.9 ms) and T2* (3.5-13.7 ms) values under load, while tibial cartilage demonstrated decreases in T1ρ (-5.6 to -1.7 ms) and T2* (-2.1 to 0.7 ms) values. Additionally, cartilage regions in contact during loading showed greater changes than non-contacting areas, and these response patterns were consistent across the two testing sessions, suggesting reliable and reproducible biomechanical behavior differences between femoral and tibial cartilage.
Diese Studie untersuchte erstmals die akuten Auswirkungen von Kompressionsbelastung auf T1ρ- und T2*-MRT-Parameter in femoralen und tibialen Knorpelregionen bei gesunden Probanden. Zehn gesunde Teilnehmer wurden an zwei Terminen mit 3T-MRT sowohl unbelastet als auch unter 40% Körpergewichtsbelastung mittels eines MRT-kompatiblen Belastungsgeräts untersucht. Die Hauptergebnisse zeigten gegensätzliche Reaktionen zwischen femoralen und tibialen Knorpelregionen: Während femorale kontaktierende Bereiche Anstiege der T1ρ- (4,1-6,9 ms) und T2*-Werte (3,5-13,7 ms) aufwiesen, zeigten tibiale kontaktierende Regionen Abnahmen bei T1ρ (-5,6 bis -1,7 ms) und T2* (-2,1 bis 0,7 ms). Diese Befunde deuten auf unterschiedliche biomechanische Anpassungsmechanismen zwischen femoralen und ti
Cette étude visait à comprendre comment les mesures compositionnelles du cartilage articulaire répondent à une charge compressive aiguë in vivo chez des sujets sains. Dix participants ont subi des examens IRM 3T à deux reprises, avec acquisition des paramètres T1ρ et T2* du genou en conditions non chargée et chargée (40% du poids corporel). Les résultats ont révélé des effets opposés significatifs de la charge entre le cartilage fémoral (augmentation de T1ρ et T2* de 4,1-6,9 ms et 3,5-13,7 ms respectivement) et tibial (diminution de -5,6 à -1,7 ms pour T1ρ et -2,1 à 0,7 ms pour T2*). Ces findings suggèrent une réponse biomécanique différentielle du cartilage fémoral et tibial à la charge compressive, avec des effets plus marqués dans les zones de contact articulaire.
This study aimed to understand how spatial variations in cartilage material properties affect mechanical behavior in both healthy and osteoarthritic tissue. The researchers developed a mathematical model of cartilage under confined compression testing that accounts for property variations across tissue depth, incorporating modifications to represent osteoarthritic changes, then performed global sensitivity analysis to identify which parameters most influence mechanical response.
The analysis revealed that the most influential parameters differ between static versus dynamic loading conditions and between healthy versus osteoarthritic cartilage. Key findings showed that osteoarthritic changes (increased permeability and reduced fixed charge in the superficial zone) make cartilage deformation much more sensitive to superficial zone stiffness.
This suggests that degenerative changes to the superficial collagen network are amplified when other osteoarthritic features are present, providing a mechanism-based explanation for why mechanical properties of normal and osteoarthritic cartilage often show substantial overlap in experimental measurements.
Diese Studie zielte darauf ab, die Sensitivität des mechanischen Verhaltens von Gelenkknorpel gegenüber räumlichen Variationen der Materialeigenschaften zu untersuchen. Die Forscher entwickelten ein mathematisches Modell für eindimensionale Kompressionsversuche, das sowohl gesundes als auch osteoarthritisches Knorpelgewebe abbildet, und führten eine globale Sensitivitätsanalyse der Modellparameter durch. Die Hauptergebnisse zeigen, dass sich die sensitivsten Parameter zwischen statischer und dynamischer Belastung sowie zwischen gesundem und osteoarthritischem Knorpel unterscheiden. Besonders bedeutsam ist die Erkenntnis, dass die mechanische Antwort des Knorpels bei osteoarthritischen Veränderungen deutlich sensitiver auf die Steifigkeit der oberflächlichen Zone reagiert, was eine mechanismusbasierte Erklärung für die erhebliche Überlappung mechanischer Parameter zwischen normalem und osteoarthritischem Gewebe liefert.
Cette étude visait à analyser la sensibilité du comportement mécanique du cartilage articulaire aux variations spatiales des propriétés matérielles, en conditions normales et arthrosiques. Les chercheurs ont développé un modèle mathématique de compression confinée unidimensionnelle intégrant les variations spatiales des propriétés tissulaires, puis ont réalisé une analyse de sensibilité globale pour identifier les mécanismes dominants de la réponse mécanique sous chargement statique et dynamique. Les résultats montrent que les paramètres les plus sensibles diffèrent entre les conditions de chargement (statique vs dynamique) et l'état tissulaire (sain vs arthrosique), avec une sensibilité particulièrement accrue à la rigidité de la zone superficielle lors de modifications arthrosiques. Cette sensibilité amplifiée de la zone superficielle en présence d'arthrose fournit une explication mécanistique au chevauchement substantiel observé entre les paramètres mécaniques du cartilage normal et pathologique.
This study investigated how chondrocytes (cartilage cells) change shape and volume in response to cyclic mechanical loading, focusing specifically on cell behavior during the unloading phase. The researchers used a custom platform that allowed simultaneous mechanical loading and real-time imaging of cartilage tissue over 100 compression cycles, comparing dynamic loading conditions to static controls. The key finding was that cell volume initially decreased by 13% during early loading cycles but gradually recovered to baseline levels after approximately 20 cycles, even though the surrounding cartilage tissue had not fully recovered during unloading phases. These results suggest that chondrocytes actively regulate their volume in response to dynamic mechanical stimuli through adaptive mechanisms that differ significantly from their responses to static loading conditions.
Diese Studie untersuchte, wie sich Chondrozyten (Knorpelzellen) während der Entlastungsphase zyklischer Kompression verformen, um zelluläre Anpassungsmechanismen an mechanische Belastung besser zu verstehen. Mittels einer speziell entwickelten Plattform wurden Knorpelgewebe 100 Belastungszyklen unterzogen, während gleichzeitig Zellvolumen und -form während der Entlastungsphasen gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigten eine vorübergehende Abnahme des Zellvolumens um 13% in den ersten Zyklen, gefolgt von einer graduellen Erholung auf Ausgangswerte nach etwa 20 Zyklen, obwohl sich das Knorpelgewebe noch nicht vollständig erholt hatte. Diese Befunde deuten auf aktive Zellvolumenregulation als Anpassungsmechanismus hin und belegen, dass Zellen unter dynamischer Belastung anders reagieren als unter statischen Bedingungen.
Cette étude visait à analyser les changements de volume et de forme des chondrocytes pendant la phase de déchargement d'une compression cyclique dynamique, en comparaison avec des conditions statiques. Les chercheurs ont utilisé une plateforme personnalisée permettant l'application simultanée de charges mécaniques et l'imagerie du tissu cartilagineux sur 100 cycles, en mesurant les déformations cellulaires à des moments spécifiques pendant la phase de déchargement. Les résultats montrent une diminution transitoire du volume cellulaire de 13% durant les premiers cycles, suivie d'un retour graduel aux valeurs initiales après environ 20 cycles, malgré une récupération incomplète du tissu cartilagineux. Ces observations suggèrent une réponse adaptative temporelle des chondrocytes liée à des mécanismes de régulation active du volume cellulaire, avec des réponses significativement différentes entre les conditions de chargement dynamique et statique.
This study developed and tested a specialized loading device that applies varus-valgus forces to the human knee while inside an MRI scanner to assess cartilage biomechanics. The researchers first validated the apparatus in laboratory conditions, then tested it during varus loading in a clinical 3T MRI system, using spiral DENSE MRI techniques during cyclic loading to measure cartilage deformation. The device successfully enabled real-time measurement of cartilage displacement and strain patterns in the medial knee compartment, generating both biomechanical and relaxometry data during joint loading. This apparatus provides a practical workflow for future clinical studies aimed at identifying early osteoarthritis through imaging-based biomechanical biomarkers that could detect disease before structural damage becomes apparent.
Diese Studie zielte darauf ab, ein Gerät zu entwickeln und zu validieren, das Varus-Valgus-Belastungen am menschlichen Knie während MRT-Untersuchungen ermöglicht, um Knorpeldeformation als potentiellen Biomarker für frühe Arthrose zu analysieren. Die Forscher testeten das Gerät zunächst im Labor und anschließend in einem klinischen 3T-MRT-System, wobei sie spiral-dichte MRT-Sequenzen während zyklischer Belastung verwendeten, um zeitabhängige Verschiebungs- und Dehnungskarten im tibiofemoralen Knorpel zu erstellen. Die Ergebnisse zeigten, dass das Gerät erfolgreich quantitative MRT-Parameter für Biomechanik und Relaxometrie während der Gelenkbelastung erfassen kann, insbesondere bei Kompression des medialen Kniekompartments. Das validierte System ermöglicht einen praktischen Arbeitsablauf für zukünftige klinische Studien zur Identifizierung und Validierung bildgebungsbasierter biomechanischer Biomarker.
Cette étude visait à développer un appareil capable d'appliquer une charge varus-valgus au genou humain in vivo dans un environnement IRM pour analyser la fonction mécanique du cartilage articulaire. L'appareil a été testé en laboratoire puis validé lors d'imagerie clinique à 3T, intégrant une séquence IRM spiralée dense pendant la charge cyclique. Les résultats démontrent que le dispositif permet d'obtenir des cartes de déformation et de déformation temporelles du cartilage tibio-fémoral, ainsi que des métriques IRM quantitatives de biomécanique et de relaxométrie. Cette approche offre un flux de travail pratique pour identifier et valider des biomarqueurs biomécaniques basés sur l'imagerie, ouvrant la voie à une meilleure détection précoce de l'arthrose.
This study investigated how running affects knee cartilage health in patients who had undergone anterior cruciate ligament reconstruction (ACLR) compared to healthy controls. The researchers used ultrasound to measure cartilage thickness before and after a 30-minute self-paced run, and MRI T2 mapping to assess cartilage composition in 20 ACLR patients (average 14.6 months post-surgery) and 20 matched controls.
The key findings showed that ACLR patients had poorer cartilage quality at rest, with longer T2 relaxation times in the medial femoral condyle indicating cartilage degradation. After running, ACLR patients experienced significantly greater cartilage deformation (compression) in the medial femoral cartilage compared to controls, suggesting their cartilage is more vulnerable to mechanical loading.
The study also found that in ACLR patients, those with worse baseline cartilage composition showed different running mechanics, specifically lower vertical ground reaction forces, which may represent a protective adaptation to reduce joint loading.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Laufbiomechanik und Knorpelgesundheit bei Patienten nach Kreuzbandriss-Rekonstruktion (ACLR). 20 ACLR-Patienten und 20 Kontrollpersonen absolvierten eine 30-minütige Laufsession, wobei vor und nach dem Lauf die Knorpeldicke per Ultraschall gemessen und die Knorpelzusammensetzung mittels MRT-T2-Mapping bestimmt wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass ACLR-Patienten bereits in Ruhe eine schlechtere Knorpelqualität im medialen Femurkondylus aufwiesen (längere T2-Relaxationszeiten) und nach dem Lauf eine stärkere Knorpeldeformation erlitten als die Kontrollgruppe. Zusätzlich wurde bei ACLR-Patienten ein negativer Zusammenhang zwischen der Knorpelqualität und der vertikalen Belastung beim Laufen festgestellt, was auf eine erhöhte Vulnerabilität für posttrau
Cette étude visait à examiner l'influence de 30 minutes de course sur l'épaisseur et la composition du cartilage fémoral chez des patients avec reconstruction du ligament croisé antérieur (LCA) comparés à des témoins sains. Les chercheurs ont utilisé l'échographie pour mesurer l'épaisseur cartilagineuse avant et après la course, et l'IRM avec cartographie T2 pour évaluer la composition du cartilage chez 20 patients post-reconstruction LCA et 20 témoins appariés. Les résultats montrent que le groupe LCA présentait des temps de relaxation T2 plus longs au repos (indiquant une dégradation du cartilage) et une déformation cartilagineuse significativement plus importante après la course au niveau du condyle fémoral médial. Ces findings suggèrent que les patients entre 6 et 24 mois post-reconstruction LCA ont un cartilage déjà altéré qui se déforme davantage sous les contraintes mécaniques de la course.
This study investigated how blood markers of joint metabolism respond to mechanical loading during walking in 24 patients with knee osteoarthritis. Researchers measured 10 blood markers before, during, and after a 30-minute walking test, while using gait analysis and musculoskeletal modeling to calculate joint loads and accumulated mechanical stress. The study found distinct response patterns: COMP and MMP-3 increased immediately after walking then decreased, while MMP-9 and resistin showed delayed decreases below baseline levels. Importantly, the magnitude of these marker changes correlated with the total mechanical load accumulated during walking and with patient-reported pain and quality of life scores, suggesting that blood biomarkers could potentially track how joints respond to mechanical stress in osteoarthritis patients.
