Collagen Structure Orientation at the Bone–Cartilage Interface
Creators
- 1. Sunway University
- 2. Kocaeli Üniversitesi
- 3. Paul Scherrer Institute
Description
Abstract The articular cartilage overlying subchondral bone consists of variously oriented collagen fibres, the detailed organisation of which is essential for cartilage integrity that has suffered damage in degenerative joint disease such as osteoarthritis (OA). A technique attracting particular interest is that of coherent small-angle X-ray scattering mapping; the present investigations are supported by PILATUS, a highly pixelated two-dimensional detector system developed at the Paul Scherrer Institute (PSI). The system has yielded information on the anatomical features that correspond to the large-scale organisation of collagen and the mineralised phase contained within the collagen fibres in the deep cartilage zone. Results obtained from a decalcified cartilage–bone sample have been plotted in terms of the orientation of cartilage and bone components for particular intervals of k -space, showing the organisation of collagen-II within superficial layers and collagen-X in the chondrocyte-rich deeper layers of cartilage. It is apparent in undamaged cartilage that there is a gradual reorientation of the collagen-II fibres of the cartilage, from parallel to the surface of the joint, to normal to the cartilage–bone interface. A similar pattern of orientation is seen below the cement line (the surface at which cartilage anchors to the bone), for the collagen type-I prevalent in bone. Changing the interval of k -space allows subchondral features such as the microvasculature to be seen.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الخلاصة يتكون الغضروف المفصلي الذي يعلو العظم تحت الغضروف من ألياف الكولاجين ذات التوجهات المختلفة، والتي يعد تنظيمها التفصيلي ضروريًا لسلامة الغضروف الذي عانى من تلف في أمراض المفاصل التنكسية مثل الفصال العظمي (OA). هناك تقنية تجذب اهتمامًا خاصًا وهي رسم خرائط متماسكة لتشتت الأشعة السينية بزاوية صغيرة ؛ يتم دعم التحقيقات الحالية بواسطة بيلاتوس، وهو نظام كاشف ثنائي الأبعاد عالي البكسل تم تطويره في معهد بول شيرر (PSI). أنتج النظام معلومات عن السمات التشريحية التي تتوافق مع التنظيم واسع النطاق للكولاجين والطور الممعدن الموجود داخل ألياف الكولاجين في منطقة الغضروف العميق. تم رسم النتائج التي تم الحصول عليها من عينة عظام الغضروف منزوعة الكلس من حيث اتجاه الغضروف ومكونات العظام لفترات معينة من k - space، مما يدل على تنظيم الكولاجين II داخل الطبقات السطحية والكولاجين X في الطبقات العميقة الغنية بالخلايا الغضروفية من الغضروف. من الواضح في الغضروف غير التالف أن هناك إعادة توجيه تدريجية لألياف الكولاجين 2 في الغضروف، من الموازي إلى سطح المفصل، إلى الطبيعي إلى السطح البيني للعظم الغضروفي. يظهر نمط اتجاه مماثل أسفل خط الأسمنت (السطح الذي ترتكز فيه الغضروف على العظم)، بالنسبة للكولاجين من النوع الأول السائد في العظام. يسمح تغيير الفاصل الزمني للفضاء k برؤية الميزات تحت الغضروف مثل الأوعية الدموية الدقيقة.Translated Description (French)
Résumé L'os sous-chondral sus-jacent du cartilage articulaire est constitué de fibres de collagène orientées de manière diverse, dont l'organisation détaillée est essentielle pour l'intégrité du cartilage qui a subi des dommages lors de maladies articulaires dégénératives telles que l'arthrose (OA). Une technique particulièrement intéressante est celle de la cartographie cohérente de la diffusion des rayons X aux petits angles ; les présentes investigations sont soutenues par PILATUS, un système de détection bidimensionnel hautement pixélisé développé à l'Institut Paul Scherrer (PSI). Le système a fourni des informations sur les caractéristiques anatomiques qui correspondent à l'organisation à grande échelle du collagène et à la phase minéralisée contenue dans les fibres de collagène dans la zone du cartilage profond. Les résultats obtenus à partir d'un échantillon d'os cartilagineux décalcifié ont été tracés en termes d'orientation des composants cartilagineux et osseux pour des intervalles particuliers de l'espace k, montrant l'organisation du collagène-II au sein des couches superficielles et du collagène-X dans les couches plus profondes du cartilage riches en chondrocytes. Il est évident dans un cartilage intact qu'il y a une réorientation progressive des fibres de collagène-II du cartilage, de parallèle à la surface de l'articulation, à normale à l'interface cartilage-os. Un schéma d'orientation similaire est observé sous la ligne de ciment (la surface à laquelle le cartilage s'ancre à l'os), pour le collagène de type I répandu dans l'os. La modification de l'intervalle de l'espace k permet de voir les caractéristiques sous-chondrales telles que la microvascularisation.Translated Description (Spanish)
Resumen El cartílago articular que recubre el hueso subcondral consiste en fibras de colágeno orientadas de diversas maneras, cuya organización detallada es esencial para la integridad del cartílago que ha sufrido daños en enfermedades articulares degenerativas como la osteoartritis (OA). Una técnica que atrae un interés particular es la del mapeo coherente de dispersión de rayos X de ángulo pequeño; las presentes investigaciones están respaldadas por PILATUS, un sistema detector bidimensional altamente pixelado desarrollado en el Instituto Paul Scherrer (PSI). El sistema ha arrojado información sobre las características anatómicas que corresponden a la organización a gran escala del colágeno y la fase mineralizada contenida dentro de las fibras de colágeno en la zona profunda del cartílago. Los resultados obtenidos de una muestra de cartílago-hueso descalcificado se han graficado en términos de la orientación de los componentes de cartílago y hueso para intervalos particulares del espacio k, mostrando la organización del colágeno-II dentro de las capas superficiales y el colágeno-X en las capas más profundas de cartílago ricas en condrocitos. Es evidente en el cartílago no dañado que hay una reorientación gradual de las fibras de colágeno-II del cartílago, de paralelas a la superficie de la articulación, a normales a la interfaz cartílago-hueso. Se observa un patrón de orientación similar debajo de la línea de cemento (la superficie en la que el cartílago se ancla al hueso), para el colágeno tipo I prevalente en el hueso. Cambiar el intervalo del espacio k permite ver características subcondrales como la microvasculatura.Files
jdr20220002.pdf.pdf
Files
(6.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d245ed523e50d2e599e3dee4487f3432
|
6.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- توجيه بنية الكولاجين في واجهة العظام والغضاريف
- Translated title (French)
- Orientation de la structure du collagène à l'interface os-cartilage
- Translated title (Spanish)
- Orientación de la estructura del colágeno en la interfaz hueso-cartílago
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4320031098
- DOI
- 10.57197/jdr-2022-0002
References
- https://openalex.org/W1966686938
- https://openalex.org/W1966969191
- https://openalex.org/W2001821757
- https://openalex.org/W2041831926
- https://openalex.org/W2074538126
- https://openalex.org/W2401836357