Торговый Дом «Аюрведа» — аюрведа оптом

Воспаление надкостницы зуба: причины, лечение

1. Причины воспаления надкостницы зуба

2. Что делать при воспалении надкостницы зуба?

3. Что делать не рекомендуется?

Воспаление надкостницы зуба (периостит) – очень болезненное явление, которое в простонародье часто называют флюсом. Обычно оно начинается с боли в области конкретного зуба, которая сначала проявляется при накусывании, а потом приобретает постоянный характер. После этого на десне появляется небольшая припухлость и уплотнение, в котором скапливается гной. При этом больной может почувствовать общее ухудшение состояния: у него может подняться температура, ухудшиться сон и аппетит, появиться сильная слабость. При первых же признаках надкостницы пациент должен сразу же обратиться к врачу, иначе воспаление может распространиться на близлежащие ткани, перейти в хроническую стадию или даже вызвать отравление организма продуктами гниения.

Причины воспаления надкостницы зуба

К основным причинам воспаления надкостницы зуба относятся:

• Незалеченный кариес. При прогрессирующем кариесе разрушение постепенно доходит до пульпы зуба, периодонтальных тканей, а потом переходит на надкостницу.
• Плохо запломбированные корневые каналы. В этом случае периостит развивается по причине того, что врач плохо обработал или запломбировал канал.
• Обострение хронического пародонтита. Зачастую воспаление десны вокруг зуба, лечение которого не было начато вовремя, может перейти на надкостницу.
• Осложнения после удаления зуба.

В редких случаях периостит возникает как следствие мягких травм лица в области щек и подбородка или общих инфекционных заболеваний.

Что делать при воспалении надкостницы зуба?

Тактика лечения флюса зависит от стадии заболевания, его местоположения и других факторов. На ранних стадиях, когда в десне еще не скопился гной, воспаление еще можно вылечить антибактериальными препаратами, которые назначаются в комплексе с обезболивающими.

А вот при гнойном воспалении обойтись без хирургического вмешательства не получится. Под местной анестезией врач вскрывает гнойник, вымывает его содержимое, после чего обрабатывает пораженную область антисептиками. После этого в рану устанавливается дренаж, чтобы обеспечить постоянный отток гноя, а врач назначает больному лечение антибиотиками и противовирусными препаратами. Через некоторое время боль и припухлость должны исчезнуть, а еще спустя несколько дней заживает сделанный надрез. Правда, иногда периостит может прогрессировать, постепенно перерастая в абсцесс – в таких ситуациях лечение следует продолжать дальше.

Что делать не рекомендуется?

• К месту воспаления нельзя прикладывать горячие компрессы, так как это способствует скоплению гноя.
• Не нужно принимать какие-либо препараты без назначения врача.
• Если врач уже сделала разрез на десне, не следует использовать аспирин в качестве обезболивающего – он может спровоцировать сильное кровотечение.

Вас может заинтересовать

Как удаляется «неправильный» зуб? | Стоматология Митино

Процесс удаления ретинированного зуба в положении небной области ротовой полости проводится следующим образом. Больного размещают в операционном кабинете на кресло, голову опрокидывают максимально назад на удобную для хирурга высоту. Спереди в треть небной области с двух сторон вводят инъекцию раствора лидокаина 2%. Дело в том, что в этой части подслизистая отсутствует, и клетчатку десны невозможно отделить от надкостницы.

Удаление ретинированного клыка предусматривает инъекцию в подслизистую поддверия полости рта, в том месте, где планируется линия разреза. И после того, как анестетик подействует, приступают к разрезу десны. Разрезают с небной части с пересечением межзубных сосочков до шейки удаляемого клыка со здоровой стороны.

Далее надкостницу десны зуба отслаивают с той стороны, где находятся шейки зубов, сначала долотом, а потом распатором. Отслоенную часть прошивают крепкой медицинской ниткой, конец которой фиксируется при помощи кровоостанавливающего зажима.

Иногда случается, что при отслоении мягких тканей возле удаляемого зуба основная часть его не покрыта костной тканью, а лишь небольшой участок коронки клыка состоит из очень тонкого слоя костной пластины. В этом случае костную ткань пытаются вытащить при помощи шаровидной хирургической фрезы способом выдалбливания, чтобы освободилась большая часть коронки зуба по диаметру.

Потом элеватором Бейна захватывают клык и вывихивают его. Расшатанный ратинированный зуб удаляют при помощи щипцов. Разрезы делаются большим хирургическим скальпелем. При разрезе стараются, чтобы была освобождена как можно большая часть удаляемого ретинированного клыка, но и не повредив при этом совершенно здоровые зубы и десну вокруг них.

Если удаляемый зуб и коренной здоровый находятся в обычном положении, при этом коронка ретинированного зуба прикасается к здоровому, то для того, чтобы сохранить коренной, ретинированный удаляют путем дробления.

Иногда случается, что зуб вырастает вне ряда остальных зубов. Это явление, конечно, считается аномальным. Это происходит в основном с зубами мудрости, их непременно нужно удалять.

Этапы прохождения процедуры удаления зуба

Ретинированный и дистопированный зуб удаляют при соблюдении нескольких этапов удаления:

1. вначале производится диагностика и осмотр;
2. вводится обезболивающий препарат;
3. производят рассечение десны;
4. распиливается кость и извлекается удаляемый зуб;
5. Обрабатывается средствами антисептиками и зашивается разрез.

Хирургическая операция по удалению ратинированного и диспопированного зуба проводится практически безболезненно, поскольку применяются для обезболивания новейшие и современные медицинские препараты.

Восстановление костной ткани в Новосибирске

Гингивэктомия 1650 p.

Закрытие перфораций корневого канала: «ProRoot МТА» (цена за канал) 1500 p.

Удаление зуба: подвижного 1050 p.

Лечение альвеолита (кюретаж, медикаментозная обработка) 1900 p.

Применение остеоинтегрирующих препаратов (Коллапан) 1100 p.

Пластика уздечки языка 3300 p.

Наложение швов (Prolene, Gore-Tex): цена за нить в стикере 2200 p.

Удаление зуба: двухкорневого 2200 p.

Удаление зуба (сложное) 5300 p.

Применение болеутоляющих и кровеостанавливающих компрессов для альвеол (альвожиль, альвостаз, неоконес) 700 p.

Пластика уздечки губ 3300 p.

Наложение швов (Vicryl, Кетгут): цена за нить в стикере 550 p.

Резекция верхушки корня 6100 p.

Пластика ороантрального сообщения 3300 p.

Удаление дистопированного, ретенированного зуба 6100 p.

Гингивэктомия: цена за 1 зуб 450 p.

Удаление зуба: однокорневого 1900 p.

Иссечение капюшона (перикоронарит) 1650 p.

Коррекция альвеолярного гребня в области 1-го удаленного зуба 700 p.

Цистэктомия (удаление кисты) 3300 p.

Использование a-PRF технологии при хирургическом вмешательстве (1 сегмент) 2200 p.

Вскрытие абсцесса внутриротовым доступом 1200 p.

Забор материала на биопсию 3850 p.

Создание костного окна (тоннеля) для фиксации ортодонтических конструкций 1100 p.

Создание ортодонтического окна (тоннеля) 3850 p.

Установка ортодонтического мини-импланта 6600 p.

Кюретаж лунки зуба 800 p.

Удаление зуба: трехкорневого 3900 p.

Закрытие рецессии десны 16500 p.

Удаление ретенционной кисты 3300 p.

Трасплантация костного блока 33000 p.

Удаление подвижной стенки зуба 400 p.

Иссечение новообразований мягких тканей полости рта 7200 p.

Коллагеновая губка 900 p.

Использование a-PRF технологии при костной пластике (1 сегмент) 3850 p.

Удаление ортодонтического мини-винта(мини-импланта) 1700 p.

Удаление 8-го зуба несложное 3850 p.

Вестибулопластика 8800 p.

Удаление имплантата 11000 p.

Открытый синус-лифтинг 44000 p.

Антисептическая обработка 700 p.

Извлечение инородного тела хирургическим путём в эстетически значимой зоне 4400 p.

Удаление молочного неподвижного зуба 1550 p.

Удаление молочного подвижного зуба 1050 p.

Наращивание костной ткани: 5 различных способов остеопластики

Наращивание костной ткани — одна из частых вспомогательных процедур в стоматологии. На протяжении десятилетий она являлась единственной возможностью поставить имплант пациентам с нехваткой объема челюсти. Сейчас, когда есть тонкие импланты из сверхпрочного сплава roxolid, методика применяется реже, но не теряет своей актуальности.

Выбор в ее пользу делается при плохом состоянии костной ткани, после травм, операций и опухолей, а также при наличии факторов, делающих невозможной одноэтапную экспресс-имплантацию. С помощью операции удается решить вопрос дефицита костной ткани и впоследствии провести имплантацию тем пациентам, которым она ранее была недоступна.

Что собой представляет наращивание кости?

Наращивание, также называемое костной аугментацией, является хирургическим вмешательством. Операция подразумевает создание искусственной полости в кости, в которую вводится остеопластический материал или подсаживается донорская костная ткань. Методики ее проведения имеют свои особенности, показания и противопоказания, но приводят к единому результату — восполнению объема кости.

Почему рассасывается кость? Какие виды недостатка костной ткани существуют? Где быстрей убывает челюсть?