Diese Studie untersuchte die Reaktion von 10 Blutmarkern für den Gelenkstoffwechsel auf einen 30-minütigen Gehbelastungstest bei 24 Patienten mit Kniearthrose, wobei Ganganalyse, Muskel-Skelett-Modellierung und Fragebögen eingesetzt wurden. Die Ergebnisse zeigten unterschiedliche Reaktionsmuster: COMP und MMP-3 stiegen unmittelbar nach der Belastung an und fielen dann ab, während MMP-9 und Resistin verzögert unter die Ausgangswerte sanken. Mehrere belastungsinduzierte Markerveränderungen korrelierten mit der kumulierten Gelenkbelastung während des Gehtests sowie mit patientenberichteten Outcomes (KOOS) und Lebensqualitätsscores. Die Studienergebnisse deuten darauf hin, dass die mechanische Reaktion von Blutmarkern bei Kniearthrose belastungsabhängig ist und klinisch relevante Zusammenhänge mit Patientenergebnissen aufweist.
Cette étude visait à quantifier la réponse de 10 biomarqueurs sanguins du métabolisme articulaire à un test de marche de 30 minutes chez 24 patients avec gonarthrose, et à déterminer les associations entre la cinétique des marqueurs, la charge accumulée et les scores fonctionnels rapportés par les patients. Les méthodes comprenaient des prélèvements sériques répétés, une analyse de la marche et une modélisation musculosquelettique pour estimer les forces articulaires. Les résultats montrent que COMP et MMP-3 augmentent immédiatement après l'effort puis diminuent, tandis que MMP-9 et la résistine présentent une diminution retardée, avec des corrélations significatives entre certains marqueurs et les charges accumulées ainsi qu'avec les scores KOOS. Cette réponse physiologique différenciée à l'effort dépend de la charge accumulée et semble pertinente pour les résultats fonctionnels et la qualité de vie rapportés par les patients.
This study developed a physics-informed neural network called EL-UNET to map three-dimensional material properties in biological tissues without prior knowledge of their internal composition. The researchers used deep learning combined with physics principles to analyze deformation and force data from finite element simulations of brain tissue (isotropic material) and articular cartilage (transversely isotropic material) under compression. The EL-UNET method successfully identified material properties with high accuracy, achieving errors under 1.5% for brain tissue elastic modulus and Poisson's ratio, and under 5% for all five material parameters in cartilage. This represents the first 3D implementation of physics-informed neural networks for elasticity imaging, offering a powerful tool for characterizing the mechanical properties of soft tissues that could be applied in laboratory settings and potentially extended to clinical diagnostics.
Diese Studie zielte darauf ab, ein neuartiges physik-informiertes neuronales Netzwerk (EL-UNET) zu entwickeln, um dreidimensionale mechanische Eigenschaften von heterogenen Geweben ohne Vorabwissen über deren Zusammensetzung zu bestimmen. Die Forscher validierten ihre Methode anhand von Finite-Elemente-Simulationen von Hirngewebe (isotrop) und Gelenkknorpel (transversal isotrop) unter verschiedenen Belastungsbedingungen. Das EL-UNET erreichte beeindruckende Genauigkeiten mit mittleren absoluten relativen Fehlern unter 1,5% für Elastizitätsmodul und Poisson-Verhältnis im Hirngewebe sowie unter 5% für alle fünf Materialparameter im Knorpel. Diese computationally effiziente Methode stellt einen bedeutenden Fortschritt in der 3D-Elastizitätsbildgebung dar und bietet großes Potenzial für die in vitro und ex vivo Charakterisierung von Weichgeweben sowie mögliche in vivo Anwendungen.
Cette étude vise à développer une méthode permettant de cartographier en trois dimensions les propriétés mécaniques complexes des tissus biologiques hétérogènes sans connaissance préalable de leur composition. Les chercheurs ont développé EL-UNET, un réseau de neurones basé sur une architecture U-Net intégrant les lois physiques, capable d'identifier les paramètres élastiques spatialement variables à partir de mesures de déformation et de force. La validation sur des simulations numériques de tissus cérébraux (matériau isotrope) et de cartilage articulaire (matériau transversalement isotrope) a démontré une précision remarquable avec des erreurs relatives moyennes inférieures à 1,5% pour le cerveau et 5% pour le cartilage. Cette approche novatrice offre un outil puissant pour la caractérisation mécanique 3D des tissus biologiques, applicable aux analyses in vitro et ex vivo, avec des perspectives d'extension vers le diagnostic in vivo.
This review examines the management of knee cartilage defects in athletes who need to return to high-demand activities. The authors discuss diagnostic approaches emphasizing MRI as the most sensitive imaging method, and outline treatment strategies ranging from conservative management to various surgical interventions including arthroscopic debridement and osteochondral reconstruction. The key finding is that most symptomatic cartilage lesions require surgical treatment due to cartilage's poor natural healing capacity, with treatment selection based on patient-specific and defect-specific factors. Success depends on creating durable repair tissue that enables pain-free return to sport through coordinated care between the athlete, surgeon, and treatment team.
Diese Übersichtsarbeit zielt darauf ab, die Behandlungsoptionen für Knorpeldefekte am Knie bei Sportlern zu analysieren, die eine Rückkehr zu belastungsintensiven Aktivitäten anstreben. Die Autoren erläutern sowohl konservative als auch chirurgische Behandlungsansätze und betonen die Bedeutung einer gründlichen Diagnostik mittels MRT, welches die sensitivste und spezifischste Bildgebungsmethode zur Beurteilung von Knorpelläsionen darstellt. Die Haupterkenntnis ist, dass aufgrund der schlechten intrinsischen Heilungskapazität von hyalinem Knorpel die meisten symptomatischen Läsionen letztendlich eine chirurgische Intervention erfordern, wobei die Behandlungsoptionen von arthroskopischem Debridement bis hin zu umfangreichen osteochondralen Rekonstruktionen reichen. Der Erfolg der Behandlung hängt von der Schaffung einer dauerhaften, belastbaren Reparatur ab, die eine schmerzfreie Rückkehr zum Sport ermöglicht.
Cette étude examine la prise en charge des lésions cartilagineuses du genou chez les athlètes, qui représentent un défi majeur pour le retour aux activités sportives de haut niveau. Les auteurs soulignent l'importance d'un diagnostic précoce par examen clinique approfondi et IRM, cette dernière étant la modalité d'imagerie la plus sensible et spécifique pour évaluer ces lésions. En raison de la faible capacité de guérison intrinsèque du cartilage hyalin, la majorité des lésions symptomatiques nécessitent une intervention chirurgicale, allant du débridement arthroscopique simple aux reconstructions ostéochondrales complexes. Le succès thérapeutique repose sur la création d'une réparation durable permettant un retour sans douleur aux activités sportives, nécessitant une prise de décision individualisée basée sur les caractéristiques du patient et du défect.
This study examined whether different attentional focus instructions during landing tasks affect knee cartilage loading in young female athletes. Ten healthy women performed 50 drop landings from a 50cm box under three conditions: external focus (landing softly), internal focus (bending knees), and no instruction control, with knee cartilage assessed using MRI T2 mapping and volume measurements before and after each session. The external focus condition resulted in smaller changes in cartilage T2 relaxation time and volume in the lateral knee compartment compared to internal focus and control conditions, along with lower peak ground reaction forces during landing. These findings suggest that instructing athletes to focus externally on landing softly rather than on specific body movements may reduce cartilage stress and potentially help prevent knee injuries.
Diese Studie untersuchte, wie verschiedene Aufmerksamkeitsfokussierungen bei Sprunglandungen die Knorpelbelastung beeinflussen. Zehn gesunde Frauen führten über drei Tage jeweils 50 Sprünge von einer 50 cm hohen Box durch, wobei sie sich entweder extern (so weich wie möglich landen), intern (auf das Kniebeugen) oder gar nicht fokussierten, während die Knorpelveränderungen mittels MRT-T2-Mapping und Volumetrie gemessen wurden. Die externe Fokussierung führte zu geringeren Veränderungen in der T2-Relaxationszeit und im Volumen des seitlichen Knorpels sowie zu reduzierten vertikalen Bodenreaktionskräften im Vergleich zu den anderen Bedingungen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine externe Aufmerksamkeitsfokussierung die Knorpelbelastung reduzieren und somit zur Verletzungsprävention bei Sportlerinnen beitragen könnte.
Cette étude examine l'effet des instructions attentionnelles sur la charge cartilagineuse lors de réceptions de saut, mesurée par IRM (temps de relaxation T2 et volume cartilagineux) chez 10 femmes saines. Les participantes ont réalisé 50 réceptions depuis une hauteur de 50 cm pendant 3 jours selon trois conditions : focus externe (atterrir le plus doucement possible), focus interne (fléchir les genoux à l'atterrissage), et contrôle (sans instruction). Les résultats montrent que le focus externe réduit significativement les changements de T2 et de volume du cartilage latéral porteur, ainsi que les forces de réaction au sol maximales, comparativement aux autres conditions. Ces findings suggèrent qu'un focus attentionnel externe pourrait diminuer la charge cartilagineuse et potentiellement prévenir les blessures cartilagineuses chez les athlètes féminines.
This study investigated how different intensities of aerobic exercise affect cartilage health and metabolism in mouse knee joints. Researchers divided 48 male mice into exercise groups running at speeds of 8, 12, 16, 20, and 24 meters per minute, plus a control group, then analyzed cartilage thickness, cell density, and genes involved in cartilage building (anabolic) and breakdown (catabolic) processes. The results showed that low-intensity exercise (8 m/min) benefited cartilage by reducing breakdown enzymes, increasing cartilage thickness, and enhancing protective molecules like aggrecan. In contrast, high-intensity exercise (24 m/min) appeared harmful to cartilage by increasing catabolic enzymes that break down cartilage matrix, suggesting that moderate exercise intensity may be optimal for maintaining healthy joint cartilage.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen verschiedener aerober Trainingsintensitäten auf die Gelenkknorpel-Homöostase bei Mäusen. Die Forschenden teilten 48 männliche C57BL/6J-Mäuse in vier Trainingsgruppen mit unterschiedlichen Intensitäten (8-24 m/min) und eine Kontrollgruppe ein und analysierten sowohl nach akutem als auch chronischem Training die Expression anaboler (SOX9, COL2A1, ACAN) und kataboler (MMP-13, ADAMTS5) Marker sowie histologische Parameter des Gelenkknorpels. Die Ergebnisse zeigten, dass niedriges Trainingstempo (8 m/min) die Knorpeldicke erhöhte, Aggrecan-Level steigerte und die Expression kataboler Enzyme reduzierte, während hochintensives Training (24 m/min) zu verstärkten katabolischen Prozessen führte. Die Studie belegt somit, dass moderates aerobes Training die Knorpelgesundheit fördert, während hochintensives Training die Knorpel-
Cette étude vise à déterminer l'impact de différentes intensités d'exercice aérobie sur l'homéostasie du cartilage articulaire chez la souris. Les chercheurs ont soumis 48 souris mâles C57BL/6J à des protocoles d'exercice aigu et chronique à intensités variables (8, 12, 16, 20 et 24 m/min), puis analysé l'expression des marqueurs anaboliques et cataboliques du cartilage par RT-qPCR et immunohistochimie. Les résultats montrent que l'exercice aérobie de faible intensité (8-12 m/min) favorise l'anabolisme cartilagineux en réduisant l'expression d'ADAMTS5 et en augmentant l'épaisseur du cartilage et les niveaux d'aggrécan, tandis que l'exercice de haute intensité (24 m/min) perturbe l'homéostasie en stimulant les processus cataboliques. Cette étude souligne l'importance d'adapter l'intensité de l'exercice pour préserver la santé cartilagineuse.
This study investigated why mechanical loading reduces matrix production in engineered cartilage made from mesenchymal stromal cells (MSCs), focusing on the role of parathyroid hormone-related protein (PTHrP) signaling. The researchers used a custom bioreactor to apply dynamic loading to MSC-derived cartilage and examined gene expression, protein signaling, and matrix synthesis through various molecular techniques. They found that mechanical loading significantly increased PTHrP expression and cAMP signaling, which in turn reduced the production of key cartilage components (glycosaminoglycans and collagen). Importantly, blocking cAMP signaling with an inhibitor rescued matrix production, suggesting that targeting PTHrP activity could improve the mechanical properties and matrix synthesis of engineered cartilage for clinical applications.
