新的无创光基设备可以帮助早期诊断骨关节炎
膝关节及其他关节软骨健康状况可通过点击按钮进行评估；可能有助于防止进一步的损伤和疼痛的关节置换手术
机械工程助理教授Michael Albro（右）和博士后澳门威尼斯人注册网站研究员Masumeh Kazemi在切除的牛软骨标本上使用拉曼针探针。
新的无创光基设备可以帮助早期诊断骨关节炎
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这是一种引起疼痛的疾病，现在无法治愈，直到为时已晚才能被诊断出来。美国疾病控制与预防中心（Centers for Disease Control and Prevention）的数据显示，3250万美国人患有骨关节炎，是最常见的关节炎类型。这是一种退行性关节疾病，当关节软骨（关节末端的缓冲组织）磨损时发生。它会导致疼痛甚至残疾。组织损失是不可逆的，所以最终需要人工关节。当患者是年轻人或青少年时，这是一个问题，因为人工关节只能持续几十年。
“当你想到骨关节炎时，你想到的是老年人，但现实是24%的成年人患有骨关节炎，”波士顿大学骨科澳门威尼斯人注册网站研究员迈克尔·阿尔布罗说。“年轻患者的负担有时会更重。”
波士顿大学工程学院机械工程助理教授Albro说，每年都有成千上万的青少年和年轻人遭受可能导致创伤后骨关节炎的运动伤害。“他们还没有资格做关节置换手术。”
阿尔布罗正在领导波士顿大学的一个澳门威尼斯人注册网站研究小组，与世界各地的临床医生和其他专家一起开发一种突破性的对抗骨关节炎的武器。他们的无创光关节镜使用一种叫做拉曼光谱的技术，只需点击一个按钮，就可以用来测量膝盖和其他关节软骨的健康状况。这项工作最近得到了美国国立卫生澳门威尼斯人注册网站研究院300万美元的资助。
“该地区的整形外科医生一直在联系我们，他们真的想尽快在诊所使用这种技术，”阿尔布罗说，他也隶属于波士顿大学光子学中心。“美国国立卫生澳门威尼斯人注册网站研究院的这笔拨款将使我们能够证明拉曼诊断测量可以优于MRI。”
确定化石年代，打击艺术品伪造者，现在拯救膝盖？
软组织在x射线扫描中不能很好地显示出来，而核磁共振成像——骨折和其他诊断的黄金标准——也没有足够的颗粒分辨率来成像软骨。这意味着目前使用的任何方法都不能在早期发现骨关节炎，而早期可能还有时间进行干预。
Albro和他的同事设计的替代方案利用了拉曼散射原理。长期以来，拉曼分光镜一直用于确定化石和胸像伪造者的年代，它将光照射在标本上，计算波长发生变化的光粒子的数量，并利用这些数据来评估标本的化学成分。
将这一过程应用于关节软骨，Albro的团队发现拉曼散射可以捕捉到关键的生物标志物，测量组织的组成和机械功能。在关节炎基金会的资助下，他们于2021年成功地在供体软骨上测试了他们的设备——有史以来第一个拉曼关节镜。现在，在美国国立卫生澳门威尼斯人注册网站研究院的资助下，他们正在大型活体动物模型上进行测试，使这项技术离临床又近了一步。
如果软骨损失不能逆转，为什么要建造一个更好的关节镜？阿尔布罗说，有两个很好的理由。首先，许多科学家实际上正在澳门威尼斯人注册网站研究可能阻止骨关节炎的方法，有些人甚至希望能够逆转它，所以如果这种疾病能够及早发现，就可以防止许多损害的发生。
其次，许多澳门威尼斯人注册网站研究人员正在澳门威尼斯人注册网站研究工程或再生组织来取代软骨。事实上，阿尔布罗和他在拉曼关节镜项目上的许多同事也参与了这样的努力，作为双管齐下的方法的一部分。他们的关节镜可以进行他们所谓的“光学活检”，这可以用来评估他们和其他人设计的替代组织的质量，就像评估自然组织一样。
阿尔布罗说：“最终，拉曼技术的主要好处之一将是有史以来第一次检查这些令人兴奋的新兴疗法的疗效。”
“这是整个协同努力的主要用途，”阿尔布罗的合作者之一布莱恩·斯奈德（Brian Snyder）说。他是生物医学工程的工程学澳门威尼斯人注册网站研究教授，也是波士顿儿童医院的整形外科医生。“我们正在开发诊断工具，以及微创干预来修复组织。我在儿童医院运动医学的合作伙伴急于立即开始使用拉曼关节镜。”
参与该项目的其他人员包括波士顿大学翻译澳门威尼斯人注册网站研究杰出教授马克·格林斯塔夫（Mark Grinstaff）和威廉·费尔菲尔德·沃伦（William Fairfield Warren）杰出教授，以及英国伦敦国王学院的生物光子学专家麦德斯·伯格霍尔特（Mads Bergholt），以及来自全英的“非常出色、有才华的学生”，阿尔布罗说。
他说：“这些都是具有挑战性的问题，我们任何一个人单独坐着都无法解决。”“这些国际跨学科合作非常棒，但考虑到距离和每个人的繁忙日程，它们也可能不稳定。所以，神奇的公式是，你必须真的喜欢一起工作。我们似乎找到了一个非常好的团队，他们对这些项目充满热情。”
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