Для нормального функционирования костных тканей нужна постоянная компрессионная нагрузка. В месте удаленного или выпавшего зуба она отсутствует. Ткани перестают нормально кровоснабжаться, нарушается их питание, и клетки перестают активно делиться.

Кость подвергается резорбции (рассасыванию) уже через 3 мес. после утраты зуба. Процесс затрагивает средний слой, который может терять объем в разных направлениях:

• по высоте, и тогда нельзя вживить стандартный имплант длиной 1 см;
• по ширине, при этом не получится вживить конструкцию обычной толщины.
• комбинировано — и по высоте, и по ширине.

В разных местах ротовой полости процессы резорбции протекают неравномерно. На нижней челюсти быстрее убывает ширина, на верхней — высота. Особенно подвержена рассасыванию верхняя челюсть в области дна гайморовой пазухи. Поэтому моляры сверху трудней всего замещать имплантами.

С помощью каких методик проводится наращивание кости?

История стоматологии знает немало способов наращивания. Некоторые на сегодняшний день утратили свою актуальность. Другие претерпели изменения и успешно используются. Выбор обусловлен степенью недостаточности костной ткани, местом расположения дефекта и рядом других причин.

Основные способы аугментации:

1. Биомембрана после удаления зуба. Использование барьерных мембран имеет профилактическое значение. Их задача — не дать быстро делящимся клеткам мягких тканей занять полость зубной лунки после удаления зуба. В образовавшуюся после зубоэкстракции полость закладывают остеопластический материал и закрывают специальной мембраной.
2. Расщепление кости. Этот метод применяется при недостаточной ширине альвеолярного гребня. Операция предполагает разделение кости на две половины. По окончании процедуры внутрь помещается остеопластическая масса и, при необходимости, может проводится ненагружаемая имплантация. Сверху операционного поля устанавливается биомембрана, полость закрывается десневым лоскутом и зашивается. Сроки приживления: 3-6 месяцев.
3. Аутотрансплантация. Чаще всего к этому методу прибегают после операций или травм, когда имеется значительный недостаток костных тканей. Сущность методики в пересадке небольшой части собственной костной ткани в челюсть. Чаще всего для трансплантации используется тазовая кость, область подбородка или концы нижней челюсти.
4. Синус-лифтинг. Операция, при которой восстанавливается объем тканей альвеолярного гребня верхней челюсти. Это необходимое условие имплантации в этом месте, так как вероятны осложнения и низкая первичная стабилизация из-за соседства истонченной кости с дном гайморовой пазухи. Синус-лифтинг выполняется несколькими методами и является более щадящим, чем аутотрансплантация. Сроки приживления: 3-6 мес.
5. Остеопластика гранулами. Этот метод предусматривает использование искусственного материала для восстановления высоты кости. Операция протекает со вскрытием десны, заполнением лунок специальными гранулами, закрытием костной массы сверху биорезорбируемой мембраной. Могут, по желанию, устанавливаться импланты. Затем десна ушивается. Срок: 6 мес.

Выбор метода лечения — всегда врачебная прерогатива. Только грамотный имплантолог может оценить состояние костной ткани пациента и подобрать тот вариант лечения, который наилучшим образом подойдет данному конкретному пациенту.

Как проводится костная аутотрансплантация? Почему используется редко?

Операция травматична и потенциально оставляет после себя 2 очага, требующие реабилитации. В месте, откуда берется трансплантат, проводится разрез мягких тканей, вырезается кусок костной ткани, затем операционное поле закрывается биомембраной и ушивается.

В месте, куда переносят трансплантат, отслаивают мягкие ткани, вставляют кусок кости, которому придали необходимую форму, прикручивают его особыми винтами. Швы вокруг вживленного участка обрабатываются костной крошкой. Операционное поле закрывается биомембраной и десневым лоскутом, на который накладывают швы.

Среди минусов процедуры — не только высокая травматичность, но и необходимость проведения наркоза. В случае замещения больших объемов (при травмах и после резекции опухолей) наркоз может быть общим, операция проводится в условиях стационара и в нашей клинике не применяется.

Что такое синус-лифтинг? Какие методики проведения существуют?

Синус-лифтинг — операция по увеличению объема костной ткани в районе дна гайморовой пазухи. Это место альвеолярного гребня наиболее подвержено процессам рассасывания, и если бы не синус-лифтинг, имплантация моляров верхней челюсти выполнялась с меньшим процентом успеха.

Технически операция может протекать двумя путями:

1. Открытым способом, когда с боковой стороны челюсти хирургическим путем отделяется часть кожи, высверливается отверстие в кости, надкостница отделяется от кости, внутрь закладывают остеопластический материал. Операция позволяет восполнять дефицит до 7 мм костной ткани.
2. Закрытым и малоинвазивным, когда доступ получают через имплантационное ложе. Правда, при этом варианте восстанавливается лишь небольшой дефицит — 2-3 мм, поскольку полость удается создать совсем небольшую.

Современные протоколы направлены на минимальную травматизацию тканей и могут предусматривать одновременную установку импланта, чтобы сократить общий срок лечения.

Какие материалы используются? Какой предпочтительней?

Для наращивания, в зависимости от используемой методики, может использоваться аутотрансплантат, искусственная гранулированная биосовместимая масса, костная масса от донора. Собственная кость пациента приживается лучше всего, но процесс пластики при этом более травматичный. Поэтому ее применяют только при очень больших участках пересадки. В нашей клинике активно применяется костнозамещающие материалы Bio Oss швейцарской фирмы Geistlich. Также для стимулирования роста собственной кости пациента используется технология PRP– богатая тромбоцитами плазма.

Можно ли курить после операции?

Врачи нашей клиники рекомендуют отказаться от курения на все время приживления импланта и нарастания костной массы. Никотин ухудшает кровоснабжение кости, нарушая микроциркуляцию крови. Недополучая питание, клетки делятся не так активно, как положено, и общий срок созревания костной ткани значительно продляется.

Могу ли я испытывать боль во время операции? Что буду чувствовать? Какие ощущения могут быть после операции?

Процедура костной аугментации проходит под местным обезболиванием. Никаких ощущений, а, тем более, болей нет. После операции по мере отхождения наркоза возможно появление дискомфорта.

При значительных объемах вмешательств в первые дни возможна тупая, ноющая болезненность, перепады температуры, приступообразная боль. Это связано с реабилитацией поврежденных мягких и твердых тканей. В эти дни необходимо принимать препараты, которые порекомендует врач. Возможна противовоспалительная и антибиотикотерапия.

Мягкие ткани в течение нескольких дней сохраняют отечность. Как только они начнут заживать, температура, отечность и болезненность пройдут. Чтобы добиться этого быстрее, необходимо правильно питаться, обеспечить правильный режим физической активности. В этом случае восстановление не заставит себя долго ждать. Дополнительные рекомендации в вашем случае подготовит лечащий врач.

Костная пластика (остеопластика) наращивание кости недорого. Цена. — Стоматология «Мир здоровья»

Имплантация в стоматологии является одним из самых инновационных, наиболее эффективных и надежных методов лечения при потере зубов. Однако выполнение имплантации оказывается не всегда возможным, поскольку в некоторых случаях толщина кости оказывается просто недостаточной для установки имплантата, который служит основой для постоянных или съемных протезов.

25 000 руб Костная пластика зубов

Современные методики дают возможность увеличить толщину и высоту костной ткани, благодаря чему появляется возможность установить имплантат и обеспечить длительный срок его службы. Костная пластика может осуществляться разными путями, среди которых наибольшее предпочтение отдает синус-лифтингу. Такая операция может выполняться на верхней челюсти, поскольку предполагает проведение вмешательства на гайморовой пазухе (в нижней челюсти пазух нет).

Различают два подхода к операции – открытый и закрытый синус-лифтинг. Показания к проведению и выбор метода осуществляется врачом после полноценного осмотра и дополнительного обследования. Данный метод еще называют остеопластика в стоматологии.

Открытый синус-лифтинг

Открытая операция выполняется в случае, если толщина кости меньше 6 мм. Для этого производится истончение кости с помощью специального инструмента, после чего входят в полость гайморовой пазухи, осуществляют отслаивание надкостницы, а затем вводят под нее специальное вещество. Последнее по плотности схоже с естественной костью. За счет этого удается значительно увеличить толщину и высоту кости и провести последующую имплантацию.

Закрытый синус-лифтинг

Закрытая операция выполняется в тех случаях, когда толщина кости составляет порядка 8-9 мм. Вмешательство оказывается малоинвазивным и не травматичным, а потому предпочтительным в тех случаях, когда имеются возможности для его выполнения.

Закрытый синус-лифтинг предполагает выполнение следующих этапов:

• создание так называемого латерального окна в кости;
• отслоение надкостницы внутри гайморовой пазухи с созданием небольшой полости;
• заполнение полости специальным веществом, которое по плотности сходно с костной тканью.

Для выполнения операции используют остеотом. Преимуществом закрытого синус-лифтинга является возможность постановки имплантата сразу после наращивания костной ткани.

Противопоказания к операции

Синус-лифтинг является прекрасной возможностью создать должную толщину и высоту костной ткани с целью выполнения имплантации в верхнюю челюсть, однако в некоторых случаях синус-лифтинг невозможно выполнить, а именно:

• при наличии тяжелой сердечно-сосудистой патологии;
• онкологии любой локализации;
• болезнях крови, в том числе нарушении свертывающей системы;
• при острых или хронических гайморитах в стадии обострения.

