клетка которая характеризует состояние регенерации костного мозга это
Клетка которая характеризует состояние регенерации костного мозга это
После максимального опустошения костного мозга, когда фактически остаются одни ретикулярные клетки, наступает постепенное заполнение его новообразованными клетками крови. Последние вначале располагаются в виде очагов, степень выраженности которых широко варьирует [Краевский Н. А., 1957; Новикова М. И., 1975]. Чем позже после облучения производится микроскопическое исследование, тем больше бывает выражено заполнение ретикулярной стромы новообразованными клетками и больше среди них выявляются дифференцированные формы белой и красной крови.
Существенно, что активации миелопоэза всегда предшествует увеличение количества лимфоидных клеток [Щербова Е. Н., Груздев Г. П., Белоусова О. И., 1968]. Возможно, что лимфоидные клетки способствуют пролиферации и дифференцировке заселившихся в опустошенный костный мозг стволовых клеток или сами подвергаются трансформации и дифференцировке [Горизонтов П. Д., 1973]. Вместе с тем наблюдения показывают, что у животных, перенесших острую форму лучевой болезни, в течение долгого времени отмечается повышенное разрастание ретикулярных клеток, особенно по ходу костных балок [Шмелева Н. И., 1972]. По мнению авторов более поздних работ, лимфоциты не играют существенной роли в восстановлении грануло- и эритропоэза [Чертков К. С, 1972; Варакина Н. Ф., 1975].
У облученных крыс, например, первым восстанавливается эритроидный росток костного мозга, затем число лимфоцитов и потом уже содержание незрелых форм гранулоцитарного ростка [Гольдберг Е. Д., Карпова Г. В., 1979].
Гистологическая картина костного мозга у людей, перенесших острую лучевую болезнь 6—16 лет назад, свидетельствует о неполной регенерации кроветворной ткани. Она отличается высоким содержанием ретикулярных клеток, плазмоцитов и эозинофилов, меньшим числом мегакариоцитов, признаками прогрессирующего склероза ретикулярной стромы и кровеносных сосудов [Суворова Л. А., 1970; Вялова Н. А. и др., 1970; Грибова И. А., Солдатова В. П„ 1975]. Однако при поражении разными видами излучений наблюдаются некоторые отклонения.
При поражении быстрыми нейтронами, например, больше нарушается регенерация красной крови [Соколов В. В., 1957]. Вместе с тем последние электронно-микроскопические исследования показывают, что у крыс при острой лучевой болезни, вызванной облучением рентгеновскими лучами в дозе 750 Р, максимальные нарушения в клетках красной крови наблюдаются в период наиболее выраженного восстановления миелоидного ростка [Марков В. И., Пискарев Е. В. и др., 1978].
У людей, погибших через 3—6 нед после облучения в результате взрыва атомной бомбы, было выделено несколько типов регенерации костного мозга. В 1-й группе пострадавших костный мозг оставался апластичным. Пролиферация ретикулярных клеток, образование плазматических и так называемых лимфоидных клеток почти не наблюдались. Только в некоторых случаях обнаруживали деление ретикулярных клеток и переход их в плазматические формы. Дифференцировка миелоидных элементов почти отсутствовала. В единичных наблюдениях отмечалось сохранение островков эритропоэза. Во 2-й группе пострадавших очаговая гиперплазия была более выраженной.
В клеточных популяциях, помимо плазматических клеток, можно было видеть лимфоидные и миелоидные клетки. Пролиферация ретикулярных клеток наблюдалась вдоль трабекул кости. В отдельных участках костного мозга встречались лаброциты, островки эритропоэтической ткани, большие и малые клетки, напоминающие мегакарноциты. В 3-й группе пострадавших ииелась очаговая регенерация миелоидной ткани. Кроме того, отмечалась пролиферация ретикулярных клеток и появление большого количества плазматических клеток, лимфоцитов и мегакариоцитов. Наконец, в 4-й группе у всех пострадавших отмечалось разрастание миелоидного костного мозга; среди клеток последнего преобладали миелоциты и в некоторых случаях метамиелоциты.
