Introduzione e funzione dell’osteoprogenitore
Le cellule osteoprogenitrici, note anche come osteoblasti, sono chiamate così per la loro capacità di autosostenersi e autorinnovarsi. Le cellule staminali possono essere divise in due cellule staminali o due cellule progenitrici dirette da un alto grado del meccanismo di regolazione. Il rinnovamento cellulare è accurato, e le cellule staminali sono relativamente statiche durante l’intero processo di proliferazione. La cellula completa il compito della sintesi del DNA e dell’espansione cellulare e conserva le sue informazioni genetiche originali, mentre produce continuamente cellule progenitrici, non prolifera né si differenzia. Può differenziarsi in osteoblasti sotto l’induzione del mezzo di coltura contenente desametasone, acido ascorbico e glicerolo fosfato. Nel processo di differenziazione, possono emergere caratteristiche tipiche delle cellule ossee: sintesi del collagene di tipo I, espressione della fosfatasi alcalina, secrezione di calcio osseo e deposizione di idrossiapatite. Negli attuali studi di ingegneria del tessuto osseo, ci sono molti rapporti sulle cellule osteogeniche, e ci sono relativamente pochi studi sulle cellule osteoprogenitrici che possono proliferare, differenziarsi in cellule osteogeniche e infine formare osso. Comprendendo le caratteristiche biologiche delle cellule progenitrici e alcuni progressi di ricerca relativamente nuovi, possiamo fornire alcune nuove idee e modi nel trattamento della riparazione dei difetti o dell’osteoporosi del tessuto osseo.
Caratteristiche dell’osteoprogenitore
Caratteristiche della fase di differenziazione delle cellule osteoprogenitrici: Gli osteoblasti derivano da cellule osteoprogenitrici mesenchimali e svolgono un ruolo importante nell’osteogenesi. Quando queste cellule sono introdotte nell’area del difetto osseo di animali adulti, possono promuovere la formazione dell’osso, quindi è chiaro che la funzione e il processo di differenziazione degli osteoprogenitori ci permette di avere una comprensione più profonda del metabolismo del tessuto osseo. È stato riportato che le cellule progenitrici dell’osso sono ottenute digerendo il cranio fetale di ratto con enzimi temporizzati e continui. Le cellule osteoprogenitrici sono altamente sensibili al desametasone e l’espressione dei marcatori di formazione ossea è migliorata sotto l’induzione del desametasone. È stato confermato dal test dell’attività della fosfatasi alcalina e del deposito di calcio che la prima alla terza generazione di cellule del cranio di ratto fetale digerite dagli enzimi hanno risposto bene al desametasone. Questo indica che sono osteoprogenitori situati sul periostio e sulla superficie ossea e osteoblasti immaturi. La terza generazione di cellule può formare il maggior numero di noduli ossei, indicando che questo è il maggior numero di cellule osteoprogenitrici. La prima generazione è la cellula osteoprogenitrice più proliferativa. Al contrario, la quarta generazione di cellule del cranio di ratto fetale ha una scarsa risposta al desametasone. L’esperimento mostra che l’espressione del recettore dei glucocorticoidi nelle cellule ossee è inferiore a quella delle cellule osteoprogenitrici e degli osteoblasti, indicando che la quarta e la quinta generazione di enzimi digestivi delle cellule del cranio di ratto fetale includono principalmente cellule ossee. Cambiamenti legati all’età nelle cellule osteoprogenitrici: Negli studi sui cambiamenti legati all’età negli osteoblasti, è stato trovato che la capacità di formare l’osso delle cellule stromali del midollo osseo umano non era legata all’età. Il numero di cellule stromali negli anziani e nei giovani adulti è sostanzialmente simile in termini di cultura in vitro. La ridotta capacità di formazione ossea degli anziani è dovuta a cambiamenti nell’ambiente interno dell’individuo che riducono il potenziale osteogenico delle cellule osteoprogenitrici. Con l’aumento dell’età, la capacità proliferativa delle cellule osteoprogenitrici si è gradualmente indebolita, ma il numero non è diminuito significativamente. Le cellule osteoprogenitrici nei topi invecchiati sono meno sensibili ai risultati mitogenici indotti dal fattore di crescita dei fibroblasti di base rispetto ai topi giovani.
