قسمت 2 بیماری مزمن کلیه و پیری مواد استخوانی و ریزمعماری را در موش های C57Bl/6 کاهش می دهد

مخاطب:joanna.jia@wecistanche.com/ واتساپ: 008618081934791

لطفا برای قسمت 1 اینجا را کلیک کنید

سیستانچ به خوبی می تواند به بیماری کلیوی کمک کند

3. نتایج

3.1 تایید بیماری کلیوی

در نقطه پایانی مطالعه سه ماه پس از جراحی، موش‌های با 5/6 Nx به طور قابل‌توجهی اوره سرم افزایش یافته و اوره ادرار کاهش یافته بود، مطابق با اختلال در عملکرد کلیه (جدول 1). PTH و فسفات سرم به عنوان اثرات اصلی CKD به طور قابل توجهی افزایش یافت. کلسیم سرم به طور قابل توجهی تحت تاثیر CKD قرار نگرفت. برای همه اندازه‌گیری‌های سرم و ادرار، سن تأثیر اصلی معنی‌داری نداشت.

3.2 پیری و CKD باعث کاهش ریزمعماری قشر و ترابکولار می شود

سالخوردهو CKD هر دو بر هندسه قشر مغز و ریزمعماری ترابکولار تأثیر منفی گذاشتند (جدول 2-3، شکل 1).سالخوردهاز 6 ماه تا 24 ماه به طور قابل توجهی افزایش قشر مغزاستخوانابعاد مقطع (افزایش گشتاور قطبی اینرسی، PMI)، تخلخل (Ct. Po) و تراکم معدنی بافت (TMD)، و کاهش ضخامت استخوان قشر مغز (Ct. Th)، قشر مغزاستخوانحجم (کاهش کسر حجمی استخوان (BV/TV)،استخوانکسر مساحت (BA/TA). افزایش سن همچنین باعث کاهش تعداد ترابکولار (Tb. N) و ضخامت (Tb. Th)، کسر حجمی استخوان ترابکولار (BV/TV) و تراکم استخوان حجمی (vBMD) شد. همانطور که با افزایش سن، CKD نیز تأثیر منفی عمده ای بر روی داشتاستخوانحجم از طریق کاهش BV/TV، Tb. N، BA/TA، Ct. Th، و Ct.Po را افزایش داد. این اثرات افزایشی بود، به طوری که بدترین حجم استخوان برای موش های مسن مبتلا به CKD مشاهده شد. برخلاف افزایش سن، CKD به طور قابل توجهی BMI و TMD را کاهش داد. پیری و CKD برهمکنش قابل توجهی برای هیچ معیار ریزمعماری قشر یا ترابکولار نداشتند.

3.3 پیری و CKD به طور متفاوت خواص مکانیکی و مواد کل استخوان را کاهش می دهند

در سطح کل استخوان، خواص مواد و مکانیکی هر دو با افزایش سن و CKD کاهش یافت (جدول 4، جدول تکمیلی 1).سالخوردهاز 6 ماه تا 24 ماه به طور قابل توجهی بسیاری از خواص مواد کل استخوان (مانند مدول، تنش تسلیم، حداکثر تنش) را کاهش داد اما بر چقرمگی تأثیری نداشت. CKD به طور قابل توجهی کار را به شکست کاهش داد، اما اکثر پارامترهای مواد و مکانیکی دیگر تحت تأثیر CKD به عنوان اثر اصلی قرار نگرفتند. چقرمگی، آنالوگ مستقل از هندسه کار به شکست، برهمکنش قابل توجهی بین پیری و CKD داشت (011.0=0). از آزمایش پس از انجام آزمایش، در 18 ماه مشاهده شد که CKD ممکن است چقرمگی را کاهش دهد (-47.9 درصد، p=0.023) (شکل 2d).

3.4 پیری و CKD باعث کاهش سفتی ساختاری FEA در ناحیه پروگزیمال تیبیا می شود.

ما از FEA برای ارزیابی چگونگی تاثیر پیری و CKD بر خواص مکانیکی از طریق تغییرات در ساختار ترابکولار و قشر مغز استفاده کردیم. سفتی ساختاری FEA در تیبیای پروگزیمال به طور قابل توجهی با افزایش سن و CKD کاهش یافت (جدول 4). تعامل معنی داری بین وجود نداشتسالخوردهو CKD. سفتی FEA با سفتی فمور از خمش سه نقطه ای همبستگی مثبت داشت (r{1}}.67).

3.5 پیری سفتی استخوان در مقیاس میکرو را کاهش می دهد در حالی که CKD تغییرات فضایی بافت استخوان در مقیاس میکرو را کاهش می دهد.

برای ارزیابی چگونگیسالخوردهو CKD بر خواص مواد در مقیاس بافت قشر تاثیر می گذارداستخوانما از نانو تورفتگی و طیف‌سنجی رامان در مکان‌های همسان برای ارزیابی ریزمقیاس استفاده کردیم.استخوانمدول و ترکیب بافت (جدول 5). ناهمگونی بافت استخوان از طریق ارزیابی واریانس فضایی این ویژگی‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. میانگین کاهش مدول (Er) و انحراف معیار Erwer به ترتیب با افزایش سن به طور معنی‌داری کاهش و افزایش یافت. CKD به طور قابل توجهی انحراف معیار را کاهش داد، اما نه میانگین، Er. ترکیب بافت استخوان در مقیاس میکرو که توسط طیف‌سنجی رامان ارزیابی شد (به عنوان مثال، میانگین مواد معدنی: ماتریکس، کربنات: فسفات، بلورینگی) به طور قابل‌توجهی با سن یا CKD تغییر نکرد. با این حال، انحراف استاندارد بلورینگی به طور قابل توجهی با CKD کاهش یافت.