В любом случае показания и противопоказания к выполнению операции определяет врач, поэтому вам следует записаться на прием к специалисту перед тем, как выполнять имплантацию отдельных зубов или наращивание кости зуба.

Выполнение синус-лифтинга в нашей клинике

Наш Стоматология на Серпуховской предлагает вашему вниманию услуги по имплантации, а наши специалисты, в случае необходимости, смогут выполнить любой вид синуслифтинга. Для начала врач проведет осмотр и назначит дополнительное обследование. Уже после этого будет определена необходимость в выполнении синус-лифтинга или другого вида костной пластики, а также выбран оптимальный подход к лечению в тех или иных условиях.

Обратившись в наш медицинский центр, вы сможете воспользоваться качественными услугами по доступным ценам. А узнать конкретную стоимость лечения вы сможете уже после осмотра врача и определения всего объема необходимых манипуляций!

Примеры работ

Записаться на прием: 8 (495) 795-27-25 Онлайн запись

Добавить отзыв

Хирургическая стоматология в Москве. Список услуг и цены

Хирургическая стоматология направлена на проведение зубосохраняющих операций и ликвидацию воспалительных явлений.

Перед удалением зуба рекомендуется делать рентгенологический снимок зуба для того, чтобы иметь точное представление о форме и расположении корней зубов относительно важных анатомических образований: верхнечелюстная пазуха, нижнечелюстной канал и т.п. — это позволяет врачу во время удаления избежать осложнений.

Удаление зубов — простое и сложное (хирургическое)

Простое удаление применяется для извлечения подвижных, однокорневых зубов. Сложное удаление требует рассечения десны и надкостницы, наиболее часто оно используется при удалении «зубов мудрости». Часто во время сложного удаления используется физиодиспенсер.

Сложное удаление зубов требуется в следующих случаях:

• При наличии ретинированного, дистопированного зубов мудрости (особенно «нижних восьмерок»).
• При сильном разрушении зуба, делающем его лечение невозможным.
• Образование свищевого хода, кисты.

Сложная операция проводится с применением современных и безопасных анестетиков артикаинового ряда (Ультракаин, Артикаин, Убистезин).

Сверхкомплектные зубы

Сверхкомплектные зубы — избыточные по численности зубы, чаще всего расположенные в области фронтальных зубов.

Удаление сверхкомплектного зуба также может быть простым и сложным.

Сложное удаление показано в случае, если сверхкомплектный зуб непрорезался в десне, доставляет болевые ощущения. После выбора анестезии (чаще всего используется проводниковое обезболивание) хирург отслаивает слизисто-надкостничный лоскут для создания доступа к сверхкомплектному зубу. Кость удаляется с применением физиодиспенсера с помощью специальных вращающихся инструментов, затем зуб распиливается и извлекается по частям.

Ампутация корня зуба

Ампутация корня зуба — это зубосохраняющая операция, при которой удаляется один из корней зуба а колонковая часть зуба сохраняется. Чаще всего, ампутация осуществляется на молярах.

Показания к ампутации корня:

• Воспалительные явления, например, киста в области данного корня, которые невозможно пролечить терапевимчески.
• Поперечный перелом корня.
• Перфорации корня зуба.

Лечение: после отслаивания слизисто-надкостничного лоскута хирургическими борами отсекается корень зуба при помощи физиодиспенсера. Лунка заполняется остеопластическим материалом, а слизисто-надкосточных лоскут укладывается на место, зашивается узловыми швами.

Резекция верхушки корня зуба

Резекция верхушки корня зуба — это разновидность зубосохраняющих операций, при которой резецируется (удаляется) верхняя треть корня зуба в области, а сама коронка зуба сохраняется. Наиболее чаще такие операции проводится у премоляров, резекция верхушки корня у моляров не является противопоказанием.

Обязательным условием для проведения резекции верхушки корня является предварительное пломбирование канала (желательно вывести небольшое количество пломбировочного канала за верхушку корня).

Показания для данной операции:

1. Воспалительный процесс (гранулема, киста, кисто-гранулема) в области верхушки корня зуба, который невозможно вылечить терапевтически.
2. Сломанный инструмент верхней трети канала корня, который невозможно достать терапевтически.
3. Перелом в верхней трети корня.

Противопоказания для резекции корня зуба:

• Выраженная подвижность зубов.
• Обострение инфекционных и сердечно-сосудистых заболеваний.
• Периодонтит в острой стадии.
• Значительное разрушение коронковой части зуба.
• Наличие трещины корня зуба.

Перикоронит (перикоронорит)

Перикоронит (перикоронорит) — воспаление «капюшона» над полуретинированным (полупрорезавшимся) зубом. Обычно перикоронит поражает десневые ткани вокруг третьих моляров нижней челюсти (зубы «мудрости»).

Причина перикоронита:

1. Неудовлетворительная гигиена полости рта в области полуретинированных третьих моляров: остатки пищи являются прекрасной питательной средой для микробов, которые размножаюсь в огромном количестве начинают закислять рН полости рта и травмируют слизистую оболочку, вызывая воспаление мягких тканей «капюшона» над зубом.
2. Утолщение слизистой оболочки десны настолько велико, что зуб не может самостоятельно прорезаться.
3. Расположение зуба (если зуб неправильно расположен, т.е. дистопирован: жевательная поверхность зуба обращена к соседнему второму моляру или в сторону щеки, то сохранять этот зуб не имеет смысла и в таком случае показана операция удаления зуба с истечением «капюшона»): постоянная механическая травма мягких тканей во время жевания приводит к воспалению «капюшона».
4. Недостаточно места для прорезывания третьего моляра, который, как известно, является последним из постоянных моляров и прорезывается уже во взрослом возрасте, когда зубной ряд полностью сформирован и рост челюстных костей завершился. Эта же причина также является причиной неправильного расположения зуба мудрости.

Лечение: классический вариант — иссечение «капюшона» над зубом мудрости, однако это не всегда приводит полному выздоровлению, так как на результат влияет несколько факторов:

1. Наличие кариеса третьего моляра (помимо истечения «капюшона» необходимо вылечить кариес, иначе агрессивная микрофлора будет затруднять процесс заживления, а скорее будет провоцировать воспаления окружающих третий моляр мягких тканей).
2. Сильное разрушение третьего моляра вследствие кариеса — показание к удалению зуба мудрости.
3. Медленное или полной отсутствие прорезывания зуба, в результате чего над ним постоянно нарастает «капюшон».
4. Частые рецидивы перикоронита по тем или иным причинам является показанием к удалению зуба.

Периостит зуба (флюс)

Периостит зуба (флюс) — воспаление надкостницы

Причиной острого периостита могут быть острые и обострение хронического периодонтитов, пародонтит, перикоронит, нагноившиеся кисты челюстей. Также стоит помнить, что острый периостит возникает на фоне снижения иммунитета, особенно при переохлаждении в осенне-зимний период, перегрева, сильного эмоционального и физического стресса, зубы с хроническим периодонтитом, пародонтитом, перикоронитом могут «среагировать» на изменение в иммунной системе.

Местные симптомы: возникновение уплотнения в десне (поднадкостничный абсцесс), которое постепенно увеличивается в размере и может прорываться в виде свища с гнойным отделяемым в области причинного зуба, подвижность и боль при накусывание на причинный зуб, на нарастающая сильная боль в районе воспаления, иррадиирующая в висок, ухо, другую челюсть.

Из общих симптомов наличие выраженного отека мягких тканей щеки, головная боль, повышение температуры тела до 38С и выше, плохое самочувствие, слабость.

Лечение периостита: хирургическое, т.е. периостотомия — предварительное обезболивание операционной области, затем рассекается надкостница (в случае гнойного периостита появляется гной, если периостит еще серозный, то появляется серийный экссудат) и устанавливается дренаж. Если причинный зуб невозможно «спасти», он удаляется во время периостотомии.

Параллельно хирургическому вмешательству пациенту назначается антибактериальная, десенсибилизирующая терапии, также обезболивающие препараты и антисептики.

Врачи нашей стоматологической клиники «МНК-Дент» всегда ответят на возникшие у Вас вопросы.

Более подробную информацию Вы можете получить, записавшись на бесплатную консультацию к нашим специалистам
по телефону +7 (499) 943-27-47.

Хирургия стоматология Москва | Академия улыбки

Хирургия в клинике «Академия улыбки»: удаление импланта зуба, лечение переостита, флюс

Клиника «Академия улыбки» занимается лечением любых проблем, связанных с ротовой полостью. В список наших услуг входит и хирургическое вмешательство разного уровня. Самыми распространенными жалобами, с которыми к нам обращаются пациенты, являются переостит или удаление зубов. Кроме этого, наши хирурги-стоматологи проведут для вас:

• удаление импланта зуба,
• лечение альвеолита,
• костную пластику,
• процедуры, снижающие отек щеки после удаления,
• предоставят грамотные рекомендации по уходу за прооперированной полостью рта.

Что такое переостит? Лечение переостита в клинике Академия Улыбки.

Многие наши пациенты хотя бы раз встречались с этим заболеванием. Второе его название – воспаление надкостницы зуба или флюс. Перед началом лечения наши специалисты проводят исследование и находят причину, почему именно развился переостит, в последствии назначая решение проблемы. Очень часто с этим воспалением можно спутать отек щеки после удаления зуба или зубов. Однако только опытный специалисты выявит настоящую причину возникшей проблемы.

