Az osteoprogenitor
Az osteoprogenitor sejtek, más néven oszteoblasztok, az önfenntartó és önmegújító képességükről kapták nevüket. Az őssejtek nagyfokú szabályozási mechanizmusuk révén két őssejtre vagy két irányított progenitor sejtre oszthatók. A sejtmegújulás pontos, és az őssejtek a teljes proliferációs folyamat során viszonylag statikusak. A sejt elvégzi a DNS-szintézis és a sejtszaporodás feladatát, és megőrzi eredeti genetikai információját, miközben folyamatosan elődsejteket termel, önmagában nem szaporodik és nem differenciálódik. Dexametazon, aszkorbinsav és glicerin-foszfát tartalmú táptalaj indukciója mellett képes oszteoblasztokká differenciálódni. A differenciálódás során jellegzetes csontsejtjellemzők alakulhatnak ki: I. típusú kollagén szintézise, alkalikus foszfatáz expressziója, csontkalcium kiválasztása és hidroxiapatit lerakódás. A jelenlegi csontszövet-technológiai vizsgálatokban sok jelentés szól az osteogén sejtekről, és viszonylag kevés tanulmány szól az osteoprogenitor sejtekről, amelyek képesek proliferálni, osteogén sejtekké differenciálódni és végül csontot képezni. A progenitor sejtek biológiai jellemzőinek és néhány viszonylag új kutatási előrehaladásnak a megértésével néhány új ötletet és módszert nyújthatunk a csontszövet hibajavításának vagy csontritkulás kezelésében.
Az oszteoprogenitor sejtek jellemzői
Az oszteoprogenitor sejtek differenciálódási szakaszának jellemzői: A mesenchymalis osteoprogenitor sejtekből származó oszteoblasztok, és jelentős szerepet játszanak az oszteogenezisben. Amikor ezeket a sejteket felnőtt állatok csontdefektusos területére juttatják be, elősegíthetik a csontképződést, így egyértelmű, hogy az oszteoprogenitorok funkciója és differenciálódási folyamata lehetővé teszi számunkra a csontszövet anyagcseréjének mélyebb megértését. Arról számoltak be, hogy a csontprogenitor sejteket magzati patkányok koponyájának időzített és folyamatos enzimekkel történő emésztésével nyerik. Az oszteoprogenitor sejtek rendkívül érzékenyek a dexametazonra, és a csontképződési markerek expressziója fokozódik a dexametazon indukciója alatt. Az alkalikus foszfatáz aktivitás és a kalciumlerakódás vizsgálatával megerősítették, hogy az enzimekkel emésztett magzati patkánykoponya sejtek első-harmadik generációja jól reagált a dexametazonra. Ez azt jelzi, hogy ezek a csonthártyán és a csontfelszínen elhelyezkedő oszteoprogenitorok és éretlen oszteoblasztok. A harmadik generációs sejtek képesek a legnagyobb számú csontcsomót képezni, ami arra utal, hogy ez a legnagyobb számú oszteoprogenitor sejt. Az első generáció a legproliferatívabb osteoprogenitor sejt. Ezzel szemben a negyedik generációs enzimes emésztésű magzati patkánykoponya sejtek rosszul reagálnak a dexametazonra. A kísérlet azt mutatja, hogy a glükokortikoid-receptor expressziója a csontsejtekben alacsonyabb, mint az oszteoprogenitor sejtekben és az oszteoblasztokban, ami azt jelzi, hogy a negyedik és ötödik generációs enzimemésztő magzati patkánykoponya sejtek főként csontsejteket tartalmaznak. Az oszteoprogenitor sejtek életkorral összefüggő változásai: Az oszteoblasztok életkorral összefüggő változásait vizsgáló tanulmányok során azt találták, hogy az emberi csontvelő stroma sejtek csontképző képessége nincs összefüggésben az életkorral. Az idősek és a fiatal felnőttek stromasejtjeinek száma alapvetően hasonló az in vitro tenyésztés szempontjából. Az idősek csökkent csontképző képessége az egyén belső környezetének változásaira vezethető vissza, amelyek csökkentik az osteoprogenitor sejtek oszteogén potenciálját. Az életkor növekedésével az oszteoprogenitor sejtek proliferatív kapacitása fokozatosan gyengült, de a számuk nem csökkent jelentősen. Az idős egerek osteoprogenitor sejtjei kevésbé érzékenyek a bázikus fibroblaszt növekedési faktor által indukált mitogén eredményekre, mint a fiatal patkányoké.
