Хондрогенез: Формирование и Регенерация Хрящевой Ткани
Chondrogenesis
Хондрогенез: формирование хрящевой ткани, ключевой процесс в развитии скелета. Происходит из мезенхимы, с участием хондроцитов и внеклеточного матрикса.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Хондрогенез – это биологический процесс формирования и развития хрящевой ткани. Этот сложный и строго регулируемый путь клеточной дифференцировки играет ключевую роль в развитии скелета, так как хрящ является фундаментальным компонентом эмбрионального скелета. Термин "хондрогенез" происходит от греческих слов "chondros", означающего хрящ, и "genesis", означающего происхождение или образование.
Chondrogenesis is the biological process through which cartilage tissue is formed and developed. This intricate and tightly regulated cellular differentiation pathway plays a crucial role in skeletal development, as cartilage serves as a fundamental component of the embryonic skeleton. The term "chondrogenesis" is derived from the Greek words "chondros," meaning cartilage, and "genesis," meaning origin or formation.
Хрящ в развитии плода
В эмбриогенезе скелетная система происходит из мезодермального зародышевого листка. Хондрификация (также известная как хондрогенез) – это процесс формирования хряща из уплотненной мезенхимы, которая дифференцируется в хондроциты и начинает секретировать молекулы, составляющие внеклеточный матрикс. На ранних стадиях развития плода большая часть скелета состоит из хряща. Этот временный хрящ постепенно замещается костью (эндохондральное окостенение), процесс, завершающийся в период полового созревания. В отличие от этого, хрящ в суставах остается неокостеневшим на протяжении всей жизни и, следовательно, является постоянным.
In embryogenesis, the skeletal system is derived from the mesoderm germ layer. Chondrification (also known as chondrogenesis) is the process by which cartilage is formed from condensed mesenchyme tissue, which differentiates into chondrocytes and begins secreting the molecules that form the extracellular matrix. Early in fetal development, the greater part of the skeleton is cartilaginous. This temporary cartilage is gradually replaced by bone (endochondral ossification), a process that ends at puberty. In contrast, the cartilage in the joints remains unossified during the whole of life and is, therefore, permanent.
Минерализация
Взрослый гиалиновый суставной хрящ прогрессивно минерализуется в зоне перехода между хрящом и костью. Образовавшаяся структура называется суставным кальцинированным хрящом. Фронт минерализации продвигается через толщу гиалинового суставного хряща со скоростью, зависящей от нагрузки и напряжения сдвига на хрящ. Неравномерность скорости продвижения и плотности отложения минералов минерализующим фронтом приводит к образованию множественных "приливных линий" в суставном кальцинированном хряще. Взрослый суставной кальцинированный хрящ пронизан сосудистыми почками, в сосудистом пространстве которых формируется новая костная ткань в процессе, аналогичном эндохондральному окостенению в зоне роста. Цементная линия четко очерчивает границу между суставным кальцинированным хрящом и субхондральной костью.
Adult hyaline articular cartilage is progressively mineralized at the junction between cartilage and bone. It is then termed articular calcified cartilage. A mineralization front advances through the base of the hyaline articular cartilage at a rate dependent on cartilage load and shear stress. Intermittent variations in the rate of advance and mineral deposition density of the mineralizing front, lead to multiple "tidemarks" in the articular calcified cartilage. Adult articular calcified cartilage is penetrated by vascular buds, and new bone produced in the vascular space in a process similar to endochondral ossification at the physis. A cement line demarcates articular calcified cartilage from subchondral bones.
Ремонт
После повреждения хрящ обладает ограниченными возможностями к регенерации. Поскольку хондроциты заключены в лакуны, они не могут мигрировать в зоны повреждения. Кроме того, из-за отсутствия кровоснабжения гиалинового хряща, отложение новой матрицы происходит медленно. Поврежденный гиалиновый хрящ обычно замещается фиброкартиляжной рубцовой тканью. За последние годы хирурги и ученые разработали ряд методов восстановления хряща, позволяющих отсрочить необходимость в эндопротезировании сустава. В 1994 году шведские врачи провели испытания по восстановлению поврежденных коленных суставов, имплантировав клетки, культивированные из хряща самого пациента. В 1999 году американские химики создали искусственный жидкий хрящ для восстановления поврежденных тканей. Этот хрящ вводится в рану или поврежденный сустав и затвердевает под воздействием ультрафиолетового света.
