Introdução e função do Osteoprogenitor
Células osteoprogenitoras, também conhecidas como osteoblastos, são nomeadas por sua capacidade de auto-sustentação e auto-renovação. As células estaminais podem ser divididas em duas células estaminais ou duas células progenitoras dirigidas por um alto grau do mecanismo de regulação. A renovação celular é precisa, e as células estaminais são relativamente estáticas durante todo o processo de proliferação. A célula completa a tarefa de síntese de DNA e expansão celular e retém sua informação genética original, enquanto que produz continuamente células progenitoras, não se prolifera ou se diferencia a si mesma. Pode diferenciar-se em osteoblastos sob a indução de meios de cultura contendo dexametasona, ácido ascórbico e fosfato de glicerol. No processo de diferenciação, podem surgir características das células ósseas: síntese de colágeno tipo I, expressão de fosfatase alcalina, secreção de cálcio ósseo e deposição de hidroxiapatita. Nos estudos atuais de engenharia de tecidos ósseos, há muitos relatos sobre células osteogênicas, e há relativamente poucos estudos sobre células osteoprogenitoras que podem proliferar, diferenciar-se em células osteogênicas e eventualmente formar osso. Ao compreender as características biológicas das células progenitoras e alguns progressos relativamente novos nas pesquisas, podemos fornecer algumas novas ideias e formas no tratamento da reparação de defeitos ou osteoporose do tecido ósseo.
Características do Osteoprogenitor
Características do estágio de diferenciação das células osteoprogenitoras: Osteoblastos derivados de células mesenquimais osteoprogenitoras e desempenham um papel importante na osteogénese. Quando estas células são introduzidas na área do defeito ósseo de animais adultos, podem promover a formação óssea, pelo que fica claro que o processo de função e diferenciação dos osteoprogenitores nos permite ter uma compreensão mais profunda do metabolismo do tecido ósseo. Tem sido relatado que as células progenitoras ósseas são obtidas através da digestão do crânio do rato fetal com enzimas temporizadas e contínuas. As células osteoprogenitoras são altamente sensíveis à dexametasona e a expressão dos marcadores de formação óssea é aumentada sob a indução da dexametasona. Foi confirmado pelo teste de atividade da fosfatase alcalina e deposição de cálcio que as primeiras a terceiras gerações de células do crânio fetal de rato digeridas por enzimas responderam bem à dexametasona. Isto indica que são osteoprogenitores localizados no periósteo e superfície óssea e osteoblastos imaturos. A terceira geração de células pode formar o maior número de nódulos ósseos, indicando que este é o maior número de células osteoprogenitoras. A primeira geração é a mais proliferativa das células osteoprogenitoras. Por outro lado, a quarta geração de células do crânio do rato fetal tem uma resposta fraca à dexametasona. O experimento mostra que a expressão do receptor glucocorticoide nas células ósseas é inferior à das células osteoprogenitoras e osteoblastos, indicando que a quarta e quinta gerações de enzimas digestivas do crânio do rato fetal incluem principalmente células ósseas. Alterações relacionadas com a idade nas células osteoprogenitoras: Em estudos de alterações relacionadas à idade nos osteoblastos, verificou-se que a capacidade de formação óssea das células estromais da medula óssea humana não estava relacionada com a idade. O número de células do estroma em adultos idosos e jovens é basicamente similar em termos de cultura in vitro. A reduzida capacidade de formação óssea dos idosos deve-se a mudanças no ambiente interno do indivíduo que reduzem o potencial osteoprogênico das células osteoprogenitoras. Com o aumento da idade, a capacidade proliferativa das células osteoprogenitoras foi-se enfraquecendo gradualmente, mas o número não diminuiu significativamente. As células osteoprogenitoras em ratos idosos são menos sensíveis aos resultados mitogênicos induzidos pelo fator de crescimento do fibroblasto básico do que ratos jovens.
Regulação do Osteoprogenitor
Como as células osteoprogenitoras desempenham um papel importante na formação óssea, a regulação das células osteoprogenitoras é particularmente importante. Receptores Y-neuropeptídeos tipo 2 nas células osteoprogenitoras: Tradicionalmente, o processo de formação óssea é regulado principalmente pelo sistema endócrino e por factores locais como as citocinas e os factores de crescimento. No entanto, esta visão está a mudar gradualmente. Há evidências crescentes de que as neurocitoquinas no tecido ósseo também podem alterar a atividade das células ósseas. Estudos têm confirmado que as células nervosas que entram no tecido ósseo estão associadas ao hipotálamo, o que é consistente com a deleção condicional dos receptores Y-neuropéptidos tipo 2. As fibras imunoreativas do neuropéptido Y demonstraram estar presentes na medula óssea, no periósteo e no tecido ósseo. Estudos mostraram que o número de células osteoprogenitoras derivadas de ratos Y2-/- e sua capacidade osteogênica é aumentada. Ao mesmo tempo, a falta do receptor Y2 pode fazer com que as células do estroma desçam – regulando o receptor Y1, possivelmente porque o tecido ósseo não pode inibir a liberação do feedback do neuropeptídeo Y, o que leva à estimulação excessiva do receptor Y1 e promove a mineralização óssea, que pode ser para o tratamento da massa óssea. A tirosina quinase 2 rica em prol da linha e a cinase de adesão focal (FAK) são uma proteína quinase não-receptora da proteína tirosina que, juntas, formam a família da cinase de adesão focal. A tirosina quinase 2 rica em prol da linha é a quinase de nível mais alto do cérebro e do sistema hematopoiético. Muitas experiências in vitro demonstraram que a tirosina quinase 2 rica em prolina regula a função e a actividade dos osteoclastos. Alguns estudiosos descobriram