Стволовые клетки костного мозга
Историческая справка
В 1908 году на съезде гематологов в Берлине петербургский ученый Александр Максимов ввел понятие «стволовые клетки», таким образом, он создал теорию, согласно которой все клетки крови происходят из одной «стволовой» клетки. Стволовые клетки костного мозга являются предшественниками тканей человека.
Позже, в конце 60-х годов советский ученый, профессор А.Я. Фриденштейн обнаружил отличные от других стволовые клетки (мезенхимальные), которые в настоящее время активно изучаются и находят широкое применение в востановительной медицине. Он первым начал изучать их свойства в своей лаборатории. Эти клетки до сих пор вызывают интерес среди ученых всего мира.
Основные типы стволовых клеток
Клиническое применение эмбриональных СК сопровождается большим риском их онкогенной трансформации. При применении фетальных СК возможен риск вирусного и бактериального загрязнения.
Такие риски отсутствуют при применении «взрослых» стволовых клеток.
В развитых странах эмбриональные и фетальные стволовые клетки запрещены к использованию в клинической практике.
Основные источники «взрослых» стволовых клеток
Стволовые клетки костного мозга человека
В костном мозге существует два типа СК: гемопоэтические, дающие начало всем клеткам крови, и мезенхимальные (МСК), являющиеся клетками предшественниками тканей человека, развивающихся из мезодермы. Эти клетки (МСК) находятся во всех органах и системе человека в небольшом количестве, но наибольшая концентрация этих клеток находится в костном мозге. В культуре они могут воспроизводить сами себя, не превращаясь в клетки других тканей, так как остаются «изначальными».
Как они работают
С возрастом количество МСК в костном мозге снижается, активность этих стволовых клеток заметно уменьшается, соответственно, наступает процесс старения организма. Возникает необходимость активизировать собственные ресурсы организма, и поэтому требуется введение собствтенных или донорских МСК. Они находят пораженные места в организме и начинают активно восстанавливать пораженные ткани и органы. Внутривенное введение МСК в больших дозах (250 — 400 млн) оказывает мощное лечебное воздействие на весь организм, при этом эффект сохраняется длительное время.
У всех пациентов с различной патологией, которым была произведена высокодозная терапия МСК, были получены только положительные результаты.
Применение именно взрослых МСК для лечения заболеваний человека поддерживают Московская Патриархия и Ватикан.
Приоритетные направления нашей деятельности
О технологии
Медицинская технология получения высококачественных мезенхимальных стволовых клеток (МСК) основана на размножении в культуре при строго определенных условиях чистой популяции МСК в большом количестве (100 — 500 млн) из малого исходного количества костного мозга (0,5 — 1,0 мл), получаемого при пункции грудины или подвздошной кости, у пациентов любого возраста. Получаемое количество МСК достаточно для проведения эффективной терапии (локальной, внутривенной).
Медицинская технология предназначена для использования МСК в фундоментальных и научно-прикладных исследованиях (в том числе восстановительная медицина). Преимущество данной технологии перед другими заключается в том, что костный мозг человека является универсальным источником получения МСК, которые, в отличии от стволовых клеток, получаемых из других источников (эмбриональные, фетальные), являются безопасными при их применении в медицинской практике.
Безопасность и эффективность высокодозной внутривенной трансплантации МСК костного мозга человека проверена в эксперименте в клинике.
Области применения МСК
Наиболее перспективными направлениями клинического применения МСК и клеточных продуктов являются:
Ревитализация: омоложение человеческими стволовыми клетками
Достижения в области клеточной медицины вызвал настоящий бум в области геронтологии. Ревитализация (восстановление организма)- новое направление, способствующее замедлению старения и предупреждению развития хронических заболеваний, характерных для пожилого возраста и приводящих к преждевременному изнашиванию организма. После 40 лет начинается прогрессирующее снижение метаболизма и развития атрофических процессов в органах и тканях. Запускается процесс старения. Снижается эффективность физиологической регенерации органов и тканей, накапливается все больше поломок. Эти процессы чаще наблюдаются в артериях и тканях опорно-двигательного аппарата.
