Introducere și funcția osteoprogenitoarelor
Celele osteoprogenitoare, cunoscute și sub numele de osteoblaste, sunt denumite astfel pentru capacitatea lor de a se autoîntreține și de a se reînnoi. Celulele stem pot fi împărțite în două celule stem sau două celule progenitoare dirijate printr-un grad ridicat al mecanismului de reglare. Reînnoirea celulară este precisă, iar celulele stem sunt relativ statice pe parcursul întregului proces de proliferare. Celula își îndeplinește sarcina de sinteză a ADN-ului și de expansiune celulară și își păstrează informația genetică originală, în timp ce produce în mod continuu celule progenitoare, nu proliferează și nu se diferențiază. Se poate diferenția în osteoblaste sub inducerea unui mediu de cultură care conține dexametazonă, acid ascorbic și fosfat de glicerol. În procesul de diferențiere, pot apărea caracteristici caracteristice celulelor osoase: sinteza colagenului de tip I, exprimarea fosfatazei alcaline, secreția de calciu osos și depunerea de hidroxiapatită. În studiile actuale privind ingineria țesutului osos, există multe rapoarte privind celulele osteogene și relativ puține studii privind celulele osteoprogenitoare care pot prolifera, se pot diferenția în celule osteogene și, în cele din urmă, pot forma os. Prin înțelegerea caracteristicilor biologice ale celulelor progenitoare și a unor progrese de cercetare relativ noi, putem oferi unele idei și modalități noi în tratamentul reparării defectelor sau al osteoporozei țesutului osos.
Caracteristicile celulelor osteoprogenitoare
Caracteristicile stadiului de diferențiere a celulelor osteoprogenitoare: Osteoblastele derivă din celulele osteoprogenitoare mezenchimale și joacă un rol major în osteogeneză. Atunci când aceste celule sunt introduse în zona defectului osos al animalelor adulte, ele pot promova formarea osoasă, astfel încât este clar că funcția și procesul de diferențiere a osteoprogenitorilor ne permite să avem o înțelegere mai profundă a metabolismului țesutului osos. S-a raportat că celulele progenitoare osoase sunt obținute prin digerarea craniului fetal de șobolan cu enzime temporizate și continue. Celulele osteoprogenitoare sunt foarte sensibile la dexametazonă, iar expresia markerilor de formare osoasă este îmbunătățită sub inducerea dexametazonei. S-a confirmat prin testarea activității fosfatazei alcaline și a depunerilor de calciu că prima până la a treia generație de celule din craniul fetal de șobolan digerate prin enzime au răspuns bine la dexametazonă. Acest lucru indică faptul că acestea sunt osteoprogenitori localizați pe periost și pe suprafața osoasă și osteoblaste imature. A treia generație de celule poate forma cel mai mare număr de noduli osoși, ceea ce indică faptul că acesta este cel mai mare număr de celule osteoprogenitoare. Prima generație este cea mai proliferativă celulă osteoprogenitoare. În schimb, cea de-a patra generație de celule din craniul fetal de șobolan are un răspuns slab la dexametazonă. Experimentul arată că expresia receptorului glucocorticoid în celulele osoase este mai mică decât cea a celulelor osteoprogenitoare și a osteoblastelor, ceea ce indică faptul că a patra și a cincea generație de enzime de digestie a celulelor craniului fetal de șobolan includ în principal celule osoase. Modificări legate de vârstă în celulele osteoprogenitoare: În studiile privind modificările legate de vârstă ale osteoblastelor, s-a constatat că capacitatea de formare a oaselor de către celulele stromale din măduva osoasă umană nu era legată de vârstă. Numărul de celule stromale la vârstnici și la adulții tineri este practic similar în ceea ce privește cultura in vitro. Capacitatea redusă de formare osoasă a vârstnicilor se datorează schimbărilor din mediul intern al individului care reduc potențialul osteogenic al celulelor osteoprogenitoare. Odată cu creșterea vârstei, capacitatea proliferativă a celulelor osteoprogenitoare a slăbit treptat, dar numărul acestora nu a scăzut semnificativ. Celulele osteoprogenitoare de la șoarecii îmbătrâniți sunt mai puțin sensibile la rezultatele mitogene induse de factorul de creștere a fibroblastelor de bază decât la șobolanii tineri.
