Arthroscopic Raman Monitoring of Cartilage Content for PTOA Diagnosis and Chondroregenerative Treatment Response

关节镜拉曼监测软骨含量用于 PTOA 诊断和软骨再生治疗反应

基本信息

项目摘要

Arthroscopic Raman Monitoring of Cartilage Content for PTOA Diagnosis and Chondroregenerative Treatment Response PTOA is a common, incapacitating, chronic condition among individuals who sustain traumatic joint injuries. Currently, even after “successful” surgical reconstruction of the trauma-induced pathoanatomy, supplemented with chondroregenerative interventions, cartilage degeneration continues to progress. Therapies to improve PTOA clinical outcomes are being developed, including chondroprotective disease modifying drugs that mitigate or reverse degeneration of cartilage lesions and chondroregenerative tissue engineering platforms that better recapitulate the composition and structure of healthy hyaline cartilage. However, the ability to assess the efficacy of PTOA treatments that preserve and/or regenerate cartilage is burdened by a lack of standardized diagnostic biomarkers that can objectively evaluate the efficacy of PTOA treatments. For clinical diagnostics, arthroscopic- based macroscopic cartilage grading systems (Outerbridge, ICRS) and MRI portrayals of cartilage composition are, at best, only moderately correlated with quantitative assessments of cartilage composition and material properties relevant to the mechanical integrity and functional performance of the regenerate tissue. Raman spectroscopy is an inelastic light scattering technique that reflects individual molecular vibrational bonds, corresponding to specific biochemical building blocks of key cartilage constituents: GAG, collagen, and water. We propose developing a comprehensive Raman platform for monitoring cartilage compositional biomarkers over the hierarchy of model systems employed for cartilage treatment research, including: 1) a clinical Raman- based arthroscopic probe that achieves real-time analysis of cartilage in in vivo animal studies and patient clinical trials, and 2) a tissue-culture compatible Raman-spectroscopy-interfaced plate reader for the rapid, non- destructive, repeated-measure analysis of live cartilage explants ex vivo. We hypothesize that derived Raman biomarkers can predict the composition, morphology, and material properties of cartilage in response to chondroprotective and/or chondroregenerative treatments more accurately than MRI and arthroscopic-based macroscopic cartilage grading systems (Outerbridge, ICRS). We examine this hypothesis over the hierarchy of PTOA therapy-development model systems including in vitro systems—Ovine cartilage explants subjected to injury and treatment with chondroprotective drugs, engineered cartilage grafts subjected to physiologic + supra- physiologic loading  inflammatory cytokines, and human cartilage explants from autopsy and arthroplasty donors—and an in vivo system-- an ovine stifle joint subjected to PTOA injury, surgical repair, and drug treatments. Through objective assessments of the efficacy of emerging cartilage therapies over the hierarchy of R+D model systems—ex vivo, in vivo, clinical—Raman spectroscopy assessments can advance the next generation of PTOA interventions into the clinic. The translation of Raman-based arthroscopy into a safe, effective medical platform can be transformative for clinical practice, enabling rapid and efficient identification of PTOA cartilage lesions and monitoring of neocartilage regeneration during routine arthroscopy.
关节镜面拉曼对PTOA诊断的软骨含量监测和ChonedRororegenerative 治疗反应 PTOA是维持创伤性关节伤害的个体中常见,无能为力的慢性抗议。 目前,即使在“手术重建”之后 随着chonedrororegenerative的干预措施,软骨变性继续前进。 正在开发PTOA临床结果,涉及修饰药物来减轻的药物 或软骨病变和有争议的组织工程平台的反向变性 但是,概括了健康透明软骨的组成和结构。 缺乏标准化诊断的保留和/或再生软骨的PTOA治疗 可以客观地评估PTOA治疗的生物标志物。 基于宏观软骨分级系统(Outerbridge,ICR)和软骨组成的MRI刻画 充其量只与软骨软骨组成和物质的定量评估相关 与再生组织的机械完整性和功能性能相关 光谱法是一种无弹性散射技术,反映了个体的分子振动键, 对应于特定的生物化学构建基块:堵塞,胶原蛋白和水。 我们建议开发一个全面的拉曼平台,以监视软骨组成生物标志物 在软骨治疗研究的模型系统的层次结构上,包括:1)临床拉曼 - 基于关节镜探测器在体内动物研究和患者临床中实现软骨的实时分析 试验和2)组织文化兼容兼容的拉曼 - 谱透镜隔膜快速,noton- 活软骨外植体的破坏性,重复测量分析我们假设衍生的拉曼 生物标志物可以预测软骨的组成,形态和物质特性。 比MRI和基于关节镜的软骨保护剂和/或chonedroregenerative治疗更准确 宏观软骨分级系统(Outerbridge,ICR)。 PTOA疗法开发模型系统,包括体外系统 - 植物软骨外植体。 受到生理学 + SOPRA的软骨移植物的损伤和治疗 生理负荷炎炎性细胞因子和尸检和关节置换术的人体软骨外植体 供体 - 和一个体内系统 - 受PTOA损伤,手术修复和药物的IVINE窒息关节 治疗方法。 R+D模型系统 - EX Vivo,体内,临床 - Raman光谱评估可以推进Nextt PTOA干预措施将基于拉曼的关节镜转化为安全 有效的医疗平台可以进行临床实践的变革,从而可以快速而效率地识别 常规关节镜检查期间,PTOA软骨病变和新能力再生的监测。

项目成果

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