Все диагнозы (в том числе и воспаление надкостницы зуба) в нашей клинике ставит сначала ваш лечащий врач-стоматолог, а потом вы переходите в заботливые руки хирурга.

Помните, что переостит (не легкий отек щеки после удаления) – заболевание очень серьезное, требующее немедленного лечения. Само воспаление пройти не может – нужна помощь врача!

Лечение флюса: цена и особенности

Прежде всего, в данной процедуре важна правильная диагностика. Нужно найти по которой, возникло воспаление надкостницы зуба. Далее провести чистку проблемного места, устранить проблему – причину флюса. Все эти манипуляции входят в само лечение флюса, цена, следовательно, будет зависеть от сложности и количества процедур.

Удаление импланта зуба или зубов

Любые хирургические вмешательства проводятся только с использованием анестезии. Удаление импланта зуба или, к примеру, зуба мудрости – это операция, и не нужно к ней относится халатно. Необходимо выполнять все рекомендации врача по послеоперационному уходу и помнить, что на следующий день может развиться незначительный отек щеки после удаления. Если же отек усиливается, рекомендуем записаться на повторный прием и таким образом остановить проблему, которая может перейти в воспаление надкостницы зуба.

Обращаем ваше внимание на то, что стоимость лечения в клинике «Академия улыбки» – максимально приемлемая для клиентов. Все процедуры: удаление зуба, лечение проблем альвеолита, лечение флюса, цена на которые указана в нашем прайсе, финансово доступны для любого бюджета.

Надкостница

J Dent Res. 2014 фев; 93 (2): 109–116.

Биология и ее применение в регенерации черепно-лицевой кости

З. Лин

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Лонгвуд-авеню, REB 403, Бостон, Массачусетс 02115, США

² Университет Содружества Вирджинии, Школа стоматологии , Департамент пародонтологии, Ричмонд, Вирджиния 23298, США

A. Fateh

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Longwood Avenue, REB 403, Бостон, Массачусетс 02115, США

D.М. Салем

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Longwood Avenue, REB 403, Boston, MA 02115, USA

G. Intini

¹ Harvard School of Dental Medicine, 188 Longwood Avenue, REB 403, Бостон, Массачусетс 02115, США

³ Гарвардский институт стволовых клеток, Кембридж, Массачусетс, США

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Longwood Avenue, REB 403, Бостон, Массачусетс 02115, США

² Университет Содружества Вирджинии, Школа стоматологии, Департамент пародонтологии, Ричмонд, Вирджиния 23298, США

³ Гарвардский институт стволовых клеток, Кембридж, Массачусетс, США

Поступило 28 мая 2013 г .; Пересмотрено 28 августа 2013 г .; Принята в печать 1 сентября 2013 г.

Авторские права © Международная и Американская ассоциация стоматологических исследований Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Костно-регенеративные возможности надкостницы были исследованы еще в 17 веке. Однако за последние несколько лет многое было обнаружено с точки зрения молекулярных и клеточных механизмов, контролирующих вклад надкостницы в регенерацию кости. Анализ с отслеживанием происхождения и трансгенные мыши с нокаутом помогли определить относительный вклад надкостницы и эндоста в регенерацию кости.Дополнительные исследования пролили свет на критическую роль, которую BMP, FGF, Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt и передача сигналов воспаления играют или могут играть в периостально-опосредованной регенерации кости, открывая путь к новым подходам в терапии регенерации костей. Таким образом, исследуя роль, которую каждый путь играет в периостальной регенерации кости, в этом обзоре мы анализируем состояние текущих исследований регенеративного потенциала надкостницы. Представленный анализ направлен на информирование как клиницистов-ученых, которые могут быть заинтересованы в текущих исследованиях биологии надкостницы, так и хирургов-стоматологов, которые могут найти этот обзор полезным для выполнения процедур регенерации кости с использованием периоста.

Ключевые слова: регенеративная хирургия, стволовые клетки, клетки-остеопрогениторы, надкостница, тканевая инженерия, заживление костей

Анатомия надкостницы

В 1925 году Блейсделл опубликовал классическую статью, в которой он описывает надкостницу как структуру, состоящую из 2 слоя, с остеобластоподобными клетками во внутреннем слое (Blaisdell, 1925). Теперь мы знаем более подробно, что внешний «фиброзный» слой состоит из фибробластов, коллагена и эластина, а также нервной и микрососудистой сети (Allen et al., 2004). Эти компоненты обеспечивают механическую стабильность надкостницы. Внутренний «слой камбия» является высококлеточным и представлен клетками, которые влияют на формирование костей и восстановление костей (Allen et al ., 2004). В частности, этот слой имеет взрослые мезенхимные скелетные клетки-предшественники, остеобласты, более мелкие и более изодиаметрические фибробласты и симпатические нервы (Allen et al. , 2004). Эти особенности позволяют рассматривать надкостницу как структуру с регенеративной способностью ().По мере старения кости уменьшение количества остеобластов ведет к отчетливой атрофии и истончению камбиевого слоя (Allen et al. , 2004).

Популяции клеток присутствуют во внешнем и внутреннем слоях надкостницы. Внешний, более «фиброзный» слой содержит «удлиненные» фибробласты и кровеносные сосуды. Внутренний слой «камбия» представлен скелетными клетками-предшественниками, остеобластами, маленькими и изодиаметрическими фибробластами и кровеносными сосудами. Из-за высокой васкуляризации надкостница содержит большое количество эндотелиальных перицитов, окружающих кровеносные сосуды.

Из-за его высокой васкуляризации внутри надкостницы также находятся многочисленные эндотелиальные перициты (Diaz-Flores et al ., 1992) (). Перициты — это клетки, находящиеся в физическом контакте с эндотелиальными клетками капилляров. В определенных условиях культивирования эти клетки могут дифференцироваться в несколько типов клеток, включая остеобласты (Reilly et al. , 1998). Таким образом, перициты можно рассматривать как дополнительный источник остеопрогениторных клеток в надкостнице (Diaz-Flores et al., 1992).

Роль надкостницы в заживлении костей

Замечательная регенеративная способность надкостницы была реализована столетия назад (Chang and Knothe Tate, 2012). Однако только недавно костные биологи смогли понять точную роль надкостницы в заживлении кости.

Заживление переломов костей очень подробно изучалось в последние годы. Начальная фаза заживления перелома характеризуется острой воспалительной реакцией, которая включает образование тромба, миграцию воспалительных клеток и образование зернистой ткани.Считается, что воспалительная фаза стимулирует миграцию и пролиферацию мезенхимальных клеток. Вскоре после периода воспаления мезенхимные клетки собираются в месте восстановления и дифференцируются в хондроциты и остеобласты. Коллагеновая матрица секретируется и впоследствии минерализуется. Эти события приводят к образованию мягкой костной мозоли, которая перекрывает 2 конца перелома. Со временем мягкая мозоль будет продолжать окостеневать, и сформируется тканая кость. В конце концов, после ремоделирования заживающая кость восстановит свою первоначальную форму и структуру (Dimitriou et al., 2011 г .; Colnot et al ., 2012).

Надкостница вносит большой вклад в этот сложный процесс заживления кости. Уже через 24–48 часов после травмы в надкостнице можно увидеть острую воспалительную реакцию (Colnot et al. ., 2003; Lu et al. , 2005). Впоследствии клетки надкостницы начинают разрастаться, и наблюдается утолщение надкостницы. Этот процесс определяется как активация надкостницы. Сравнивая периостальные и эндостальные / костные повреждения большеберцовой кости мышей, Colnot обнаружил, что периостальные повреждения заживают за счет эндохондральной оссификации, тогда как эндостальные / костные повреждения заживают за счет внутримембранозной оссификации без хондрогенеза (Colnot, 2009).Трансплантация живой кости у трансгенных репортерных мышей Rosa26 дополнительно продемонстрировала, что распространение популяции мезенхимальных клеток-предшественников из надкостницы в значительной степени объясняет образование хряща и кости внутри каллуса (Zhang et al. , 2005; Colnot, 2009). Иными словами, клетки костного мозга или эндоста остаются в полости костного мозга и не мигрируют наружу с образованием костной мозоли (Colnot, 2009). Эти результаты показывают, что вклад клеток надкостницы имеет решающее значение для образования костной мозоли.Фактически, активация клеток-предшественников, происходящих из надкостницы, вызывает устойчивый хондрогенез и остеогенез, сопровождаемый заметной индукцией ангиогенеза, что в конечном итоге приводит к васкуляризации и ремоделированию костных трансплантатов (Zhang et al ., 2005; Colnot et al. , 2012) ().

Во время заживления перелома клетки надкостницы вносят значительный вклад в образование костной мозоли. Клетки из других источников, такие как стволовые клетки из мышечной и жировой ткани и перициты из окружающих кровеносных сосудов, также участвуют в образовании костной мозоли.Клетки, происходящие из эндоста и костного мозга, в первую очередь ответственны за регенерацию нового эндоста и костного мозга. Клетки эндоста и костного мозга не участвуют в образовании каллуса (адаптировано из Colnot et al ., 2012).

Интересно, что размер и клеточное содержимое костной мозоли зависят от того, насколько сильно стимулируется надкостница во время заживления. Например, когда концы перелома стабилизируются с помощью фиксации, образование костной мозоли относительно минимально, а регенерация кости происходит посредством внутримембранозной оссификации.Однако при отсутствии фиксации и стабилизации более крупная костная мозоль образуется за счет эндохондральной оссификации, которая возникает в результате более сильной периостальной реакции (Thompson et al ., 2002; Colnot et al ., 2003) .