3.6 پیری و CKD بر نانومکانیک فیبریل کلاژن تأثیر متفاوتی دارند

ما ارزیابی کردیم که آیا CKD و پیری بر نانومکانیک کلاژن از طریق پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک (SAXS) همزمان با بارگذاری کششی تأثیر می‌گذارند یا خیر. مطابق با نتایج خمش، اندازه‌گیری‌های کششی نشان داد که افزایش سن به طور قابل‌توجهی تنش تسلیم بافت و حداکثر تنش را کاهش می‌دهد. نانومکانیک کلاژن بر اساس سن و CKD متفاوت بود (جدول 6، شکل 2).سالخوردهفشار کلاژن اندازه گیری شده در حداکثر فشار بافت را کاهش داد اما بر درصد فشار کلاژن تأثیری نداشت (کرنش کلاژن / فشار کل بافت، درصد ColMax). در مقابل، CKD به طور قابل توجهی درصد ColMax را افزایش داد.

3.7 پیوندهای متقابل کلاژن با افزایش سن و CKD تفاوتی نداشت

ما به دنبال درک اینکه آیا نانومکانیک کلاژن تغییر یافته مشاهده شده در CKD را می توان به تغییرات در پیوندهای عرضی اسکلتی نسبت داد. بنابراین، ما پیوند آنزیمی (هیدروکسیل لیزیل پیریدینولین، HP، و لیزیل پیریدینولین، LP) و پیوند متقابل غیر آنزیمی (پنتوسیدین) را با کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) مشخص کردیم. پیوندهای عرضی HP، LP و پنتوزیدین با افزایش سن دارای میانگین غلظت بالاتری بودند، اما این تغییرات معنی دار نبودند (جدول 7). به طور مشابه، روند کاهش LP با CKD وجود داشت، اما این اثر معنی دار نبود. ما بیشتر محصولات نهایی گلیکاسیون پیشرفته فلورسنت (AGEs) را کمی کردیم و دریافتیم که کل سنین فلورسنت با پیری یا CKD تفاوتی ندارد.

3.8 تغییرات هندسی لکونار استئوسیت مرتبط با سن در موش های مسن مبتلا به CKD مشاهده نشد.

بازسازی پریلاکونار/کانالیکولار استئوسیت (PLR) به تغییرات هموستاز معدنی پاسخ می دهد و در تعیین مهم است.استخوانمقاومت در برابر شکست ما هندسه لاکونار استئوسیت را برای تعیین اینکه آیا بررسی کردیمسالخوردهبا CKD PLR را تغییر می دهد (جدول 8). اثرات پیری به تنهایی (بدون CKD) برای این موش‌های شم قبلاً گزارش شده بود (21). به طور خلاصه، برای موش‌های شم، با افزایش سن، لکون‌ها کوچک‌تر، کروی‌تر و کم‌تر شدند. هنگامی که پیری و CKD با هم برای مطالعه حاضر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند، افزایش سن به طور قابل‌توجهی باعث کاهش چگالی تعداد لاکونار، حجم و مساحت سطح، و افزایش کروی، گشادی، و تتا دهانه شد. برای هیچ یک از معیارها اثر معنی داری CKD وجود نداشت. با این حال، تعامل معنی‌داری بین سن و CKD برای کروی بودن وجود داشت. در حالی که کروییت با افزایش سن برای موش‌های شم افزایش می‌یابد، این اندازه‌گیری برای موش‌های میانسال مبتلا به CKD بیشتر بود و سپس برای موش‌های مسن به مقدار مشابهی که در موش‌های جوان مشاهده شد کاهش یافت. به عبارت دیگر، لکون ها تنها در داخل کوچکتر و گردتر شدندسالخوردهموش های شم، و نه در موش های پیر مبتلا به CKD. این الگو همچنین با CKD برای تراکم عدد لاکونار، حجم و مساحت سطح مشاهده شد، اگرچه تعامل بین پیری و CKD معنی‌دار نبود.

اندازه لکون استئوسیت با افزایش سن برای موش‌های مبتلا به CKD افزایش نمی‌یابد، اما در عوض با اختلال در تنظیم فسفات افزایش می‌یابد. به طور خاص، برای موش‌های مبتلا به CKD، حجم لکونار استئوسیت (Spearman ρ {{0}} به علاوه 0.584, p=0.017)، مساحت سطح (ρ)=به اضافه 0.603 p=0.013)، و کروی (ρ=- 0.500، p=0.048) با فسفات سرم ارزیابی شده در نقطه پایانی مطالعه همبستگی داشتند. در مقابل، اقدامات مربوط به شیوع و جهت لکون (به عنوان مثال، تراکم تعداد استئوسیت، نزدیکترین مرکز جرم، دهانه تتا) به طور قابل توجهی با فسفات در گردش ارتباط ندارد. هیچ اندازه‌گیری لکونار استئوسیتی با کلسیم سرم، اوره سرم یا اوره ادرار ارتباط معنی‌داری نداشت. برای موش های شم، تراکم تعداد لاکونار استئوسیت با کلسیم سرم همبستگی مثبت داشت (ρ=به علاوه 0.681، p=0.004). سایر اندازه‌گیری‌های لکونار استئوسیت فقط با ترکیب شیمیایی سرم و ادرار همبستگی ضعیفی داشتند.

رابطه بین اندازه لکون استئوسیت و فسفات سرم برای موش‌های مبتلا به CKD مستقیماً توسط افزایش PTH ایجاد نمی‌شود. هنگام در نظر گرفتن موش های Sham و CKD با هم، فسفات به طور قابل توجهی با افزایش PTH همبستگی داشت (Spearman ρ {{0}} به علاوه 0.562، p=0.001). با این حال، اگرچه فسفات و PTH هر دو به عنوان یک اثر اصلی CKD افزایش یافته بودند، این معیارها به طور قابل توجهی با یکدیگر برای موش‌های CKD همبستگی نداشتند (05/0p>). هیچ معیاری از هندسه لکونار استئوسیت به طور قابل توجهی با PTH برای موش‌های شم یا CKD همبستگی نداشت.

