原発性ヒトの変形性関節性軟骨細胞におけるメカノトランスダクションは、エネルギー、脂質、およびアミノ酸の代謝によって媒介されます

軟骨細胞は、関節軟骨に見られる唯一の細胞型であり、in vivoでの機械的負荷に繰り返し依頼されます。生理学的動的圧縮により、エネルギー代謝の変化が生じると、細胞間および細胞外マトリックスを維持するためのタンパク質を生成すると仮定しました。この研究の目的は、変形性関節誘発ドナーの大腿骨頭から採取されたヒト軟骨細胞のメタボロミクスプロファイルを分析することにより、短期（30分未満）軟骨細胞応答に対する硬直性の軟骨細胞応答に対する詳細な理解を開発することでした。細胞シードのアガロース構築物を実験グループにランダムに割り当て、0、15、または30分間動的圧縮を適用しました。動的圧縮に続いて、代謝物を抽出し、HPLC-MSによって検出しました。非標的分析では、グローバルなメタボロミクスプロファイルの変化と標的分析が検討し、中心エネルギー代謝に関連する特定の代謝産物の発現を調べました。適用された圧縮によって調節された数百の代謝物を特定し、既存の代謝産物データベースには見られない16分子の検出を報告します。老化した依存性を伴う患者固有の機械伝導を観察しました。標的研究では、NADP+とNADPHの比率の一時的な増加とGDPのGTPの比率の初期減少が発見され、TCAサイクルへのエネルギーの流れが示唆されました。適用された動的圧縮に応じて一次軟骨細胞のメタボロミクスプロファイルを特徴付けることにより、この研究は、OA軟骨細胞が機械的負荷にどのように反応するかについての洞察を提供します。これらの結果は、機械的に誘導されたシグナル伝達による解糖エネルギー利用の増加と一致しており、軟骨細胞が機械的負荷を伝達する方法の複雑な画像に実質的な新しいデータを追加します。

Chondrocytes are the sole cell type found in articular cartilage and are repeatedly subjected to mechanical loading in vivo. We hypothesized that physiological dynamic compression results in changes in energy metabolism to produce proteins for maintenance of the pericellular and extracellular matrices. The objective of this study was to develop an in-depth understanding for the short term (<30min) chondrocyte response to sub-injurious, physiological compression by analyzing metabolomic profiles for human chondrocytes harvested from femoral heads of osteoarthritic donors. Cell-seeded agarose constructs were randomly assigned to experimental groups, and dynamic compression was applied for 0, 15, or 30min. Following dynamic compression, metabolites were extracted and detected by HPLC-MS. Untargeted analyzes examined changes in global metabolomics profiles and targeted analysis examined the expression of specific metabolites related to central energy metabolism. We identified hundreds of metabolites that were regulated by applied compression, and we report the detection of 16 molecules not found in existing metabolite databases. We observed patient-specific mechanotransduction with aging dependence. Targeted studies found a transient increase in the ratio of NADP+ to NADPH and an initial decrease in the ratio of GDP to GTP, suggesting a flux of energy into the TCA cycle. By characterizing metabolomics profiles of primary chondrocytes in response to applied dynamic compression, this study provides insight into how OA chondrocytes respond to mechanical load. These results are consistent with increases in glycolytic energy utilization by mechanically induced signaling, and add substantial new data to a complex picture of how chondrocytes transduce mechanical loads.