Regolazione delle cellule osteoprogenitrici
Come le cellule osteoprogenitrici svolgono un ruolo importante nella formazione dell’osso, la regolazione delle cellule osteoprogenitrici è particolarmente importante. Recettori dell’Y-neuropeptide di tipo 2 sulle cellule osteoprogenitrici: Tradizionalmente, il processo di formazione ossea è regolato principalmente dal sistema endocrino e da fattori locali come citochine e fattori di crescita. Tuttavia, questa visione sta gradualmente cambiando. Ci sono sempre più prove che le neuro citochine nel tessuto osseo possono anche alterare l’attività delle cellule ossee. Gli studi hanno confermato che le cellule nervose che entrano nel tessuto osseo sono associate all’ipotalamo, il che è coerente con la delezione condizionata dei recettori Y-neuropeptide tipo 2. È stato dimostrato che le fibre immunoreattive del neuropeptide Y sono presenti nel midollo osseo, nel periostio e nel tessuto osseo. Gli studi hanno dimostrato che il numero di cellule osteoprogenitrici derivate da topi Y2-/- e la loro capacità osteogenica è aumentata. Allo stesso tempo, la mancanza del recettore Y2 può indurre le cellule stromali a down-regolare il recettore Y1, forse perché il tessuto osseo non può inibire il rilascio del feedback del neuropeptide Y, che porta alla stimolazione eccessiva del recettore Y1 e promuove la mineralizzazione ossea, che può essere per il trattamento della massa ossea. La prolina-ricca tirosina chinasi 2 e la chinasi di adesione focale (FAK) sono una proteina chinasi non recettore tirosina che insieme formano la famiglia delle chinasi di adesione focale. La prolina-ricca tirosina chinasi 2 è la chinasi di più alto livello nel cervello e nel sistema ematopoietico. Molti esperimenti in vitro hanno dimostrato che la tirosin-chinasi 2 ricca di prolina regola la funzione e l’attività degli osteoclasti. Alcuni studiosi hanno trovato inaspettatamente che la formazione ossea del topo PYK2-/- è aumentata significativamente. Coerentemente con questa scoperta, la capacità di differenziazione e l’attività delle cellule osteoprogenitrici nel midollo osseo dei topi PYK2-/- erano migliorate. Inoltre, l’iniezione quotidiana di piccoli inibitori della tirosin-chinasi 2 ricchi di prolina in ratti ovariectomizzati può efficacemente aumentare la formazione ossea e ridurre la perdita ossea. Si ritiene che la tirosina chinasi 2 ricca di prolina regoli la differenziazione delle prime cellule osteoprogenitrici e che gli inibitori della tirosina chinasi 2 ricca di prolina promuovano la formazione ossea e possano essere utilizzati in futuro nel trattamento dell’osteoporosi. La fissazione interna è un metodo comune per il trattamento delle fratture, ma allo stesso tempo, il dispositivo di fissazione interna fornisce anche lo spazio parassitario adatto per il biofilm necessario per la riproduzione dei patogeni, causando così l’infezione e un’altra malattia concomitante. Le infezioni gravi possono ritardare la guarigione della frattura e stimolare l’assorbimento del tessuto osseo. In caso di infezione, il trattamento abituale è quello di rimuovere il dispositivo di fissazione interna o di cambiarlo con una fissazione esterna, che ovviamente influenzerà la guarigione della frattura o causerà disagio al paziente. La ricombinazione umana della proteina ossea-1 (rhOP-1, nota anche come BMP7) ha dimostrato di indurre la formazione di nuovo osso in difetti ossei di dimensioni critiche nei topi con infezione acuta. Alcuni studiosi hanno scoperto tramite esperimenti che l’uso dell’iniezione di proteina morfogenetica ossea può promuovere la formazione ossea se l’infezione cronica si verifica dopo la fissazione all’interno della frattura, e il trattamento antibiotico può migliorare il processo. La proteina