Quantifying the contribution of collagen cross-linking to increased bone fragility

量化胶原交联对骨脆性增加的贡献

基本信息

  • 批准号:
    10448298
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 13.64万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-07-15 至 2024-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Over the last decades, the drastic rise in sugar consumption, lack of activity and socio-economic factors has led to a rapid increase in obese and type 2 diabetic populations. Diabetic adults have double the risk of fracture compared with non-diabetic adults with a similar bone mass. If it is becoming clear that high blood glucose affects bone quality and is involved in fragility fracture, the pathogenesis and mechanisms of increased fracture risk in T2D are not well understood. Our recent findings in a diabetic rat model indicate that brittle behavior in type 2 diabetic bone was primarilty due to a substantial reduction in collagen capacity of deformation rather than change in bone structure. This is thought to be associated with the increase of specific non-enzymatic cross-links known as Advanced Glycation End products (AGEs), preventing the collagen molecules to slide onto each other. However, the independent influence of AGEs cross-links on the whole-bone resistance to fracture is unknown. The overall objective of this project is to characterize the collagen nanoscale behavior to establish the role of AGE collagen crosslinks on the whole-bone mechanical behavior and bone fragility in T2D. We propose to identify these mechanisms by combining multiscale numerical modeling with dedicated experimentation. Realistic molecular-scale numerical models of mineralized collagen fibrils and finite element models will be used to establish the effect of AGEs concentration on whole-bone resistance. Synchrotron and AFM experiments will then be used to test bone’s behavior at each length scale with different AGEs concentration (achieved via ribosylation) to validate our numerical models and quantify collagen deformation as a function of whole-bone deformation. This new multiscale model will establish a new quantitative understanding of the mechanisms by which changes at the collagen level of cortical bone increase bone fracture risk in the diabetic population, ultimately identifying a novel pathway to prevent and treat fracture in diabetic patients.
项目概要 在过去的几十年里,食糖消费量的急剧增加、缺乏活动和社会经济因素导致 肥胖和 2 型糖尿病人群的迅速增加导致成年人骨折的风险增加一倍。 与骨量相似的非糖尿病成年人相比,如果高血糖的影响变得越来越明显。 骨质量并参与脆性骨折,骨折风险增加的发病机制和机制 我们对 2 型糖尿病大鼠模型的最新发现表明,2 型糖尿病的脆性行为尚不清楚。 糖尿病骨骼主要是由于胶原蛋白变形而不是改变的能力大幅降低 这被认为与已知的特定非酶交联的增加有关。 作为高级糖基化终末产物 (AGE),防止胶原蛋白分子相互滑动。 然而,AGEs 交联对全骨抗骨折能力的独立影响尚不清楚。 该项目的总体目标是表征胶原蛋白纳米级行为,以确定胶原蛋白的作用 AGE 胶原交联对 T2D 中全骨机械行为和骨脆性的影响。 通过将多尺度数值模型与专门的实验相结合来识别这些机制。 将使用矿化胶原纤维的真实分子尺度数值模型和有限元模型 确定 AGE 浓度对全骨抵抗力的影响。 然后用于测试具有不同 AGE 浓度的每个长度尺度的骨骼行为(通过 核糖基化)来验证我们的数值模型并量化胶原变形作为全骨的函数 这种新的多尺度模型将通过以下方式建立对机制的新的定量理解。 皮质骨胶原水平的变化会增加糖尿病人群的骨折风险, 最终找到了预防和治疗糖尿病患者骨折的新途径。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Effect of non-enzymatic glycation on collagen nanoscale mechanisms in diabetic and age-related bone fragility.
非酶糖化对糖尿病和年龄相关骨脆性胶原纳米级机制的影响。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-06-21
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Rosenberg, James L;Woolley, William;Elnunu, Ihsan;Kamml, Julia;Kammer, David S;Acevedo, Claire
  • 通讯作者:
    Acevedo, Claire
Advanced-Glycation Endproducts: How cross-linking properties affect the collagen fibril behavior.
高级糖化终产物:交联特性如何影响胶原纤维行为。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kamml, Julia;Acevedo, Claire;Kammer, David S
  • 通讯作者:
    Kammer, David S
Advanced-Glycation Endproducts: How cross-linking properties affect the collagen fibril behavior.
高级糖化终产物:交联特性如何影响胶原纤维行为。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-08-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kamml, Julia;Acevedo, Claire;Kammer, David S
  • 通讯作者:
    Kammer, David S
Mineral and cross-linking in collagen fibrils: The mechanical behavior of bone tissue at the nano-scale
胶原原纤维中的矿物质和交联:纳米级骨组织的机械行为
  • DOI:
    10.1109/tbdata.2016.2601934
  • 发表时间:
    2024-03-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Julia Kamml;Claire Acevedo;David S. Kammer
  • 通讯作者:
    David S. Kammer
The influence of AGEs and enzymatic cross-links on the mechanical properties of collagen fibrils.
AGE 和酶交联对胶原纤维机械性能的影响。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-01-30
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kamml, Julia;Ke, Chun;Acevedo, Claire;Kammer, David S
  • 通讯作者:
    Kammer, David S
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    $ 13.64万
  • 项目类别:
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