Новый принцип ревитализации это введение стволовых клеток, приводящих к обновлению всех органов и тканей к предупреждению развития многих заболеваний, в том числе и онкологических, улучшению общего самочувствия и сохранению хорошего внешнего вида.
У людей с заболеванием сердца и сосудов в крови снижено количество циркулирующих стволовых клеток по сравнению со здоровыми людьми. Ученые полагают, что эти люди «израсходовали» данные клетки или же имеют недостаточное их производство из-за генетических факторов.
Снижение количества собственных стволовых клеток может корректироваться путем их дополнительного введения. Поэтому одним их приоритетных направлений медицинской науки стало использование стволовых клеток для реставрации тканей, разрушенных разными заболеваниями.
Введение стволовых клеток оказывает выраженный омолаживающий и оздоравливающий эффект. Биологический возраст человека снижается. Сначала регулируется работа эндокринной системы, печени, почек и других важных органов, происходит восстановление их функций.
В дальнейшем нормальная работа внутренних органов обеспечивает красивую внешность, здоровую кожу, хорошее настроение, повышение сексуальной активности. Надо отметить, что у лиц старше 70 лет, своих стволовых клеток не очень много и они приобретают признаки клеточного старения и генетического изменения. Использование донорских молодых стволовых клеток, заряженных энергией жизни, целесообразнее использовать лицам пожилого возраста. При этом, обновляются стареющие биологические структуры и реально продлевается жизнь.
Эффект от введения стволовых клеток по данным специалистов:
Банк мезенхимальных стволовых клеток
В структуре лаборатории имеется банк стволовых клеток костного мозга человека.
У пациента или донора производится забор малого количества (0,5-1 мл) костного мозга из грудины или подвздошной кости, что представляет собой обычную процедуру, проводимую во многих медицинских учреждениях в диагностических целях. Из полученного пунктата выделяют стволовые клетки и культивируют до количества (400-500 млн чистой популяции МСК), достаточного и для проведения эффективной терапии, и для последующего замораживания, и хранения.
Банк МСК из костного мозга человека позволяет использовать аутологичные клетки для последующих трансплантаций без повторной пункции костного мозга.
Клетка которая характеризует состояние регенерации костного мозга это
Репаративная регенерации костной ткани представляет собой восстановление после повреждения. Этот процесс имеет большое значение для практической медицины. Костная ткань уникальна, поскольку кость способна полностью восстанавливать даже значительные дефекты в отличие от всех других тканей, в которых регенерация завершается образованием соединительнотканного рубца или гипертрофией органа.
Единого определения термина «репаративная регенерация» не существует. Одни авторы утверждают, что это разновидность физиологической регенерации, которая происходит в условиях экстремальных воздействий на организм, но отличается большей интенсивностью. Другие характеризуют ее как сложный процесс, который вызван разрушением костных структур, количественно превышающий допустимые пределы физиологической регенерации и направленный на восстановление целостности и обеспечения функции.
Процессы регенерации костной ткани челюстно-лицевой области представляют собой сложное переплетение ряда общих воздействий на системном уровне и локальных изменений тканевого метаболизма, включая изменения на молекулярном уровне. В основе репаративной регенерации лежат дифференцировки клеток, их пролиферация, резорбция поврежденной ткани и новообразования кости в ходе ремоделирования, а также формирования органического внеклеточного матрикса с последующей его минерализацией.
Стадии заживления костной ткани челюстно-лицевой области
При заживлении переломов выделяют следующие четыре стадии: репаративная реакция, формирования сращений костных отломков, сращение костных отломков, функциональная перестройка костной мозоли и отломков с формированием органной структуры.
В настоящее время исследователи выделяют несколько стадий репаративной регенерации:
Катаболизм тканей, дифференциация и пролиферация клеточных элементов.
Образование и дифференциация новых тканевых структур.
Формирование сосудистых образований для питания новой ткани.
Перестройка первичного регенерата.
В первой стадии, репаративной реакции кости, различают такие фазы, как острое посттравматическое нарушение тканевого кровоснабжения, некроз клеток с дезорганизацией клеточных структур, пролиферацию нежизнеспособных мезенхимальных стволовых клеток и дифференциацию пролиферирующих клеток в направлении образования костного дифферона (мезенхимальная стволовая клетка — преостеобласт — остеобласт — остеоцит).
