骨关节炎影响着全球2.4亿人，是人类和动物致残的最常见原因之一。
目前，还没有治疗方法来预防这种疾病，但最近在康奈尔大学的多学科研究表明，一种名为SS-31的专有肽的应用可能保护软骨免受伤害，从而导致关节炎。
米歇尔·德尔科博士(Dr. Michelle Delco ‘ 98, D.V.M. ‘ 02, D.V.M. ‘ 16)是《防止关节软骨损伤后快速、紧张依赖性线粒体功能障碍的有丝分裂保护疗法》(Mitoprotective Therapy Rapid, Strain‐Dependent disorders After关节软骨损伤后)一书的资深作者，该书于12月16日发表在《骨科研究杂志》(Journal of骨科研究)上。
Delco是一名获得委员会认证的大型动物外科医生，也是兽医学院临床科学系的助理研究教授。她在临床实践中治疗马运动员运动损伤的时间激励她寻找治疗和预防骨关节炎的方法。
德尔科说:“就像人类运动员一样，马特别容易患上与受伤有关的关节炎。”“对于人类运动员来说，这种疾病通常会结束他们的职业生涯。在我们的病人中，它可能危及生命。”
虽然骨关节炎的发病率持续上升，但目前的药物只针对症状，而不是潜在的疾病本身。“忘记预防骨关节炎吧，”她说，“现在我们甚至没有一种药物可以延缓疾病的发展。”
在年轻人和运动员中，关节炎通常是在关节损伤后发生的。但是软骨表面的损伤是如何转化为持续的退行性过程还不清楚。德尔科认为，细胞的“电池组”线粒体是这种由病至伤级联反应的关键介质，但没有直接证据证明这种作用。
现在，德尔科和他在生物医学工程和物理学领域的同事们发现，线粒体是人体对损伤做出反应的关键。他们还发现了一种可以阻断损伤反应的药物。
这种名为SS-31的药物是由77年博士Hazel Szeto开发的，他曾是威尔康奈尔医学院的药理学教授，也是这篇论文的作者之一。已知SS-31可以保护和治疗身体其他部位的线粒体。
Delco和她的CVM同事是第一个探索它对软骨的影响的人，他们在早期的研究中发现SS-31在受伤几天后帮助保护受伤的软骨细胞。Delco想进一步了解线粒体对损伤的反应，以及SS-31如何保护细胞。
“既然骨关节炎是由生物和机械因素引起的，”她说，“我们需要同时评估它们，以了解在受伤期间发生了什么。”
为了做到这一点，研究小组开发了一种新的实验装置，这种装置使他们能够观察和比较大量的软骨细胞及其线粒体在受伤期间和受伤后的情况。
“通常，为了研究线粒体，研究人员粉碎组织，分离细胞或单个线粒体，”德尔科说。“但为了研究组织损伤的影响，我们需要监测在快速撞击过程中致密软骨基质细胞的线粒体功能。”随着时间的推移，我们还必须跟踪数千个单个细胞的命运。”
为了做到这一点，德尔科使用了一个定制的弹簧活塞，它是由劳伦斯·博纳萨尔(Lawrence Bonassar)、达利特·s·伊莱恩·萨尔卡利亚(Elaine Sarkaria)和生物医学工程教授，以及艺术与科学学院的物理学教授伊泰·科恩(Itai Cohen)共同开发的。该设备对软骨样品进行一次单一的、高速的冲击。为了可视化损伤对细胞及其线粒体的生理影响，研究小组使用了特殊的染料来表明线粒体是健康的还是功能失调的，以及细胞是活的还是死的。
接下来，研究小组需要观察损伤对软骨的实时影响——这是一个实验挑战。“我们需要以大约每秒1000点的速度收集数据，并以微米级的空间分辨率，”德尔科说。
Delco和她的合作者在Lena Bartell博士的帮助下，在撞击过程中捕捉并分析了无数的数字图像和视频，Lena Bartell博士是科恩实验室的前成员，也是论文的第一作者。
“莉娜在图像分析、统计建模和机器学习方面的专长对这项研究很有帮助，”德尔科说。“这就是我们合作的力量——这项研究的每个参与者都带来了完全不同的技能和视角。我们一起对这些引发疾病的非常早期的事件有了新的认识。”
科恩表示同意。
“这就是激进合作的意义所在，”他说。“它需要整个校园范围内的专业知识，并把它们汇集到一起，做一些两组人都无法独自完成的事情。”
利用他们新开发的损伤成像系统，该实验对单个细胞在撞击过程中的命运产生了洞察。
“我们发现在对照样本中，线粒体功能障碍在损伤后立即出现，”德尔科说。“细胞器会对撞击产生的机械力做出反应。它们变得去极化——就像一个放电的电池，它们不能再驱动能量生产。它们也会肿胀，失去紧密折叠的内膜结构。”
相反，经过ss -31处理的软骨中的线粒体保持正常、健康的形态;与对照组相比，死亡细胞明显减少。“经过处理的样本与那些完全没有受伤的样本看起来非常相似，”德尔科说。
虽然SS-31的作用机制尚不完全清楚，但科学家们确实知道，在各种类型的细胞损伤中，这种肽能使线粒体维持膜结构和功能，这被称为“丝裂保护”。
德尔科说:“我们发现SS-31在机械损伤后具有这种保护作用，这令人兴奋。”“这表明有丝分裂保护可能是预防关节创伤后关节炎的一种新策略。”
Lisa Fortier博士，1998年，大型动物外科的James Law教授，也对这项工作做出了贡献，这项工作得到了国家卫生研究所，威尔康奈尔医学院临床和转化科学中心奖种子基金，和哈里M.茨威格马研究基金的支持。
劳伦·卡胡恩·罗伯茨(Lauren Cahoon Roberts)是兽医学院的传播副主任。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：http://news.cornell.edu/stories/2020/01/collaboration-reveals-potential-new-therapy-osteoarthritis