化学信号模拟软骨细胞的运动

众所周知，软骨很难修复或生长，但杜克医学院的研究人员在了解如何再生结缔组织方面迈出了一步。通过向软骨细胞中添加一种化学物质，化学信号刺激了新的软骨生长，模拟了体育活动的效果。

该研究结果发表在《科学》杂志的网络版上美国国家科学院院刊2014年1月13日的一篇论文指出，一种名为TRPV4的离子通道可能是治疗骨关节炎甚至再生软骨的新疗法的潜在靶点。

关节软骨是排列在臀部、膝盖和肩膀等关节上的组织，提供缓冲和平稳运动。与骨骼和肌肉相似，软骨只有通过施加压力才能保持健康和强壮体育活动．

关节上的异常力会引起各种问题，导致疼痛和丧失活动能力。过度使用或受伤导致关节过度负荷会导致软骨断裂，而不使用则会导致软骨萎缩。这两种软骨退化都会导致关节易患骨关节炎，这是一种退行性和使人衰弱的疾病。

直到最近，研究人员还不知道软骨是如何将机械负荷转化为促进生长的离子通道信号的。了解软骨如何感知机械负荷可以让研究人员掌握预防或更好地治疗关节疾病所需的知识。

“机械负荷在软骨的整体健康中起着至关重要的作用，”杜克大学矫形外科Laszlo Ormandy教授、该研究的资深作者Farshid Guilak博士说。“如果我们能弄清楚软骨细胞是如何感知机械负荷的，我们就可以欺骗它们，让它们以为自己正在锻炼，或者阻止它们对异常负荷做出反应。把它看作是对软骨的人工锻炼。”

在这项由医学博士克里斯托弗·奥康纳领导的研究中，研究人员观察了关节软骨并专注于TRPV4，这是软骨细胞中丰富的离子通道，可以在机械加载时打开。当研究人员使用机械负荷“锻炼”软骨细胞时，细胞感知到负荷并生长软骨组织．当他们添加了一种阻断TRPV4的化合物时，基本上就关闭了来自大脑的信号离子通道时，软骨不再生长，机械负荷的作用也消失了。

接下来，研究人员用机械负荷代替了激活TRPV4的化学物质。在不锻炼软骨的情况下，他们观察到软骨的生长甚至比机械负荷更明显。研究结果表明，TRPV4负责感知软骨中的机械负荷。

现在他们知道打开TRPV4可以模拟机械负荷在软骨细胞在美国，研究人员正在寻找利用这种潜力的方法。

“我们的下一步是看看这种合成‘锻炼’技术是否适用于人类细胞，可以用来再生新的人类软骨，”奥康纳说，他正在北卡罗来纳大学教堂山分校完成他的医学博士学位，并在杜克大学骨科生物工程实验室与吉拉克一起完成他的论文工作。

除了生长新的软骨外，研究人员还将研究激活或阻断TRPV4的化合物是否可以作为预防疾病的新疗法软骨变性和关节疾病。