3.9 تجزیه و تحلیل رگرسیون نشان می دهد که نانومکانیک کلاژن تغییر یافته بر چقرمگی تأثیر می گذارد

ما به دنبال این بودیم که چگونه تغییرات در چقرمگی کل استخوان ناشی از خمش با تغییرات در مقیاس‌های نانو به مقیاس میکرو مرتبط است.استخوانکیفیت برای موش های شم و CKD. ما یک رگرسیون از چقرمگی کل استخوان را به‌عنوان اندازه‌گیری کیفیت استخوان در مقیاس‌های طولی کوچک‌تر برای موش‌های Sham و CKD با استفاده از سن به عنوان متغیر کمکی انجام دادیم. برای موش‌های شم، هیچ معیار کیفیت استخوان متغیرهای توضیحی قابل‌توجهی برای چقرمگی نبود. برای CKD، تنها پیش‌بینی‌کننده قابل توجه چقرمگی (T) درصد ColMax (ln(T)=2.437 – 0 بود.00371* درصد ColMax؛ r2=49 0.4 درصد، p <0.05). قدرت="" رگرسیون="" با="" تنظیم="" سن="" بهبود="">

3.10 تغییرات کیفیت استخوان با تغییر در PTH توضیح داده نمی شود

ما همبستگی اسپیرمن را بین معیارهای کیفیت استخوان و PTH ارزیابی کردیم تا بفهمیم آیا موش‌هایی با PTH بالاتر بدتر بودند یا خیر.استخوانکیفیت اگرچه PTH با 5/6 Nx به طور قابل توجهی بالاتر بود، هیچ ارتباط معنی‌داری بین PTH و کیفیت استخوان در مقیاس میکرو وجود نداشت.

4. بحث

هدف از این مطالعه بررسی چگونگی 5/6 Nx - ناشی از CKD وسالخوردههر کدام کیفیت استخوان را کاهش می دهند، از جملهاستخوانریزمعماری و همچنین خواص مواد بافت استخوانی. CKD کیفیت استخوان، از جمله ریزمعماری و مواد را از مقیاس طول میکرومتر به مقیاس کل استخوان کاهش داد. در مطالعه ما، کاهش کیفیت استخوان در چندین روش و مقیاس طول مشاهده شد. اثر CKD کاهش ریزمعماری قشر و ترابکولار، تغییر تنوع فضایی در خواص مواد در مقیاس میکرو، و همچنین تغییر نانو مکانیک کلاژن بود. علاوه بر این، CKD و پیری دارای یک

اثر تعاملی بر روی چقرمگی که برای موش های میانسال بیشترین بود. نتایج ما نشان می‌دهد که چندین جزء کلیدی کیفیت استخوان در CKD مختل می‌شوند. این مشاهدات شواهد رو به رشدی را از مطالعات جوندگان و مطالعات بالینی نشان می‌دهد که کیفیت استخوان در CKD کاهش می‌یابد و احتمالاً به کاهش مقاومت به شکستگی کمک می‌کند.

از دست دادناستخوانریزمعماری با CKD علاوه بر اثرات مضر رخ داده استسالخوردهو به از دست دادن کل کمک کرداستخواناستحکام - قدرت. در این مطالعه متوجه شدیم کهسالخوردهو CKD هر دو به طور قابل توجهی ریزمعماری قشر و ترابکولار را کاهش دادند. پیری و CKD هر کدام منجر به استخوان نازک‌تر، متخلخل‌تر و ترابکول‌های کمتر و نازک‌تر شدند. تنها استثنا، مواد معدنی استخوانی بود که با میکروCT (یعنی TMD) ارزیابی شد، که با افزایش سن افزایش یافت و در CKD کاهش یافت. برای تمام معیارهای قشر و ترابکولار، بدترین ریزمعماری استخوان در موش های مسن مبتلا به CKD آشکار بود. از دست دادناستخوانریزمعماری یکپارچگی ساختاری کل استخوان را تحت تأثیر قرار داد. از FEA، مشخص شد که افزایش سن باعث کاهش ریزمعماری استخوان در ناحیه پروگزیمال تیبیا می شود در حالی که CKD سفتی ساختاری را کاهش می دهد.

برای اقدامات مربوط بهاستخوانکیفیت مواد، سن و CKD اثرات متفاوتی داشتند (شکل 2). با افزایش سن، مدول کل استخوان و حداکثر استرس هر دو کاهش می‌یابد، همانطور که مدول بافت در مقیاس میکرومتر کاهش می‌یابد. عملکرد و حداکثر تنش حاصل از آزمایش کششی استخوان زند زیرین نیز با افزایش سن کاهش یافت. علاوه بر این، مطابق با نمونه های انسانی مورد مطالعه با SAXS،سالخوردهبا افزایش فشار کلاژن در حداکثر فشار همراه بود که نشان دهنده سفت شدن الیاف کلاژن است (26). CKD بر مدول یا استحکام کل استخوان تأثیری نداشت، اما در عوض به طور قابل توجهی کار را تا شکستگی کاهش داد و تغییرات فضایی مواد در مقیاس بافت را تغییر داد. علاوه بر این، CKD ممکن است سختی را در موش های میانسال کاهش دهد، زیرا با این بیماری بار فشار کششی به رشته های کلاژن منتقل شد. افزایش درصد کلاژن در حداکثر بار تنها متغیر قابل توجه توضیحی برای کاهش چقرمگی در CKD بود، که نشان می‌دهد از دست دادن چقرمگی کل استخوان ممکن است حداقل تا حدی توسط مکانیک کلاژن تغییر یافته توضیح داده شود.