Diese Studie untersuchte, wie mechanische Belastung die PTHrP-Signalwege in aus mesenchymalen Stromalzellen (MSC) entwickeltem Neorpel beeinflusst und dadurch die Matrixsynthese reguliert. Die Forscher setzten MSC-abgeleitete Chondrozyten in einem speziellen Bioreaktor dynamischen Belastungen aus und analysierten die Expression von PTHrP sowie die Produktion von Glykosaminoglykanen (GAG) und Kollagen. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanische Belastung die PTHrP-Expression und cAMP-Signalgebung hochreguliert, was zu einer signifikanten Reduktion der GAG- und Kollagensynthese führte - ein Effekt, der durch Adenylylcyclase-Inhibition aufgehoben werden konnte. Die Studie identifiziert somit den PTHrP/cAMP-Signalweg als wichtigen negativen Regulator der Matrixproduktion und schlägt dessen Hemmung als vielversprechenden Ansatz zur Verbesserung MSC-basierter Knorpelreg
Cette étude vise à comprendre pourquoi la charge mécanique physiologique réduit paradoxalement la synthèse matricielle dans le néocartilage dérivé de cellules souches mésenchymateuses (CSM), en se concentrant sur le rôle de la protéine apparentée à l'hormone parathyroïdienne (PTHrP). Les chercheurs ont utilisé un bioréacteur personnalisé pour appliquer une charge dynamique sur des néocartilages issus de CSM humaines, puis ont analysé l'expression génique, la signalisation AMPc et la synthèse matricielle avec des traitements pharmacologiques ciblés. Les résultats montrent que la charge mécanique induit significativement l'expression de PTHrP et l'AMPc, et que cette voie de signalisation PTHrP-AMPc est directement responsable de la diminution de la synthèse des glycosaminoglycanes et du collagène observée après chargement. Ces découvertes suggèrent que l'inhibition de l'activité PTHrP pourrait améliorer la synthèse de matrice extracellulaire et optimiser les stratégies de régénération cartilagineuse bas
This study examined how femoral cartilage thickness responds to moderate-intensity treadmill running at different speeds in healthy young men. Seventeen participants completed 40-minute runs at 7.5 and 8.5 km/h in a crossover design, with cartilage thickness measured using ultrasound every 5 minutes during running and 60-minute recovery periods. The results showed that cartilage was slightly thicker (less than 3% difference) during the faster running speed compared to the slower speed, but both speeds produced similar patterns of cartilage deformation and recovery over time. The authors concluded that these small morphological differences in femoral cartilage between the two running speeds are likely negligible from a clinical standpoint.
Diese Crossover-Studie untersuchte, ob unterschiedliche Laufgeschwindigkeiten verschiedene Reaktionen im femoralen Knorpel hervorrufen, indem 17 gesunde Männer 40-minütige Laufbandläufe bei 7,5 und 8,5 km/h absolvierten. Mittels Ultraschall wurde die Knorpeldicke an drei femoralen Lokalisationen alle 5 Minuten während des Laufs und einer 60-minütigen Erholungsphase gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Knorpeldicke bei 8,5 km/h durchgehend größer war als bei 7,5 km/h, jedoch waren diese morphologischen Unterschiede mit weniger als 3% klinisch vernachlässigbar. Trotz unterschiedlicher Ermüdungsgrade durch die verschiedenen Laufgeschwindigkeiten konnten keine bedeutsamen geschwindigkeitsspezifischen Deformations- und Erholungsmuster im femoralen Knorpel nachgewiesen werden.
Cette étude examine la réponse morphologique du cartilage fémoral à la course à pied à différentes intensités chez 17 hommes jeunes et sains. Les participants ont effectué deux sessions de course de 40 minutes sur tapis roulant à 7,5 et 8,5 km/h, avec mesure échographique de l'épaisseur du cartilage toutes les 5 minutes pendant l'exercice et durant une période de récupération de 60 minutes. Les résultats montrent que l'épaisseur du cartilage fémoral était légèrement supérieure lors de la course à 8,5 km/h comparativement à 7,5 km/h, mais ces différences morphologiques restaient négligeables (<3%). L'analyse en composantes principales confirme que les variations temporelles de déformation et de récupération du cartilage ne diffèrent pas significativement entre les deux vitesses de course.
This study investigated whether eicosapentaenoic acid (EPA), an omega-3 fatty acid, can protect cartilage cells from damage following acute injuries that often lead to post-traumatic osteoarthritis. The researchers exposed human cartilage cells to mechanical stretching and cartilage tissue samples to impact loading, then measured cell survival, calcium influx, cell death, oxidative stress, and collagen production with and without EPA treatment. EPA significantly improved cell survival and reduced mechanical damage by blocking PIEZO1 channels (which sense mechanical stress), leading to less calcium influx, reduced cell death, lower oxidative stress, and better preservation of cartilage structure and collagen. These findings suggest that EPA supplementation could be a promising therapeutic approach to prevent cartilage deterioration after acute joint injuries, though further testing in animal models and human trials is needed.
Diese Studie untersuchte die schützende Wirkung der Omega-3-Fettsäure Eicosapentaensäure (EPA) auf Knorpelzellen und -gewebe nach akuten mechanischen Verletzungen. Die Forscher setzten isolierte menschliche Chondrozyten mechanischer Dehnung und Knorpelexplantate stumpfen Traumata aus, wobei EPA dem Kulturmedium zugesetzt wurde, um anschließend Zellviabilität, Kalziumeinstrom, Apoptose und oxidativen Stress zu analysieren. Die EPA-Behandlung reduzierte signifikant die mechanische Sensitivität der Chondrozyten durch Hemmung des PIEZO1-Kanals, was zu verbesserter Zellviabilität, geringerem Kalziumeinstrom, reduzierter Apoptose und niedrigeren ROS-Werten führte. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass EPA-Supplementierung eine vielversprechende Strategie zur Prävention posttraumatischer Arthrose nach akuten Knorpelverletzungen darstellen könnte.
Cette étude examine l'effet protecteur de l'acide eicosapentaénoïque (EPA), un acide gras oméga-3, sur les chondrocytes humains primaires et les explants de cartilage soumis à des traumatismes mécaniques aigus. Les chercheurs ont utilisé des modèles d'étirement mécanique sur plaques Bioflex et d'impact par tour de chute, en évaluant la viabilité cellulaire, l'influx calcique, l'apoptose, le stress oxydatif et l'expression du collagène de type II. Les résultats démontrent que l'EPA réduit significativement la sensibilité mécanique des chondrocytes en inhibant l'activation des canaux PIEZO1, diminuant ainsi l'influx calcique intracellulaire, l'apoptose et les niveaux de ROS, tout en préservant l'intégrité structurale du cartilage. Cette recherche suggère que la supplémentation en EPA pourrait constituer une stratégie thérapeutique prometteuse pour prévenir l'arthrose post-traumatique suite aux lésions cartilagineuses aiguës.
This study used finite element analysis to examine stress patterns in the four major knee ligaments (ACL, PCL, MCL, and LCL) during impact forces applied to different regions of the knee while standing. The researchers created a 3D computer model from MRI images and simulated nine impact scenarios with 134 N forces applied to the upper, middle, and lower knee regions from anterior, posterior, and lateral directions, while maintaining a 300 N vertical load to simulate standing.
The findings showed that the posterior cruciate ligament (PCL) experienced the highest stress levels during both anterior and posterior impacts, with maximum stresses reaching nearly 60 MPa at ligament-bone junctions. During lateral impacts, the anterior cruciate ligament (ACL) showed highest stress in upper and middle knee impacts (around 30-32 MPa), while the lateral collateral ligament (LCL) was most stressed during lower knee lateral impacts (22 MPa).
Importantly, impacts to the upper portion of the knee consistently produced higher ligament stresses compared to middle and lower region impacts, suggesting that protecting the upper knee area is crucial for preventing ligament injuries during impact activities.
Diese Finite-Elemente-Studie untersuchte die biomechanischen Eigenschaften der vier Hauptkniebänder (ACL, PCL, MCL, LCL) unter verschiedenen Stoßbelastungen in aufrechter Körperposition. Die Forscher entwickelten ein 3D-Simulationsmodell des Kniegelenks aus MRT-Bildern und analysierten neun Szenarien mit anterior-posterioren und lateralen Kräften (134 N) auf obere, mittlere und untere Kniebereiche unter statischer Belastung (300 N). Die Ergebnisse zeigten, dass das hintere Kreuzband (PCL) die höchsten Spannungen bei anterior-posterioren Belastungen aufwies (maximal 59,895 MPa), während das vordere Kreuzband (ACL) bei lateralen Stößen am stärksten beansprucht wurde (bis 32,102 MPa). Besonders kritisch erwies sich die Belastung des oberen Kniebereichs, da hier durchweg höhere Ligamentspannungen auftraten als bei Stößen auf mittlere oder untere Kni
Cette étude vise à analyser les caractéristiques biomécaniques des quatre ligaments principaux du genou (LCA, LCP, LLI et LLE) lors d'impacts directionnels en position debout statique. Les chercheurs ont utilisé un modèle 3D par éléments finis reconstruit à partir d'IRM, simulant neuf scénarios d'impact (antérieur, postérieur et latéral) sur les parties supérieure, moyenne et inférieure du genou avec une charge de 134 N. Les résultats montrent que le ligament croisé postérieur (LCP) subit les contraintes les plus élevées lors des impacts antérieurs et postérieurs (jusqu'à 59,9 MPa), tandis que le ligament croisé antérieur (LCA) est le plus sollicité lors des impacts latéraux sur les parties supérieure et moyenne du genou (jusqu'à 32,1 MPa). L'étude révèle également que les impacts sur la partie supérieure du genou génèrent systématiquement des contraintes ligamentaires plus importantes que ceux affectant les parties moyenne et inférieure.
This study investigated how different post-exercise cool-down methods affect knee cartilage recovery and blood flow after running. Sixteen healthy young men completed 30 minutes of treadmill running followed by one of three 30-minute cool-down protocols (active cool-down, cold application, or seated rest) while researchers measured femoral cartilage thickness and posterior tibial artery blood flow using ultrasound. Running caused significant cartilage compression across all knee regions, which recovered to baseline levels within 40 minutes regardless of the cool-down method used, though cold application resulted in slightly thicker cartilage overall compared to the control condition. While active cool-down maintained elevated blood flow for 30 minutes (versus 10 minutes for other conditions), neither blood flow changes nor temperature had a meaningful impact on cartilage recovery patterns.
**Zusammenfassung:**
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen verschiedener Abkühlprotokolle (aktive Abkühlung, Kälteanwendung, Kontrolle) auf die Knorpelmorphologie des Femurs und die Gefäßreaktion nach 30-minütigem Laufbandtraining bei 16 gesunden jungen Männern. Mittels Ultraschallmessungen wurde die Knorpeldicke an drei femoralen Lokalisationen sowie der Blutfluss in der A. tibialis posterior vor, direkt nach und bis zu 40 Minuten nach dem Laufen erfasst. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Knorpeldicke nach dem Laufen unabhängig vom Abkühlprotokoll signifikant reduzierte und innerhalb von 40 Minuten zu den Ausgangswerten zurückkehrte, wobei die Kälteanwendung zu einer generell dickeren Knorpelschicht führte. Obwohl die aktive Abkühlung den erhöhten Blutfluss länger aufrechterhielt, hatte weder der Blutfluss noch die
Cette étude a évalué l'effet de deux méthodes de récupération post-exercice (récupération active et application de froid) versus un contrôle sur la morphologie du cartilage fémoral et la réponse vasculaire après 30 minutes de course à pied chez 16 hommes jeunes et sains. L'épaisseur du cartilage fémoral et le débit sanguin de l'artère tibiale postérieure ont été mesurés par échographie avant, immédiatement après la course, et pendant 40 minutes de récupération avec les différents protocoles. Les résultats montrent que la course induit une diminution immédiate de l'épaisseur cartilagineuse qui récupère spontanément en 40 minutes, indépendamment du type de récupération utilisé, bien que l'application de froid maintienne une épaisseur cartilagineuse légèrement supérieure. La récupération active prolonge l'augmentation du débit sanguin induite par l'exercice, mais ni le débit sanguin ni la température n'influencent significativement la récupération morphologique du cartilage fémoral.
This study investigated how the timing of cartilage sliding motion affects cell survival after impact injury to determine optimal post-injury treatment strategies. Researchers used neonatal bovine cartilage samples that were subjected to spring-loaded impact injury, followed by tribological articulation (sliding against glass) either immediately after injury or after a 24-hour delay. The key finding was that immediate articulation significantly reduced cell death compared to injury alone or delayed articulation, with the protective effect being most pronounced in surface zone chondrocytes near the cartilage-joint interface. The authors suggest this protective mechanism may be due to beneficial fluid flow generated by immediate sliding motion, indicating that early mobilization following cartilage injury could help preserve cell viability and potentially prevent post-traumatic osteoarthritis.