Другие источники мезенхимальных клеток-предшественников также были предложены для участия в заживлении переломов костей, включая местный костный мозг, прилегающую мышечную ткань, эндотелиальные клетки и циркулирующие мезенхимальные стволовые клетки (Medici et al., 2010; Colnot et al ., 2012; Park et al ., 2012) (). Однако относительный вклад каждого клеточного фенотипа в заживление до сих пор неясен. Хотя было показано, что клетки эндотелиального происхождения трансдифференцируются в остеобласты и хондроциты во время гетеротопической оссификации (Medici et al. , 2010), они редко обнаруживались в хрящах и костях в месте заживления перелома, когда для отслеживания использовался анализ отслеживания происхождения. вклад этих клеток в восстановление перелома (Lu et al., 2006). Однако перициты активно участвуют в заживлении переломов. Grcevic и др. . (2012) показали, что большинство клеток каллуса, включая хондроциты и остеобласты, происходят из клеток, экспрессирующих SMA9 (Smooth Muscle Actin 9). Хотя происхождение клеток SMA9 ⁺ все еще неизвестно, они, скорее всего, являются клетками, происходящими из локальной сосудистой системы, прилегающей к месту перелома (Grcevic et al ., 2012).

Молекулярные механизмы, лежащие в основе эффектов периостальных клеток при заживлении костей

До недавнего времени было мало известно о молекулярной передаче сигналов, которая контролирует периостальные реакции во время образования костной мозоли.С развитием генетически модифицированных моделей мышей были изучены несколько сигнальных путей и их влияние на периостальные клетки. Было показано, что BMP, FGF, Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt и медиаторы воспаления способствуют процессу заживления, и в настоящее время разрабатываются методы лечения заболеваний костного метаболизма, таких как остеопороз, нацеленные на эти пути. Здесь мы предоставляем общую информацию об участии этих путей в восстановлении переломов, с конечной целью информирования будущих периостально-целенаправленных терапий для процедур интраорального увеличения костной ткани.

BMP Signaling

Костный морфогенетический белок-2 (BMP2) хорошо известен своим мощным действием на развитие и регенерацию костей (Lowery et al ., 2011). В течение многих лет предполагалось, что BMP2 является внутренним инициатором заживления костей. Однако исследования, подтверждающие эту теорию, были ограничены, поскольку глобальная делеция BMP2 приводит к эмбриональной летальности (Lowery et al. , 2011). Tsuji et al. (2006) разработал модель мыши, в которой ген Bmp2 условно инактивирован в мезодерме с помощью мыши-делетора Prx-1-Cre.У этих мышей с условным нокаутом Bmp2 были обнаружены отсроченная реакция активации периоста и, что наиболее поразительно, полное отсутствие мостиковой костной мозоли при переломе, что подчеркивает важную роль BMP2 в инициации заживления переломов. Аналогичным образом Wang et al. (2011) удалил Bmp2 и постнатально на начальной стадии заживления перелома с использованием модели мыши CreER, индуцируемой тамоксифеном, и обнаружил, что инактивация Bmp2 в начале заживления устраняет образование костных и хрящевых каллусов, происходящих из надкостницы.Дальнейший анализ периостального каллуса показал, что большинство предшественников условного нокаута Bmp2 и остаются недифференцированными (Wang et al ., 2011). Недавно Mi и др. . (2013) условно нокаутировали ген Bmp2 в хондроцитах и ​​в остеобластах с помощью мышей-делетеров Col2-Cre и Col1-Cre. Они показали, что отсутствие экспрессии Bmp2 в хондроцитах приводит к длительному образованию каллуса хряща и задержке инициации остеогенеза.Однако, когда ген Bmp2 был инактивирован в остеобластах делетером Col1-Cre, мыши не показали значительной разницы в заживлении переломов. Эти результаты показывают, что во время восстановления перелома экспрессия BMP2 необходима в недифференцированных преостеобластах, а не в зрелых остеобластах.

Интересно, что специфическая для скелета инактивация Bmp4 и Bmp7 с помощью делетора Prx1-Cre не оказывает никакого влияния на заживление переломов (Tsuji et al., 2006), предполагая, что in vivo , в физиологических условиях, BMP2, а не BMP4 или BMP7, представляет собой первичный модулятор репарации переломов, опосредованной надкостницей. Хотя эти результаты не исключают, что местная искусственная доставка BMP4 и BMP7 все еще способствует заживлению переломов, они указывают на то, что использование рекомбинантного BMP2 в процедурах наращивания кости может потребовать наличия надкостницы для достижения максимальной терапевтической эффективности. Другие методы лечения костной регенерации, которые могут быть нацелены на передачу сигналов BMP, также должны учитывать требования надкостницы для максимальной эффективности.

Передача сигналов FGF

Роль FGF и их рецепторов в заживлении переломов интенсивно изучалась на протяжении многих лет (Du et al ., 2012). Fgf2, 5 и 6 заметно активируются во время раннего образования каллуса и поддерживают высокие уровни экспрессии на протяжении всего процесса заживления (Du et al ., 2012). Другие FGF, такие как Fgf16 и Fgf18 , достигли своего пика экспрессии на стадии хондрогенеза образования каллуса (Du et al., 2012), тогда как рецепторы FGF, такие как Fgfr1 и 2 , как было показано, экспрессируются в пролиферирующей периостальной мезенхиме (Du et al. , 2012).

Во многих исследованиях изучалось использование FGF, особенно FGF2, для ускорения заживления переломов. Было обнаружено, что у мышей, крыс, кроликов и нечеловеческих приматов FGF2 стимулирует пролиферацию периостальных клеток, остеопрогениторов и хондрогениторов, усиливая образование костной мозоли (Du et al., 2012). Однако некоторые исследования показали, что лечение FGF2 не приводит к увеличению минеральной плотности кости и повышению механической прочности костной мозоли (Nakajima et al. , 2007). Чтобы объяснить это несоответствие, дополнительные исследования показали, что эффект FGF на формирование кости является двухфазным с ингибирующими эффектами при высоких дозах (Du et al ., 2012). Недавно рандомизированное плацебо-контролируемое клиническое исследование в Японии продемонстрировало, что местное применение гидрогеля rhFGF2 ускоряет заживление перелома диафиза большеберцовой кости с более высоким процентом рентгенографического сращения кости (Kawaguchi et al ., 2012).

Эти исследования показывают, что точная, контролируемая по времени модуляция передачи сигналов FGF может быть полезна в процедурах регенерации костей, в том числе в полости рта.

Hedgehog Signaling

Путь Indian hedgehog (Ihh) известен как главный регулятор дифференцировки, пролиферации и созревания хондроцитов, особенно во время эндохондральной оссификации (Lai and Mitchell, 2005). Потеря передачи сигналов hedgehog в постнатальных хондроцитах, генетически или фармакологически, приводит к потере эпифизарных пластинок роста с преждевременным слиянием и укороченным ростом.Однако Ihh также играет важную роль в заживлении переломов надкостницы. Например, было показано, что Ihh высоко экспрессируется во время образования костной мозоли как нестабилизированных, так и стабилизированных переломов (Le et al ., 2001). Более конкретно, Ihh , по-видимому, экспрессируется в формирующихся хрящевых тканях, вблизи костной поверхности каллуса (Wang et al ., 2010). Smoothened (Smo) — это трансмембранный белок, передающий все сигналы Hh.Посредством инактивации гена, индуцируемого тамоксифеном cre, Wang et al. (2010) показали, что делеция Smo в начале восстановления костного аутотрансплантата приводит к почти 50% снижению образования костной мозоли надкостницы в кортикальном соединении кости. Из заживающей надкостницы они также выделили популяцию мезенхимальных стволовых клеток, происходящих из ранней надкостницы и каллуса; нокаут гена Smo заметно снижал остеогенную дифференцировку этих клеток-предшественников (Wang et al., 2010). Таким образом, нацеливание на путь hedgehog может представлять подход к анаболизму кости, а также подход к периостально-опосредованной регенерации кости.

Передача сигналов Notch

Передача сигналов Notch, как было показано, регулирует развитие скелета (Tao et al. , 2010). Мутации с усилением функции в мезенхиме приводят к усилению пролиферации и снижению дифференцировки, ингибируя созревание эндохондральных и внутримембранозных образований кости. Напротив, нарушение передачи сигналов Notch заметно увеличивает дифференцировку остеопрогениторов и массу трабекулярной кости (Tao et al ., 2010). Однако этот фенотип быстро снижается во время старения из-за истощения пулов стволовых клеток в костном мозге, указывая на то, что Notch может участвовать в поддержании клеток-предшественников в их нише. Передача сигналов Notch активируется во время заживления переломов костей, поскольку экспрессия Jag1 и Notch3 локализуется в недифференцированных мезенхимальных клетках заживляющей надкостницы (Dishowitz et al ., 2012). Интересно, что недавно было показано, что экспрессии Jag1 достаточно для индукции остеогенной дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток человека (Dishowitz et al., 2013). Таким образом, нацеливание на передачу сигналов Notch посредством активации экспрессии Jag1 и может представлять собой потенциальную терапию, восстанавливающую кости / надкостницу.