منشا تغییر رفتار مکانیکی در مقیاس نانو کلاژن نامشخص است. روند پیوندهای عرضی اسکلتی پایین تر با CKD وجود داشت. با این حال، HP و LP اندازه‌گیری شده از استخوان بازو با خواص مکانیکی کلاژن SAXS که در کمپلکس اولنا/شعاع اندازه‌گیری شده بود، ارتباط نداشت، شاید به دلیل مکان‌های مختلف تجزیه و تحلیل. این تغییر در فشار همچنین ممکن است ناشی از تغییر محتوای مواد معدنی یا توزیع، یا تغییر در اتصال بین کلاژن و مواد معدنی باشد. درصد افزایش یافته ColMax ممکن است مستقیماً مسئول از دست دادن چقرمگی در CKD نباشد، اما می تواند یک علامت مربوط به تغییر گردش مالی و کمبود در سازمان معدنی باشد. به عنوان مثال، کانی سازی تغییر یافته می تواند کلاژن را متحرک تر کند، یا ممکن است انرژی کمتری را از طریق میکروکراکینگ هدر دهد. این تغییرات می تواند باعث از دست دادن چقرمگی مشاهده شده با CKD و همچنین افزایش بار فشاری بر روی الیاف کلاژن شود. در مطالعات آتی، شناسایی اینکه چرا CKD فشار را به رشته‌های کلاژن منتقل می‌کند، مهم خواهد بود، اما در اینجا توجه می‌کنیم که به نظر می‌رسد این تغییر در رفتار کلاژن نقش مهمی در کاهش خواص مواد کل استخوان دارد.

همانطور که تغییرات در خواص مواد استخوان با CKD رخ می دهد و استئوسیت شناخته شده است که مقیاس بافت را تعدیل می کنداستخوانکیفیت از طریق بازسازی پریلاکونار/کانالیکولار (PLR)، همچنین هدف ما این بود که بفهمیم آیا مورفولوژی لاکونار استئوسیت سه بعدی در CKD اصلاح شده است (15، 16). در حالی که لکون‌های استئوسیتی با افزایش سن برای موش‌های شم کوچک‌تر، پراکنده‌تر و کمتر همسو شدند، اما برای موش‌های مسن مبتلا به CKD، لکون‌ها شایع و بزرگ باقی ماندند.

در عوض، برای موش‌های مبتلا به CKD، فسفات سرم به طور معنی‌داری و مثبت با اندازه لکون استئوسیت همبستگی داشت. اگر چه هر دو فسفات و PTH به طور قابل توجهی بالا بودند

با CKD، موش های با PTH بالاتر فسفات بالاتری نداشتند. این نتایج لزوماً متناقض نیستند. فسفات سرم نتیجه خالص فسفات اضافه شده از جذب روده واستخوانجذب کمتر فسفات با دفع کلیوی و تشکیل استخوان حذف می شود. بنابراین، اگرچه موش‌های CKD ما عموماً PTH را افزایش داده بودند، آنهایی که فسفات بالاتری داشتند ممکن است سایر مکانیسم‌های جبرانی سیستمیک را خسته کرده باشند.

استئوسیت ها FGF23 بیشتری را در زمینه کانی سازی مختل (مانند ناک اوت DMP1، هیپوفسفاتمی مرتبط با x) (20،48،49) و همچنین در بیماری مزمن کلیوی (14،48،50) بیان می کنند. شواهد اخیر نشان می دهد که علاوه بر این نقش غدد درون ریز، استئوسیت می تواند مستقیماً در هموستاز معدنی فسفات از طریق PLR شرکت کند (20). حجم لکون استئوسیتی با هیپوفسفاتمی مرتبط با x افزایش یافت. درمان با آنتی‌بادی‌های مسدودکننده FGF23 یا 1،25 دی هیدروکسی ویتامین D، حجم لاکونار استئوسیت‌ها را به مقادیر نزدیک‌تر به مقایسه‌های نوع وحشی بازگرداند (20). در CKD، اختلال در تنظیم مواد معدنی در ابتدا با کاهش فیلتراسیون فسفات کلیه بیمار تحریک می شود. افزایش یافتاستخوانگردش مالی یک پاسخ ناسازگار است که نشان می دهد مکانیسم های جبرانی سیستمیک برای حفظ کنترل فسفات تحت تأثیر قرار گرفته است (6،7). در این مورد، رابطه بین افزایش فسفات و افزایش حجم لکونار استئوسیت نشان می دهد که PLR می تواند یک استراتژی تنظیم هموستاز معدنی اضافی باشد. برای بررسی چگونگی ارتباط هندسه لکونار استئوسیتی و PLR با تغییر گردش استخوان، کیفیت مواد بافت استخوانی و مقاومت به شکستگی در CKD، به مطالعه بیشتری نیاز است.