Diese Studie untersuchte, wie sich der Zeitpunkt mechanischer Belastung (Artikulation) nach Knorpelverletzungen auf das Überleben der Knorpelzellen auswirkt. Die Forscher verwendeten bovine Knorpelproben, die mit einem federbelasteten Impaktor verletzt und anschließend zu zwei verschiedenen Zeitpunkten (sofort oder nach 24 Stunden) einer tribologischen Artikulation (Gleiten gegen eine Glasoberfläche) unterzogen wurden. Die Hauptergebnisse zeigten, dass eine sofortige Artikulation nach der Verletzung den Zelltod signifikant reduzierte im Vergleich zur alleinigen Verletzung oder verzögerten Artikulation, wobei dieser protektive Effekt besonders stark an der Knorpeloberfläche ausgeprägt war. Die Studie deutet darauf hin, dass der durch Artikulation erzeugte Flüssigkeitsstrom im Gewebe für diesen schützenden Mechanismus verantwortlich sein könnte.
Cette étude visait à déterminer si le moment où l'articulation tribologique (glissement du cartilage) est appliquée après une lésion d'impact influence la survie des chondrocytes de la zone superficielle. Les chercheurs ont utilisé des explants de cartilage fémoral bovin néonatal soumis à une lésion par impact, puis à une articulation tribologique soit immédiatement après la lésion, soit après un délai de 24 heures. Les résultats montrent que l'articulation immédiate après la lésion réduit significativement la mort cellulaire par rapport à la lésion seule ou à l'articulation différée, cet effet protecteur étant particulièrement marqué à la surface articulaire. Cette protection pourrait s'expliquer par les flux liquidiens générés par l'articulation tribologique, suggérant que les perturbations mécaniques précoces post-lésionnelles jouent un rôle crucial dans le devenir des chondrocytes.
This study investigated how variations in sacroiliac joint (SIJ) shape affect its mechanical behavior during loading. The researchers analyzed CT scans from 281 individuals to measure auricular surface area, cartilage thickness, and cartilage volume, then created finite element models to simulate mechanical loading on each joint. Key findings showed that cartilage thickness was primarily influenced by sex rather than age, while surface area and cartilage volume peaked around menopause in females and varied weakly with age. Most importantly, larger SIJs with greater surface area and cartilage volume experienced lower stress and deformation under load, suggesting that joint size and shape may influence susceptibility to SIJ dysfunction and could inform more personalized treatment approaches.
Diese Studie untersuchte den Einfluss der Morphologie der Gelenkflächen des Sakroiliakalgelenks (SIG) auf dessen biomechanische Eigenschaften. Mittels CT-Scans von 281 Individuen wurden die Gelenkflächengeometrie, Knorpeldicke und -volumen analysiert und 281 Finite-Elemente-Modelle zur Simulation der mechanischen Belastung erstellt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Knorpeldicke stark geschlechtsabhängig war, während Gelenkfläche und Knorpelvolumen schwach und nichtlinear mit dem Alter korrelierten und bei Frauen um die Menopause ihren Höhepunkt erreichten. Größere SIG-Gelenke mit ausgedehnteren Gelenkflächen und größerem Knorpelvolumen wiesen unter Belastung reduzierte Spannungen und Verformungen auf, was einen wichtigen Zusammenhang zwischen SIG-Morphologie und Dysfunktionsrisiko nahelegt.
Cette étude visait à analyser l'impact de la morphologie de la surface auriculaire sur l'environnement mécanique de l'articulation sacro-iliaque (ASI). Les chercheurs ont utilisé des scanners CT de 281 individus pour créer des modèles par éléments finis et analyser la surface auriculaire, l'épaisseur du cartilage et le volume cartilagineux total de l'ASI sous contrainte mécanique. Les résultats montrent que l'épaisseur du cartilage dépend fortement du sexe mais faiblement de l'âge, tandis que la surface auriculaire et le volume cartilagineux présentent un pic autour de la ménopause chez les femmes. L'étude révèle que les ASI plus volumineuses (surface et volume cartilagineux plus importants) présentent des contraintes et déformations réduites, suggérant un lien entre variations morphologiques et risque de dysfonction sacro-iliaque.
This computational study investigated how articular cartilage responds to repeated compression forces combined with magnetic fields, aiming to better understand the mechanical behavior that could inform treatment approaches for joint diseases. The researchers used mathematical modeling based on biphasic mixture theory (treating cartilage as having both solid and fluid components) and applied cyclic compression to a cylindrical cartilage sample while varying magnetic field strength and loading frequency.
Key findings showed that magnetic fields increased tissue expansion (dilatation), particularly at higher loading frequencies, while cyclic compression normally created alternating positive and negative fluid pressures within the cartilage. However, strong magnetic fields at high frequencies caused only positive pressure to develop within the tissue, and both magnetic effects and loading frequency caused notable shifts in the timing of tissue responses. The tissue's permeability (how easily fluid flows through it) had minimal impact on the overall mechanical behavior under these conditions.
Diese Computerstudie untersuchte das dynamische Verhalten von Gelenkknorpel unter zyklischer Druckbelastung in Kombination mit einem Magnetfeld, um mechanobiologische Prozesse besser zu verstehen, die für Therapieprotokolle bei Knorpelerkrankungen relevant sein könnten. Die Forscher verwendeten eine lineare biphasische Mischungstheorie für poröse Medien und lösten die resultierenden Gleichungen sowohl analytisch (für konstante Permeabilität) als auch numerisch für den vollständigen nichtlinearen Fall. Die Ergebnisse zeigten, dass Magnetfelder die Gewebedilatation verstärken, wobei dieser Effekt bei höheren Belastungsfrequenzen ausgeprägter ist, und dass starke Magnetfelder bei hohen Frequenzen ausschließlich positive Drücke im Gewebe erzeugen. Zudem stellten die Autoren fest, dass die Belastungsfrequenz einen starken Einfluss auf das dynamische Verhalten des Knorpels hat, während die Permeabilität nur minimale Auswirkungen zeigt.
Cette étude computationnelle examine le comportement dynamique du cartilage articulaire sous charge compressive cyclique et champ magnétique, en utilisant une théorie biphasique des milieux poreux pour modéliser les interactions solide-fluide. Les chercheurs ont développé des solutions exactes pour la perméabilité constante et des solutions numériques pour le problème non-linéaire complet, analysant le déplacement solide, la pression interstitielle et la vélocité relative du fluide. Les résultats montrent que l'application d'un champ magnétique augmente la dilatation solide du tissu, particulièrement à hautes fréquences de chargement, et qu'un champ magnétique fort combiné à une haute fréquence maintient uniquement des pressions positives dans le tissu. L'étude révèle également que la fréquence de chargement influence fortement le comportement dynamique du cartilage avec des déphasages significatifs, tandis que les paramètres de perméabilité ont un impact minimal sur la déformation et la pression.
This study investigated whether chronic intermittent hypobaric hypoxia (CIHH) treatment could protect against early-stage post-traumatic osteoarthritis (PTOA) in mice. Researchers used a mechanical impact model to induce cartilage injury in mouse knees, then immediately treated animals with simulated high-altitude conditions (5000m equivalent) and monitored cartilage health over 3-28 days using histological staining, immunohistochemistry, and molecular analysis techniques. CIHH treatment significantly reduced cartilage damage, lowered inflammatory markers (TNF-α, IL-1β) and cartilage-degrading enzymes (MMP13, ADAMTS5), while preserving cartilage matrix proteins like collagen II. The protective effects occurred through activation of the antioxidant NRF2 pathway and suppression of the inflammatory NF-κB pathway, suggesting that immediate hypoxia treatment after joint injury could be a promising therapeutic approach for preventing PTOA progression.
Diese Studie untersuchte, ob chronische intermittierende hypobare Hypoxie (CIHH) die Progression der posttraumatischen Osteoarthritis im Frühstadium verhindern kann. Die Forscher verwendeten ein Mausmodell, bei dem durch gezielten mechanischen Impact am Kniegelenk eine PTOA ausgelöst und unmittelbar danach eine CIHH-Behandlung (simulierte 5000m Höhe) über verschiedene Zeiträume (3-28 Tage) durchgeführt wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die sofortige CIHH-Behandlung die Knorpeldegeneration signifikant verlangsamte, indem sie Entzündungsmarker (TNF-α, IL-1β) und knorpelabbauende Enzyme (ADAMTS5, MMP13) reduzierte sowie oxidativen Stress verminderte. Der protektive Mechanismus erfolgt über die Aktivierung des NRF2/HO-1-Signalwegs und die Hemmung des NF-κB-Signalwegs, was diese Therapieform als vielversprechende Behandlung
Cette étude examine l'effet protecteur de l'hypoxie hypobarique chronique intermittente (CIHH) sur l'arthrose post-traumatique précoce chez la souris. Les chercheurs ont utilisé un modèle murin d'arthrose post-traumatique induite par impact mécanique sur le plateau tibial, suivi d'un traitement CIHH immédiat (simulation d'altitude à 5000 m) pendant 3 à 28 jours. Les résultats démontrent que le traitement CIHH réduit significativement la dégradation cartilagineuse en diminuant les scores de Mankin, les facteurs pro-inflammatoires (TNF-α, IL-1β), les enzymes cataboliques (ADAMTS5, MMP13) et le stress oxydatif. Le mécanisme d'action implique l'activation de la voie NRF2/HO-1 et l'inhibition de la signalisation NF-κB p65, suggérant que la CIHH pourrait constituer une stratégie thérapeutique prometteuse pour limiter la progression de l'arthrose post-traumatique.
This study investigated whether pharmacologically blocking a non-canonical IL-6 signaling pathway could reduce chronic inflammation and age-related health problems in mice fed a high-fat diet. Researchers used aged mice on a high-fat diet to simulate chronic inflammation and treated them with R159, a small molecule that inhibits SRC family kinases downstream of IL-6/GP130 signaling. R159 treatment significantly reduced systemic inflammation in fat and liver tissues, protected against bone and cartilage loss, preserved neurogenesis, reduced weight gain, and increased physical activity. These findings suggest that selectively targeting this non-canonical IL-6 pathway could be a promising therapeutic approach for treating chronic inflammation and multiple age-related conditions without disrupting beneficial IL-6 functions.
Diese Studie untersuchte die Wirkung einer selektiven pharmakologischen Hemmung eines nicht-kanonischen IL-6/GP130-Signalwegs zur Behandlung chronischer systemischer Entzündungen und Multimorbidität. Die Forscher verwendeten gealterte Mäuse mit fettreicher Diät als Modell für chronische Entzündung und behandelten sie mit dem kleinen Molekül R159, welches die SFK-Kinase-Aktivierung hemmt. Die Behandlung mit R159 reduzierte signifikant systemische Entzündungsreaktionen in Fettgewebe und Leber, schützte vor Knochen- und Knorpelverlust, verhinderte den Rückgang der Neurogenese und verringerte die Gewichtszunahme. Die Ergebnisse zeigen, dass die selektive Hemmung dieses nicht-kanonischen Signalwegs eine vielversprechende therapeutische Strategie zur Behandlung inflammaging-bedingter Multimorbidität darstellt.
Cette étude avait pour objectif d'évaluer l'efficacité d'une petite molécule (R159) ciblant une voie de signalisation non-canonique de l'IL-6/GP130 impliquant les kinases de la famille Src, dans un modèle murin de multimorbidité induite par l'inflammation chronique. Les chercheurs ont utilisé des souris âgées nourries avec un régime riche en graisses pour exacerber l'inflammation chronique, puis ont administré le composé R159 pour inhiber sélectivement cette voie de signalisation. Les résultats montrent que R159 réduit significativement l'inflammation systémique dans les tissus adipeux et hépatiques, protège contre la perte osseuse trabéculaire et cartilagineuse articulaire, prévient le déclin de la neurogenèse, et diminue la prise de poids tout en augmentant l'activité physique. Cette approche d'inhibition pharmacologique sélective de la signalisation des kinases Src en aval d'IL-6/GP130 représente donc une stratégie thérapeutique prometteuse pour traiter l'inflammation chronique systémique
This study aimed to understand how collagen fibrils in articular cartilage are organized across different zones and how they respond to mechanical loading, which is crucial for understanding cartilage degeneration and osteoarthritis development. The researchers used advanced polarisation-resolved second harmonic generation (PSHG) microscopy to examine collagen ultrastructure at high resolution (1 μm) in bone-cartilage samples under near-physiological conditions, combined with mechanical compression testing to observe real-time changes in collagen fiber orientation and alignment.