Острые посттравматические нарушения тканевого кровоснабжения в области перелома сопровождаются разрывом периоста, эндоста, каналов остеонов, а также костного мозга, сосудов и нервов, мышечной и соединительной тканей, окружающих кость. Данные процессы сопровождаются кровоизлияниями, отеком, макрофагальной инфильтрацией и развитием диффузных ишемических дегенеративнонекротичних изменений в тканях. Указанная фаза продолжается порядка 6-18 часов с момента перенесенной травмы.
Вторая фаза, длительностью 10-24 часов после травмы, сопровождается дезорганизацией структур костной ткани, признаками некроза и макрофагальной клеточной инфильтрацией.
В третьей фазе, которая приходится на промежуток 24-72 часа с момента перелома, на фоне восстановленного кровоснабжения наблюдается пролиферация мезенхимальных стволовых клеток, перицитов микроциркуляторного русла, периоста, эндоста с формированием остеогенной ткани. В зависимости от расположения пролиферирующих клеток выделяют периостальные (клетки периоста), эндостальные (клетки костного мозга) и интермедиарные (клетки костного мозга и сосудов центральных каналов) костные образования.
Четвертая фаза репаративной реакции сопровождается пролиферацией и дифференциацией остеогенных клеток в преостеобласты и остеобласты. Они синтезируют остеоид, который после минерализации превращается в грубоволокнистую костную ткань. Наблюдается активация остеокластов, что резорбируют некротизированную костную ткань.
На стадии формирования сращений костных отломков, которая наступает на 3-5 сутки с момента травмы, образуется костный регенерат, или мозоль, который распространяется в проксимальном и дистальном направлениях. Спустя 2-6 недель этот процесс приводит к слиянию и консолидации костных отломков.
Последняя стадия заживления перелома характеризуется образованием костных сращений, которые могут быть нескольких типов. Первичное костное сращение сопровождается прямым сращиванием отломков на уровне кортикального слоя с формированием новых остеонов. Фиброзно-хрящевое сращение характеризуется развитием в зоне перелома некроза костной и мягких тканей, вялой репаративной реакцией, развивающейся на значительном расстоянии от места перелома, и преимущественным развитием фиброзной, реже хрящевой ткани.
Сложившееся фиброзно-хрящевое сращение кости в результате длительной оссификации может замещаться костной тканью, образуя вторичное сращение костных отломков. В четвертой стадии происходит функциональная перестройка костной мозоли и сросшихся отломков с формированием органной структуры кости.
Клетки и вещества, участвующие в репаративной регенерации костной ткани
Процесс регенерации костной ткани челюстно-лицевой области происходит при участии таких клеток, как остеобласты, остеокласты или остеоциты. Ниже приведена краткая характеристика этих клеточных элементов с указанием особенностей их структуры и функций.
Остеобласты представляют собой костеобразующие клетки, которые происходят из мезенхимальных стволовых клеток. Они округлой формы, размером 20-30 мкм, с эксцентрично расположенным ядром. Эти клетки располагаются в остеогенном слое надкостницы и в периваскулярных пространствах остеонов.
Выделяют четыре типа остеобластов, участвующих в заживлении костной ткани: преостеобласты, пролиферирующие функционально активные остеобласты, созревающие с гипертрофированной эндоплазматической сетью остеобласты, а также дифференцированные малоактивные остеобласты. Основная часть остеобластов синтезируют костную ткань, пока не наступит остановка их функции с последующим превращением их в неактивные клетки.
Эти клетки выстилают поверхность вновь созданной костной ткани, и при помощи системы канальцев соединяется с остеоцитами. Определенная часть остеобластов инкапсулируется в остеоидный матрикс и дифференцируются в остеоциты.
Остеобласты имеют развитый аппарат Гольджи и митохондрии, благодаря чему синтезируют огромное количество межклеточного вещества, в частности протеины и коллагеновые волокна, которые образуют органический костный матрикс — остеоид. Остеобласты синтезируют коллаген I типа из проколлагена, который состоит из одной α2- и двух α1-полипептидных цепочек, образующих спиральную структуру.