یافته‌های ما نشان می‌دهد که فرآیندها تأثیر می‌گذارنداستخوانمواد در متفاوت استسالخوردهدر مقابل CKD در انسان های پیر و همچنین موش ها،استخوانگردش خون (یعنی تحلیل استئوکلاستیک و تشکیل استئوبلاست) کند می شود و بلوغ بافت افزایش می یابد. در این مطالعه، 5/6 Nx نقایص کیفیت استخوان متمایز را از پیری ایجاد کرد، مانند تراکم استخوان کمتر از microCT، تغییرپذیری تغییر خواص مواد در مقیاس بافت، و مشارکت بیشتر کلاژن در بارگذاری کششی. اگرچه PTH با CKD به طور قابل توجهی بالاتر بود، موش هایی با PTH بالاتر کیفیت استخوان پایین تری نداشتند. دلایل متعددی ممکن است این یافته را توضیح دهد. اول، موش‌های مطالعه ما نسبت به مطالعات با CKD شدید و هیپرپاراتیروئیدیسم ثانویه همزمان، PTH بسیار پایین‌تری داشتند (9، 12). این امکان وجود دارد که تغییرات در گردش استخوان در مطالعه ما نسبتاً کم باشد. با این حال، ما به طور مستقیم گردش استخوان را ارزیابی نکردیم، بنابراین این احتمال حدس و گمان است. دوم، CKD، صرف نظر از وضعیت گردش مالی، از نظر تجربی با تغییر کیفیت استخوان همراه است. ایوازاکی و همکارانش گزارش کردند که CKD با گردش بالا از 5/6 Nx و همچنین CKD با گردش کم از 5/6 Nx و تیروپاراتیروئیدکتومی هر دو منجر به تغییرات مشابهی در مکانیک استخوان شدند و این تغییرات را به اورمی نسبت دادند (11). این امکان وجود دارد که کاهش کیفیت استخوان صرفاً به دلیل هیپرفسفاتمی ثانویه نباشد، بلکه تحت تأثیر تغییرات خفیف تر در گردش استخوان و تجمع سموم اورمیک نیز باشد.

ما انتظار داشتیم که چندیناستخوانمعیارهای کیفیت، از جمله کلاستخوانچقرمگی، پنتوسیدین، مواد معدنی: ماتریکس، و کربنات: فسفات از 6 ماه به 24 ماه تغییر می کند (25،26،30،51،52). در حالی که هر یک از این معیارها با افزایش سن در جهت مورد انتظار تغییر کردند، اثر سن از نظر آماری معنی دار نبود. تجزیه و تحلیل توان پس از وقوع با استفاده از G*Power (53) نشان می‌دهد که چقرمگی، پنتوسیدین و ماتریس معدنی: برای تشخیص اثر ضعیف بودند.سالخوردهدر حالی که کربنات: فسفات احتمالاً تحت تأثیر سن در این مطالعه قرار نگرفت. علاوه بر این، اتصال متقابل کلاژن LP برای تشخیص اثر CKD ضعیف بود (جدول تکمیلی 2). چندین احتمال وجود دارد که چرا برخی از معیارهای کیفیت استخوان در نهایت در این مطالعه ضعیف بودند. ابتدا، ما از یک ابزار سفارشی رامان-نانودندانه با مزیت منحصر به فرد اندازه گیری های هم موضعی استفاده کردیم. شدت سیگنال در این ابزار سفارشی کمتر از ابزارهای مستقل رامان است، و بنابراین ممکن است نسبت سیگنال: نویز ما برای تشخیص تغییرات مربوط به سن کافی نباشد. چقرمگی (محاسبه شده از کار تا شکست) معیاری است که مستعد تغییرپذیری زیاد است (54)، و تنوع در خواص مکانیکی برای موش های سالمند بیشتر افزایش می یابد (25). تنوع بیشتر در پنتوزیدین نیز با افزایش سن در مطالعات انسان و جوندگان مشاهده شده است (52،55،56). بنابراین این احتمال وجود دارد که واریانس بالا در این معیارها تفاوت بین گروه های ارزیابی شده را پنهان کند.

چندین محدودیت بر نتایج این مطالعه تأثیر گذاشت. هیستومورفومتری کمی دینامیک انجام نشد، اما مطالعات آینده ارزیابی فعالیت های استئوبلاست، استئوکلاست و استئوسیت را ممکن می سازد.استخوانحجم معاملات. در حالی که ما چندین اختلال در کیفیت استخوان را شناسایی کرده‌ایم که با CKD ظاهر می‌شوند و به‌طور مخربی بر استحکام کل استخوان تأثیر می‌گذارند، برای تأیید منشأ این اختلالات و همچنین نقش استئوسیت در بروز آنها به کار بیشتری نیاز است. تجزیه و تحلیل بیان ژن و پروتئین در شناسایی منشاء نانومکانیک کلاژن مختل مفید خواهد بود، زیرا این اختلال تحت تأثیر تغییرات در پیوندهای متقابل کلاژن قرار نگرفت. علاوه بر این، تفسیر ما از نحوه مشارکت استئوسیت در تنظیم هموستاز معدنی و حفظ کیفیت استخوان در CKD به اندازه‌گیری‌های جهانی (یعنی بیان ژن) و محلی (یعنی ارزیابی بافت‌شناسی تحلیل و تشکیل استخوان) نیاز دارد.

به طور خلاصه، ما متوجه شدیم که CKD علاوه بر تأثیرات، کیفیت استخوان را کاهش می دهدسالخوردهتنها. CKD و پیری به طور مشابه باعث کاهش قشر و ترابکولار می شونداستخوانریزمعماری به گونه ای که عمیق ترین فقدان ریزمعماری در موش های پیر مشاهده شدبیماری کلیوی. CKD همچنین خواص مواد استخوان را کاهش داد و در نتیجه باعث کاهش بلوغ بافتی ظاهری استخوان با تغییر نانومکانیک کلاژن شد. این کاهش ها دراستخوانکیفیت، از جمله ریزمعماری و خواص مواد استخوان، بینشی در مورد چگونگی از بین رفتن مقاومت به شکست در CKD ارائه می دهد. علاوه بر این، اثرات ترکیبی ازسالخوردهو CKD بر روی کیفیت استخوان به توضیح اینکه چرا افراد مسن مبتلا به CKD بیشترین خطر شکستگی را دارند کمک می کند.

مواد تکمیلی

برای مطالب تکمیلی به نسخه وب در PubMed Central مراجعه کنید.

