具有独特结构的骨腱连接点(BTJ),其损伤修复一直是运动医学领域里的难题。低强度脉冲超声(LIPUS)已广泛用于运动系统损伤修复。我们前期研究已证实LIPUS具有促进BTJ损伤修复的作用,这种治疗效应可能是通过促进血管发生、软骨生成和骨生成而实现,但其相关的分子机制还不十分清楚。针对不同的运动系统损伤在何时启用LIPUS治疗才能取得最佳疗效一直存在着极大争议,特别是关于LIPUS治疗BTJ损伤的最佳起始时间的研究尚属空白。本项目拟通过组织学、影像学和生物力学技术评估不同起始时间使用LIPUS治疗BTJ损伤后的愈合效果;同时利用分子生物学技术分析不同LIPUS治疗方案对损伤后BTJ愈合界面的炎症反应和后续血管、软骨、骨和腱再生启动等方面的影响。通过上述研究明确LIPUS治疗BTJ损伤的最佳起始时间,并揭示其相关的分子机制,为LIPUS用于治疗BTJ损伤的临床前评估提供科学依据。
bone tendon junction;LIPUS;fibrocartilage;regneration;synchrotron radiation Microscopy CT
骨腱连接点损伤是运动医学领域常见的损伤,我们前期研究证实,低强度脉冲超声(LIPUS)对骨腱连接点损伤的修复具有良好的促进作用,但是相关机理的研究仍不够深入,特别是如何优化LIPUS 治疗方案,例如如何选择最佳起始时间等,是将其应用到临床上治疗骨腱连接点损伤迫在眉睫需要回答的问题。本项目通过兔髌骨部分切除手术建立骨腱连接点损伤模型,利用H&E染色联合偏振光检测发现LIPUS治疗组新生骨的发生和成熟较对照组明显加快,而且胶原蛋白排列更加有序;番红素和甲苯胺蓝染色发现LIPUS能够显著促进纤维软骨层的发生,并且能提高蛋白多糖的含量;另外X线和pQCT扫描结果证实LIPUS治疗组新生骨的长度、面积、骨密度以及骨量较对照组都有显著增加;利用显微拉曼光谱技术分析骨腱连接点损伤后修复过程矿化程度和有机基质含量变化,发现LIPUS治疗能够显著促进新生骨和新生纤维软骨的发生;首次利用同步辐射显微CT技术对兔髌骨髌腱连接点进行扫描,高精度的对骨腱连接点进行三维成像重构和显微数据分析,结果也证实LIPUS治疗能够促进骨小梁的生长和成熟;同时创新性将同步辐射微束荧光分析和背散射电子成像技术结合,从一个全新的角度了解骨腱连接点区域的钙锌元素的分布情况。通过对外周血白细胞水平、流式细胞技术、免疫组化染色和qRT-PCR技术,发现LIPUS 治疗在愈合早期具有促炎作用,在组织修复后期有抑炎作用,且能够促进软骨肌腱组织修复因子的表达。生物力学结果显示LIPUS治疗能够显著提高新生骨腱连接点的拉断载荷、拉断能量和极限强度,且以术后7天起始LIPUS治疗组效果最好。通过本项目的研究,我们证实LIPUS治疗通过调节骨腱连接点损伤后炎症反应和组织修复因子的表达,以及成骨和成软骨的效应,从而促进骨腱连接点损伤后的愈合,而且在骨腱连接点损伤1周左右开始LIPUS治疗效果最佳。此项目的顺利实施,为临床上应用LIPUS治疗骨腱连接点损伤所应该采用的最佳治疗方案提供了科学依据。在该课题经费支持下共培养青年骨干医生3名,博士毕业生1名,硕士毕业生5名,在读博士生2名、硕士生2名。共发表论文10篇,其中9篇为SCI论文(总IF=25.36),1篇为CSCD,衍生出国家级课题1项,省级课题3项,校级课题1项。综上,本研究按计划完成了课题相关的主要研究内容,超额完成了实验预期成果。