Az osteoprogenitor sejtek szabályozása
Mivel az osteoprogenitor sejtek fontos szerepet játszanak a csontképződésben, az osteoprogenitor sejtek szabályozása különösen fontos. Y-neuropeptid 2-es típusú receptorok az oszteoprogenitor sejteken: Hagyományosan a csontképződés folyamatát elsősorban az endokrin rendszer és helyi faktorok, például citokinek és növekedési faktorok szabályozzák. Ez a nézet azonban fokozatosan változik. Egyre több bizonyíték van arra, hogy a csontszövetben lévő neurocitokinek a csontsejtek aktivitását is megváltoztathatják. Vizsgálatok megerősítették, hogy a csontszövetbe jutó idegsejtek a hipotalamuszhoz kapcsolódnak, ami összhangban van az Y-neuropeptid 2-es típusú receptorok feltételes deléciójával. Kimutatták, hogy Y-neuropeptid immunreaktív rostok vannak jelen a csontvelőben, a csonthártyában és a csontszövetben. Vizsgálatok kimutatták, hogy az Y2-/- egerekből származó oszteoprogenitor sejtek száma és oszteogén kapacitásuk fokozott. Ugyanakkor az Y2 receptor hiánya miatt a stromasejtek az Y1 receptort lefelé szabályozzák, valószínűleg azért, mert a csontszövet nem tudja gátolni az Y neuropeptid visszacsatolás felszabadulását, ami az Y1 receptor túlzott stimulációjához vezet, és elősegíti a csont mineralizációját, ami a csonttömeg kezelésére szolgálhat. A prolinban gazdag tirozinkináz 2 és a fókuszos adhéziós kináz (FAK) egy nem receptor tirozin fehérje kináz, amely együttesen alkotja a fókuszos adhéziós kináz családot. A prolin-gazdag tirozin-kináz 2 a legmagasabb szintű kináz az agyban és a vérképzőrendszerben. Számos in vitro kísérlet bizonyította, hogy a prolin-gazdag tirozinkináz 2 szabályozza az oszteoklasztok működését és aktivitását. Néhány tudós váratlanul azt találta, hogy a PYK2-/- egér csontképződés jelentősen megnövekedett. Ezzel a megállapítással összhangban a PYK2-/- egerek csontvelőjében az oszteoprogenitor sejtek differenciálódási képessége és aktivitása fokozódott. Továbbá a kis prolinban gazdag tirozin-kináz 2 inhibitorok napi injekciója petefészek-eltávolított patkányoknál hatékonyan növelheti a csontképződést és csökkentheti a csontvesztést. Úgy gondoljuk, hogy a prolin-gazdag tirozin-kináz 2 szabályozza a korai osteoprogenitor sejtek differenciálódását, és a prolin-gazdag tirozin-kináz 2 inhibitorok elősegítik a csontképződést, és a jövőben felhasználhatók az osteoporosis kezelésében. A belső rögzítés gyakori módszer a törések kezelésére, ugyanakkor a belső rögzítő eszköz megfelelő parazita teret is biztosít a kórokozók szaporodásához szükséges biofilm számára, ezáltal fertőzést és egy másik egyidejű betegséget okozva. A súlyos fertőzések késleltethetik a törés gyógyulását és serkenthetik a csontszövet felszívódását. Fertőzés esetén a szokásos kezelés a belső rögzítő eszköz eltávolítása vagy külső rögzítésre való cseréje, ami nyilvánvalóan befolyásolja a törés gyógyulását vagy kellemetlenséget okoz a betegnek. A humán csontfehérje-1 rekombinációjáról (rhOP-1, más néven BMP7) kimutatták, hogy akut fertőzésben szenvedő egerekben kritikus méretű csontdefektusokban új csontképződést indukál. Egyes tudósok kísérletekkel megállapították, hogy a csontmorfogenetikus fehérje injekció alkalmazása elősegítheti a csontképződést, ha a törésen belüli rögzítés után krónikus fertőzés lép fel, és az antibiotikumos kezelés fokozhatja a folyamatot. A csontmorfogenetikus fehérje hatékonyan elősegítheti az oszteoprogenitor sejtek proliferációját és differenciálódását, és kifejezheti az oszteoblaszt markereket. A perichondriumban osteoprogenitor sejtekről számoltak be. Ezek az oszteoprogenitor sejtek a csontmorfogenetikus protein 2-t szabályozzák fel a csontmátrixot termelő érett oszteoblasztokká történő differenciálódás során, és maga a csontmorfogenetikus protein 2 az oszteogenezis erős induktora. Az extrakorporális lökéshullám