قدردانی ها:

مایلیم از ویلیام شرودر برای مراقبت عالی از حیوانات مورد مطالعه و ویلیام شرودر و رایان کلارک برای آنالیزهای شیمی سرم تشکر کنیم. پشتیبانی برای CMH از طریق NIHT32 AG000279 ارائه شد. بودجه این کار نیز توسط NIH/NCATS کلرادو CTSA Grant Number UL1 TR001082، جایزه علمی تیم خلبان کمکی به KBK و VLF ارائه شد. بودجه به TA توسط R01 DE019284 ارائه شد. تجزیه و تحلیل ترکیبی با استفاده از نانو فرورفتگی و طیف‌سنجی رامان با استفاده از یک ابزار سفارشی که توسط NSF Major Research Instrumentation جایزه شماره 1338154 تامین می‌شود، امکان‌پذیر شد. پراکندگی اشعه ایکس در Beamline 7.3.3 منبع نور پیشرفته توسط اداره علوم انرژی پایه وزارت انرژی ایالات متحده تحت قرارداد شماره DE-AC02– 05CH11231 پشتیبانی شد. ما همچنین از گروه AZ Weber در LBL برای ارائه مرحله کششی خود، که توسط کنسرسیوم عملکرد و دوام پیل سوختی DOE EERE (FC-PAD) پشتیبانی می‌شود، تشکر می‌کنیم.

منابع

1. Nickolas TL, McMahon DJ, Shane E. رابطه بین متوسط ​​تا شدیدبیماری کلیویو شکستگی لگن در ایالات متحده J Am Soc Nephrol 2006 11؛17(11):3223-32. [PubMed: 17005938]

2. Nitsch D، Mylne A، Roderick PJ، Smeeth L، Hubbard R، Fletcher A.بیماری مزمن کلیویو مرگ و میر ناشی از شکستگی لگن در افراد مسن در بریتانیا. Nephrol Dial Transplant 2009 5;24(5):1539–

44. [PubMed: 19075194]

3. Yenchek RH، Ix JH، Shlipak MG، Bauer DC، Rianon NJ، Kritchevsky SB، و همکاران. تراکم مواد معدنی استخوان و خطر شکستگی در افراد مسن مبتلا به CKD. Clin J Am Soc Nephrol 2012؛ 7 (مارس 1997).

4. Naylor KL، Mcarthur E، Leslie WD، Fraser L، Jamal SA، Cadarette SM، و همکاران. بروز سه ساله شکستگی دربیماری مزمن کلیوی. Kidney Int 2014;86(4): 810-8. [PubMed: 24429401]

5. Kim SM، Long J، Montez-rath M، Leonard M، Chertow GM. J BMR شکستگی هیپ در بیمارانی که نیاز به دیالیز ندارندبیماری مزمن کلیوی

6. Moe S, Drüeke T, Cunningham J, Goodman W, Martin K, Olgaard K, et al. تعریف، ارزیابی و طبقه بندی استئودیستروفی کلیه: بیانیه ای ازبیماری کلیوی: بهبود نتایج جهانی (KDIGO). کلیه Int 2006 6؛69(11):1945-1953. [PubMed: 16641930]

7. Hruska K، Teitelbaum S. استئودیستروفی کلیه. N Engl J Med 1999؛ 30 (3): 773-773.

8. مکمل KI. به روز رسانی راهنمای عمل بالینی KDIGO 2017 برای تشخیص، ارزیابی، پیشگیری و درمانبیماری مزمن کلیوی– معدنی و 2017؛ 1–59.

9. Moe SM، Chen NX، Newman CL، Gattone VH، Organ JM، Chen X، و همکاران. مقایسه کلسیم با اسید زولدرونیک برای بهبود استخوان قشر مغز در مدل حیوانی CKD. J Bone Miner Res 2014؛ 29 (4): 902-10. [PubMed: 24038306]

10. Heveran CM، Ortega AM، Cureton A، Clark R، Livingston EW، Bateman TA، و همکاران. در حد متوسطبیماری مزمن کلیویکیفیت استخوان را در موش های C57Bl/6J مختل می کند. استخوان 2016؛ 86: 1–9. [PubMed: 26860048]

11. Iwasaki Y، Kazama JJ، Yamato H، Matsuzaki A، Nakano T، Fukagawa M. تغییر خواص مواد مسئول شکنندگی استخوان در موش های مبتلا به آسیب مزمن کلیه است. استخوان 2015؛ 81:247-54. [PubMed: 26187196]

12. آلن ام آر، نیومن سی ال، چن ان، گرانکه ام، نایمن جی اس، مو اس ام. تغییرات در اتصالات عرضی کلاژن اسکلتی و هیدراتاسیون ماتریکس در گردش بالا و پایینبیماری مزمن کلیوی. Osteoporos Int 2015 3;26(3):977-85. [PubMed: 25466530]

13. Kadokawa S، Matsumoto T، Naito H، Tanaka M. ارزیابی اصلی معماری استخوان ترابکولار و خصوصیات ذاتی قشر مغزاستخوانبافت در مدل موشبیماری مزمن کلیوی. J Hard Tissue Biol 2011؛ ​​20(2): 79-86.

14. Stubbs JR, He N, Idiculla A, Gillihan R, Liu S, David V, et al. ارزیابی طولی تغییرات FGF23 و ناهنجاری های متابولیسم مواد معدنی در مدل موش مزمنبیماری کلیوی. J Bone Miner Res 2012؛ 27 (1): 38-46. [PubMed: 22031097]

15. Tang SY، Herber RP، Ho SP، Alliston T. Matrix metalloproteinase-13 برای بازسازی پریلاکونار استئوسیتی مورد نیاز است و مقاومت در برابر شکستگی استخوان را حفظ می‌کند. J Bone Miner Res 2012؛ 27 (9): 1936-50. [PubMed: 22549931]

16. Dole NS، Mazur CM، Acevedo C، Lopez JP، Monteiro DA، Fowler TW، و همکاران. Osteocyte-Intrinsic TGF- RQP c / c RR 2017؛ 21 (9): 2585-96.

