基于力生长因子的力生物学骨重建模型

背景:力学信号传导是应力与生长关系中研究热点。力生长因子是一种应力敏感因子,力学刺激作用下在成骨细胞中表达,与应力作用对骨代谢的调控有类似的效应。目的:探讨骨重建过程中力学信号的传导,在细胞分子水平揭示应力与生长的关系。方法:建立力生长因子与力学激励关系控制方程、力生长因子对成骨细胞和破骨细胞调控作用控制方程、力生长因子对RANK-RANKL-OPG信号轴调控作用控制方程,进而建立以力生长因子作为介导的骨重建力生物学数学模型,并应用该模型进行了力学刺激下骨重建过程的模拟。结果与结论:(1)废用时,成骨细胞/破骨细胞比值降低,骨平衡为负,骨量减少,骨体积分数降低;(2)过载时,成骨细胞/破骨细胞比值升高,骨平衡为正,骨量增加,骨体积分数增加。模拟结果符合Frost力学调控系统理论;(3)结论:以力生长因子作为力生物学信号的传导的介导,提出力生物学骨重建数学模型,实现了骨重建过程中力生物学信号的转导。