骨芽細胞の紹介と機能
骨芽細胞とも呼ばれ、自己維持と自己複製ができることからその名がつきました。 幹細胞は、高度な調節機構により、2つの幹細胞または2つの指向性前駆細胞に分けることができる。 細胞の更新は正確であり、幹細胞は増殖の全過程において比較的静的である。 DNA合成と細胞拡張のタスクを完了し、元の遺伝情報を保持したまま、前駆細胞を継続的に作り出し、自ら増殖・分化することはない。 デキサメタゾン、アスコルビン酸、リン酸グリセロールを含む培養液の誘導下で骨芽細胞へ分化することができる。 分化の過程で、I型コラーゲンの合成、アルカリホスファターゼの発現、骨カルシウムの分泌、ハイドロキシアパタイトの沈着など、骨細胞の特徴的な性質が現れることがある。 現在の骨組織工学研究では、骨形成細胞に関する報告が多く、増殖し、骨形成細胞に分化し、最終的に骨を形成する骨形成細胞に関する研究は比較的少ないと考えられる。 前駆細胞の生物学的特性や比較的新しい研究の進展を理解することで、骨組織の欠損修復や骨粗鬆症の治療において、いくつかの新しいアイデアや方法を提供することができる。
骨形成細胞の特徴
骨形成細胞の分化段階における特徴。 間葉系骨形成細胞から派生した骨芽細胞は、骨形成に大きな役割を担っています。 この細胞を成体動物の骨欠損部に導入すると、骨形成を促進することができるため、骨芽細胞の機能と分化過程を知ることで、骨組織の代謝をより深く理解することができることが明らかとなっている。 ラット胎児の頭蓋骨を時限的に連続した酵素で消化することにより、骨前駆細胞が得られることが報告されている。 骨前駆細胞はデキサメタゾンに感受性が高く、デキサメタゾンの誘導下で骨形成マーカーの発現が亢進することが分かっている。 酵素消化した第1世代から第3世代のラット胎児頭蓋骨細胞は、デキサメタゾンによく反応することが、アルカリホスファターゼ活性とカルシウム沈着量の試験で確認された。 このことは、それらが骨膜や骨表面に位置するオステオプロジェニターであり、未熟な骨芽細胞であることを示している。 第3世代の細胞は最も多くの骨結節を形成できることから、これが最も多くの骨形成細胞であることがわかる。 第一世代は、最も増殖力のある骨形成細胞である。 逆に、第四世代のラット胎児頭蓋骨細胞の酵素消化は、デキサメタゾンへの反応が悪い。 この実験から、骨細胞のグルココルチコイド受容体の発現は、骨形成細胞や骨芽細胞よりも低いことがわかり、第4世代、第5世代の酵素消化ラット胎児頭蓋骨細胞は、主に骨細胞を含んでいることがわかる。 骨形成細胞の加齢変化 骨芽細胞の加齢変化の研究では、ヒト骨髄間質細胞の骨形成能は年齢と関係ないことが判明した。 試験管内培養では、高齢者と若年者の間質細胞数は基本的に同程度である。 高齢者の骨形成能の低下は、個体の内部環境の変化により、骨形成能を低下させることが原因であると考えられる。 加齢に伴い、骨形成細胞の増殖能は徐々に弱まるが、細胞数は大きく減少しない。 老化したマウスの骨形成細胞は、若いラットに比べて塩基性線維芽細胞増殖因子によって誘導される分裂促進結果に対する感受性が低い。
骨形成細胞の制御
骨形成に重要な役割を果たす骨形成細胞は、特に制御が重要であると考えられている。 骨形成細胞上のY-ニューロペプチド2型受容体。 従来、骨形成のプロセスは、主に内分泌系とサイトカインや成長因子などの局所的な因子によって制御されていると考えられてきた。 しかし、この見方は徐々に変わりつつある。 骨組織内の神経サイトカインが骨細胞の活性も変化させるという証拠が増えつつあります。 骨組織に入る神経細胞は視床下部と関連していることが研究で確認されており、これはY-神経ペプチド2型受容体の条件付き欠失と一致している。 Y神経ペプチド免疫反応性線維は、骨髄、骨膜、骨組織に存在することが確認されている。 Y2-/-マウス由来の骨形成細胞の数とその骨形成能が亢進していることが研究により示されている。 同時に、Y2受容体の欠如は、骨組織がY神経ペプチドの放出をフィードバック抑制できないためか、ストローマ細胞がY1受容体をダウンレギュレートし、Y1受容体を過剰に刺激して骨形成を促進することが知られており、骨量治療のためであると考えられる。 プロリンリッチチロシンキナーゼ 2 とフォーカルアドヒージョンキナーゼ（FAK）は、共にフォーカルアドヒージョンキナーゼファミリーを形成する非受容体型チロシン蛋白質キナーゼであり、FAK はその一種。 プロリンリッチチロシンキナーゼ2は、脳や造血系で最も高次のキナーゼであり、プロリンリッチチロシンキナーゼ2は、脳や造血系で最も高次のキナーゼである。 