Молекула проколлагена содержит два конечных пептида: амино- и карбокситерминальные пропептиды. После секреции проколлагена остеобластами в экстрацеллюлярное пространство эти два пропептида под влиянием энзимов отщепляются от проколлагена, который трансформирутеся в тропоколлаген.
Свободные конечные пропептиды костной ткани попадают в циркулирующую кровь, где можно определить их концентрацию иммуноферментным методом. Этот анализ очень точно указывает на количество синтезированного коллагена I типа, причем уровень аминотерминального пропептида наиболее точно характеризует его метаболизм.
Также остеобласты синтезируют неколлагеновую фракцию белков костного матрикса, которым принадлежит ведущая роль в его минерализации. Это остеокальцин, остеопонтин, остеонектин, и костный сиалопротеин.
Остеокальцин — основной неколлагеновых белок кости, который участвует в связывании кальция и гидроксиапатитов. Он оказывает хемотаксическое воздействие на остеокласты и принимает участие в резорбции кости.
Остеонектин связывает коллаген I типа и гидроксиапатит, принимает участие в образовании начального кристалла (нуклеации) при минерализации кости. Остеопонтин также связывает костные клетки с гидроксиапатитом внеклеточного пространства, но исследования последних лет указывают на участие этого белка в метастазировании опухолей путем облегчения адгезии опухолевых клеток в процессе инвазии.
Костный сиалопротеин содержит сиаловые кислоты. Он является кальцийсвязывающим гликопротеином, обеспечивающим минерализацию и стабилизации структуры коллагена.
Остеоциты, или «звездчатые клетки», имеют большое количество длинных и тонких отростков. Они делятся на три типа, характеристики которых кратко перечислены ниже:
Остеоциты I типа, продуцирующие клетки, синтезируют компоненты костного матрикса.
Остеоциты II типа, зрелые или резорбирующие клетки, участвуют в процессе остеолиза.
Остеоциты III типа, дегенерирующие клетки, располагаются на периферии остеона. Вследствие их деструкции высвобождается значительное количество лизосомальных ферментов и происходит остеолизис костной ткани.
Остеоциты имеют рецепторы к паратгормону, синтезируют остеокальцин, матриксные протеины и склеротин, который является ингибитором Wnt-сигнала в остеобластах. Главной их функцией является передача механического и химического сигналинга остеобластам, покровным клеткам и через них — остеокластам. Эта цепочка играет важную роль для запуска процессов ремоделирования кости в физиологических и в патологических условиях.
Остеокласты представляют собой многоядерные гигантские клетки, которые обеспечивают резорбцию компонентов костного матрикса. Они расположены на поверхности кости в небольших углублениях (эрозионные лакуны или лакуны Хаушипа). В местах контакта с участками резорбции кости цитоплазма остеобластов образует выросты в виде гофрированной каймы, что увеличивает площадь контакта с костью и облегчает поступление в зону резорбции биологически активных клеточных продуктов.
Также остеокласты секретируют в зону резорбции протоны и протеолитические ферменты (катепсин К, цистеинпротеазу, матриксные металлопротеиназы) и удаляют через базолатеральную мембрану продукты распада в окружающее пространство. Для осуществления такого транспорта необходимо присутствие тартратрезистентной кислой фосфатазы (ТРКФ). Существует 5 видов кислых фосфатаз, которые производятся костной тканью, селезенкой, эритроцитами, тромбоцитами и макрофагами. Все виды кислых фосфатаз ингибируются тартратом, кроме пятой изоформы, которая называется ТРКФ-5.
Остеокластогенез, остеобластогенез и ремоделирование кости
Различают следующие функциональные типы остеокластов: молодые, зрелые, функционально активные и неактивные, а также погибающие. Источником происхождения всех остеокластов являются макрофагально-моноцитарные клетки костного мозга.