Once damaged, cartilage has limited repair capabilities. Because chondrocytes are bound in lacunae, they cannot migrate to damaged areas. Also, because hyaline cartilage does not have a blood supply, the deposition of new matrix is slow. Damaged hyaline cartilage is usually replaced by fibrocartilage scar tissue. Over the last years, surgeons and scientists have elaborated a series of cartilage repair procedures that help to postpone the need for joint replacement. In a 1994 trial, Swedish doctors repaired damaged knee joints by implanting cells cultured from the patient's own cartilage. In 1999, US chemists created an artificial liquid cartilage for use in repairing torn tissue. The cartilage is injected into a wound or damaged joint and will harden with exposure to ultraviolet light.
Синтетическая хряща
Исследователи утверждают, что их смазывающие слои из "молекулярных кистей" могут превосходить природные аналоги при самых высоких давлениях, возникающих в суставах, что имеет потенциально важное значение для хирургии по замене суставов. Каждая щетина длиной 60 нанометров имеет полимерный остов, от которого отходят 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 вся щетина формирует скользкую водную оболочку. Эти оболочки обеспечивают смазку кистей при трении друг о друга, даже при сильном сжатии, имитирующем давление в костных суставах."
Researchers say their lubricating layers of "molecular brushes" can outperform nature under the highest pressures encountered within joints, with potentially important implications for joint replacement surgery. Each 60 nanometre long brush filament has a polymer backbone from which small molecular groups stick out. Those synthetic groups are very similar to the lipids found in cell membranes. "In a watery environment, each of these molecular groups attracts up to 25 water molecules through electrostatic forces, so the filament as a whole develops a slick watery sheath. These sheathes ensure that the brushes are lubricated as they rub past each other, even when firmly pressed together to mimic the pressures at bone joints."
Молекулярный уровень
Морфогенетические белки костей — это факторы роста, высвобождаемые в ходе эмбрионального развития для индукции конденсации и определения судьбы клеток в процессе хондрогенеза. Ноггин, эмбриональный белок, ингибирует хондрогенез, предотвращая конденсацию и дифференцировку мезенхимальных клеток. L Sox5 и Sox6 разделяют эту общую роль с Sox9. Предполагается, что L Sox5 и Sox6 индуцируют активацию генов *Col2a1* и *Col11a2*, а также подавляют экспрессию *Cbfa1* — маркера хондроцитов поздней стадии развития. Считается, что L Sox5 преимущественно участвует в эмбриональном хондрогенезе, в то время как Sox6 — в постнатальном хондрогенезе. Молекула Indian hedgehog (Ihh) экспрессируется прегипертрофическими хондроцитами. Ihh стимулирует пролиферацию хондроцитов и регулирует их созревание, поддерживая экспрессию *PTHrP*. *PTHrP* действует как молекула паттернирования, определяя позицию, в которой хондроциты начинают дифференцироваться. Исследования продолжаются, и новые факторы транскрипции, такие как ATOH8 и EBF1, добавляются в список генов, регулирующих хондрогенез.
Bone morphogenetic proteins are growth factors released during embryonic development to induce condensation and determination of cells, during chondrogenesis. Noggin, a developmental protein, inhibits chondrogenesis by preventing condensation and differentiation of mesenchymal cells. L Sox5 and Sox6 share this common role with Sox9. L Sox5 and Sox6 are thought to induce the activation of the Col2a1 and the Col11a2 genes, and to repress the expression of Cbfa1, a marker for late stage Chondrocytes. L Sox5 is also thought to be involved primarily in embryonic chondrogenesis, while Sox6 is thought to be involved in post natal chondrogenesis. The molecule Indian hedgehog (Ihh) is expressed by prehypertrophic chondrocytes. Ihh stimulates chondrocyte proliferation and regulates chondrocyte maturation by maintaining the expression of PTHrP. PTHrP acts as a patterning molecule, determining the position in which the chondrocytes initiate differentiation. Research is still ongoing and novel transcription factors, such as ATOH8 and EBF1, are added to the list of genes that regulate chondrogenesis.
Сульфация
SLC26A2 — сульфатный транспортер. Дефекты вызывают различные формы остеохондродисплазии.
The SLC26A2 is a sulfate transporter. Defects result in several forms of osteochondrodysplasia.