درمان های اولتراسوند با شدت کم ممکن است به بازسازی زانوهای قوی تر کمک کند

به لطف تحقیقات دکتر آنو سوبرامانیان در دانشگاه آلاباما در هانتسویل (UAH) که توسط مؤسسه ملی بهداشت حمایت می شود، درمان های اولتراسوند با شدت کم ممکن است روزی زانوهای قوی تری را پس از آسیب یا جراحی بازسازی کنند.

دکتر سوبرامانیان، استاد مهندسی شیمی و مواد در UAH، بخشی از سیستم دانشگاه آلاباما، محقق اصلی تحقیقاتی بوده است که اثرات سونوگرافی بر رشد مجدد غضروف را در تحقیقات آزمایشگاهی و زانو جسد گاوی با بودجه NIH انجام داده است. قبل از پیوستن او به دانشگاه در سال 2018. کل تحقیقات NIH که تاکنون در این زمینه اعطا شده است 1,857,229 دلار است.

تحقیقات دکتر سوبرامانیان در طول سال‌ها از مرحله لوله آزمایش از طریق کار بر روی زانوی گاو جسد، آزمایش خرگوش و اکنون به تحقیقات زانوی اسب با همکاری مدل اسب دانشگاه ایالتی کلرادو (CSU) پیشرفت کرده است.

غضروفی که به عنوان بالشتک بین استخوان های زانو عمل می کند ماتریکس غنی از پروتئین با سلول های بسیار کمی است. رگ خونی ندارد بنابراین نمی تواند دوباره رشد کند. جراحان ارتوپد سعی می کنند آن را با تکنیکی جبران کنند که در استخوان مجاور سوراخ می شود تا شکستگی های ریز برای تولید خون غنی از سلول های بنیادی ایجاد کند.

برخی از سلول های مزانشیمی ایجاد شده به نوع دیگری تبدیل می شوند، سلول های کندروسیت که برای رشد مجدد کلاژن مورد نیاز هستند. اما برخی در عوض تبدیل به فیبروبلاست می شوند و شکل بسیار کمتری از کلاژن را ایجاد می کنند.

نتیجه یک پیوند ضعیف تر و احتمال شکست در آینده در جایی که آسیب یا مداخله جراحی رخ داده است است. دکتر سوبرامانیان روشی کم هزینه را بررسی کرده است که از درمان مداوم اولتراسوند با شدت کم (cLIUS) برای رشد مجدد غضروف با کیفیت بعد از عمل در مفاصل مانند زانو یا شانه استفاده می کند.

بر اساس 494000 دلار کمک هزینه مستمر R01-NIH که بخشی از کل جایزه 1,957,903 دلاری وی است، سونوگرافی پس از جراحی های اسب در CSU استفاده خواهد شد. تحقیقات پیشرفته ما را به زمانی نزدیک می‌کند که زانوی آسیب دیده تحت تصویربرداری تشدید مغناطیسی قرار می‌گیرد و سپس کامپیوتر به جراح می‌گوید کجا و چگونه بهترین سونوگرافی را بعد از عمل انجام دهد تا رشد مجدد غضروف‌ها دارای ویژگی‌هایی بسیار نزدیک به ماده اصلی باشد.

دکتر سوبرامانیان می‌گوید: «ما اثبات مفهوم را در مدل خرگوش نشان داده‌ایم و در حال حاضر در حال کار برای ترجمه این یافته‌ها به یک مدل حیوانی بزرگ‌تر، مدل اسب هستیم، که ویژگی‌های مشترکی نزدیک به انسان دارد». .

در CSU، دکتر براد نلسون و دکتر جرمیا ایزلی جراحی‌ها را بر روی گوسفند انجام می‌دهند و رژیم اولتراسوند را برای ترمیم عیوب در گوسفند آزمایش می‌کنند. آنها همچنین به ارزیابی ترمیم با استفاده از تکنیک‌های بیومکانیکی و ایمنی کمک خواهند کرد.

دکتر نلسون استادیار جراحی اسب در CSU است، در حالی که دکتر ایزلی یکی از مدیران آزمایشگاه تحقیقات جراحی پیش بالینی CSU و استادیار دپارتمان علوم بالینی CSU است.

او می گوید: «همچنین امیدوارم بتوانم به همکاری خود با دکتر هندریک ویلجون، استاد برجسته دپارتمان مهندسی شیمی و بیومولکولی در دانشگاه نبراسکا-لینکلن ادامه دهم. من و او این پروژه را با هم در UNL شروع کردیم.

دکتر سارما رانی، دانشیار مهندسی مکانیک و هوافضا UAH، یکی از محققین کمک هزینه فعلی است که از دانشجویان دکتری شهید خان (علم بیوتکنولوژی)، آریانا سینگ بهاتی (بیوتکنولوژی)، ساتیک باسو (مهندسی مکانیک و هوافضا) نیز حمایت می کند. ) و اوون تریپانی (مهندسی مکانیک و هوافضا؛ مهندسی شیمی و مواد).