Reglarea celulelor osteoprogenitoare
Deoarece celulele osteoprogenitoare joacă un rol important în formarea oaselor, reglarea celulelor osteoprogenitoare este deosebit de importantă. Receptorii Y-neuropeptidei de tip 2 pe celulele osteoprogenitoare: În mod tradițional, procesul de formare a oaselor este reglementat în principal de sistemul endocrin și de factori locali, cum ar fi citokinele și factorii de creștere. Cu toate acestea, acest punct de vedere se schimbă treptat. Există tot mai multe dovezi că neurocitokinele din țesutul osos pot modifica, de asemenea, activitatea celulelor osoase. Studiile au confirmat faptul că celulele nervoase care intră în țesutul osos sunt asociate cu hipotalamusul, ceea ce este în concordanță cu ștergerea condiționată a receptorilor Y-neuropeptidei de tip 2. S-a demonstrat că fibrele imunoreactive la neuropeptidele Y sunt prezente în măduva osoasă, periost și în țesutul osos. Studiile au arătat că numărul de celule osteoprogenitoare derivate de la șoarecii Y2-/- și capacitatea lor osteogenică sunt sporite. În același timp, lipsa receptorului Y2 poate determina celulele stromale să reglementeze în jos receptorul Y1, posibil deoarece țesutul osos nu poate inhiba eliberarea de feedback al neuropeptidei Y, ceea ce duce la stimularea excesivă a receptorului Y1 și promovează mineralizarea osoasă, ceea ce poate fi pentru tratamentul masei osoase. Tirosina kinaza 2 bogată în proline și kinaza de adeziune focală (FAK) sunt o proteină kinază de tip tirozină nereceptoare care formează împreună familia kinazelor de adeziune focală. Proline-rich tyrosine kinase 2 este kinaza de cel mai înalt nivel în creier și în sistemul hematopoietic. Numeroase experimente in vitro au demonstrat că tirozin-kinaza 2 bogată în proline reglează funcția și activitatea osteoclastelor. Unii cercetători au descoperit în mod neașteptat că formarea osoasă a șoarecilor PYK2-/- a crescut semnificativ. În concordanță cu această constatare, capacitatea de diferențiere și activitatea celulelor osteoprogenitoare din măduva osoasă a șoarecilor PYK2-/- au fost îmbunătățite. Mai mult, injectarea zilnică de mici inhibitori ai tirozin-kinazei 2 bogate în prolină la șobolani ovariectomizați poate crește în mod eficient formarea osoasă și reduce pierderea osoasă. Se crede că tirosin-kinaza 2 bogată în prolină reglează diferențierea celulelor osteoprogenitoare timpurii, iar inhibitorii de tirosin-kinază 2 bogată în prolină promovează formarea osoasă și pot fi utilizați în tratamentul osteoporozei în viitor. Fixarea internă este o metodă obișnuită pentru tratamentul fracturilor, dar, în același timp, dispozitivul de fixare internă oferă, de asemenea, un spațiu parazitar adecvat pentru biofilmul necesar pentru reproducerea agenților patogeni, provocând astfel o infecție și o altă boală concurentă. Infecțiile severe pot întârzia vindecarea fracturii și pot stimula absorbția țesutului osos. În cazul unei infecții, tratamentul obișnuit constă în îndepărtarea dispozitivului de fixare internă sau în schimbarea acestuia cu o fixare externă, ceea ce va afecta în mod evident vindecarea fracturii sau va cauza disconfort pacientului. S-a demonstrat că recombinarea umană a proteinei osoase-1 (rhOP-1, cunoscută și sub numele de BMP7) induce formarea de os nou în defecte osoase de dimensiuni critice la șoarecii cu infecție acută. Unii cercetători au constatat, prin experimente, că utilizarea injecției de proteină morfogenetică osoasă poate promova formarea de os în cazul în care apare o infecție cronică după fixarea în cadrul fracturii, iar tratamentul cu antibiotice poate intensifica procesul. Proteina morfogenetică osoasă poate promova în mod eficient proliferarea și diferențierea celulelor osteoprogenitoare