Biointerface science: Molecular basis of articular cartilage boundary lubrication

生物界面科学:关节软骨边界润滑的分子基础

基本信息

  • 批准号:
    355591-2009
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.19万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2013-01-01 至 2014-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Articular cartilage is the tissue at the ends of long bones that bears load and slides relative to an apposing tissue surface in a fluid filled cavity. Such tissue-tissue interfaces in the body are called biointerfaces. The nearly frictionless articulation of cartilage in knee joints is due to the remarkable lubrication properties of cartilage and the surrounding synovial fluid. Boundary lubrication is an essential mechanism of articular cartilage lubrication where surface-to-surface contact of apposing cartilage surfaces occurs, and surface bound molecules enhance lubrication. This mode of lubrication is particularly important for the protection and maintenance of articular cartilage, and is thought to be due to interactions of molecules in synovial fluid with the articular surface. Proteoglycan 4 (PRG4), classically referred to as 'lubricin', and hyaluronan are two such molecules in synovial fluid that are also present at the surface of articular cartilage. PRG4 and hyaluronan, both alone and in combination, provide boundary lubrication of articular cartilage. The physical properties of molecules like PRG4 are generally determined by their ability to form aggregate structures called multimers. Indeed, PRG4 has recently been shown to exist in normal synovial fluid as multimers. The goal is this work is therefore to determine if the aggregation of PRG4 that occurs in normal synovial fluid affects its ability to interact with hyaluronan, to adhere to the surface of articular cartilage, and thereby function as an effective boundary lubricant. The planned experiments will use a unique combination of novel biochemical and biomechanical methods to first purify PRG4 molecules from synovial fluid, then assess their ability to interact with hyaluronan and the articular surface, and finally to provide boundary lubricating function. This work will result in significant advances in basic science by contributing to the understanding of a fundamental cartilage lubrication mechanism relevant to knee joint integrity (and potentially other biointerfaces), and orthopeadic bioengineering by providing the basis for potential development of new synovial fluid therapeutics in Canada for the treatment of injured joints or maintenance of healthy joints.
关节软骨是长骨末端的组织,其在充满流体的腔中承受载荷并相对于对置组织表面滑动。这样的组织-组织界面在体内被称为生物界面。膝关节软骨几乎无摩擦的关节是由于软骨和周围滑液显着的润滑特性。边界润滑是关节软骨润滑的基本机制,其中发生并列软骨表面的表面与表面接触,并且表面结合分子增强润滑。这种润滑模式对于保护和维持关节软骨特别重要,并且被认为是由于滑液中的分子与关节表面的相互作用。蛋白聚糖4(PRG 4),经典地称为“润滑素”,和透明质酸是滑液中的两种这样的分子,其也存在于关节软骨的表面。PRG 4和透明质酸,单独和组合,提供关节软骨的边界润滑。像PRG 4这样的分子的物理性质通常由它们形成称为多聚体的聚集体结构的能力决定。事实上,PRG 4最近已显示作为多聚体存在于正常滑液中。因此,这项工作的目标是确定在正常滑液中发生的PRG 4的聚集是否影响其与透明质酸相互作用的能力,粘附到关节软骨的表面,从而起到有效的边界润滑剂的作用。计划中的实验将使用新型生物化学和生物力学方法的独特组合,首先从滑液中纯化PRG 4分子,然后评估它们与透明质酸和关节面相互作用的能力,最后提供边界润滑功能。这项工作将导致基础科学的重大进展,有助于理解与膝关节完整性(以及潜在的其他生物界面)相关的基本软骨润滑机制,并通过为加拿大治疗受伤关节或维护健康关节的新滑液疗法的潜在开发提供基础,促进骨科生物工程。

项目成果

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