morfogenetica ossea può promuovere efficacemente la proliferazione e la differenziazione delle cellule osteoprogenitrici ed esprimere i marcatori degli osteoblasti. Sono state segnalate cellule osteoprogenitrici nel pericondrio. Queste cellule osteoprogenitrici up-regolano la proteina morfogenetica ossea 2 durante la differenziazione in osteoblasti maturi che producono una matrice ossea, e la stessa proteina morfogenetica ossea 2 è un potente induttore di osteogenesi. Effetto dell’onda d’urto extracorporea sulle cellule osteoprogenitrici: L’onda d’urto extracorporea è stata utilizzata nel trattamento dei calcoli renali per più di 20 anni. Negli ultimi anni, le onde d’urto sono state applicate al trattamento della guarigione delle fratture. Attualmente, la maggior parte degli studiosi crede che l’osteogenesi delle onde d’urto sia causata dalla promozione dell’espressione di una o più citochine. Wang et al. hanno studiato gli effetti delle onde d’urto sulle cellule progenitrici mesenchimali del midollo osseo. In questo studio, lo stroma del midollo osseo e le cellule ematopoietiche sono state raccolte per valutare l’impatto delle onde d’urto sul femore di ratto, formando cellule progenitrici di colonie (CFU-F e CFU-O), granulociti, globuli rossi, monociti e megacariociti. Allo stesso tempo, sono stati misurati l’attività della fosfatasi alcalina e la quantità di fattore di crescita trasformante β1 prodotto nelle cellule stromali del midollo osseo coltivate. I risultati mostrano che il parametro dell’onda d’urto più ideale è 500 impulsi, 0,06 mg/mm2, che può promuovere meglio la crescita di CFU2F e CFU2O. L’attività della fosfatasi alcalina è stata aumentata di 1173 volte con il nitrofenolo P2. L’esperimento ha anche scoperto che l’onda d’urto è stata potenziata dalla densità di energia di 0,16 mg/mm2, la dose di 500, e l’espressione del fattore di crescita trasformante β1 è stata rafforzata. Dopo 12 giorni, le cellule osteoprogenitrici hanno formato colonie, il che ha confermato che il fattore di crescita trasformante β1 ha promosso le cellule stromali del midollo osseo nell’onda d’urto. Gioca un ruolo importante nella trasformazione delle cellule osteoprogenitrici. Pertanto, sono stati studiati gli effetti biologici delle onde d’urto sulle cellule osteoprogenitrici e sulla formazione ossea. Il ruolo delle gap junctions tra le cellule endoteliali e le cellule osteoprogenitrici nell’osteogenesi è stato dimostrato essere un processo accoppiato di angiogenesi e sviluppo e maturazione del tessuto osseo. La stretta relazione tra l’endotelio vascolare e gli osteoblasti e gli osteoprogenitori suggerisce che le cellule endoteliali (CE) svolgono un ruolo importante nella regolazione della formazione e della funzione ossea. Alcuni studiosi hanno scoperto che la gap junction tra le cellule endoteliali e le cellule osteoprogenitrici è un fattore chiave nel rafforzare l’attività osteogenica delle cellule osteoprogenitrici. Su questa base, altri studiosi hanno proposto che le cellule endoteliali possono esprimere la proteina morfogenetica ossea 2 e migliorare la capacità osteogenica delle cellule osteoprogenitrici. Questo effetto richiede una stretta connessione regia tra le cellule endoteliali e le cellule osteoprogenitrici. Molte volte, la formazione di nuovo osso è limitata dalla mancanza di vasi sanguigni nel tessuto. Per risolvere questo problema, i ricercatori sperano di promuovere l’angiogenesi utilizzando fattori angiogenici. Non ci sono stati rapporti sulla formazione di tessuto osseo mediante trapianto di cellule endoteliali, l’impatto di questa complessa interazione tra cellule endoteliali e cellule osteoprogenitrici sull’osteogenesi merita ulteriori indagini.
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