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Disuse impairs the mechanical competence of bone by regulating the characterizations of mineralized collagen fibrils in cortical bone

Yang, P. und Nie, X.-T. und Wang, Z. und Al-Qudsy, L.H.H. und Ren, L. und Xu, H.-Y. und Rittweger, J. und Shang, P. (2019) Disuse impairs the mechanical competence of bone by regulating the characterizations of mineralized collagen fibrils in cortical bone. Frontiers in Physiology, 10, Seite 775. Frontiers Media S.A. doi: 10.3389/fphys.2019.00775. ISSN 1664-042X.

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Offizielle URL: http://www.frontiersin.org

Kurzfassung

Bones are made of complex material comprising organic components and mineral hydroxyapatite, both of which formulate the unique hierarchical structure of bone and its mechanical properties. Bones are capable of optimizing their structure and mechanical properties according to the mechanical environment. Mineral loss is a well-known consequence of skeleton disuse. By contrast, the response of the non-mineral phase of bone, i.e., the collagen network, during disuse remain largely unknown. In this study, a tail-suspension mice model was used to induce bone loss. Atomic force microscopybased imaging and indentation approaches were adopted to investigate the influence of disuse on the morphology and in situ mechanical behavior of the collagen fibrils, under both non-loaded and load-bearing conditions, in the cortical tibia of mice. The results indicate that disuse induced by hindlimb unloading did not alter the orientation and D-periodic spacing of the collagen fibril, but results in decreased collagen crosslinking which correlates with decreased elasticity and increased susceptibility to mechanical damage. More concretely, the collagen fibrils in the disused tibia were misaligned under mechanical loading. It therefore indicates that the disordered arrangement of the mineralized collagen fibrils is one of the characteristics of the weakened bone during elastic deformation. These findings reveals the unique adaptation regimes of the collagen fibrils in the cortical bone to disuse, as well as the deformation mechanisms of bone in the relevant pathological process at different scales.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/128808/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Disuse impairs the mechanical competence of bone by regulating the characterizations of mineralized collagen fibrils in cortical bone
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Yang, P.Division Space Physiology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center, Cologne, Pengfei.Yang (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nie, X.-T.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, Z.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Al-Qudsy, L.H.H.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ren, L.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Xu, H.-Y.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rittweger, J.Joern.Rittweger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2223-8963NICHT SPEZIFIZIERT
Shang, P.Northwestern Polytechnical University,Xi'an, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 Juni 2019
Erschienen in:Frontiers in Physiology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.3389/fphys.2019.00775
Seitenbereich:Seite 775
Verlag:Frontiers Media S.A
ISSN:1664-042X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:collagen fibril, bone, disuse, mechanical properties, atomic force microscopy
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Systemphysiologie (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Muskel- und Knochenstoffwechsel
Hinterlegt von: Becker, Christine
Hinterlegt am:22 Aug 2019 11:12
Letzte Änderung:30 Sep 2020 19:08

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