Важная роль в остеокластогенезе принадлежит системе RANK / RANKL / OPG, которая была открыта в 1997 году. RANKL, экспрессируемый на поверхности остеобластов, связывается с RANK-рецептором, который расположен на мембранах клеток-предшественников остеокластов. Это запускает дифференциацию и активацию остеокластов. Взаимодействие RANKL и RANK происходит в присутствии макрофагального колониестимулирующего фактора (M-CSF), который при помощи высокоафинных трансмембранных рецепторов (c-fms) активирует внутриклеточную тирозинкиназу и стимулирует пролиферацию и дифференциацию предшественников остеокластов, мононуклеаров.
Было доказано, что активность M-CSF значительно повышается при воздействии на остеобласты паратиреоидного гормона, витамина Д3 и фактора некроза опухолей (TNF), однако снижается при воздействии OPG и эстрогенов.
Обнаружено, что продукцию остеокластов стимулирует паратиреоидный гормон. Он синтезируется паращитовидными железами. Гормон поддерживает гомеостаз кальция путем вымывания из кости во внеклеточную жидкость и усиление реабсорбции в канальцах почек. Этот гормон активирует синтез кислой фосфатазы, лактата и цитрата, и подавляет синтез коллагена и щелочной фосфатазы.
При резком повышении уровня паратгормона в крови наблюдается активация зрелых остеоцитов и резорбция кости (остеоцитарный остеолиз). При длительной гиперсекреции паратгормона усиливается остеокластогенез и снижается активность остеобластов, что также подавляет синтез коллагена. Доказано, что длительное введение малых доз паратгормона вызывает анаболический эффект, а это, наоборот, способствует созреванию хрящевой ткани. Он способствует синтезу в почках 1,25-(ОН)-2D3 под влиянием циклического АМФ из 25-(ОН)-2D3.
В отличие от паратгормона, кальцитонин, который секретируется в межфолликулярных клетках щитовидной железы, уменьшает количество и активность остеокластов в костной ткани, подавляет остеоцитарный остеолиз и уменьшает уровень кальция в крови. Кальцитонин стимулирует созревание хондроцитов в эпифизарном хряще.
Согласно зарубежным исследованиям последних лет, ведущая роль в регуляции остеобластогенеза принадлежит костным морфогенетических белкам (BMP, bone morphogenetic protein). Это группа сигнальных факторов роста (цитокины), которыеактивно стимулируют формирование энхондральной костной ткани и регулируют различные клеточные процессы (пролиферацию, дифференцировку, апоптоз, хемотаксис, ангиогенез или продукцию внеклеточного матрикса в тканях).
BMP запускают процесс образования костной ткани за счет экспрессии генов, регулирующих процессы дифференциации мезенхимальных стволовых клеток с последующим образованием клеток-остеобластов. Нарушение регуляции сигнальной системы BMP очень часто обнаруживаются при онкологических заболеваниях.
В настоящее время были описаны 47 белков подсемейства BMP, взаимодействующих со специфическими BMP-рецепторами (BMPs). В процессе межклеточных взаимодействий в костной ткани челюстно-лицевой области особенно важны следующие:
BMP2: стимулируют дифференцировку остеобластов.
BMP3: способствуют образованию новой костной ткани.
BMP7: активируют дифференцировку остеобластов и продукцию SMAD1.
BMP8a: принимают непосредственное участие в развитии кости и хряща.
В практической медицине BMP используют для стимуляции процессов заживления кости. Их вводят в костный имплантат, откуда они попадают в места перелома для улучшения остеогенеза.
Костные клетки интенсивно выделяют в межкостный матрикс трансформирующий фактор роста β1 (ТGFβ1), который активирует дифференциацию мезенхимальных стволовых клеток по остеобластическому и хондральному типу, стимулируют процессы репаративной регенерации костей, усиливают пролиферацию и синтез коллагена.
Процессы, связанные с морфогенезом клеток, регулирует также Wnt-сингалинг. Этот процесс включает белки, открытые в начале 1980-х годов как маркеры некоторых видов онкологических заболеваний. Они являются также ключевыми регуляторами процессов ремоделирования и регенерации костной ткани, дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток.
