хондрогенез
Хондрогенез – это биологический процесс, посредством которого формируется и развивается хрящевая ткань. Этот сложный и строго регулируемый путь клеточной дифференцировки играет решающую роль в развитии скелета, поскольку хрящ служит фундаментальным компонентом эмбрионального скелета. Термин «хондрогенез» происходит от греческих слов «chondros», что означает хрящ, и «генезис», что означает происхождение или формирование. [ 1 ]
Хрящ в развитии плода
[ редактировать ]В эмбриогенезе скелетная система развивается из зародышевых листков мезодермы и эктодермы . Хондрификация (также известная как хондрогенез) — это процесс образования хряща из конденсированной мезенхимной ткани. [ 2 ] который дифференцируется в хондроциты и начинает секретировать молекулы, образующие внеклеточный матрикс.
На ранних стадиях развития плода большая часть скелета является хрящевой. Этот временный хрящ постепенно заменяется костью ( эндохондральное окостенение ), процесс, который заканчивается в период полового созревания. Напротив, хрящ в суставах остается неокостеневшим в течение всей жизни и, следовательно, является постоянным . [ нужна ссылка ]
Минерализация
[ редактировать ]Гиалиновый суставной хрящ взрослого человека постепенно минерализуется в месте соединения хряща и кости. Тогда его называют суставным кальцинированным хрящом . Фронт минерализации продвигается через основание гиалинового суставного хряща со скоростью, зависящей от нагрузки на хрящ и напряжения сдвига. Периодические изменения скорости продвижения и плотности отложения минералов фронта минерализации приводят к образованию множественных «приливов» в суставном кальцинированном хряще. [ нужна ссылка ]
Взрослый суставной кальцинированный хрящ пронизан сосудистыми зачатками, и в сосудистом пространстве образуется новая кость в процессе, сходном с окостенением тела эндохондральным . Цементная линия отделяет суставной кальцинированный хрящ от субхондральных костей. [ нужна ссылка ]
Ремонт
[ редактировать ]После повреждения хрящ имеет ограниченные возможности восстановления. Поскольку хондроциты связаны в лакунах , они не могут мигрировать в поврежденные участки. Кроме того, поскольку гиалиновый хрящ не имеет кровоснабжения, отложение нового матрикса происходит медленно. Поврежденный гиалиновый хрящ обычно заменяется фиброзно-хрящевой рубцовой тканью. За последние годы [ когда? ] хирурги и ученые разработали ряд процедур восстановления хряща , которые помогают отсрочить необходимость замены сустава. [ нужна ссылка ]
В ходе исследования 1994 года шведские врачи восстановили поврежденные коленные суставы путем имплантации клеток, выращенных из собственного хряща пациента. В 1999 году американские химики создали искусственный жидкий хрящ для восстановления разорванных тканей. Хрящ вводится в рану или поврежденный сустав и затвердевает под воздействием ультрафиолета. [ 3 ]
Синтетический хрящ
[ редактировать ]Исследователи говорят, что их смазочные слои «молекулярных щеток» могут превосходить природу при самых высоких давлениях, возникающих в суставах, что может иметь важные последствия для операций по замене суставов. [ 4 ] Каждая нить щетки длиной 60 нанометров имеет полимерную основу, из которой торчат небольшие молекулярные группы. Эти синтетические группы очень похожи на липиды, содержащиеся в клеточных мембранах.
«В водной среде каждая из этих молекулярных групп притягивает до 25 молекул воды посредством электростатических сил, поэтому нить в целом образует скользкую водянистую оболочку. Эти оболочки обеспечивают смазку щеток при их трении друг о друга, даже когда плотно прижаты друг к другу, чтобы имитировать давление на костные суставы». [ 4 ]
Невероятная прочность этих новых материалов, известных как гидрогели с двойной сеткой, стала приятным сюрпризом, когда они были впервые обнаружены исследователями на Хоккайдо в 2003 году. Большинство традиционно приготовленных гидрогелей — материалов, которые на 80–90 процентов состоят из воды, удерживаемой в полимерной сетке, — легко распадаются на части. как желатин. Японская команда по счастливой случайности обнаружила, что добавление в гель второго полимера сделало их настолько прочными, что они могли конкурировать с хрящом – тканью, способной выдерживать давление в сотни фунтов. [ 5 ]