Сигнализация PDGF

Факторы роста тромбоцитов (PDGF) участвуют в процессах заживления ран в различных тканях, включая кости. Было показано, что лиганды и рецепторы PDGF экспрессируются в остеобластах, хондроцитах и ​​мезенхимальных стволовых клетках (Kaigler et al. , 2011). Делеция рецепторов PDGF α и β у мышей показала, что основными эффектами передачи сигналов PDGF при заживлении костей являются реакции пролиферации и миграции (Tokunaga et al., 2008). Однако, насколько нам известно, исследований, которые непосредственно оценивают роль PDGFs в периостальной активации, не существует. Хотя рекомбинантный PDGF-BB в настоящее время используется для регенеративной терапии пародонта (Kaigler et al. , 2011), еще предстоит доказать, можно ли его использовать для периостальной регенерации кости.

Передача сигналов Wnt

Многие члены семейства Wnt экспрессируются в поврежденной надкостнице (Chen et al., 2007; Kim et al. , 2007). Было замечено, что заживление переломов ингибировалось у мышей, экспрессирующих специфичные для остеобластов бета-катенин-нулевые аллели (Chen et al ., 2007). Когда путь передачи сигналов Wnt / β-catenin был инактивирован в хондроцитах путем прерывания образования комплекса β-catenin / TCF, восстановление кости также было нарушено из-за уменьшенного и замедленного образования хряща (Huang et al. , 2012). Ингибирование передачи сигналов Wnt при заживлении кости посредством аденовирусной экспрессии Dkk1 , ингибитора Wnt, снижает регенерацию кости на 84% (Kim et al ., 2007). Дальнейшие исследования показали, что добавление рекомбинантного DKK1 или склеростина к первичным периостальным клеткам снижает пролиферацию и увеличивает апоптоз (Kim et al ., 2013). Следовательно, передача сигналов Wnt вносит значительный вклад в заживление переломов. В подтверждение этих наблюдений усиление функции передачи сигналов Wnt, по-видимому, способствует заживлению переломов костей. Фактически, экспрессия активированной формы бета-катенина в остеобластах резко усилила заживление костей у мышей (Chen et al., 2007). Кроме того, нокаут гена Axin2 , негативного регулятора передачи сигналов Wnt, приводил к ускоренному заживлению кости после травмы, что было связано с более устойчивой пролиферацией и более ранней дифференцировкой скелетных стволовых и клеток-предшественников (Minear et al. , 2010). . Инъекция Wnt3a в надкостницу индуцировала более быструю регенерацию кости, стимулируя пролиферацию скелетных клеток-предшественников и ускоряя их дифференцировку в остеобласты (Minear et al ., 2010). Кроме того, введение нейтрализующего антитела DKK1 при заживлении костей улучшало восстановление и регенерацию костей у мышей (Agholme et al ., 2011; Li et al ., 2011), а пероральное введение мощного ингибитора GSK3 AZD2858, который активирует Передача сигналов Wnt приводит к быстрому заживлению переломов (Sisask et al ., 2013). Делеция in vivo секретируемого Frizzled Related Protein 1 (sFRP1), одного из нескольких Frizzled-родственных антагонистов Wnt, улучшает заживление переломов, способствуя раннему сращению костей (Gaur et al., 2009).

Однако исследования показали, что Wnt-чувствительные клетки, по-видимому, расположены в основном на эндостальной поверхности поврежденной кости, в отличие от клеток-мишеней BMP, находящихся в надкостнице (Minear et al. , 2010), что повышает вероятность что во время восстановления перелома передача сигналов BMP и Wnt действует в разных компартментах в кости. Таким образом, терапия на основе Wnt может не напрямую нацеливаться на перизотеум, но может косвенно усиливать периостально-опосредованную регенерацию кости.Поэтому возможно, что разрабатываемые методы лечения, нацеленные на путь Wnt, такие как терапии, основанные на нейтрализующих антителах DKK1 и SOST, могут быть полезными не только при эндокринологических нарушениях костей, но также и для терапии регенерации кости, опосредованной периостом.

Медиаторы воспаления

Поскольку воспалительная фаза и образование костной мозоли хорошо координируются во время заживления перелома, разумно предположить, что воспалительные сигналы регулируют периостальную реакцию.Действительно, матриксная металлопротеиназа-9 ( Mmp9 ), сильно экспрессируемая нейтрофилами и макрофагами в костной мозоли при раннем переломе, участвует в заживлении кости. Mmp9 ^{— / —} мыши имеют несращение и отсроченное сращение переломов, вызванное стойким хрящом в месте повреждения (Colnot et al ., 2003). Кроме того, было продемонстрировано, что MMP9 опосредует свое действие на дифференцировку скелетных клеток, регулируя воспалительный ответ и распределение воспалительных клеток, что приводит к местной регуляции дифференцировки периостальных клеток (Wang et al., 2013).

ЦОГ-2 представляет собой индуцибельную изоформу циклооксигеназы, фермента, ограничивающего скорость в пути биосинтеза простагландинов. Следовательно, это важный регулятор воспаления. При гибридизации in situ Cox-2 был обнаружен в хондропрогениторах и мезенхимальных клетках вдоль периостальной поверхности, и его экспрессия коррелировала с ранней индукцией хондрогенеза и ранним разрастанием хрящевой каллуса (Xie et al ., 2009 г.).Введение ингибитора ЦОГ-2 на ранней стадии заживления нарушило заживление перелома (Simon et al ., 2002). Кроме того, генетическая абляция Cox-2 нарушала пролиферацию периостальных клеток-предшественников и задерживала последующее эндохондральное и внутримембранозное восстановление, что приводило к уменьшению образования кости, сохранению хрящевой ткани и высокой частоте несращений. Напротив, сверхэкспрессия Cox-2 локально ускоряла заживление переломов и сращения костей (Zhang et al., 2002).

Несмотря на то, что необходимы дальнейшие исследования, модуляция воспалительного процесса может представлять собой новый рубеж в опосредованной периостом терапии регенерации костей.

Надкостница в регенерации черепно-лицевой кости

Надкостница черепа

О черепно-лицевой надкостнице известно немного. Было показано, что надкостница различается в зависимости от региона и меняется с возрастом. Например, шейка бедренной кости человека имеет менее клеточную, но более минерализованную надкостницу, чем диафиз бедренной кости (Allen and Burr, 2005).Черепно-лицевая надкостница может иметь различные биологические характеристики по сравнению с надкостницей из других мест. На моделях свиней Ochareon и Herring (2011) показали, что на небе имеется относительно тонкая надкостница, которая с возрастом становится тоньше. Интересно, что именно внутренний слой надкостницы имеет тенденцию к уменьшению толщины, тогда как внешний (фиброзный) слой практически не меняет свою структуру (Ochareon, Herring, 2011). Клетки краниофациальной надкостницы действуют иначе, чем клетки надкостницы длинных костей.Используя стратегию маркировки клеток, чтобы маркировать клетки, происходящие из нервного гребня, и клетки, происходящие из мезодермы, Leucht et al. (2008) исследовали остеогенный потенциал клеток надкостницы, полученных из нижней и большеберцовой костей. Когда нижнечелюстные периостальные клетки были трансплантированы в костный дефект большеберцовой кости, наблюдалась внутримембранозная оссификация. Однако, если клетки надкостницы большеберцовой кости были трансплантированы в дефект нижней челюсти, наблюдалась эндохондральная оссификация. Следовательно, возможно, что сигнальные пути, участвующие в периостальной регенерации длинной кости, могут отличаться от тех, которые участвуют в краниофациальной периостальной регенерации.Тем не менее, независимо от сигнальных путей, учитывая его богатство скелетными предшественниками, сохранение и использование надкостницы может способствовать регенерации кости как при черепно-лицевых, так и при ортопедических хирургических вмешательствах.

Клиническое применение

Обвязка надкостницы для черепно-лицевых процедур регенерации кости не новость. Например, почти полвека назад Skoog представил надкостничный лоскут для закрытия дефектов расщелины верхней челюсти (Skoog, 1965), а в 1989 году надкостницу большеберцовой кости успешно использовали при лечении расщелины неба (Rintala and Ranta, 1989).

За прошедшие годы пародонтологи и хирурги-стоматологи разработали несколько клинических процедур, позволяющих использовать потенциал костной регенерации внутриротовой надкостницы. Например, в исследовании по оценке послеоперационной судьбы регенерации кости при гайморотомии Choi et al. (1996) обнаружил, что процедуры, выполняемые с надкостничными лоскутами на ножке, приводят к большему образованию кости, чем без надкостничных лоскутов на ножке. Ткань периоста также используется в пародонтологически-регенеративных процедурах в качестве мембраны для направляемой регенерации тканей.Лекович и др. . (1991) впервые сообщили, что соединительнотканный трансплантат, охватывающий надкостницу, можно использовать в качестве барьера для усиления нового прикрепления и регенерации костной ткани при дефектах фуркации моляров нижней челюсти класса II. В последующем исследовании Lekovic et al . (1998) далее сравнили клиническую эффективность надкостничного трансплантата и коронарного лоскута при лечении дефектов фуркации класса II. Группа периостального барьера продемонстрировала значительно лучший прирост вертикальной и горизонтальной регенерации кости.Недавно Verma и др. . (2011) сообщили об аналогичных результатах при регенерации фуркаций нижней челюсти буккального класса II с повернутым слизисто-надкостничным лоскутом. Точно так же трансплантаты надкостницы успешно использовались в качестве мембраны для регенерации кости после перирадикулярной хирургии (Tobon-Arroyave et al ., 2004).