The key findings revealed that the transitional zone of cartilage showed the most dramatic collagen reorganization under compression, with a two-phase response mechanism: initially allowing large deformation through fiber reorientation at low strain levels, then tightening fiber alignment at higher strains to prevent excessive deformation. The study also established new anatomical landmarks for defining cartilage zones based on collagen ultrastructure and found consistent zonal proportions across cartilage samples of different thicknesses, providing important baseline data for understanding cartilage mechanics and guiding future therapeutic approaches.
Diese Studie untersuchte die zonenspezifische Kollagenorganisation im Gelenkknorpel und deren Reaktion auf mechanische Belastung, um die Mechanismen der Läsionsbildung und degenerativen Erkrankungen wie Osteoarthritis besser zu verstehen. Die Forschenden verwendeten polarisationsaufgelöste Second-Harmonic-Generation-Mikroskopie (PSHG) mit einer hohen Auflösung von 1 μm, um die Ultrastruktur von Kollagenfibrillen in Knochen-Knorpel-Explantaten unter nahezu physiologischen Bedingungen zu quantifizieren und deren Veränderungen unter mechanischer Belastung zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Übergangszone die stärkste Reorganisation der Kollagenfibrillen unter Kompression aufwies, wobei sich die Fibrillen zunächst bei geringen Belastungen umorientieren und bei höheren Belastungen ihre Ausrichtung verstärken, um übermäßige Verformung zu verhindern. Diese Erkenntnisse liefern wichtige zonensp
Cette étude vise à caractériser l'organisation ultrastructurale zonale du collagène dans le cartilage articulaire et ses réponses à la charge mécanique pour mieux comprendre les mécanismes de formation des lésions et de l'arthrose. Les chercheurs ont utilisé la microscopie à génération de seconde harmonique résolue en polarisation (PSHG) pour quantifier à haute résolution (1 μm) l'organisation des fibrilles de collagène sur toute l'épaisseur d'explants ostéochondraux, combinée à des tests de compression in-situ. Les résultats révèlent que la zone de transition présente la réorganisation la plus importante des fibrilles de collagène sous compression, avec un mécanisme d'adaptation dynamique : réorientation initiale permettant une déformation importante à faible contrainte, puis resserrement de l'alignement pour prévenir une déformation excessive. Cette cartographie zonale de l'ultrastructure et de la micromécanique du cartilage fournit des références essentielles pour étudier les pathologies dégénératives et guider les stratégies thérapeutiques de réparation cartilagineuse.
This study aimed to develop a laboratory model of cartilage damage using bovine cartilage samples to test new cartilage repair treatments. The researchers used a two-step approach: first treating cartilage plugs with collagenase (5 minutes for mild damage) or collagenase plus aggrecanase (additional 40 minutes for moderate damage), then applying mechanical loading at different compression levels (10-20% or 20-40% of cartilage thickness). Both enzyme treatments successfully induced cartilage damage by causing significant loss of sulfated glycosaminoglycans and triggering inflammation markers, while keeping the cartilage cells alive. The model showed that mildly damaged cartilage could tolerate moderate mechanical loading (10-20% compression) but higher loading (20-40% compression) caused significant cell death at the cartilage surface, establishing a useful system for testing cartilage repair strategies and anti-inflammatory drugs.
Diese Studie zielte darauf ab, ein ex vivo Knorpelschädigungsmodell aus Rinderknorpel zu etablieren, um neue Knorpelreparaturtherapien bewerten zu können. Die Forscher kombinierten eine kurze Kollagenase-Behandlung (5 Minuten) zur milden Schädigung mit optionaler zusätzlicher Aggrekanase-Behandlung (40 Minuten) für moderate Schädigung, gefolgt von mechanischer Belastung mit unterschiedlichen Kompressionsniveaus. Die Ergebnisse zeigten einen signifikanten Verlust von Glykosaminoglykanen und erhöhte Entzündungsmarker bei beiden Behandlungen, während die Chondrozyten-Viabilität erhalten blieb; mechanische Belastung mit 10-20% Kompression war gut toleriert, während höhere Kompressionsniveaus (20-40%) zu verstärktem Oberflächenzelltod führten. Das etablierte Modell bietet somit eine vielversprechende Plattform zur Bewertung von Knorpelreparaturstrategien und anti-katabolen Medik
Cette étude visait à développer un modèle ex vivo de lésion cartilagineuse bovine pour évaluer l'efficacité et la sécurité de nouvelles thérapies de réparation du cartilage. Les chercheurs ont combiné un traitement enzymatique bref (collagénase seule pendant 5 minutes pour un dommage léger, ou collagénase + aggrécanases pendant 40 minutes pour un dommage modéré) avec une charge mécanique cyclique sur des explants ostéochondraux bovins. Les résultats montrent une perte significative de glycosaminoglycanes sulfatés et une libération de marqueurs inflammatoires (IL-6, oxyde nitrique) tout en préservant la viabilité des chondrocytes, avec une activation endogène des aggrécanases suite à la disruption du réseau collagénique. Ce modèle prometteur permet d'évaluer les stratégies de réparation cartilagineuse et de cribler des agents anti-cataboliques, particulièrement dans le contexte des lésions liées à la surcharge mécanique.
This study compared knee cartilage responses to running between young women with and without anterior cruciate ligament reconstruction (ACLR) history to understand osteoarthritis risk factors. Researchers used ultrasound to measure medial femoral cartilage thickness changes before and after 30 minutes of treadmill running in 16 participants (8 ACLR, 8 controls), while also collecting ground reaction forces and patient-reported outcome scores. All participants showed significant cartilage thickness reduction after running, but there were no differences in cartilage deformation or running forces between groups, despite ACLR participants reporting worse knee symptoms and function. The findings suggest that while cartilage mechanical responses to running appear similar between groups, patient-reported symptoms may be linked to how cartilage responds to activity in ACLR individuals.
Diese Studie untersuchte, ob sich die Knorpelverformung beim Laufen zwischen Frauen mit und ohne vorderer Kreuzbandriss-Rekonstruktion (ACLR) unterscheidet, da ACLR ein bekannter Risikofaktor für Kniearthrose ist. Mittels Ultraschall wurde die mediale Femurkondylenknorpeldicke vor und nach 30-minütigem Laufbandlauf bei 16 Teilnehmerinnen (8 ACLR, 8 Kontrollen) gemessen, ergänzt durch Kraftmessungen und patientenberichtete Ergebnisse (KOOS-Score). Die Knorpeldicke nahm bei allen Teilnehmerinnen nach dem Laufen signifikant ab, jedoch zeigten sich keine Gruppenunterschiede in der Knorpelverformung oder den Laufkräften, obwohl ACLR-Patientinnen deutlich schlechtere KOOS-Werte berichteten. Interessanterweise korrelierten größere Knorpelveränderungen im betroffenen Knie mit sch
Cette étude visait à comparer la déformation du cartilage fémoral médial, les scores fonctionnels et les forces de course chez des femmes avec et sans antécédent de reconstruction du ligament croisé antérieur (LCA). Les chercheurs ont utilisé l'échographie pour mesurer l'épaisseur cartilagineuse avant et après 30 minutes de course sur tapis roulant chez 16 participantes (8 avec reconstruction du LCA, 8 témoins), tout en évaluant les forces de réaction au sol et les scores KOOS. Les résultats montrent une diminution significative de l'épaisseur cartilagineuse après la course chez toutes les participantes, sans différence entre les groupes ou les membres, bien que le groupe avec reconstruction du LCA ait rapporté des scores fonctionnels significativement plus faibles. Des corrélations négatives modérées ont été observées entre la déformation cartilagineuse du membre atteint et certains sous-scores KOOS, suggérant une relation entre la réponse du cartilage à l'activité et les symptômes rapportés par les patients.
This study investigated how different types of running training affect knee cartilage in competitive runners, specifically comparing continuous running with high-intensity interval training (10 × 400m repeats with 300m recovery jogs). The researchers used ultrasound imaging to measure femoral cartilage thickness before and after each running session in 24 competitive runners, while force-sensing insoles recorded ground reaction forces during running.
The key findings showed that high-intensity interval running caused significantly greater cartilage deformation in the lateral region of the distal anterior femur compared to continuous running. Both running conditions resulted in cartilage thinning after exercise (average decrease of 0.094mm), but the interval training produced more pronounced effects laterally.
Interestingly, the amount of cartilage deformation was not significantly associated with measured loading variables such as peak ground reaction forces, loading rates, or impulse, suggesting that factors beyond simple mechanical loading may contribute to the greater cartilage stress observed with interval training.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen verschiedener Laufbelastungen auf den Knorpel bei Wettkampfläufern, da diese im Vergleich zu Hobbyläufern ein erhöhtes Arthrose- und Verletzungsrisiko aufweisen. 24 Wettkampfläufer absolvierten sowohl kontinuierliche Läufe als auch hochintensive Intervallläufe (10 × 400m mit 300m Trabpausen), wobei die Knorpeldicke des vorderen Oberschenkelknorpels mittels Ultraschall gemessen und die Bodenreaktionskräfte über Einlegesohlen erfasst wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass Intervallläufe zu einer signifikant stärkeren Knorpelverformung im lateralen Bereich führten als kontinuierliche Läufe, während beide Laufarten generell eine Knorpelverdünnung um etwa 0,09 mm verursachten. Interessanterweise fanden sich keine signifikanten Zusammenhänge zwischen den gemessenen Belastungsparametern und der Knorpelverformung.
Cette étude visait à comparer la déformation du cartilage fémoral antérieur distal chez des coureurs compétitifs après un entraînement continu versus par intervalles à haute intensité (10 × 400m avec récupération de 300m). Vingt-quatre coureurs ont subi une imagerie échographique du cartilage fémoral avant et après chaque type d'entraînement, avec mesure simultanée des forces de réaction au sol par semelles instrumentées. Les résultats montrent une déformation plus importante du cartilage latéral après l'entraînement par intervalles comparé à l'entraînement continu, avec un amincissement global du cartilage après effort indépendamment du type d'entraînement (-0,094 mm). Aucune association significative n'a été trouvée entre la déformation cartilagineuse et les paramètres cinétiques mesurés, suggérant que l'entraînement par intervalles induit des contraintes mécaniques accrues sur le cartilage fémoral latéral.
This study aimed to investigate how short-term excessive mechanical loading affects both synovial tissue and cartilage, and to identify molecular pathways mediating interactions between these tissues. The researchers used a mouse overloading model combining weighted treadmill exercise and performed RNA sequencing on synovial and cartilage tissues at multiple time points, followed by pathway analysis and cell culture experiments. Key findings showed that single overloading episodes caused temporary inflammation in both tissues, while repeated overloading led to prolonged inflammatory responses, with a protein called inhibin subunit beta A (INHBA) identified as a key mediator produced by synovial tissue that negatively affects cartilage cells. The results suggest that synovial tissue plays an important role in cartilage damage during mechanical overloading through INHBA signaling, providing new insights into early osteoarthritis development.
Diese Studie untersuchte die kurzfristigen Auswirkungen mechanischer Überlastung auf Synovium und Knorpel sowie deren Wechselwirkungen. Die Forscher entwickelten ein Mausmodell mit Laufbandtraining und Gewichtsbelastung und führten RNA-Sequenzierung zu verschiedenen Zeitpunkten durch. Die Ergebnisse zeigten, dass einmalige Überlastung zu vorübergehender Entzündung führt, während wiederholte Überlastung eine anhaltende Entzündungsreaktion verursacht. Als Schlüsselmolekül wurde INHBA (Inhibin Subunit Beta A) identifiziert, welches im Synovium stark hochreguliert wird und über die Bildung von Activin A katabole Effekte in Chondrozyten vermittelt.
Cette étude visait à comprendre les réponses à court terme du synovium et du cartilage à une surcharge mécanique excessive, ainsi que les interactions entre ces tissus. Les chercheurs ont développé un modèle murin combinant exercice sur tapis roulant et port de poids, puis ont réalisé un séquençage ARN temporel des deux tissus. Les résultats montrent qu'une surcharge unique induit une inflammation transitoire, tandis qu'une surcharge répétée la prolonge, avec identification d'INHBA (sous-unité bêta A de l'inhibine) comme molécule clé régulant les changements transcriptomiques du cartilage via les interactions synovium-cartilage. Cette découverte révèle un nouveau mécanisme impliquant l'activine A dans les effets cataboliques sur les chondrocytes, contribuant potentiellement à la pathogenèse de l'arthrose.