В основе канонического пути Wnt-сигналинга в костной ткани лежит стабилизация белка цитоплазмы β-катенина. При отсутствии сигнала он неактивен и быстро разрушается. При активации β-катенина через Wnt, сам Wnt связывается с поверхностными рецепторами клеток, в качестве которых выступает трансмембранный белок Фрайзленда. В результате этого тормозится разрушения β-катенина, он накапливается в цитоплазме и после проникает в ядро. Там он взаимодействует с белками TCF / LEF, которые избирательно связываются с определенными белками-активаторами и последовательностями ДНК.
Таким путем происходит активация определенных генов, отвечающих за регенерацию костной ткани. Другой, или неканонический (β-катениннезависимый) путь Wnt-сигналинга регулирует полярность клеток, стимулирует метаболизм кальция и реорганизацию цитоскелета. Передача Wnt-сигналов стимулирует продукцию OPG. Доказано, что у человека в активации Wnt-сигналинга привлечено как минимум 22 Wnt-лигандов.
Антагонистом Wnt / β-катенинсигнального пути является склеротингликопротеид, который производится остеоцитами неповрежденной кости. Он препятствует дифференцировке MSC. При возникновении повреждений костной ткани челюстно-лицевой области остеоциты передают сигнал покровным клеткам, которые выстилают поверхность трабекулы. Под влиянием простагландинов и факторов роста, которые при этом выделяются, покровные клетки отслаиваются от поверхности кости, образуя специфический навес. Клетки навеса сочетаются с остеоцитами, с капилляром и образуют компартмент костного ремоделирования.
Недавно были открыты такие регуляторы межклеточных взаимодействий между остеобластами и остеокластами, как семафорины и их рецепторы плексины. Cемафорины образуют семейство молекул из 8 основных классов секреторных и трансмембранных белков, которые отвечают за передачу сигналов по аксонам. Они регулируют рост, развитие и функционирование клеток нервной, сердечно-сосудистой, иммунной, дыхательной, а также опорно-двигательной систем.
В частности, Semaphorin 4D (Sema4D), который является производным остеокластов, действует на мембранный рецептор Plexin-B1 на поверхности остеобластов, подавляя функцию последних. В результате наблюдается активация резорбции костной ткани. Семафорин 3В способствует активации остеокластов, а семафорин 3А, наоборот, стимулирует остеогенез. Исходя из этого, для лечения остеопении важное значение имеет ингибирование семафоринов 4D и 3В.
Важным секреторным производным остеокластов является белок SLIT3. Он стимулирует пролиферацию клеток-остеобластов благодаря активации β-катенинового пути. Аутокринная сигнализация SLIT3 ингибирует резорбцию костной ткани путем подавления дифференцировки преостеокластов. В экспериментальных исследованиях было показано, что модифицированные животные с отсутствием SLIT3 или его рецептора Robo 1 имеют низкие показатели образования костной ткани и высокую скорость ее резорбции.
Практическая оценка процессов регенерации костной ткани
Маркеры синтеза костной ткани косвенно характеризует активность остеобластов. Эти клетки принимают активное участие в формировании костной ткани, производят коллаген I типа плюс другие компоненты остеоида, участвуют в минерализации остеоида гидроксиапатитом.
Первым биохимическим маркером костного ремоделирования является фермент щелочная фосфатаза, который в 1929 году был введен в клиническую практику и сегодня применяется. Существует 4 изоформы этого фермента: костная, печеночная, кишечная и плацентарная.
Лабораторным показателем активности остеобластов является костная щелочная фосфатаза. Это гликопротеин, который принимает участие в минерализации костного матрикса. Одновременное повышение КЩФ и паратгормона может указывать на развитие остеодистрофии с высоким уровнем костного ремоделирования, а снижение этих показателей может свидетельствовать об адинамическом состоянии костной ткани челюстно-лицевой области.
Наиболее информативным маркером формирования кости является остеокальцин. Этот неколлагеновый белок костного матрикса, содержащий гидроксиапатит, может считаться специфическим для костной ткани и дентина. Он синтезируется преимущественно остеобластами и формирует внеклеточный матрикс кости.