За последние 3 года было предложено и подробно описано несколько методик, направленных на использование интраоральной надкостницы для увеличения альвеолярной кости.

Hur и др. .(2010) представили дизайн разреза с двойным лоскутом для управляемой регенерации кости (GBR) в задней части нижней челюсти. Он состоит из 2 слоев, поверхностного слоя слизистой оболочки и глубокого слоя надкостницы. Они рекомендуют сначала отделить слизистую оболочку путем частичного рассечения; впоследствии отражается слой надкостницы (). Хотя основная цель этого метода состоит в том, чтобы получить первичное закрытие без натяжения, основываясь на приведенных выше доказательствах, можно сказать, что покрытие хирургической области неповрежденной надкостницей обеспечивает бесперебойное кровоснабжение и клетки-остеопрогениторы к месту регенерации.

Дизайн разреза с двойным лоскутом, состоящий из 2 слоев, поверхностного слоя слизистой оболочки и глубокого слоя надкостницы. Авторы рекомендуют сначала отделить слизистую оболочку, рассекая ткань на частичную толщину; впоследствии отражается слой надкостницы. (A) Намечены разрез гребня на беззубом гребне и один вертикальный высвобождающий разрез. (B) Делается разрез с двойным лоскутом, надкостница остается на беззубом гребне. (C, D) Слизистая оболочка двойного лоскута приподнята, оставляя надкостничный слой. (E, F) Надкостничный слой двойного лоскута приподнят, обнажая альвеолярную кость. (G) Окклюзионный вид двойного лоскута. (H) Надкостничный слой двойного лоскута ушивают для стабилизации места трансплантации. (I) Буккальный вид после окончательного наложения швов (из Hur et al ., 2010; с разрешения Американской академии пародонтологии).

Васкуляризованный межпозиционный лоскут надкостнично-соединительной ткани (VIP-CT), который позволяет вращать васкуляризованную надкостничную ножку к передней верхней челюсти, был впервые предложен Sclar (2003) для использования надкостницы и связанного с ней кровоснабжения в процедурах. направленная на реконструкцию дефектов гребня верхней челюсти.В 2012 году эта конструкция клапана была немного изменена Ким и др. . (2012) объединить технику сохранения сосочка с надкостнично-соединительнотканным лоскутом на ножке и добиться первичного закрытия, а также увеличения кости и мягких тканей ().

Модифицированная васкуляризация интерпозиционной периостально-соединительной ткани. (A, B) Лоскут приподнят с помощью техники сохранения сосочка. (C) Подготовка небного донорского участка начинается с расширения разреза по горизонтали до первого моляра, после чего проводится субэпителиальная диссекция с разделением толщины кпереди к небной области отсутствующего участка. (D) Вертикальный разрез делается изнутри через соединительную ткань и надкостницу дистальнее небного разреза, и трансплантат на ножке осторожно поднимается от кости, обнажая надкостницу. Затем соединительнотканная ножка поворачивается над операционным полем (из Kim et al. , 2012; с разрешения).

Группа исследователей из Мичиганского университета (Steigmann et al. , 2012) недавно предложила лоскут надкостничного кармана для горизонтального увеличения кости.В их новой конструкции лоскута первый разрез делается в самой коронковой части гребня кости под углом 45 градусов к щечной стенке. Впоследствии лоскут с разделенной толщиной на щечной стороне отделяет слизистую оболочку от подлежащей надкостницы. Вертикальное высвобождение выполняется только внутри слизистой оболочки с обеих сторон лоскута. Затем следует второй надкостничный разрез для создания лоскута надкостничного кармана. Эта конструкция лоскута создает надкостничный карман между щечной костью и надкостницей, который может быть заполнен костно-трансплантатным материалом, покрыт резорбируемой коллагеновой мембраной и закрыт лоскутом слизистой оболочки, созданным при первом разрезе ().

Лоскут надкостничного кармана. (A) Первый разрез делается в самой коронковой части гребня кости под углом 45 градусов к щечной стенке. (B) Впоследствии лоскут с разделенной толщиной на щечной стороне отделяет слизистую оболочку от подлежащей надкостницы. Вертикальное высвобождение выполняется только внутри слизистой оболочки с обеих сторон лоскута. Затем следует второй надкостничный разрез для создания лоскута надкостничного кармана. (C) Материал для костного трансплантата вставляется в лоскут кармана, чтобы способствовать регенерации кости (от Steigmann et al., 2012; с разрешения).

Abrahamsson et al. (2012) предложили использовать самонадувные осмотические расширители для имплантации под надкостницу перед проведением контролируемых процедур регенерации кости. Благодаря этому подходу они добиваются расширения мягких тканей, а также надкостницы, что дает очевидные преимущества для последующих хирургических процедур увеличения кости.

Verdugo и др. . (2012) показали, что успешная общая оценка крупных костных дефектов может быть достигнута с помощью кортикальной перфорации и без использования мембран, а только надкостницы.Протокол включает поднятие слизисто-надкостничного лоскута на всю толщину посредством гребневого надреза и двух вертикальных высвобождающих надрезов с последующей декортикацией и фиксацией трансплантатов аутологичных костных блоков. Затем тщательно сохраненная периостальная мембрана используется для полного покрытия аутотрансплантатов, обеспечивая стволовыми клетками, кровоснабжением и питательными веществами место регенерации кости.

Доказано, что все описанные клинические процедуры эффективны при процедурах регенерации костей.Однако из-за ограниченного числа зарегистрированных случаев и отсутствия хорошо контролируемых клинических испытаний необходимы дальнейшие исследования для оценки эффективности этих подходов с использованием периостальной фиксации.

Выводы

В этом обзоре мы проанализировали биологию надкостницы и ее потенциал для процедур регенерации костей. Мы показали, как многочисленные исследования выявили существование стволовых клеток в надкостнице и как их присутствие и активация имеют фундаментальное значение для регенерации кости.Впоследствии мы рассмотрели молекулярную передачу сигналов, которая контролирует периостально-опосредованную регенерацию кости, и показали, как BMP, FGF, Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt и воспалительные пути вовлечены в этот процесс. Наконец, мы подробно изучили хирургические методы, предложенные для использования надкостницы во время интраоральных процедур регенерации костей.

Таким образом, в этом обзоре подчеркивается важность сохранения надкостницы при процедурах наращивания кости и предлагается, по возможности, использовать периостальную фиксацию для достижения лучших терапевтических эффектов.Поскольку новые молекулярные методы лечения, нацеленные на рассматриваемые пути, появляются для лечения заболеваний костного метаболизма, таких как остеопороз, было бы разумно предложить использование этих методов лечения для воздействия на остеогенный потенциал перизотеума во время оральных регенеративных процедур.

Сноски

Д-р Джузеппе Интини поддерживается грантом Национального института здравоохранения США (Национальный институт стоматологических и черепно-лицевых исследований, грант № DE021069).

Авторы заявляют об отсутствии потенциальных конфликтов интересов в отношении авторства и / или публикации этой статьи.

