Spatial correlation of osteocyte gene response to local mechanical strain in bone tissue

骨细胞基因对骨组织局部机械应变反应的空间相关性

基本信息

  • 批准号:
    9978307
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 18.57万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-04-01 至 2022-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary There were more than 2 million osteoporotic fractures in the U.S. in 2005, which exceeded the incidence of heart attack, stroke, and breast cancer combined. Osteoporotic fractures are associated with a high level of mortality and morbidity; more than one in five patients who suffer a hip fracture will die within one year due to causes related to their injury. The annual medical costs exceeded $17 billion in 2005 and are expected to increase to $25 billion by 2025. Bone physiology and adaptation are regulated by mechanical loading, which alters gene and protein expression in bone cells. Mechanical loads on bone are sensed by osteocytes embedded in the bone that signal to progenitor cells on the bone surface and in the marrow. Experiments have identified threshold levels of bone strain and cell shear stress that trigger osteocyte signaling, but are generally aggregated over many cells or larger regions of bone. These measures provide limited information about the stochastic or variable nature of cell responses to load. In the near future, computational power will allow models of bone adaptation incorporating response to individual cell signaling molecules to be employed to explore bone physiology and predict the response of bone to new treatments. Such models will provide better insight into experimental and clinical data related to bone diseases. In anticipation of these models, the goal of this project is to measure the probability of expression of key signaling genes in osteocytes based on the local mechanical environment. The aims are to measure gene expression in bone subsequent to controlled loading in a bioreactor system, calculate the stress field using high-fidelity computational models, and perform spatial correlations to determine the likelihood of altered gene expression for a given mechanical environment.
项目摘要 2005年,美国有超过200万个骨质疏松性骨折,超过了发病率 心脏病发作,中风和乳腺癌的总和。骨质疏松性裂缝与高水平有关 死亡率和发病率;由于 与他们的受伤有关的原因。 2005年,年度医疗费用超过170亿美元,预计将 到2025年增加到250亿美元。 骨骼生理和适应受到机械负荷的调节,从而改变基因和蛋白质 在骨细胞中的表达。骨骼上的机械负荷被嵌入骨骼中的骨细胞感测 向骨表面和骨髓中的祖细胞发出信号。实验已经确定了阈值水平 骨骼应变和细胞剪切应力触发骨细胞信号传导,但通常在许多地方聚集 细胞或较大的骨骼区域。这些措施提供了有关随机或可变的有限信息 细胞对负载的反应的性质。 在不久的将来,计算能力将允许骨骼适应模型结合对 用于探索骨骼生理的单个细胞信号分子,并预测 骨头到新疗法。这样的模型将更好地了解与 骨骼疾病。为了预期这些模型,该项目的目的是衡量 基于局部机械环境的骨细胞中关键信号基因的表达。目的是 测量生物反应器系统中受控负荷后骨中的基因表达,计算应力 使用高保真计算模型的字段,并执行空间相关性以确定 给定机械环境的基因表达改变。

项目成果

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