This study investigated whether medial meniscus extrusion (MME) - where the meniscus shifts outward from its normal position - affects how knee cartilage deforms under mechanical stress in older women. The researchers used ultrasound to measure MME and assessed cartilage thickness changes in 48 women (average age 70 years) before and after 15 minutes of treadmill walking, while also measuring knee loading forces during walking. The results showed that cartilage thickness significantly decreased after walking (from 1.6mm to 1.5mm), and importantly, greater MME was independently associated with more cartilage deformation regardless of the mechanical loading applied or baseline cartilage condition. These findings suggest that meniscus displacement compromises the meniscus's protective function, leading to increased cartilage stress and deformation during normal activities like walking.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen medialer Meniskusextrusion (MME) und akuter Knorpeldeformation nach mechanischer Belastung bei 48 älteren Frauen (≥50 Jahre). Die MME wurde mittels Ultraschall im Stehen gemessen, während die akute Knorpeldeformation durch die Reduktion der Knorpeldicke nach 15-minütigem Laufbandgehen bestimmt wurde; zusätzlich wurde die kumulative mechanische Belastung über Ganganalyse erfasst. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Knorpeldeformation nach dem Gehen (von 1,6 auf 1,5 mm) und einen unabhängigen Zusammenhang zwischen MME und dem Ausmaß der akuten Knorpeldeformation. Eine größere Meniskusextrusion war somit mit verstärkter akuter Knorpeldeformation nach mechanischer Belastung assoziiert, was die verschlechterte Meniskusfunktion bei MME widerspiegelt.
Cette étude a investigué si l'extrusion du ménisque médial (MME) était associée à une déformation aiguë du cartilage fémoral médial après une charge mécanique chez des femmes âgées. Les chercheurs ont évalué par échographie l'MME en position debout chez 48 femmes (âge moyen : 70,3 ans), puis mesuré la déformation cartilagineuse (réduction d'épaisseur) après 15 minutes de marche sur tapis roulant, en calculant la charge mécanique cumulative via l'analyse du moment d'adduction du genou. Les résultats montrent une déformation cartilagineuse significative post-marche (1,6 à 1,5 mm, p < 0,001) et établissent que l'MME est indépendamment associée à une déformation cartilagineuse aiguë accrue (p = 0,033), suggérant qu'une extrusion méniscale plus importante compromet la protection cartilagineuse lors de la charge mécanique.
This study aimed to understand how different combinations of joint movement and loading affect knee cartilage properties at both the tissue and cellular levels. The researchers used a bioreactor system with response surface methodology to test cartilage samples under varying loads (20-60N), sliding speeds (1-100 mm/s), and contact frequencies (0.00-0.2 Hz) that mimic normal knee joint conditions. Key findings showed that cartilage stiffness increased after loading, with the magnitude depending on both load and sliding speed, while minimum cartilage deformation occurred at low loads combined with high sliding speeds. Additionally, cell death in the cartilage surface was highest under high load conditions and was influenced by the interaction between load and sliding speed, providing new insights into how normal joint mechanics affect cartilage health.
Diese Studie untersuchte, wie verschiedene Kombinationen von Gelenkbewegung und Belastung die mechanischen und biologischen Eigenschaften von Gelenkknorpel beeinflussen. Die Forscher verwendeten einen Bioreaktor mit Response-Surface-Methodik, um die Auswirkungen physiologisch relevanter Parameter (Belastung 20-60N, Gleitgeschwindigkeit 1-100 mm/s, Kontaktfrequenz 0,00-0,2 Hz) auf Knorpelsteifigkeit, Verformung, Zellviabilität und Genexpression zu quantifizieren. Die Hauptergebnisse zeigten, dass die Knorpelsteifigkeit nach Belastung zunahm, wobei das Ausmaß von Belastung und Gleitgeschwindigkeit abhängig war, während minimale Knorpelverformung bei niedriger Belastung und hoher Gleitgeschwindigkeit auftrat. Der oberflächliche Zelltod wurde durch die Interaktion von Belastung und Gleitgeschwindigkeit bestimmt, mit den höchsten Zelltodrataten bei hohen Belastungen.
Cette étude visait à quantifier les effets combinés du mouvement et de la charge sur les propriétés mécaniques et biologiques du cartilage articulaire du genou. Les chercheurs ont utilisé une méthodologie de surface de réponse appliquée à un bioréacteur pour tester différentes combinations de charge (20-60N), vitesse de glissement (1-100 mm/s) et fréquence de contact migrant (0,00-0,2 Hz) dans des gammes physiologiques. Les résultats montrent que le ratio de rigidification du cartilage augmente après chargement selon la charge et la vitesse de glissement appliquées, que la déformation minimale du cartilage survient à faible charge et haute vitesse de glissement, et que la mort cellulaire superficielle est maximale sous fortes charges. Cette recherche améliore la compréhension des interactions entre facteurs cinématiques et cinétiques sur les réponses du cartilage aux niveaux matriciel et cellulaire.
This study investigated whether real-time biofeedback training of the soleus muscle could modify knee joint loading patterns during walking, potentially offering a therapeutic approach for managing osteoarthritis. Thirteen healthy young adults walked on an instrumented treadmill while receiving EMG biofeedback to increase or decrease their soleus muscle activation by specific percentages (+20%, +40%, -20%), with researchers measuring joint contact forces using motion capture, force plates, and computational modeling in OpenSim. The key findings showed that participants could successfully increase soleus activation, which resulted in reduced total, medial, and lateral tibiofemoral joint contact forces, suggesting potential cartilage protection benefits. However, increased soleus activation also led to higher external knee adduction moments, indicating that while this approach shows promise for modifying joint loading, individualized treatment strategies would be necessary to optimize outcomes for different patients.
Diese Studie untersuchte, ob Echtzeit-EMG-Biofeedback der Soleus-Muskulatur die Gelenkbelastung im Knie während des Gehens beeinflussen kann, mit dem Ziel die Knorpelgesundheit zu optimieren. 13 gesunde junge Erwachsene absolvierten Gehversuche auf einem instrumentierten Laufband, wobei sie mittels EMG-Biofeedback ihre Soleus-Aktivität um +20%, +40% und -20% modifizieren sollten, während tibiofemorale Gelenkkontaktkräfte über statische Optimierung in OpenSim berechnet wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Erhöhung der Soleus-Aktivität zu einer signifikanten Reduktion der totalen, medialen und lateralen Gelenkkontaktkräfte führte, jedoch gleichzeitig das externe Knie-Adduktionsmoment unerwünscht anstieg. Die Studie belegt, dass Soleus-EMG-Biofeedback zur Modifikation der Kniegelenkbelastung eingesetzt werden kann, jedoch personalisierte Ansätze
Cette étude a examiné les effets du biofeedback EMG du muscle soléaire sur les forces de contact articulaire tibio-fémorale pendant la marche chez 13 jeunes adultes sains. Les participants ont marché sur un tapis roulant instrumenté avec des instructions de modifier leur activation du soléaire de +20%, +40% et -20% en temps réel grâce au biofeedback EMG, tandis que les forces de contact articulaire étaient calculées par optimisation statique dans OpenSim. Les résultats montrent qu'une augmentation de l'activation du soléaire réduit significativement les forces de contact tibio-fémorales totales, médiales et latérales, mais augmente paradoxalement le moment d'adduction du genou. Cette approche de biofeedback EMG peut donc moduler la charge articulaire du genou, mais nécessite des stratégies personnalisées en raison des différences interindividuelles observées.
This study aimed to understand how joint trauma leads to cartilage damage and post-traumatic osteoarthritis, and to evaluate the timing effects of N-acetylcysteine (NAC) antioxidant treatment. The researchers developed a computational finite element model that simulates drop-tower impact on cartilage using ABAQUS software, followed by modeling of oxidative stress, cell damage, and NAC treatment effects on proteoglycan content using COMSOL Multiphysics, based on previous laboratory experiments. The model demonstrated that immediate NAC treatment effectively reduces proteoglycan loss by preventing oxidative stress, cell death, and enzymatic breakdown of cartilage matrix. However, delayed NAC treatment was less effective at preventing proteoglycan loss, highlighting that timing is critical for successful intervention after cartilage injury.
Diese Studie zielte darauf ab, die zeitabhängigen Effekte von Traumaschäden und antioxidativer Behandlung mit N-Acetylcystein (NAC) auf Gelenkknorpel mittels eines computergestützten Modells zu untersuchen. Die Forschenden entwickelten ein mechanobiochemisches Finite-Elemente-Modell, das Impact-Belastungen, oxidativen Stress, Zelltod und Proteoglykanverlust simuliert, basierend auf vorherigen ex vivo Experimenten. Die Hauptergebnisse zeigen, dass eine sofortige NAC-Behandlung den Proteoglykanverlust durch Reduktion von oxidativem Stress und Zelltod signifikant verringern kann, während eine verzögerte Behandlung weniger wirksam ist. Diese Erkenntnisse sind wichtig für die Entwicklung effektiver Therapien zur Prävention der posttraumatischen Arthrose.
Cette étude vise à comprendre les mécanismes de dégradation du cartilage articulaire suite à un traumatisme et à évaluer l'efficacité temporelle du traitement antioxydant par N-acétylcystéine (NAC). Les chercheurs ont développé un modèle computationnel par éléments finis combinant simulation d'impact (ABAQUS) et analyse biochimique (COMSOL Multiphysics) pour reproduire les dommages cellulaires, le stress oxydatif et la perte de protéoglycanes consécutifs à un traumatisme cartilagineux. Les résultats montrent qu'un traitement immédiat par NAC peut réduire significativement la perte de protéoglycanes en limitant le stress oxydatif et la mort cellulaire, tandis qu'un traitement retardé s'avère inefficace malgré une réduction de la mortalité cellulaire. Ce modèle computationnel offre une approche prometteuse pour optimiser les stratégies thérapeutiques précoces visant à prévenir l'arthrose post-traumatique.
This study investigated how meniscal tears, bone marrow lesions, and knee loading activity affect cartilage health (measured by T2 relaxation times on MRI) in the early weeks following ACL injury. Researchers examined 128 ACL-injured patients at an average of 29 days post-injury, using MRI to assess cartilage T2 times in both the injured and uninjured knees, while measuring daily knee loading with accelerometers. The key finding was that patients with meniscal tears had significantly prolonged T2 relaxation times specifically in the posterior tibial cartilage of both knee compartments, indicating early cartilage deterioration in these regions. Notably, bone marrow lesions and post-injury activity levels showed no significant associations with cartilage changes, suggesting that meniscal integrity plays a particularly critical role in protecting cartilage health immediately after ACL injury.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen verletzungsbedingten Faktoren und Knorpelveränderungen in der subakuten Phase nach Kreuzbandriss mittels MRT-basierter T2-Relaxationszeitmessung. Bei 128 Patienten wurden beide Knie etwa 29 Tage nach der Verletzung analysiert, wobei Meniskusrisse, Knochenmarködeme und die Kniebelastung nach der Verletzung erfasst wurden. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Assoziation zwischen ipsilateralen Meniskusrissen und verlängerten T2-Relaxationszeiten im oberflächlichen Knorpel der hinteren Tibia sowohl im medialen als auch lateralen Kompartiment. Diese Befunde unterstreichen die wichtige Rolle der Meniskusfunktion für die Knorpelgesundheit im kreuzbandverletzten Knie bereits in der frühen Phase nach der Verletzung.
Cette étude visait à évaluer les associations entre les lésions méniscales, les lésions de la moelle osseuse et la charge du genou avec les temps de relaxation T2 du cartilage en IRM dans la phase subaiguë post-rupture du ligament croisé antérieur (LCA). L'analyse a porté sur 128 patients avec rupture du LCA, utilisant l'IRM à 29 jours post-traumatisme en moyenne, la segmentation manuelle du cartilage tibio-fémoral et la mesure de la charge du genou par accéléromètre. Les résultats montrent une association significative entre la présence d'une lésion méniscale ipsilatérale et l'allongement des temps T2 dans le cartilage superficiel du tibia postérieur des compartiments médial et latéral, confirmée par comparaison avec le genou controlatéral sain. Cette étude souligne l'importance de la fonction méniscale dans la préservation du cartilage après rupture du LCA, les lésions méniscales étant associées à des signes précoces de dégradation cartilagineuse détectables dès la phase suba
This study aimed to investigate how different levels of collagen fibril crosslink density affect the mechanical behavior of knee cartilage's superficial layer under cyclic loading conditions that simulate walking forces. The researchers developed a microscopic finite element model featuring networks of 24 collagen fibrils with high, medium, or low crosslink densities, then applied biaxial tensile forces and cyclic loading to analyze stress and strain responses. The key findings showed that highly-crosslinked networks had greater stiffness but experienced higher fibril strain under constant loads, while both the overall network and individual fibrils became stiffer with reduced deformation after repeated loading cycles. The results suggest that collagen stiffening from cyclic loading may lead to fibril embrittlement and altered cartilage mechanics, providing insights into early micro-mechanical changes that could contribute to osteoarthritis development.