hatása az oszteoprogenitor sejtekre: Az extrakorporális lökéshullámot több mint 20 éve alkalmazzák a vesekövek kezelésében. Az utóbbi években a lökéshullámokat a törésgyógyulás kezelésében is alkalmazzák. Jelenleg a legtöbb tudós úgy véli, hogy a lökéshullámok osteogenezisét egy vagy több citokin expressziójának elősegítése okozza. Wang és munkatársai a lökéshullámok csontvelői mesenchymális progenitor sejtekre gyakorolt hatását vizsgálták. Ebben a tanulmányban csontvelő stroma és vérképző sejteket gyűjtöttek, hogy felmérjék a lökéshullámok hatását a patkány combcsontra, kolónia-elődsejteket (CFU-F és CFU-O), granulocitákat, vörösvértesteket, monocitákat és megakaryocitákat képezve. Ezzel egyidejűleg megmértük az alkalikus foszfatáz aktivitást és a transzformáló növekedési faktor β1 mennyiségét, amelyet a tenyésztett csontvelői stróma sejtek termeltek. Az eredmények azt mutatják, hogy a legideálisabb lökéshullám paraméter 500 impulzus, 0,06 mg/mm2, amely jobban elősegíti a CFU2F és CFU2O növekedését. Az alkalikus foszfatáz aktivitás 1173-szorosára nőtt P2 nitrofenollal. A kísérlet azt is megállapította, hogy a lökéshullámot a 0,16 mg/mm2 energiasűrűség, az 500 dózis fokozta, és a β1 transzformáló növekedési faktor kifejeződése megerősödött. 12 nap elteltével az osteoprogenitor sejtek kolóniákat képeztek, ami megerősítette, hogy a transzformáló növekedési faktor β1 elősegítette a csontvelő sztromális sejtjeit a lökéshullámban. Fontos szerepet játszik az oszteoprogenitor sejtek átalakulásában. Ezért tanulmányozták a lökéshullámok biológiai hatásait az oszteoprogenitor sejtekre és a csontképződésre. Az endotélsejtek és az oszteoprogenitor sejtek közötti réskapcsolatok szerepét az oszteogenezisben az angiogenezis és a csontszövet fejlődésének és érésének összekapcsolt folyamataként mutatták ki. A vaszkuláris endotél és az oszteoblasztok, valamint az oszteoblasztok közötti szoros kapcsolat arra utal, hogy az endotélsejtek (EC-k) fontos szerepet játszanak a csontképződés és -funkció szabályozásában. Néhány tudós úgy találta, hogy az endotélsejtek és az oszteoprogenitor sejtek közötti réskapcsolat kulcsfontosságú tényező az oszteoprogenitor sejtek oszteogén aktivitásának fokozásában. Ezen az alapon más tudósok azt javasolták, hogy az endotélsejtek expresszálhatják a csontmorfogenetikus protein 2-t és fokozhatják az osteoprogenitor sejtek oszteogén képességét. Ez a hatás megköveteli az endotélsejtek és az oszteoprogenitor sejtek közötti rendező szoros kapcsolatot. Sokszor az új csont képződését korlátozza az erek hiánya a szövetben. E probléma megoldására a kutatók az angiogenezis elősegítését remélik angiogén faktorok alkalmazásával. Nem számoltak be endotélsejt-transzplantációval történő szövetsebészeti csontképzésről, az endotélsejtek és az oszteoprogenitor sejtek közötti komplex kölcsönhatás hatása az oszteogenezisre további vizsgálatot érdemel.
- Ibrahim A, Bulstrode N W, Whitaker I S, et al. Nanotechnology for Stimulating Osteoprogenitor Differentiation. Open Orthopaedics Journal. 2016, 10(Suppl-3, M5):849.
- Goodman S B, Hwang K L. Treatment of Secondary Osteonecrosis of the Knee With Local Debridement and Osteoprogenitor Cell Grafting. Journal of Arthroplasty. 2015, 30(11):1892-1896.
- Park J, Gebhardt M, Golovchenko S, et al. Dual pathways to endochondral osteoblasts: a hypertrophic cartilage identified a novel chondrocyte-derived osteoprogenitor cell. Biology Open. 2015, 4(5):608-621.
- Pikilidou M, Yavropoulou M, Antoniou M, et al. The Contribution of Osteoprogenitor Cells to Arterial Stiffness and Hypertension. Journal of Vascular Research. 2015, 52(1):32.
- Dogaki Y, Lee S Y, Niikura T, et al. Efficient derivation of osteoprogenitor cells from induced pluripotent stem cells for bone regeneration. International Orthopaedics. 2014, 38(9):1779-1785.