Компьютерная модель клеточной среды внутри колена, разработанная исследователями Юго-западного медицинского центра UT, проливает свет на то, почему у женщин, как правило, худшие результаты после травм колена, чем у мужчин. Их выводы, опубликованные в Scientific Reports , могут способствовать исследованию новых методов лечения воспалительных заболеваний колена и персонализированного лечения для пациентов с этими заболеваниями.

«При планировании любого медицинского вмешательства важно учитывать физиологические различия между мужчинами и женщинами», — сказал Ясин Дхахер, доктор философии, профессор физиотерапии и реабилитации и исследователь в Институте мозга Питера О\’Доннелла-младшего при Юго-Западном университете Техаса.

«В этом исследовании представлена ​​первая биологически обоснованная и вдохновленная математическая модель воспаления синовиальных суставов, которая учитывает эндокринные половые различия, продвигая вперед точечные методы лечения».

Доктор Дхахер руководил исследованием совместно с Коннером Хатчерсоном, доктором философии, бывшим аспирантом UTSW. Доктор Хатчерсон в настоящее время является научным сотрудником Института науки и образования Ок-Риджа, оказывая поддержку Управлению передовых биомедицинских исследований и разработок в Министерстве здравоохранения и социальных служб США (HHS).

Посттравматический остеоартрит (ПТОА), который развивается после значительной травмы сустава и часто поражает колено, является основной причиной инвалидности. Женщины не только чаще получают травмы колена, но и чаще страдают ПТОА.

Исследователи давно предполагали, что причиной этих различий могут быть гендерные различия в анатомии колена. Однако, по словам доктора Хатчерсона, лишь немногие исследования были сосредоточены на том, как гормональные различия между полами, включая изменения, происходящие во время менструального цикла , могут влиять на результаты после травм колена.

Сбор данных непосредственно от пациентов-людей проблематичен, поскольку сбор образцов тканей и жидкости изнутри колена является чрезмерно инвазивным, объяснил доктор Дхахер. Тем не менее, немногие существующие компьютерные модели травм колена не включают в себя эффекты, зависящие от пола, включая эффекты гормонов, сказал он.

Чтобы заполнить этот пробел, доктора Дхахер и Хатчерсон и их коллеги построили компьютерную модель, первоначально представленную в 2018 году доктором Дхахером и его коллегами-исследователями, когда он работал в Северо-Западном университете. Новая модель исследовала, как три типа клеток реагируют на различные концентрации эстрогена, прогестерона и тестостерона — трех основных половых гормонов — после смоделированной травмы колена. Этими типами клеток являются хондроциты, которые образуют хрящ; синовиальные фибробласты, которые образуют оболочку, окружающую коленный сустав; и макрофаги, преобладающий тип иммунных клеток, обнаруженных в колене.

Для построения новой модели ученые собрали данные из исследования гормональных изменений во время менструального цикла у женщин, проведенного в UTSW, а также из ранее опубликованных исследований, в которых изучалось, как клетки реагируют на воспалительные белки и половые гормоны.

Новая модель предполагает, что когда концентрация эстрогена достигает максимума во время менструации (обычно непосредственно перед овуляцией), клетки в колене, подвергшемся смоделированной травме, вырабатывают больше провоспалительных белков и ферментов, которые разрушают ткани колена, а также вырабатывают меньше противовоспалительных белков.

Напротив, повышенный уровень тестостерона, характерный для гормональной среды внутри мужских коленей, привел к снижению выработки провоспалительных белков и деградирующих ферментов, одновременно увеличивая выработку противовоспалительных белков .

Доктор Хатчерсон отметил, что из всех типов клеток и молекул, исследованных в модели, наибольшее влияние на воспалительный процесс оказывают макрофаги, проникающие в колено после травмы , и вырабатываемые ими белки. Это позволяет предположить, что терапия, направленная на эти агенты, может оказать наибольшее влияние на профилактику или лечение ПТОА.

Авторы исследования предполагают, что их модель в конечном итоге может быть использована для изучения того, как лекарства влияют на воспаление в смоделированных мужских и женских коленях. Они добавили, что врачи в будущем могли бы использовать подобную систему для разработки персонализированных методов лечения ПТОА и других состояний, включающих конкретные биологические характеристики пациента.