Diese Studie zielte darauf ab, mittels Finite-Elemente-Modellierung die mechanischen Eigenschaften des oberflächlichen Kollagenfibrillen-Netzwerks im Kniegelenkknorpel unter zyklischer Belastung zu untersuchen. Die Forscher entwickelten zweidimensionale mikroskopische Modelle aus 24 Kollagenfibrillen mit drei verschiedenen Vernetzungsdichten (hoch, mittel, niedrig) und simulierten biaxiale Zugkräfte sowie zyklische Belastungen, die den Kräften beim Gehen entsprechen. Die Ergebnisse zeigten, dass stark vernetzte Kollagennetzwerke eine höhere Steifigkeit aufweisen, aber gleichzeitig größere Fibrillendehnungen unter konstanter Last entwickeln, wobei sowohl das Netzwerk als auch einzelne Fibrillen nach mehreren Belastungszyklen steifer werden. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die zyklische Belastung zu einer Kollagenversteifung führen kann, die möglicherweise eine Versprödung der Fibrillen zur Folge hat und somit das
Cette étude visait à développer un modèle par éléments finis pour analyser le comportement biomécanique du réseau de fibrilles de collagène de la couche superficielle du cartilage articulaire sous contraintes mécaniques. Les chercheurs ont créé vingt réseaux microscopiques bidimensionnels composés de 24 fibrilles de collagène avec trois niveaux de densité de liaisons croisées (faible, moyenne, élevée), soumis à des forces de traction biaxiales et à un chargement cyclique simulant la marche. Les résultats montrent que les réseaux hautement réticulés présentent une rigidité supérieure mais des déformations de fibrilles plus importantes sous charge constante, et que le collagène se rigidifie après plusieurs cycles de chargement, suggérant un risque de fragilisation. Cette approche de modélisation fournit de nouveaux insights sur les relations structure-fonction du réseau collagénique et pourrait contribuer à mieux comprendre les changements micro-mécaniques précoces lors de la progression de l'arthrose.
This study investigated how tensile forces regulate cartilage stem/progenitor cells (CSPCs) in jaw joint cartilage, which is important for understanding orthodontic treatments that modify jaw growth. The researchers used a mandibular advancement model in rats and mice to apply tensile forces, combined with flow cytometry, gene sequencing, cell tracking, and mechanical stretching experiments to examine CSPC behavior and molecular pathways.
The key findings showed that tensile loading temporarily reduced the CSPC population by accelerating their transformation into cartilage-producing cells, leading to cartilage thickening within one week. The study identified that tensile forces promote cartilage formation through a specific molecular pathway involving the Piezo1 calcium channel and protein kinase C alpha (PRKCA), providing new insights into how mechanical forces guide jaw growth modification in orthodontic practice.
Diese Studie untersuchte, wie Zugkräfte auf Knorpel-Stammzellen (CSPCs) im Kiefergelenk wirken und deren Differenzierung zu Chondrozyten beeinflussen. Die Forscher verwendeten ein Unterkiefervorschub-Modell bei Ratten, Durchflusszytometrie, Transkriptom-Sequenzierung und in vitro Zelldehnungsexperimente mit 10% biaxialer dynamischer Belastung. Die Ergebnisse zeigten, dass Zugbelastung zu einer vorübergehenden Reduktion der CSPC-Population führt, da diese beschleunigt zu Chondrozyten differenzieren, wobei dieser Prozess über den Piezo1-Ca²⁺-PKCα-Signalweg vermittelt wird. Diese Erkenntnisse liefern neue Einblicke in die biomechanischen Grundlagen des Unterkieferwachstums und könnten für orthodontische Behandlungsstrategien relevant sein.
Cette étude visait à élucider l'impact des forces de tension sur les cellules souches/progénitrices du cartilage condylien (CSPCs) et les mécanismes moléculaires sous-jacents dans l'articulation temporo-mandibulaire. Les chercheurs ont combiné un modèle d'avancement mandibulaire chez le rat, des analyses transcriptomiques, du traçage cellulaire, et des expériences de contrainte mécanique in vitro sur les CSPCs. Les résultats montrent que les forces de tension induisent un épaississement du cartilage et une réduction transitoire des CSPCs due à leur différenciation chondrogénique accélérée, médiée par la voie Piezo1-Ca²⁺-PRKCA. Cette découverte révèle un nouveau mécanisme régulateur pour la modification de la croissance mandibulaire en pratique orthodontique.
This study aimed to understand how knee cartilage mechanics and composition change together in healthy adults under controlled loading, which is important for understanding osteoarthritis development. The researchers used 3T MRI to image both knees of 10 healthy participants twice, comparing unloaded conditions to loading with 40% body weight while measuring cartilage deformation and compositional changes using T1ρ and T2* relaxation times. Under loading, participants showed significant decreases in bone-to-bone distance across all knee compartments and cartilage thickness reductions in some areas, with strains ranging from 0.3% to 4.9%, while T1ρ and T2* relaxation times changed significantly but in opposite directions between femoral and tibial cartilage. Notably, the study found that even small mechanical changes could produce measurable cartilage compositional changes, though mechanical and compositional measures showed limited correlation except for three significant relationships with T2*.
Diese Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen mechanischer Belastung und Knorpelzusammensetzung in gesunden Kniegelenken mittels quantitativer MRT. Bei 10 gesunden Probanden wurden beide Knie mit einem 3-Tesla-MRT sowohl unbelastet als auch unter 40% Körpergewicht-Belastung untersucht, wobei T1ρ- und T2*-Relaxationszeiten zur Bewertung der Knorpelkomposition gemessen wurden. Trotz nur geringer mechanischer Veränderungen (Knorpeldeformation 0,3-4,9%, reduzierte Knochen-Knochen-Distanz) zeigten sich signifikante Änderungen in den T1ρ- und T2*-Relaxationszeiten, wobei femoraler und tibialer Knorpel entgegengesetzte Reaktionen aufwiesen. Die Ergebnisse demonstrieren, dass bereits geringe mechanische Belastungen messbare Veränderungen in der Knorpelzusammensetzung gesunder Gelenke hervorrufen können, was wichtige Erkenntnisse für das
Cette étude visait à examiner les relations entre les propriétés mécaniques et compositionnelles du cartilage tibiofémoral chez des adultes sains en réponse à une charge contrôlée. Les chercheurs ont utilisé l'IRM quantitative (séquences T1ρ et T2*) pour évaluer 20 genoux de 10 participants sains, avec et sans application d'une charge équivalente à 40% du poids corporel. Bien que les déformations mécaniques mesurées soient faibles (déformations de 0,3% à 4,9%), des changements compositionnels significatifs ont été détectés par les temps de relaxation T1ρ et T2*, avec des réponses opposées entre le cartilage fémoral et tibial. Ces résultats démontrent que l'IRM quantitative peut détecter des modifications compositionnelles du cartilage même en présence de déformations mécaniques minimes, offrant des perspectives importantes pour la compréhension précoce des pathologies cartilagineuses.
This study compared two MRI approaches for measuring acute changes in knee cartilage after exercise in people with knee osteoarthritis: a single QDESS sequence versus separate sequences for measuring cartilage structure and composition. Twenty adults with knee OA underwent 3T MRI scans before and after a 25-minute treadmill walk, with researchers measuring changes in cartilage thickness and T2 relaxation times. The QDESS sequence detected more widespread cartilage thickness changes across multiple knee regions (medial femur, lateral tibia, and trochlea) and T2 changes in all cartilage areas, while the multi-sequence approach detected fewer thickness changes and T2 changes only in the patella. The findings suggest that the single QDESS sequence may be more sensitive for detecting exercise-induced cartilage changes in people with knee osteoarthritis, potentially offering a more efficient imaging approach for research and clinical applications.
Diese Studie untersuchte, wie gut verschiedene MRT-Sequenzen belastungsinduzierte Veränderungen der Knieknorpeldicke und -zusammensetzung bei 20 Patienten mit klinischer Kniearthrose erfassen können. Die Forscher verglichen eine Einzel-Sequenz-Methode (QDESS) mit Multi-Sequenz-Ansätzen (FSPGR oder QDESS kombiniert mit MESE) vor und nach einem 25-minütigen Laufbandgang mittels 3T-MRT. Die QDESS-Sequenz erwies sich als besonders sensitiv und detektierte signifikante Knorpeldickenabnahmen in drei Knieregionen sowie T2-Veränderungen in allen Knorpelarealen, während die anderen Methoden weniger Veränderungen erfassten. Die Ergebnisse zeigen, dass QDESS eine effektive Einzelsequenz-Lösung zur Detektion transienter Knorpelveränderungen nach Belastung bei Kniearthrose darstellt.
Cette étude visait à comparer l'efficacité de deux approches d'imagerie par résonance magnétique (IRM) pour détecter les changements aigus d'épaisseur et de composition du cartilage du genou après exercice chez 20 patients avec arthrose clinique. Les participants ont subi des IRM 3T avant et après une marche standardisée de 25 minutes sur tapis roulant, en comparant l'approche séquence unique (QDESS) versus l'approche multi-séquences (FSPGR ou QDESS + MESE). La séquence QDESS s'est révélée plus sensible pour détecter les changements d'épaisseur cartilagineuse post-exercice (diminutions significatives dans le fémur médial, tibia latéral et trochée) et les modifications du T2 dans toutes les régions cartilagineuses, comparativement aux approches multi-séquences qui n'ont détecté des changements que dans des régions spécifiques. Ces résultats suggèrent que la séquence QDESS constitue un outil efficace pour évaluer les réponses transitoires du cartilage à la charge m
This study aimed to develop a biomimetic implantable hydrogel that generates natural-like electrical signals to promote cartilage regeneration, addressing the challenge of repairing avascular cartilage tissue. The researchers created a mechano-iontronic hydrogel (MI-hydrogel) that produces iontronic electricity when mechanically deformed, closely mimicking the bioelectrical properties of natural cartilage. The hydrogel successfully activated the mechanosensitive ion channel PIEZO1, which promoted stem cell differentiation into cartilage cells in laboratory studies and enhanced cartilage repair in animal models. The treatment also reprogrammed cellular metabolism by enhancing glutamine metabolism, providing a novel mechanism for accelerating tissue regeneration that combines electrical and mechanical stimulation.
Diese Studie zielte darauf ab, ein neuartiges mechano-iontronisches Hydrogel (MI-Hydrogel) zu entwickeln, das die natürliche endogene Bioelektrizität des Knorpels nachahmt und dadurch die Knorpelregeneration fördert. Das implantierbare Hydrogel wurde so konzipiert, dass es unter mechanischer Verformung iontronische Elektrizität erzeugt und dabei die Eigenschaften und Mechanismen des natürlichen Knorpels biomimetisch nachbildet. Die Ergebnisse zeigen, dass das MI-Hydrogel durch die synergistische Integration von iontronischer Elektrizität und mechanischer Stimulation den Ionenkanal PIEZO1 aktiviert, wodurch sowohl die chondrogene Differenzierung von Stammzellen in vitro als auch die Knorpelreparatur in vivo gefördert wird. Zusätzlich führt diese gekoppelte Wirkung zu einer Umprogrammierung des metabolischen Mikroenvironments mit verbessertem Glutamin-Stoffwechsel, was den Knorpelregenerationsprozess beschleunigt.
Cette étude avait pour objectif de développer un hydrogel méchano-iontronique (MI-hydrogel) implantable capable de générer une bioélectricité endogène biomimétique pour améliorer la régénération du cartilage articulaire. Les chercheurs ont conçu un hydrogel qui produit de l'électricité iontronique sous déformation mécanique, imitant les caractéristiques du cartilage naturel, et ont évalué ses effets sur la différenciation chondrogénique in vitro et la réparation cartilagineuse in vivo. Les résultats montrent que le MI-hydrogel active synergiquement la protéine canal ionique PIEZO1 par stimulation électrique et mécanique couplées, favorisant la différenciation des cellules souches en chondrocytes et accélérant la réparation cartilagineuse. Cette approche reprogramme également le microenvironnement métabolique en améliorant le métabolisme de la glutamine, ouvrant une nouvelle voie thérapeutique pour la médecine régénérative du cartilage.
