Removal of glycosaminoglycans affects the in situ mechanical behavior of extrafibrillar matrix in bone.
Removal of glycosaminoglycans affects the in situ mechanical behavior of extrafibrillar matrix in bone.
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去除糖胺聚糖影响骨中纤维外基质的原位力学行为。
DOI：
10.1016/j.jmbbm.2021.104766
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发表时间：
2021-11
影响因子：
3.9
通讯作者：
Wang X
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Han Y;Gomez J;Hua R;Xiao P;Gao W;Jiang JX;Wang X
先前的研究表明，骨基质中的糖胺聚糖（GAG）与骨基质中的水结合，可能在增强骨组织方面发挥重要作用。由于 GAG 很可能仅存在于骨的纤维外基质 (EFM) 中，因此我们假设 EFM 中的 GAG 会对骨组织的韧性产生重大影响。为了证实这一猜想，我们使用蛋白质去糖基化混合试剂盒从人体尸体骨样品中离体去除 GAG，然后使用高分辨率原子力显微镜 (AFM) 检查矿化胶原纤维 (MCF) 和样品周围 EFM 的原位机械行为。通过测试去除 GAG 前后的骨样本，我们发现在潮湿条件下，去除 GAG 会导致 EFM 和 MCF 的弹性模量增加，而主要在 EFM 中观察到塑性能量耗散显着降低。相比之下，在干燥条件下，GAG 的去除对 MCF 或 EFM 的机械性能几乎没有影响。这些结果表明，MCF 和 EFM 都有助于骨的塑性能量耗散，而在存在基质水的情况下，GAG 的去除会显着降低 EFM 的塑性能量耗散能力，但 MCF 不会。此外，GAG 可能会影响 EFM 和 MCF 的弹性模量。这些发现使人们对 GAG 增强骨组织的潜在机制有了新的认识。
Previous studies have shown that glycosaminoglycans (GAGs) in bone matrix, coupling with water in bone matrix, may play a significant role in toughening bone tissues. Since GAGs are most likely present only in the extrafibrillar matrix (EFM) of bone, we hypothesized that GAGs in EFM would have a major impact on bone tissue toughness. To confirm this conjecture, we removed GAGs ex vivo from human cadaveric bone samples using a protein deglycosylation mix kit and then examined the in situ mechanical behavior of mineralized collagen fibrils (MCFs) and the surrounding EFM of the samples, using a high-resolution atomic force microscopy (AFM). By testing the bone samples before and after removal of GAGs, we found that under the wet condition removal of GAGs resulted in an increase in the elastic modulus of both EFM and MCFs, whereas a significant decrease in plastic energy dissipation was observed mainly in EFM. In contrast, under the dry condition the removal of GAGs had little effects on the mechanical properties of either MCFs or EFM. These results suggest that both MCFs and EFM contribute to the plastic energy dissipation of bone, whereas in the presence of matrix water removal of GAGs significantly reduces the capacity of EFM in plastic energy dissipation, but not MCFs. In addition, GAGs may affect the elastic modulus of both EFM and MCFs. These findings give rise to new understanding to the underlying mechanism of GAGs in toughening of bone tissues.
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影响因子：
5.2
作者：
Bailey S;Karsenty G;Gundberg C;Vashishth D
通讯作者：
Vashishth D
DOI：
10.1098/rsif.2015.0701
发表时间：
2015-10-06
期刊：
Journal of the Royal Society, Interface
影响因子：
--
作者：
Andriotis OG;Chang SW;Vanleene M;Howarth PH;Davies DE;Shefelbine SJ;Buehler MJ;Thurner PJ
通讯作者：
Thurner PJ
影响因子：
4.2
作者：
CURREY, JD
通讯作者：
CURREY, JD
影响因子：
3
作者：
Balooch, M.;Habelitz, S.;Marshall, G. W.
通讯作者：
Marshall, G. W.
影响因子：
4
作者：
Boskey, A
通讯作者：
Boskey, A