دکتر سوبرامانیان می‌گوید: پس از اولین تأیید توسط کمیته مراقبت و استفاده از حیوانات سازمانی (IACUC) انجمن آمریکایی علوم آزمایشگاهی حیوانات، تحقیقات قبلی در خرگوش در نشان دادن اینکه اولتراسوند باعث ادغام بافت‌های تازه رشد کرده با بافت بومی اطراف می‌شود، موفقیت‌آمیز بود. این اثبات دیگری بر این مفهوم در الگوی تحقیقاتی پله‌ای بود که برای پیشبرد فناوری‌هایی مانند اولتراسوند به سمت استفاده انسانی استفاده می‌شود.

به طور خلاصه، ما با جراحی با استفاده از تکنیکی به نام شکستگی کوچک، نقص‌هایی را در مفاصل زانو خرگوش ایجاد کردیم، که در آن یک نقص کوچک ایجاد می‌شود و غضروف‌ها جدا می‌شوند و سوراخ‌های کوچکی در استخوان زیرین ایجاد می‌شود تا منبع درون‌زای سلول‌های بنیادی مزانشیمی را مهار کند. پتانسیل درمانی،” او می گوید.

دکتر سوبرامانیان می‌گوید: «نتایج ما نشان می‌دهد که بهبود نقایص غضروفی درمان شده با میکروشکستگی را می‌توان با استفاده از رژیم cLIUS در فرکانس سودمند تسریع کرد. ما در مطالعه تایید شده توسط IACUC خود نشان داده‌ایم که مفاصلی که در هنگام شکستگی سونوگرافی دریافت می‌کنند، در مقایسه با مفاصل کنترلی که هیچ سونوگرافی دریافت نکرده‌اند، اما تحت ریزشکستگی قرار گرفته‌اند، ترمیم غضروف و امتیازات ترمیم بهتری دارند.

او می‌گوید: نتایج همچنین نشان داد که اولتراسوند می‌تواند ترمیم را در محیط اولیه التهابی مفصل که بلافاصله پس از جراحی یا آسیب انجام می‌دهد، تشویق کند. دکتر سوبرامائیان می گوید: «التهاب در مرحله بازیابی و بازسازی نقش مهمی در تعدیل نتیجه ترمیم دارد.

به عنوان مثال، در طول مرحله بهبودی اولیه، محیط مفصل حاوی مجموعه‌ای از سیتوکین‌ها است که اگر کنترل نشود، می‌تواند اثر کاتابولیک داشته باشد و روند ترمیم را مختل کند. بنابراین، روش‌های درمانی باید ترمیم و ترمیم را تشویق کنند، اما همچنین آن‌ها را کاهش می‌دهند. اثرات کاتابولیک سیتوکین ها موجود است. کار ما نشان داده است که سونوگرافی با شدت کم مداوم، زمانی که در رژیم مفید استفاده می شود، باعث ترمیم و بازسازی در یک محیط التهابی می شود.

در تحقیقات خرگوش، التهاب توسط خود فرآیند جراحی ایجاد شد.

از دیدگاه علمی بسیار ابتدایی، ما نشان داده‌ایم که اولتراسوند می‌تواند سلول‌های بنیادی مزانشیمی چند توان را تشویق یا تشویق کند تا از سلسله سلول‌هایی که غضروف را پر می‌کنند، استفاده کنند و این کار را در یک محیط پیش التهابی با استفاده از ماشین‌های کنترل سلولی بسیار خاص انجام دهند. “او می گوید.

دکتر سوبرامانیان می گوید که او همیشه مجذوب تلاقی مشکلات مقطعی بین زیست شناسی، پزشکی و مهندسی بوده است.

او می‌گوید: «من فکر می‌کنم دیدگاه مهندسی من جنبه‌های کمی را برای این تحقیق به ارمغان می‌آورد و می‌توانم چالش‌های اساسی را با استفاده از رویکرد مدل‌سازی فرآیند تعریف کنم. طی سال‌ها، من بیشتر و بیشتر به بیولوژی غضروف و جنبه‌های بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی زیربنایی پرداخته‌ام.

او مناطق اکتشاف جدید را در طول تحقیق شناسایی کرده است. او می‌گوید: «یکی از جالب‌ترین مشکلاتی که نیاز به بررسی دارد این است که بلافاصله پس از ضربه مفصل چه اتفاقی برای مفصل و بافت‌های تشکیل‌دهنده آن می‌افتد.

اگر وقایع پس از توهین اولیه حل نشده باقی بماند، ممکن است آسیب طولانی مدت مفصل رخ دهد.

او می گوید: «در این پروژه با بودجه NIH، من به ترمیم طولانی مدت غضروف می پردازم. من اکنون شروع به ایجاد مدل‌های چند بافتی ex-vivo (خارج از بدن زنده) برای درک بهتر وقایع اولیه پس از ترومای مفصلی کرده‌ام، و این تمرکز من برای پنج سال آینده باقی خواهد ماند.