创伤后骨关节炎是一种肌肉骨骼疾病，尤其影响年轻和活跃人群的生活。早期干预抑制软骨损伤进展是至关重要的。为了预测干预会如何影响受伤膝关节的状态，骨关节炎进展的生物力学和炎症方面的知识是必要的。目前，研究人员首次在基于物理的计算模型中捕捉到两种机制，预测前交叉韧带损伤和重建后软骨退化和可能的恢复情况。一项国际合作研究(UEF, UCSF, CC, MIT)的成果最近发表在《骨科研究杂志》上。
前交叉韧带断裂是一种典型的运动损伤。韧带重建手术可以治疗膝关节损伤，目的是恢复关节环境到健康状态。然而，这一目标并非总能实现。相反，生物力学负荷可能会局部升高，关节炎症可能导致膝关节肿胀和疼痛。这两种机制也会促进位于骨头末端的关节软骨的退化，可能导致一种叫做骨关节炎的致残疾病。
目前，骨关节炎还没有治愈方法。因此，预防疾病进展是一个有声望的目标，只有在了解疾病机制和预测其影响的情况下才能实现。深刻的预测为新的干预策略的设计和疗效的评估打开了大门。为了应对这些挑战，来自东芬兰大学(UEF)、加州大学旧金山分校(UCSF)、克利夫兰诊所(CC)和麻省理工学院(MIT)的研究人员现在报告了一种新的工作流程，用于预测生物力学，而且是首次，创伤后骨关节炎发生的炎症相关变化。
该工作流程包括韧带重建患者的磁共振成像、临床步态分析和特定主题的3D计算模型，这些模型提供了对软骨成分时间依赖性降解变化的深入了解。通过获取患者膝关节的滑膜液，研究人员还可以将炎症分子的临床浓度纳入计算模型。
“当将模型预测与1年和3年随访时间点的定量磁共振图像进行比较时，我们发现软骨变性的位置具有惊人的相似性。简而言之，组织剪切导致的生物力学退化尤其发生在软骨病变附近，而炎症的影响在更广泛的区域可见，”该论文的第一作者、博士后研究员Gustavo Orozco博士说。
“有趣的是，我们的模型还预测，如果炎症可以在变成慢性之前停止，软骨成分更接近健康水平的恢复是可能的。”通过快速清除促炎分子以及用药物补充滑膜液以防止细胞因子过度激活，这种情况可能是可行的，”早期研究员Atte Eskelinen, M.Sc补充道。
长期目标是开发新一代计算力学生物学模型，能够预测未来几年生物力学和生化骨关节炎进展机制的影响。这项新研究是这条道路上的一个里程碑，它强调了将步态分析和滑膜液样本纳入预测数值模型的可行性。
早期研究人员Joonas Kosonen, m.c.总结道:“我们的计算方法在未来也可以得到增强，包括不同的康复方案，比如减肥，抗分解药物，以数字预测指导医疗专业人员的决策。”