多くのin vitro実験により、プロリンリッチチロシンキナーゼ2が破骨細胞の機能と活性を制御していることが証明されている。 ある学者は、PYK2-/-マウスの骨形成が著しく増加したことを予想外に発見した。 この発見と一致して、PYK2-/-マウスの骨髄中の骨形成細胞の分化能と活性が増強されていた。 さらに、卵巣摘出ラットに小型のプロリンリッチチロシンキナーゼ2阻害剤を毎日注射すると、骨形成が効果的に増加し、骨量減少が抑制されることがわかった。 プロリンリッチチロシンキナーゼ2が初期骨形成細胞の分化を制御し、プロリンリッチチロシンキナーゼ2阻害剤が骨形成を促進すると考えられ、今後、骨粗鬆症の治療に応用できる可能性があります。 骨折の治療には内固定が一般的ですが、同時に内固定装置は病原体の繁殖に必要なバイオフィルムに適した寄生空間を提供し、それによって感染症や別の併発症を引き起こします。 重度の感染症は、骨折の治癒を遅らせたり、骨組織の吸収を促したりする。 感染症が発生した場合、通常の治療は内固定具を取り外すか、外固定具に変更することになるが、これは明らかに骨折の治癒に影響を与えるか、患者に不快感を与えることになる。 ヒトの骨補填蛋白質-1（rhOP-1、別名BMP7）は、急性感染症のマウスの臨界サイズの骨欠損に新しい骨形成を誘導することが分かっています。 一部の学者は、骨折内の固定後に慢性感染が発生した場合、骨形成タンパク質の注入を使用すると骨形成が促進され、抗生物質治療がそのプロセスを強化できることを実験を通じて発見しました。 骨形成タンパク質は、骨形成細胞の増殖と分化を効果的に促進し、骨芽細胞マーカーを発現させることができる。 骨形成細胞は軟骨周囲に存在することが報告されている。 これらの骨形成細胞は、骨基質を産生する成熟した骨芽細胞に分化する際に骨形成タンパク質2をアップレギュレートし、骨形成タンパク質2自体が強力な骨形成の誘導因子であることが知られています。 体外衝撃波の骨形成細胞への影響。 体外衝撃波は、20年以上前から腎臓結石の治療に用いられている。 近年では、衝撃波は骨折治癒の治療にも応用されている。 現在、ほとんどの学者は、衝撃波の骨形成は、一つまたはいくつかのサイトカインの発現を促進することによって引き起こされると考えている。 Wangらは、骨髄間葉系前駆細胞に対する衝撃波の効果について研究した。 この研究では、衝撃波がラット大腿骨に与える影響を評価するために、骨髄間質細胞と造血系細胞を採取し、コロニー前駆細胞（CFU-FとCFU-O）、顆粒球、赤血球、単球、巨核球を形成しました。 同時に、培養した骨髄間質細胞のアルカリフォスファターゼ活性とトランスフォーミング成長因子β1産生量を測定した。 その結果、最も理想的な衝撃波のパラメータは500パルス、0.06mg/mm2であり、CFU2FとCFU2Oの成長をより促進できることがわかった。 アルカリフォスファターゼ活性は、P2ニトロフェノールで1173倍に増加した。 また、この実験では、エネルギー密度0.16mg/mm2、投与量500で衝撃波が増強され、トランスフォーミング成長因子β1の発現が強化されることがわかった。 12日後、骨芽細胞はコロニーを形成し、transforming growth factor β1が衝撃波の骨髄間質細胞を促進することが確認された。 これは、骨形成細胞の形質転換に重要な役割を担っている。 そこで、衝撃波が骨形成細胞や骨形成に及ぼす生物学的影響について研究されてきた。 骨形成における内皮細胞と骨形成細胞のギャップ結合の役割は、血管新生と骨組織の発生・成熟の連関過程であることが明らかにされている。 血管内皮と骨芽細胞、骨芽細胞の密接な関係から、内皮細胞（EC）が骨の形成と機能の調節に重要な役割を担っていることが示唆される。 一部の学者は、内皮細胞と骨形成細胞の間のギャップジャンクションが、骨形成細胞の骨形成活性を高める重要な要因であることを見出している。 これに基づき、他の学者は、内皮細胞は骨形成タンパク質2を発現し、骨形成細胞の骨形成能を増強することができると提唱している。 この効果を得るためには、内皮細胞と骨形成細胞の間にディレクターの緊密なつながりが必要である。 多くの場合、新しい骨の形成は、組織内の血管の不足によって制限される。 この問題を解決するために、研究者は血管新生因子を用いて血管新生を促進することを期待している。 内皮細胞移植による組織工学的な骨形成の報告はなく、この内皮細胞と骨形成促進細胞の複雑な相互作用が骨形成に与える影響については、さらなる調査が必要です。 Open Orthopaedics Journal. 2016, 10(Suppl-3, M5):849.