și poate exprima markerii osteoblastici. Au fost raportate celule osteoprogenitoare în pericondru. Aceste celule osteoprogenitoare reglează proteina morfogenetică osoasă 2 în timpul diferențierii în osteoblaste mature care produc o matrice osoasă, iar proteina morfogenetică osoasă 2 în sine este un puternic inductor al osteogenezei. Efectul undei de șoc extracorporale asupra celulelor osteoprogenitoare: Unda de șoc extracorporală a fost utilizată în tratamentul pietrelor la rinichi de peste 20 de ani. În ultimii ani, undele de șoc au fost aplicate în tratamentul vindecării fracturilor. În prezent, majoritatea cercetătorilor consideră că osteogeneza undelor de șoc este cauzată de promovarea expresiei uneia sau mai multor citokine. Wang et al. au studiat efectele undelor de șoc asupra celulelor progenitoare mezenchimale din măduva osoasă. În acest studiu, stroma măduvei osoase și celulele hematopoietice au fost colectate pentru a evalua impactul undelor de șoc asupra femurului de șobolan, formând celule progenitoare de colonie (CFU-F și CFU-O), granulocite, globule roșii, monocite și megacariocite. În același timp, au fost măsurate activitatea fosfatazei alcaline și cantitatea de factor de creștere transformant β1 produsă în celulele stromale din măduva osoasă cultivate. Rezultatele arată că cel mai ideal parametru al undelor de șoc este de 500 de impulsuri, 0,06 mg/mm2, care poate promova mai bine creșterea CFU2F și CFU2O. Activitatea fosfatazei alcaline a fost crescută de 1173 de ori cu P2 nitrofenol. Experimentul a constatat, de asemenea, că unda de șoc a fost îmbunătățită de densitatea de energie de 0,16 mg/mm2, doza de 500, iar expresia factorului de creștere transformant β1 a fost întărită. După 12 zile, celulele osteoprogenitoare au format colonii, ceea ce a confirmat că factorul de creștere transformator β1 a promovat celulele stromale din măduva osoasă în unda de șoc. Acesta joacă un rol important în transformarea celulelor osteoprogenitoare. Prin urmare, au fost studiate efectele biologice ale undelor de șoc asupra celulelor osteoprogenitoare și asupra formării osoase. S-a demonstrat că rolul joncțiunilor gap dintre celulele endoteliale și celulele osteoprogenitoare în osteogeneză este un proces cuplat al angiogenezei și al dezvoltării și maturării țesutului osos. Relația strânsă dintre endoteliul vascular și osteoblaste și osteoblaste sugerează că celulele endoteliale (CE) joacă un rol important în reglarea formării și funcției osoase. Unii cercetători au descoperit că joncțiunea lacunară dintre celulele endoteliale și celulele osteoprogenitoare este un factor-cheie în sporirea activității osteogene a celulelor osteoprogenitoare. Pe această bază, alți cercetători au propus că celulele endoteliale pot exprima proteina morfogenetică osoasă 2 și pot spori capacitatea osteogenică a celulelor osteoprogenitoare. Acest efect necesită o legătură strânsă de director între celulele endoteliale și celulele osteoprogenitoare. De multe ori, formarea de os nou este limitată de lipsa de vase de sânge în țesut. Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii speră să promoveze angiogeneza prin utilizarea factorilor angiogenici. Nu au existat rapoarte privind formarea osoasă prin inginerie tisulară prin transplantul de celule endoteliale, impactul acestei interacțiuni complexe dintre celulele endoteliale și celulele osteoprogenitoare asupra osteogenezei merită investigații suplimentare.
- 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 novel chondrocyte-derived chondrocyte-derived osteoprogenitor cell identified in hypertrophic cartilage. 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. Jurnalul de cercetare vasculară. 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.