inesperadamente que a formação óssea do PYK2-/- rato aumentou significativamente. Consistentes com essa descoberta, a capacidade de diferenciação e atividade das células osteoprogenitoras na medula óssea dos camundongos PYK2-/- foram aumentadas. Além disso, a injeção diária de pequenos inibidores da tirosina quinase 2 ricos em prolina em ratos ovariectomizados pode efetivamente aumentar a formação óssea e reduzir a perda óssea. Acredita-se que a tirosina quinase 2 rica em prolina regula a diferenciação das células osteoprogenitoras precoces, e os inibidores da tirosina quinase 2 rica em prolina promovem a formação óssea e podem ser usados no tratamento da osteoporose no futuro. A fixação interna é um método comum para o tratamento de fraturas, mas ao mesmo tempo, o dispositivo de fixação interna também fornece espaço parasitário adequado para o biofilme necessário para a reprodução patogênica, causando assim infecção e outra doença concomitante. As infecções graves podem retardar a cicatrização das fracturas e estimular a absorção do tecido ósseo. No caso de uma infecção, o tratamento habitual é remover o dispositivo de fixação interna ou mudá-lo para fixação externa, o que obviamente afectará a cicatrização da fractura ou causará desconforto ao paciente. A recombinação humana da proteína-1 óssea (rhOP-1, também conhecida como BMP7) demonstrou induzir a formação de novos ossos em defeitos ósseos de tamanho crítico em camundongos com infecção aguda. Alguns estudiosos descobriram através de experimentos que o uso de injeção de proteína morfogenética óssea pode promover a formação óssea se a infecção crônica ocorrer após a fixação dentro da fratura, e o tratamento antibiótico pode melhorar o processo. A proteína morfogenética óssea pode efetivamente promover a proliferação e diferenciação das células osteoprogenitoras e expressar marcadores osteoblastos. Células osteoprogenitoras têm sido relatadas no pericôndrio. Essas células osteoprogenitoras regulam a proteína morfogenética óssea 2 durante a diferenciação em osteoblastos maduros que produzem uma matriz óssea, e a própria proteína morfogenética óssea 2 é um potente indutor da osteogênese. Efeito da onda de choque extracorpóreo sobre as células osteoprogenitoras: A onda de choque extracorporal tem sido usada no tratamento de pedras nos rins há mais de 20 anos. Nos últimos anos, as ondas de choque têm sido aplicadas no tratamento da cura das fraturas. Atualmente, a maioria dos estudiosos acredita que a osteogénese das ondas de choque é causada pela promoção da expressão de uma ou várias citocinas. Wang et al. estudaram os efeitos das ondas de choque nas células mesenquimais progenitoras da medula óssea. Neste estudo, o estroma da medula óssea e células hematopoiéticas foram coletadas para avaliar o impacto das ondas de choque no fêmur de ratos, formando células progenitoras da colônia (CFU-F e CFU-O), granulócitos, hemácias, monócitos e megacariócitos. Ao mesmo tempo, foram medidas a atividade da fosfatase alcalina e a quantidade de fator de crescimento transformador β1 produzida nas células estromais da medula óssea cultivadas. Os resultados mostram que o parâmetro de onda de choque mais ideal é 500 pulsos, 0,06 mg/mm2, o que pode promover melhor o crescimento de CFU2F e CFU2O. A atividade da fosfatase alcalina foi aumentada em 1173 vezes com o nitrofenol P2. A experiência também constatou que a onda de choque foi aumentada pela densidade de energia de 0,16 mg/mm2, a dose de 500, e a expressão do fator de crescimento transformador β1 foi reforçada. Após 12 dias, as células osteoprogenitoras formaram colônias, o que confirmou que o fator de crescimento transformador β1 promoveu células estromais da medula óssea na onda de choque. Ele tem um papel importante na transformação das células osteoprogenitoras. Portanto, foram estudados os efeitos biológicos das ondas de choque sobre as células osteoprogenitoras e a formação óssea. O papel das junções entre as células endoteliais e as células osteoprogenitoras na osteogénese tem demonstrado ser um processo acoplado de angiogénese e desenvolvimento e maturação do tecido ósseo. A estreita relação entre endotélio vascular e osteoblastos e osteoblastos sugere que as células endoteliais (CE) desempenham um papel importante na regulação da formação e função óssea. Alguns estudiosos descobriram que a junção da fenda entre células endoteliais e células osteoprogenitoras é um fator chave para melhorar a atividade osteogênica das células osteoprogenitoras. Nesta base, outros estudiosos têm proposto que as células endoteliais podem expressar a proteína morfogenética óssea 2 e aumentar a capacidade osteoprogenética das células osteoprogenitoras. Este efeito requer uma ligação estreita entre as células endoteliais e as células osteoprogenitoras. Muitas vezes, a formação de novo osso é limitada pela falta de vasos sanguíneos no tecido. Para resolver este problema, os pesquisadores esperam promover a angiogênese através do uso de fatores angiogênicos. Não há relatos de formação óssea de engenharia de tecidos por transplante de células endoteliais, o impacto dessa complexa interação entre células endoteliais e células osteoprogenitoras na osteogênese merece mais investigação.
- Ibrahim A, Bulstrode N W, Whitaker I S, et al. Nanotecnologia para Estimular a Diferenciação do Osteoprogenitor. Jornal Ortopédico Aberto. 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. Diário de Artroplastia. 2015, 30(11):1892-1896.
- Park J, Gebhardt M, Golovchenko S, et al. Dual pathways to endochondral osteoblasts: a novel chondrocyte-derived osteoprogenitor cell identified in hypertrophic cartilage. Biologia Aberta. 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. Derivação eficiente das células osteoprogenitoras a partir de células estaminais pluripotentes induzidas para regeneração óssea. Ortopedia Internacional. 2014, 38(9):1779-1785.