Фракция вновь синтезированных остеокластов высвобождается в кровоток, поэтому именно этот маркер указывает на скорость ремоделирования костной ткани. Повышенный уровень паратгормона в крови подавляет активность остеобластов, продуцирующих остеокластов, и снижает концентрацию остеокластов в крови и костной ткани.
В процессе синтеза коллагена I типа остеобластами с проколлагена I типа от него в результате действия специфических ферментов отделяются амино- и карбокситерминальные фрагменты. Соотношение между количеством зрелого коллагена, откладывающегося в костный матрикс, и количеством терминальных молекул, которые поступают в кровеносное русло, должно быть равно единице. Благодаря этому по показателям АКФ, ККФ в сыворотке крови можно судить о синтетической активности остеобластов по синтезу коллагена I типа.
Следующая группа показателей костного ремоделирования — это маркеры резорбции костной ткани. Следует отметить, что они в течение суток меняют свой уровень, поэтому определять их необходимо в одно и то же время суток, лучше утром. К маркерам резорбции костной ткани относятся ферменты, участвующие в разрушении костного матрикса под влиянием остеобластов, и продукты разрушения коллагена I типа.
Это, например, тартратрезистентная кислая фосфатаза (TRAP) — металлосодержащий энзим, один из 6 изоферментов кислой фосфатазы. Он секретируется остеобластами в внеклеточную среду во время резорбции. Существуют формы TRAP-5а и 5в, но TRAP-5в синтезируется остеобластами, а TRAP-5а имеет макрофагальное происхождение. Активность TRAP-5в в плазме крови является показателем процессов резорбции кости.
Гидроксипролин является основной аминокислотой в составе коллагена. Он не считается аутоспецифичным маркером костной ткани, ведь только 50% этой аминокислоты находится в костях, а остальные 50% являются компонентом других белков, в частности эластина, ацетилхолинэстеразы и фактора комплемента С1q.
Большая часть его после разрушения коллагена окисляется в печени и только 15% выводится с мочой. Содержание гидроксипролина зависит от характера питания, возраста человека, наличия опухоли с распадом и демонстрирует циркадный ритм с пиком между 0.00 и 8.00 утра.
14% аминокислотного состава коллагена составляет оксипролин. Он синтезируется остеобластами и также является маркером костной резорбции. В наше время используют более специфические маркеры костной резорбции, такие как продукты распада коллагена I типа. К ним относятся пиридинолин (ПИД) и дезоксипиридинолин (ДПИД). Они находятся в тканях, содержащих коллаген I, II, III типа. ПИД является важным химическим соединением, но ДПИД встречается только в коллагене, поэтому его оценивают как селективный костный маркер.
Также широко применяют в медицинской практике определение показателей пептидов коллагена I типа, NTX и СTX. Уникальность этих показателей заключается в быстром росте их уровня при заболеваниях, сопровождающихся высокой резорбцией костной ткани (например, при остеопорозе, метастазах в кости), а также быстрому их снижению (в течение нескольких недель) на фоне антирезорбтивной терапии.
Следующий маркер резорбции костной ткани — это костный сиалопротеин (BSP). В процессе остеолиза (физиологического или патологического) происходит разрушение костного матрикса ферментами остеобластов с выделением в кровь сиалопротеина с соответствующим ростом лабораторных показателей BSP. Костный сиалопротеин присутствует только в зрелых остеобластах и не обнаруживается в их предшественниках, поэтому BSP может служить маркером поздней дифференцировки клеток кости.
Репаративная регенерация костной ткани челюстно-лицевой области связана с деятельностью остеогенных клеток. В основе локальной регуляции репаративной регенерации лежат несколько сигнальных путей, такие как молекулярная система RANK / RANKL / OPG, костные морфогенетические белки, Wnt-сигналинг и другие.
Остеобластогенез и остеокластогенез характеризует биохимические маркеры костного ремоделирования, определение которых позволяет установить скорость обменных процессов в костной ткани, выявлять пациентов с повышенным риском и проводить раннюю оценку эффективности назначенного лечения, прогнозировать риск возникновения осложнений, диагностировать на ранних сроках появление костных метастазов и др.