Молекулярный уровень
[ редактировать ]Костные морфогенетические белки представляют собой факторы роста, высвобождаемые во время эмбрионального развития для индукции конденсации и детерминации клеток во время хондрогенеза. [ 6 ] Noggin , белок развития, ингибирует хондрогенез, предотвращая конденсацию и дифференцировку мезенхимальных клеток. [ 6 ]
Молекула sonic hedgehog (Shh) модифицирует активацию L-Sox5 , Sox6 , Sox9 и Nkx3.2 . Sox9 и Nkx3.2 индуцируют друг друга в петле положительной обратной связи, где Nkx3.2 инактивирует ингибитор Sox9. Этот цикл поддерживается выражением BMP. Экспрессия Sox9 индуцирует экспрессию BMP, что заставляет хондроциты пролиферировать и дифференцироваться. [ 7 ]
L-Sox5 и Sox6 разделяют эту общую роль с Sox9. Считается, что L-Sox5 и Sox6 индуцируют активацию генов Col2a1 и Col11a2 и подавляют экспрессию Cbfa1, маркера хондроцитов поздней стадии. Также считается, что L-Sox5 участвует в первую очередь в эмбриональном хондрогенезе, тогда как Sox6, как полагают, участвует в постнатальном хондрогенезе. [ 8 ]
Молекула индийского ежа (Ihh) экспрессируется предгипертрофическими хондроцитами. Ihh стимулирует пролиферацию хондроцитов и регулирует созревание хондроцитов, поддерживая экспрессию ПТГрП . ПТГрП действует как молекула, формирующая паттерн, определяя положение, в котором хондроциты начинают дифференцировку. [ 9 ]
Исследования все еще продолжаются, и новые факторы транскрипции, такие как ATOH8 и EBF1 . к списку генов, регулирующих хондрогенез, добавляются [ 10 ]
Сульфатирование
[ редактировать ]SLC26A2 . является переносчиком сульфатов Дефекты приводят к нескольким формам остеохондродисплазии . [ 11 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хондрогенез Национальной медицинской библиотеки США в медицинских предметных рубриках (MeSH)
- ^ ДеЛиз, AM; Фишер, Л.; Туан, Р.С. (сентябрь 2000 г.). «Клеточные взаимодействия и передача сигналов в развитии хряща» . Остеоартрит и хрящ . 8 (5): 309–34. дои : 10.1053/joca.1999.0306 . ПМИД 10966838 .
- ^ «Словарь, энциклопедия и тезаурус — Бесплатный словарь» .
- ^ Jump up to: а б «Искусственный хрящ работает лучше, чем настоящий» .
- ^ «Исследование прочного гидрогеля для замены синтетического хряща» . Архивировано из оригинала 3 января 2009 г. Проверено 11 июня 2010 г.
- ^ Jump up to: а б Пизетт, Сандрин; Нисуандер, Ли (март 2000 г.). «BMP необходимы на двух этапах хондрогенеза конечностей: формировании прехондрогенных конденсаций и их дифференциации в хондроциты» . Биология развития . 219 (2): 237–49. дои : 10.1006/dbio.2000.9610 . ПМИД 10694419 .
- ^ Цзэн, Л. (1 августа 2002 г.). «Shh устанавливает петлю ауторегуляции Nkx3.2/Sox9, которая поддерживается сигналами BMP, чтобы вызвать сомитический хондрогенез» . Гены и развитие . 16 (15): 1990–2005. дои : 10.1101/gad.1008002 . ЧВК 186419 . ПМИД 12154128 .
- ^ Смитс, Патрик; Ли, Пин; Мандель, Дженнифер; Чжан, Чжаопин; Дэн, Цзянь Мин; Берингер, Ричард Р.; де Кромбрюг, Бенуа; Лефевр, Вероника (август 2001 г.). «Факторы транскрипции L-Sox5 и Sox6 необходимы для формирования хряща» . Развивающая клетка . 1 (2): 277–290. дои : 10.1016/S1534-5807(01)00003-X . ПМИД 11702786 .
- ^ Сен-Жак, Бенуа; Хаммершмидт, Матиас; МакМахон, Эндрю П. (15 августа 1999 г.). «Передача сигналов индийского ежа регулирует пролиферацию и дифференцировку хондроцитов и необходима для формирования костей» . Гены и развитие . 13 (16): 2072–86. дои : 10.1101/гад.16.13.2072 . ПМК 316949 . PMID 10465785 .
- ^ Такач, Роланд; Ваго, Юдит; Полиска, Солид; Пушпарадж, Питер Натесан; Дуча, Ласло; Ковач, Патрик; Джин, Ын Чжон; Барретт-Джолли, Ричард; Закань, Роза; Матта, Чаба (29 марта 2023 г.). «Временная транскриптомная подпись образования хряща» . Исследования нуклеиновых кислот . 51 (8): 3590–3617. дои : 10.1093/nar/gkad210 . ISSN 1362-4962 . ПМЦ 10164575 . ПМИД 36987858 .
- ^ Акула, Чип; Хестбака, Йоханна; Боелинг, Том; Карьялайнен-Линдсберг, Марья-Лийза; Кере, Юха; Саариальо-Кере, Улпу (26 июня 2016 г.). «SLC26A2 (переносчик сульфата диастрофической дисплазии) экспрессируется в развивающемся и зрелом хряще, а также в других тканях и типах клеток» . Журнал гистохимии и цитохимии . 49 (8): 973–82. дои : 10.1177/002215540104900805 . ПМИД 11457925 .