固态核磁共振技术进步对骨质疏松症的认识

骨质疏松症是最常见的代谢性骨病,老龄化和长寿命将其转化为全球性的流行病。最近的统计数据显示,三分之一的女性和五分之一的男性骨质疏松性骨折50岁以上的将经历一生中。目前很难诊断,因为没有临床表现,直到发生骨折,骨质疏松导致生活质量下降,以及世界各地的医疗系统的一个很大的负担。的早期诊断和评估骨骼结构和密度,以及快速获得治疗,表明预防这一疾病的方法——博士Sinha教授和他的团队的方法。

骨的固有性质,然而,作为一种固体材料,意味着它是更加困难比体液或组织在实验室分析。

生物医学研究中心的一个研究小组(CBMR),勒克瑙,为首的印度博士Sinha教授是使用固态核磁共振(NMR)谱,深入理解骨头和软骨在微观水平变化与影响骨质疏松症的病人结果的最终目标。

协作推动医学科学

生物医学研究中心(CBMR),印度,致力于建立一个世界级的研究所。是专门面向疾病的研究和翻译发现和观察从实验室到新的诊断和治疗方法,造福人类。

研究CBMR强调追求基本的科技进步通过跨学科的项目和协作。

Sinha教授的研究小组的工作侧重于研究固态核磁共振光谱学的发展由于骨质疏松症骨显微结构变化。Sinha教授在2007年加入CBMR,继续他的开创性工作领域的生物医学科学使用力量的核磁共振光谱作为他的研究的核心部分。

骨骼的分析

骨是一个组合,非晶态无机矿物质和有机蛋白质组成的生物材料如胶原蛋白、脂质和水。在骨质疏松,骨变得容易骨折。此外,骨质疏松患者骨折后恢复缓慢。这两个因素都是一个严重的疾病,特别是老年患者。

固态核磁共振光谱学的独特之处在于允许骨的准确分析和其他生物系统的绝对原生环境。还应用动态核极化(DNP) nmr骨样本,新的交互结构细节子纳米分辨率的骨头被检测到,这有助于了解骨质疏松疾病进展的机制。

独特的核磁共振的影响

Sinha教授的研究小组开发和应用先进的固态核磁共振光谱学了解骨中的各种交互,调查影响骨的力学性能的组件,特别是与断裂和后续治疗。有一个当前关注骨骼水合作用和如何改变骨骼和软骨由于年龄、疾病和治疗方案。

面临的挑战是开发一个研究项目的着重点是生物医学研究骨质疏松症。使用力量600 mhz NMR谱仪,Sinha教授的团队密切合作与力量的支持的应用程序专家专门为骨设计工具和工作流的研究。工作测量骨骼结构的差异出发,骨矿物质密度,以及随着时间的推移,随着病情的发展变化。

没有耗时的样品制备

骨的本质意味着成像需要专业仪器。因为水组件绑定,只有很短的弛豫时间,这意味着量化骨水合作用在其体内状态,分析必须在很短的时间内执行。核磁共振提供样品制备的主要优势不是必需的,而不是处理的原生状态是唯一通过固态核磁共振。

Sinha教授概述了好处:“我们真的开始推骨研究的界限,将必要的全球对抗骨质疏松症的发病率增加。固态核磁共振是理想的技术作为NMR谱仪分析一小块骨头来生成分析光谱。没有时间在样品制备,可以分析体内骨给高分辨率,准确和有意义的结果。”

调查骨水化

帮助克服的挑战与骨头,CBMR曾与力量应用敏感性增强方法包括力量有机冷冻器™,改善了系统的性能和结果的准确性。

核磁共振的吸收传统上一直受到其灵敏度较低。现在,更高程度的敏感性将有助于发现罕见的细胞核钙等骨基质开始地图的重要作用,矿物质在骨质密度和含水量。

最近的研究使用有机冷冻器帮助理解在本地环境中骨内的胶原蛋白的相互作用。研究显示4倍敏感性增强的原子水平结构细节的说明胶原蛋白在骨在原生状态。

水构成了大约四分之一的皮质骨体积和可以极大地影响力学性能。关键新兴领域相关的骨特性在于区分水内结构的作用。Sinha教授和团队设计了一系列的实验来调查含水量如何影响骨基质,细胞的高度动态系统进行连续再生。利用固态核磁共振光谱方法帮助建立骨基质中的水分的关键作用。测量顾问团collagen-mineral界面显示它的重要性作为一个参数来访问骨的力学性能。

Sinha教授解释说:“测量胶原结构,它对骨骼的影响水化及其支撑骨骼结构与接口提供的数据将用于分子结合的设计在骨基质含水量。终极目标是支持开发新药物,帮助改善病人的干预,而且,从长远来看,开发一个基于测量含水量的临床诊断方法在活的有机体内情况。”

机械的见解

骨矿化骨形成是一个关键的一步,和胶原蛋白存在于骨骼提供了一个模板的沉积磷酸钙(帽)。研究柠檬酸和骨基质内胶原蛋白之间的相互作用帮助给新的结构洞察骨的生物学。

长期以来建立的柠檬酸,丰富的骨细胞外基质(ECM)的结构组件,有高亲和力钙存储在硬组织和调节代谢中发挥着关键作用函数来保持骨骼的结构完整性。新Sinha教授和研究小组的研究已经证实,柠檬酸是不可或缺的组件apatite-collagen骨基质的纳米复合材料。参见图1。

Sinha教授补充说:“令人印象深刻的增益灵敏度鼓励的可能性进行实验来阐明3 d结构细节在骨骼和软骨的绝对原生环境天然同位素丰度。”

科学发展的共同目标

“力量贡献我们的研究至关重要,”Sinha教授说。他继续说:“自从我在2007年加入CBMR,力量给了我们很多帮助发展专业仪器和工作流能够支持使用骨基质的困难。”

CBMR未来研究将更详细地查看愈合过程。Sinha教授概述了团队下一阶段的研究:“先进的设备如冷冻器将使我们能够建立一个完整、准确的照片出现骨质疏松症带来的变化以及不同的治疗干预措施的效果。这个进步都适用于理解身体疾病的影响,以及影响骨折的愈合”。

”机制的更深入地理解变化,发生骨修复,特别是在水转移机制,将意味着我们的发现可用于未来药物发展支持,加快骨折愈合过程。我们还将继续调查工作进入软骨,含水量高于骨和退化容易osteo-arthritis相关。”

“我的经验与力量积极从一开始,我非常感谢专家的技术支持,来帮助我们保持在这一重要领域的前沿研究。
我们期待最新的1.2 GHz轨迹的应用核磁共振系统力量,帮助推动我们的研究在这个至关重要的领域。”

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的生物医学研究中心(CBMR)成立创建一个基础和临床科学家之间的紧密联系,充分利用磁共振(MR)的潜力。磁共振的重要研究领域产生了7个诺贝尔奖获得者科学的所有学科。研究CBMR强调知识的创造在化学和生物科学学科应用于诊断和治疗,通过跨学科的项目基本科学进步的追求和协作,以及教育和培训人员准备满足生物医学未来的挑战。