17. Alliston T تنظیم بیولوژیکی کیفیت استخوان. Curr Osteoporos Rep 2014؛ 12 (3): 366-75. [PubMed: 24894149]

18. Kaya S, Basta-Pljakic J, Seref-Ferlengez Z, Majeska RJ, Cardoso L, Bromage T, et al. تغییرات ناشی از شیردهی در حجم فضای لاکونار-کانالیکولار استئوسیت، خواص مکانیکی در بافت استخوان قشر را تغییر می‌دهد. J Bone Miner Res 2017؛ 32 (4): 688-97. [PubMed: 27859586]

19. Bonewald LF. استئوسیت شگفت انگیز جیاستخوانMiner Res 2011؛ ​​26 (2): 229-38. [PubMed: 21254230]

20. Tokarz D، Martins JS، Petit ET، Lin CP، Liu ES، Program M، و همکاران. تنظیم هورمونی بازسازی پریلاکونار و کانالیکولار استئوسیتی در مدل هیپ موش هیپوفسفاتمی مرتبط با x. J Bone Miner Res 2018؛ 33 (3): 499-509. [PubMed: 29083055]

21. Heveran CM، Rauff A، King KB، Carpenter RD، Ferguson VL. یک ابزار منبع باز جدید برای اندازه گیری هندسه سه بعدی لکونار استئوسیت از میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال، تغییرات مربوط به سن را در اندازه و شکل لاکونار در استخوان قشر موش نشان می دهد. استخوان 2018؛ 110.

22. لوئیس LMT، Xie Y، Hulbert MA، Campos R، Dallas MR، Bonewald LF، و همکاران. انحطاط شبکه استئوسیتی در مدل موش C57Bl/6 پیری.سالخورده(Albany NY) 2017؛ 9 (10): 2190–

208. [PubMed: 29074822]

23. Hemmatian H، Laurent MR، Bakker AD، Vanderschueren D، Klein-Nulend J، van Lenthe GH. تغییرات مرتبط با سن در میکروتخلخل استخوان قشر موش مادهاستخوان2018؛ 113 (آوریل): 1-8. [PubMed: 29738854]

24. Hemmatian H، Bakker AD، Klein-Nulend J، Van Lenthe GH.سالخورده، استئوسیت ها و انتقال مکانیکی. Curr Osteoporos Rep 2017؛ 15 (5): 401-11. [PubMed: 28891009]

25. Ferguson VL، Ayers RA، Bateman TA، Simske SJ. رشد استخوان و از دست دادن استخوان مرتبط با سن در موش‌های نر C57BL/6J استخوان 2003؛ 33 (3): 387-98. [PubMed: 13678781]

26. Zimmerman EA، Schaible E، Bale H، Barth HD، Tang SY، Reichert P، و همکاران. تغییرات مرتبط با سن در شکل پذیری و چقرمگی استخوان قشر انسان در مقیاس های طولی چندگانه. Proc Natl Acad Sci 2011؛ ​​108 (35): 14416-21. [PubMed: 21873221]

27. Seeman E, Delmas PD. کیفیت استخوان - مبنای مادی و ساختاری یک استحکام و شکنندگی. N Engl J Med 2006؛ 354:2250-61. [PubMed: 16723616]

28. Halloran BP، Ferguson VL، Simske SJ، Burghardt A، Venton LL، Majumdar S. تغییرات در ساختار استخوان و توده با افزایش سن در موش نر C57BL/6J. J Bone Miner Res 2002؛ 17 (6): 1044-50. [PubMed: 12054159]

29. Lauretani F، Bandinelli S، Griswold ME، Maggio M، Semba R، Guralnik JM، و همکاران. تغییرات طولی در BMD واستخوانهندسه در یک مطالعه مبتنی بر جمعیت J Bone Miner Res 2008؛ 23 (3): 400-8. [PubMed: 17997708]

30. Yerramshetty JS, Lind C, Akkus O. همگنی ترکیبی و فیزیکوشیمیایی قشر فمورال نر پس از دهه ششم افزایش می یابد. استخوان 2006 12؛ 39(6): 1236-43. [PubMed: 16860007]

31. کری جی دی. رابطه بین سفتی و محتوای معدنی استخوان J Biomech 1969؛ 2:477-80. [PubMed: 16335147]

32. Szulc P، Seeman E. تفکر در داخل و خارج از پوشش استخوان: اختصاص به PDD Osteoporos Int 2009؛ 20(8): 1281-8. [PubMed: 19590836]

33. Miyazaki-Anzai S، Levi M، Kratzer A، Ting TC، Lewis LB، Miyazaki M. فعال‌سازی گیرنده Farnesoid از ایجاد کلسیفیکاسیون عروقی در موش‌های ApoE-/- با بیماری مزمن کلیوی جلوگیری می‌کند. Circ Res 2010؛ 106 (12): 1807-17. [PubMed: 20431060]

34. Bouxsein ML, Boyd SK, Christiansen BA, Guldberg RE, Jepsen KJ, Müller R. Guidelines for ارزیابی ریزساختار استخوان در جوندگان با استفاده از توموگرافی کامپیوتری میکرو. J Bone Miner Res 2010؛ 25(7):1468-86. [PubMed: 20533309]

35. Turner CH، Burr DB. اندازه گیری های بیومکانیکی اساسی استخوان: یک آموزشاستخوان1993؛ 14 (4): 595-608. [PubMed: 8274302]

36. Lau AG، Kindig MW، Kent RW. مورفولوژی، توزیع، چگالی مواد معدنی، و کسر حجمی غضروف دنده ای کلسیفیه انسان Acta Biomater 2011؛ ​​7 (3): 1202-9. [PubMed: 20974298]

37. Lau AG، Kindig MW، Salzar RS، Kent RW. مدل‌سازی میکرومکانیکی غضروف دنده‌ای کلسیفیه‌کننده انسان با استفاده از روش تعمیم‌یافته سلول‌ها. Acta Biomater 2015؛ 18:226-35. [PubMed: 25712387]

38. Hexemer A, Bras W, Glossinger J, Schaible E, Gann E, Kirian R, et al. یک پرتو SAXS/WAXS/GISAXS با تک رنگ چندلایه. J Phys Conf Ser 2010; 247.

