Заживление переломов костей в механобиологическом моделировании: обзор принципов и методов

Перелом кости является очень распространённой травмой. Процесс заживления физиологически сложен и включает как биологические, так и механические аспекты. После перелома происходят миграция клеток, дифференцировка клеток и тканей, синтез тканей, а также высвобождение цитокинов и факторов роста; все эти процессы регулируются механическим окружением. В течение последнего десятилетия моделирование и имитация заживления костей применялись для изучения его деталей и механизмов, исследования конкретных клинических вопросов и разработки стратегий лечения. Цель настоящего обзора — рассмотреть историю и наиболее современные исследования в области моделирования заживления костей с акцентом на биологические и механические свойства. Сначала представлен краткий обзор биологии восстановления костей после перелома, а затем — основные факторы роста и механические факторы, влияющие на этот процесс. Далее сопоставляются различные методологии моделирования заживления костей, включая концептуальное моделирование (качественное моделирование заживления костей для понимания общих механизмов), биологическое моделирование (учитывающее только биологические факторы и процессы) и механобиологическое моделирование (учитывающее как биологические аспекты, так и механическое окружение). В заключение оцениваются различные компоненты и клинические применения моделирования заживления костей, такие как механические стимулы, фазы заживления костей и ангиогенез.