This study developed a mathematical model to investigate how ATP metabolism in cartilage cells (chondrocytes) contributes to osteoarthritis development and progression. The researchers created a comprehensive computational model that simulates the balance between glycolysis and oxidative phosphorylation in chondrocytes, incorporating metabolic regulators and stochastic fluctuations in oxygen and glucose levels that occur during mechanical loading. The model revealed that chronic low oxygen conditions cause an irreversible shift to glycolysis, leading to reduced ATP levels and cartilage matrix loss, while natural fluctuations in oxygen levels during physical activity enhance metabolic flexibility and ATP production. Importantly, the study found that effective therapeutic interventions must target metabolic dysfunction rather than just providing structural support, suggesting that combining ATP metabolism modulation with mechanical loading strategies could offer new approaches for treating osteoarthritis.
Diese Studie zielte darauf ab, die Rolle des ATP-Stoffwechsels in Chondrozyten bei der Entstehung und Progression der Osteoarthritis durch mathematische Modellierung zu untersuchen. Die Forscher entwickelten ein umfassendes mathematisches Modell, das den Wechsel zwischen Glykolyse und oxidativer Phosphorylierung unter verschiedenen Nährstoffbedingungen simuliert und dabei stochastische Schwankungen von Sauerstoff- und Glukosespiegeln berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen, dass chronische Hypoxie zu einem irreversiblen Stoffwechselwechsel zur Glykolyse führt, was ATP-Verlust und Extrazellulärmatrix-Abbau zur Folge hat, während physiologische Sauerstoffschwankungen durch mechanische Belastung die Stoffwechselflexibilität fördern. Das Modell legt nahe, dass erfolgreiche Therapieansätze sowohl die metabolische Dysfunktion als auch strukturelle Aspekte adressieren müssen, wobei reine Matrixsubstitution nur vorübergehende Ver
Cette étude développe un modèle mathématique pour analyser le métabolisme de l'ATP dans les chondrocytes et son rôle dans l'arthrose, en simulant l'équilibre entre glycolyse et phosphorylation oxydative sous différentes conditions nutritionnelles. Le modèle intègre les régulateurs métaboliques clés et les fluctuations stochastiques d'oxygène et de glucose pour reproduire les conditions physiologiques lors des contraintes mécaniques. Les résultats montrent que l'hypoxie chronique provoque un basculement métabolique irréversible vers la glycolyse, entraînant une diminution de l'ATP et une perte progressive de matrice extracellulaire, tandis que les variations physiologiques d'oxygène (liées à l'activité physique) améliorent la flexibilité métabolique. L'étude démontre que les approches thérapeutiques optimales doivent cibler la dysfonction métabolique en modulant la synthèse d'ATP plutôt que de se limiter à la supplémentation matricielle, offrant une base pour des stratégies de traitement personnalisées de l'arthrose.
This study evaluated whether MRI can accurately measure cartilage mechanical properties by comparing MRI-based measurements to standard mechanical testing in bovine cartilage samples. Researchers used two setups: an MRI-compatible loading device that applied controlled stress while capturing images every minute, and a universal testing machine as the reference standard, both measuring cartilage deformation over one hour of constant loading. The MRI method successfully captured cartilage creep behavior and estimated biomechanical properties that closely matched the reference measurements, with only minor differences in instantaneous modulus values. These findings demonstrate that MRI can non-invasively assess cartilage mechanical properties with reasonable accuracy, providing a foundation for future development of clinical tools to detect early osteoarthritis through biomechanical assessment rather than relying solely on pain or structural imaging features.
Diese Studie untersuchte, ob die Magnetresonanztomographie (MRT) eine nichtinvasive Alternative zur mechanischen Testung für die Bestimmung biomechanischer Eigenschaften von Knorpel darstellen kann. Die Forscher führten Kriechverformungstests an bovinen Knorpelproben durch, wobei sie sowohl ein MRT-kompatibles Belastungsgerät als auch eine universelle Prüfmaschine (als Referenzstandard) verwendeten und die zeitabhängige Verformung sowie biomechanische Parameter mittels eines faserreinforzierten poroelastischen Modells analysierten. Die Ergebnisse zeigten vergleichbare Verformungsverläufe zwischen beiden Methoden, wobei die MRT-basierte Messung die Kriechverformung und biomechanischen Eigenschaften des Knorpels mit angemessener Genauigkeit erfassen konnte (R² = 0,77 für MRT vs. 0,98 für mechanische Testung). Diese Erkenntnisse belegen das Potenzial der MRT für die nichtinvasive Quantifizierung der Knorpelbiomecha
Cette étude visait à évaluer la faisabilité de l'IRM clinique pour mesurer de manière non-invasive les propriétés biomécaniques et le comportement de fluage du cartilage, considérées comme des biomarqueurs plus précoces de l'arthrose que les méthodes conventionnelles. Les chercheurs ont testé 12 échantillons de cartilage bovin sous compression constante (1 MPa pendant 1 heure) en comparant les mesures IRM (séquences pondérées en densité protonique) avec des tests mécaniques de référence, puis ont estimé les paramètres matériaux via un modèle poroélastique renforcé par des fibrilles. Les résultats démontrent que l'IRM peut capturer la déformation de fluage du cartilage avec une précision raisonnable (R² = 0,77), sans différences significatives dans les propriétés matériaux estimées comparativement aux tests mécaniques de référence, excepté pour le module instantané. Cette preuve de concept ex vivo ouvre la voie au développement d'une quantification non-invasive des propriétés biomécaniques du cartilage, bien que des adaptations soient
This study investigated whether prolonged mechanical loading worsens osteoarthritis by examining its effects on cartilage cells and tissue. Researchers used laboratory models applying moderate mechanical strain (7.5% strain at 1 Hz) for extended periods and analyzed human cartilage samples from weight-bearing and non-weight-bearing joint areas using RNA sequencing. The key finding was that prolonged loading (12 hours or more) significantly increased cartilage cell death, reduced protective cartilage proteins, and elevated nerve growth factor (NGF) levels, creating an inflammatory environment that damages cartilage. These results suggest that patients with early osteoarthritis should limit prolonged high-impact exercise sessions to prevent further cartilage deterioration.
Diese Studie untersuchte die Auswirkungen längerer mechanischer Belastung auf Knorpelgewebe bei früher Osteoarthritis, um die kontroverse Frage zu klären, ob körperliche Aktivität in diesem Stadium eingeschränkt werden sollte. Die Forscher verwendeten In-vitro- und In-vivo-Modelle mit moderater mechanischer Belastung (7,5% Dehnung, 1 Hz) sowie RNA-Sequenzierung von menschlichem Knorpel aus belasteten und unbelasteten Gelenkregionen. Die Ergebnisse zeigten, dass prolongierte Belastung (≥12 Stunden) die Chondrozyten-Apoptose um das 2,3-fache erhöhte, Matrixmarker reduzierte und die Expression des Nervenwachstumsfaktors (NGF) um das 1,8-fache steigerte, begleitet von entzündlichen Signalwegen. Diese Befunde legen nahe, dass anhaltende moderate Belastung durch ein NGF-vermitteltes entzündliches Mikromilieu den Knorpelabbau fördert und unterstüt
Cette étude visait à évaluer l'impact d'une charge mécanique modérée prolongée sur le cartilage articulaire dans le contexte de l'arthrose précoce. Les chercheurs ont utilisé des modèles in vitro et ex vivo avec une contrainte de 7,5% à 1 Hz, ainsi qu'une analyse par séquençage ARN de cartilage humain provenant de zones portantes et non-portantes. Les résultats montrent qu'une exposition prolongée (≥12h) à cette charge modérée augmente significativement l'apoptose des chondrocytes (×2,3), réduit les marqueurs matriciels (SOX9, COL2A1) et élève l'expression du facteur de croissance nerveuse NGF (×1,8), créant un microenvironnement inflammatoire pro-apoptotique. Ces données suggèrent que les patients atteints d'arthrose précoce pourraient bénéficier d'une limitation des sessions d'exercice à fort impact pour prévenir les dommages cartilagineux.
This study aimed to develop biomimetic materials that replicate the depth-dependent mechanical properties of human articular cartilage for tissue engineering applications. The researchers created composite constructs by embedding polycaprolactone microfiber scaffolds (with varying fiber spacings of 200-800 μm) manufactured via melt electrowriting into photocrosslinkable gelatin-hyaluronic acid hydrogels, then analyzed their mechanical properties using compression testing, finite element analysis, and imaging techniques. The fiber-reinforced hydrogels successfully mimicked native cartilage's compressive behavior and depth-dependent strain patterns, while also supporting high cell viability and promoting chondrogenic differentiation when seeded with human articular chondrocytes. These biomimetic composites demonstrate promising potential as improved models for functional cartilage tissue engineering by recapitulating key biomechanical characteristics of native tissue.
Diese Studie zielte darauf ab, biomimetische Materialien zu entwickeln, die die tiefenabhängigen Kompressionseigenschaften von menschlichem Gelenkknorpel nachahmen können. Die Forschenden verwendeten photovernetzbares Gelatine-Hyaluronsäure-Hydrogel verstärkt mit mehrphasigen Polycaprolacton-Mikrofaser-Gerüsten verschiedener Faserspacings (200-800 μm), hergestellt mittels Melt Electrowriting. Mechanische Tests und Finite-Elemente-Analysen zeigten, dass die definierten Mikrofaser-Architekturen erfolgreich die Kompressionsmoduli und das Lastverhalten von nativem Gelenkknorpel nachahmten, während die Konstrukte gleichzeitig hohe Zellviabilität und chondrogene Redifferenzierung humaner Chondrozyten unterstützten. Die Ergebnisse demonstrieren, dass diese faserverstärkten Hydrogele wichtige biomechanische Eigenschaften von Gelenkknorpel erfolgreich rekapitulieren und somit vielversprechende Modelle für die funkt
Cette étude visait à développer des biomatériaux reproduisant fidèlement les propriétés mécaniques complexes du cartilage articulaire humain, notamment sa résistance à la compression et ses caractéristiques de déformation dépendantes de la profondeur. Les chercheurs ont créé des composites biomimétiques en renforçant des hydrogels de gélatine-acide hyaluronique photoréticulables avec des scaffolds de microfibres de polycaprolactone multiphasiques, fabriqués par électroécriture et présentant des espacements de fibres de 200, 400 et 800 μm. Les tests mécaniques couplés à l'analyse par éléments finis ont démontré que l'architecture des microfibres influence le module de compression et le support de charge du fluide interstitiel, reproduisant ainsi la réponse mécanique du cartilage natif. Ces hydrogels renforcés ont également montré une excellente viabilité cellulaire et ont favorisé la redifférenciation chondrogénique des chondrocytes articulaires humains, formant un tissu de type hyalin.
This review examined knee cartilage injuries detected on MRI, their mechanisms, and relationship to osteoarthritis development. The authors analyzed how acute injuries (from sports/recreation, often with other knee injuries) and chronic injuries (from repetitive overloading) appear on imaging. They found that MRI assessment using intermediate-weighted, high-resolution sequences at 3 Tesla can accurately characterize cartilage lesion size, depth, and bone involvement, which is crucial for treatment planning. The study suggests that future machine learning approaches combining MRI findings with clinical data and biomarkers may improve prediction of osteoarthritis progression.
Diese Übersichtsarbeit untersucht akute und chronische Knorpelverletzungen des Kniegelenks, deren Entstehungsmechanismen und deren Zusammenhang mit der Entwicklung einer Arthrose. Die Autoren analysieren die MRT-basierte Diagnostik von Knorpelläsionen, wobei primär intermediär-gewichtete, zweidimensionale Fast-Spin-Echo-Sequenzen mit hoher räumlicher Auflösung bei 3 Tesla eingesetzt werden. Die Studie zeigt, dass akute Läsionen häufig bei Sport- und Freizeitaktivitäten auftreten und oft mit anderen Kniegelenksverletzungen assoziiert sind, während chronische Schäden durch repetitive Überlastung entstehen. Für die Zukunft wird das Potenzial von Machine-Learning-Ansätzen hervorgehoben, die durch Integration von Bildgebungsbefunden, klinischen Parametern und Biomarkern die Arthrose-Vorhersage verbessern könnten.
Cette étude examine la prévalence, les mécanismes lésionnels et l'évaluation IRM des lésions cartilagineuses aiguës et chroniques du genou, ainsi que leur association avec l'arthrose. Les lésions aiguës surviennent typiquement lors d'activités sportives et s'accompagnent souvent de dérangements internes du genou, tandis que les lésions chroniques résultent de contraintes répétitives dépassant les seuils physiologiques. L'évaluation IRM utilise principalement des séquences écho de spin rapide pondérées en densité protonique à haute résolution spatiale et préférentiellement à 3 Tesla pour caractériser précisément la taille, la profondeur et l'atteinte de l'os sous-chondral. Les approches d'apprentissage automatique montrent un potentiel prometteur pour améliorer la prédiction de l'arthrose en intégrant les données d'imagerie pathologique avec des paramètres cliniques et des biomarqueurs quantitatifs.