39. Barth HD، Zimmermann EA، Schaible E، Tang SY، Alliston T، Ritchie RO. توصیف اثرات تابش اشعه بر ساختار سلسله مراتبی و خواص مکانیکی استخوان قشر انسان. بیومتریال 2011؛ ​​32 (34): 8892-904. [PubMed: 21885114]

40. Acevedo C، Bale H، Gludovatz B، Wat A، Tang SY، Wang M، و همکاران. درمان آلندرونات بافت های استخوانی را در سطوح مختلف ساختاری در استخوان قشر سگ سالم تغییر می دهد.استخوان2015؛ 81:352-63. [PubMed: 26253333]

41. Abramoff MD، Magalhães PJ، Ram SJ. بین المللی بیوفوتونیکس Biophotonics Int 2004؛ 11 (7): 36-42.

42. Oliver WC، Pharr GM. یک تکنیک بهبودیافته برای تعیین سختی و مدول الاستیک با استفاده از آزمایش‌های فرورفتگی حسگر بار و جابجایی. جلد 7، مجله تحقیقات مواد 1992

p. 1564–83.

43. بوشبی الف. J, Ferguson VL, Boyde A. Nanoindentation of bone: مقایسه نمونه های آزمایش شده در مایع و جاسازی شده در پلی متیل متاکریلات. J Mater Res 2004 3؛19(01):249-59.

44. Bank RA، Beekman B، Verzijl N، De Roos JADM، Nico Sakkee A، Tekoppele JM. کمی سازی حساس فلورمتری پیوندهای متقابل پیریدینیم و پنتوسیدین در نمونه های بیولوژیکی در یک دوره کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا. J Chromatogr B Biomed Appl 1997؛ 703 (1-2): 37-44.

45. Oren TW، Botolin S، Williams A، Bucknell A، King KB. آرتروپلاستی در جانبازان: تجزیه و تحلیل غضروف، استخوان، سرم و مایع سینوویال تفاوت ها و شباهت ها را در استئوآرتریت با و بدون دیابت همراه نشان می دهد. J Rehab Res Dev 2015؛ 48 (10): 1195-210.

46. ​​Bank RA, Jansen EJ, Beekman B, Te Koppele JM. تجزیه و تحلیل اسید آمینه با کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا فاز معکوس: بهبود شرایط مشتق سازی و تشخیص با 9- فلورنیل متیل کلروفرمات. Anal Biochem 1996؛ 240 (2): 167-76. [PubMed: 8811901]

47. Burr DB, Hooser M. تغییرات در پروتکل رنگ آمیزی پایه فوشسین en bloc برای نشان دادن ریزدانگی تولید شده در داخل بدن.استخوان1995؛ 17 (4): 431-3. [PubMed: 8573418]

48. Feng JQ، Ye L، Schiavi S. آیا استئوسیت ها به هموستاز فسفات کمک می کنند؟ Curr Opin Nephrol Hypertens 2009؛ 18 (4): 285-91. [PubMed: 19448536]

49. Feng JQ، Ward JM، Liu S، Lu Y، Xie Y، Yuan B، و همکاران. از دست دادن DMP1 باعث راشیتیسم و ​​استئومالاسی می شود و نقش استئوسیت ها را در متابولیسم مواد معدنی مشخص می کند. نات ژنت 2006؛ 38 (11): 1310-5. [PubMed: 17033621]

50. Komaba H، Fukagawa M. FGF{1}}تعامل پاراتیروئید: پیامدها در بیماری مزمن کلیه. کلیه Int 2010؛ 77 (4): 292-8. [PubMed: 20010546]

51. Boskey A, Coleman R. پیری و استخوان. J Dent Res 2010 12؛ 89(12):1333-48. [PubMed: 20924069]

52. Wang X, Shen X, Li X, Mauli Agrawal C. تغییرات مرتبط با سن در شبکه کلاژن و چقرمگی استخوان.استخوان2002؛ 31 (1): 1-7. [PubMed: 12110404]

53. Faul F, Erdfelder E, Lang AG, Buchner A. G*Power 3: یک برنامه تجزیه و تحلیل توان آماری انعطاف پذیر برای علوم اجتماعی، رفتاری و زیست پزشکی. IEEE Int Symp Inf Theory - Proc 2007;39(2):175–91.

54. Ritchie RO، Koester KJ، Ionova S، Yao W، Lane NE، Ager JW. اندازه گیری چقرمگی استخوان: آموزشی با اشاره ویژه به مطالعات حیوانات کوچک. استخوان 2008؛ 43 (5): 798-812. [PubMed: 18647665]

55. Nyman JS، Roy A، Acuna RL، Gayle HJ، Reyes MJ، Tyler JH، و همکاران. اثر مرتبط با سن بر غلظت پیوندهای عرضی کلاژن در بافت استخوانی استخوانی و بینابینی انساناستخوان2006؛ 39 (6): 1210-7. [PubMed: 16962838]

56. Saito M، Fujii K، Mori Y، Marumo K. نقش پیوندهای متقابل ناشی از آنزیمی و گلیکوزیشن کلاژن به عنوان یک عامل تعیین کننده کیفیت استخوان در موش های صحرایی WBN / Kob خود به خود دیابتی 2006؛ 1514-23.