Ссылки

• Абрахамссон П., Валиваара Д.А., Исакссон С., Андерссон Г. (2012). Расширение надкостницы перед местной реконструкцией кости с использованием нового метода измерения стабильности профиля мягких тканей: клиническое исследование. J Oral Maxillofac Surg 70: e521-e530. [PubMed] [Google Scholar]
• Агхольм Ф, Исакссон Х, Кухстосс С., Аспенберг П. (2011). Эффекты антитела Dickkopf-1 на метафизарной кости и фиксации имплантата при различных условиях нагрузки. Кость 48: 988-996.[PubMed] [Google Scholar]
• Аллен MR, Burr DB. (2005). В шейке бедра человека меньше ячеистой надкостницы и больше минерализованной надкостницы, чем в диафизарной кость бедренной кости. Кость 36: 311-316. [PubMed] [Google Scholar]
• Аллен М.Р., Хок Дж. М., Бурр Д. Б. (2004). Надкостница: биология, регуляция и ответ на терапию остеопороза. Кость 35: 1003-1012. [PubMed] [Google Scholar]
• Blaisdell FE. (1925). Остеогенная функция надкостницы. Arch Surg 11: 933. [Google Scholar]
• Чанг Х., Узел Тейт МЛ.(2012). Краткий обзор: надкостница: доступ к резервуару клинически полезных клеток-предшественников. Стволовые клетки Transl Med 1: 480-491. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чен Й., Уэтстон Х.С., Лин А.С., Надесан П., Вей К., Пун Р. и др. (2007). Передача сигналов бета-катенина играет разную роль в разных фазах заживления перелома: значение для терапии, улучшающей заживление костей. PLoS Med 4: e249. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чой Б.Х., Ю Дж.Х., Сон К.Дж.(1996). Рентгенологическое сравнение заживления костей после гайморотомии с надкостничной ножкой и без нее. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 82: 375-378. [PubMed] [Google Scholar]
• Колно К. (2009). Решения о судьбе скелетных клеток в надкостнице и костном мозге во время регенерации кости. J Bone Miner Res 24: 274-282. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Colnot C, Thompson Z, Miclau T, Werb Z, Helms JA. (2003). Исправление перелома при отсутствии MMP9.Разработка 130: 4123-4133. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Colnot C, Zhang X, Knothe Tate ML. (2012). Текущее понимание регенеративного потенциала надкостницы: подходы молекулярной, клеточной и эндогенной инженерии. J Orthop Res 30: 1869-78. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Диас-Флорес Л., Гутьеррес Р., Лопес-Алонсо А., Гонсалес Р., Варела Х. (1992). Перициты как дополнительный источник остеобластов в периостальном остеогенезе. Clin Orthop Relat Res 275: 280-286.[PubMed] [Google Scholar]
• Димитриу Р., Джонс Э., МакГонагл Д., Джаннудис П.В. (2011). Костная регенерация: современные концепции и будущие направления. BMC Med 9:66. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Дишовиц М.И., Терхорн С.П., Бостик С.А., Ханкенсон К.Д. (2012). Компоненты передачи сигналов Notch активируются во время как эндохондральной, так и внутримембранозной регенерации кости. J Orthop Res 30: 296-303. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Дишовиц М.И., Чжу Ф., Сундарарагхаван Х.Г., Ифковиц Дж.Л., Бурдик Дж.А., Ханкенсон К.Д.(2013). Иммобилизация Jagged1 на остеокондуктивном полимере активирует сигнальный путь notch и индуцирует остеогенез. J Biomed Mater Res A [Epub перед печатью 14.06.2013] [в печати]. [PubMed] [Google Scholar]
• Du X, Xie Y, Xian CJ, Chen L. (2012). Роль FGF / FGFR в развитии скелета и регенерации костей. J Cell Physiol 227: 3731-3743. [PubMed] [Google Scholar]
• Гаур Т., Викстед Дж. Дж., Хусейн С., О’Коннелл С.Л., Морган Э.Ф., Айерс, округ Колумбия, и др. (2009). Секретируемый родственный белок 1 является мишенью для улучшения заживления переломов.J Cell Physiol 220: 174-181. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Грчевич Д., Пейда С., Мэтьюз Б.Г., Репик Д., Ван Л., Ли Х и др. (2012). Картирование судеб in vivo позволяет идентифицировать мезенхимные клетки-предшественники. Стволовые клетки 30: 187–196. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Хуанг И, Чжан Х, Ду К, Ян Ф, Ши И, Хуанг Дж и др. (2012). Ингибирование передачи сигналов бета-катенина в хондроцитах вызывает замедленное заживление переломов у мышей. J Orthop Res 30: 304-310. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Hur Y, Tsukiyama T, Yoon TH, Griffin T.(2010). Дизайн двойного лоскутного разреза для управляемой регенерации кости: новая техника и клинические соображения. J Periodontol 81: 945-952. [PubMed] [Google Scholar]
• Кайглер Д., Авила Г., Виснер-Линч Л., Невинс М.Л., Невинс М., Расперини Г. и др. (2011). Применение факторов роста на основе тромбоцитов для регенерации пародонта и периимплантной кости. Мнение эксперта Biol Ther 11: 375-385. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Кавагути Х., Ока Х., Джингуши С., Изуми Т., Фукунага М., Сато К. и др.(2012). Местное применение рекомбинантного фактора роста фибробластов 2 человека при переломах диафиза большеберцовой кости: рандомизированное плацебо-контролируемое исследование. J Bone Miner Res 25: 2735-2743. [PubMed] [Google Scholar]
• Ким С.С., Чан Й.Дж., Чой С.Х., Чо К.С. (2012). Долгосрочные результаты увеличения мягких и твердых тканей с помощью модифицированного васкуляризированного интерпозиционного метода периостально-соединительной ткани в переднем отделе верхней челюсти. J Oral Maxillofac Surg 70: 484-491. [PubMed] [Google Scholar]
• Ким ХК, Оксендин I, Камия Н.(2013). Высокая концентрация BMP2 снижает пролиферацию клеток и увеличивает апоптоз через DKK1 и SOST в первичных надкостничных клетках человека. Кость 54: 141-150. [PubMed] [Google Scholar]
• Kim JB, Leucht P, Lam K, Luppen C, Ten Berge D, Nusse R и др. (2007). Регенерация костей регулируется сигнализацией wnt. J Bone Miner Res 22: 1913-1923. [PubMed] [Google Scholar]
• Лай LP, Митчелл Дж. (2005). Индийский еж: его роль и регуляция в развитии эндохондральной кости. J Cell Biochem 96: 1163-1173.[PubMed] [Google Scholar]
• Le AX, Miclau T, Hu D, Helms JA. (2001). Молекулярные аспекты заживления стабилизированных и нестабилизированных переломов. J Orthop Res 19: 78-84. [PubMed] [Google Scholar]
• Lekovic V, Kenney EB, Carranza FA, Martignoni M. (1991). Использование аутогенных трансплантатов надкостницы в качестве барьера для лечения поражения фуркации класса II на нижних молярах. J Periodontol 62: 775-780. [PubMed] [Google Scholar]
• Лекович В., Клоккевольд ПР, Камарго П.М., Кенни Э.Б., Недич М., Вайнлендер М.(1998). Оценка периостальных мембран и коронарных лоскутов при лечении дефектов фуркации класса II: сравнительное клиническое исследование на людях. J Periodontol 69: 1050-1055. [PubMed] [Google Scholar]
• Leucht P, Kim JB, Amasha R, James AW, Girod S, Helms JA. (2008). Эмбриональное происхождение и Hox-статус определяют судьбу клеток-предшественников во время регенерации взрослой кости. Разработка 135: 2845-2854. [PubMed] [Google Scholar]
• Ли Х, Гризанти М., Фан В., Асунсьон Ф.Дж., Тан Х.Л., Дуайер Д. и др.(2011). Диккопф-1 регулирует костеобразование у молодых растущих грызунов и при травмах. J Bone Miner Res 26: 2610-2621. [PubMed] [Google Scholar]
• Лоури Дж. У., Пазин Д., Интини Дж., Кокабу С., Чаппуис В., Капело Л. П. и др. (2011). Роль передачи сигналов BMP2 в скелете. Crit Rev Eukaryot Gene Expr 21: 177-185. [PubMed] [Google Scholar]
• Лу С., Миклау Т., Ху Д., Хансен Э., Цуй К., Путлиц С. и др. (2005). Клеточная основа возрастных изменений при заживлении переломов. J Orthop Res 23: 1300-1307.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Лу К., Маркуцио Р., Миклау Т. (2006). Оценка ангиогенеза во время заживления перелома. Айова Ортоп Дж. 26: 17-26. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Медичи Д., Шор Е.М., Лунев В.Ю., Каплан Ф.С., Каллури Р., Олсен Б.Р. (2010). Превращение эндотелиальных клеток сосудов в мультипотентные стволовые клетки. Нат Мед 16: 1400-1406. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ми М, Джин Х, Ван Б., Юката К., Шеу Т.Дж., Кэ QH и др.(2013). Передача сигналов BMP2 хондроцитов играет важную роль в заживлении переломов костей. Ген 512: 211-218. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Minear S, Leucht P, Jiang J, Liu B, Zeng A, Fuerer C и др. (2010). Белки Wnt способствуют регенерации костей. Sci Transl Med 2: 29ra30. [PubMed] [Google Scholar]
• Накадзима Ф., Накадзима А., Огасавара А., Мория Х., Ямадзаки М. (2007). Влияние однократной чрескожной инъекции основного фактора роста фибробластов на заживление закрытого перелома диафиза бедренной кости у крысы.Calcif Tissue Int 81: 132-138. [PubMed] [Google Scholar]
• Очареон П, Селедка ЮЗ. (2011). Репликация клеток в краниофациальной надкостнице: аппозиционные против резорбтивных сайтов. J Anat 218: 285-297. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Парк Д., Спенсер Дж. А., Кох Б. И., Кобаяши Т., Фудзисаки Дж., Клеменс Т. Л. и др. (2012). Эндогенные МСК костного мозга являются динамичными, ограниченными по судьбе участниками поддержания и регенерации костей. Стволовая клетка 10: 259-272. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Рейли TM, Селдес Р., Лучетти В., Брайтон, Коннектикут.(1998). Сходство фенотипической экспрессии перицитов и костных клеток. Clin Orthop Relat Res 346: 95-103. [PubMed] [Google Scholar]
• Ринтала А.Е., Ранта Р. (1989). Лоскуты надкостницы и трансплантаты при первичном заживлении расщелины: последующее исследование. Пласт Реконстр Сург 83: 17-24. [PubMed] [Google Scholar]
• Sclar AG. (2003). Васкуляризированный межпозиционный периостально-соединительнотканный лоскут (VIP-CT). В: Мягкие ткани и эстетические соображения в имплантотерапии. Чикаго, Иллинойс: Quintessence Publishing Co.С. 163-187. [Google Scholar]
• Саймон А.М., Маниграссо МБ, О’Коннор, JP. (2002). Функция циклооксигеназы 2 важна для заживления переломов костей. J Bone Miner Res 17: 963-976. [PubMed] [Google Scholar]
• Сисаск Г., Марселл Р., Сундгрен-Андерссон А., Ларссон С., Нильссон О., Юнггрен О. и др. (2013). Крысы, получавшие AZD2858, ингибитор GSK3, быстро заживают переломы без образования эндохондральной кости. Кость 54: 126-132. [PubMed] [Google Scholar]
• Скуг Т. (1965). Использование надкостничных лоскутов при лечении расщелины первичного неба.Волчья пасть J 2: 332-339. [PubMed] [Google Scholar]
• Стейгманн М., Салама М., Ван Х.Л. (2012). Лоскут периостального кармана для горизонтальной регенерации кости: серия клинических случаев. Реставрационная вмятина Int J Periodontics 32: 311-320. [PubMed] [Google Scholar]
• Тао Дж, Чен С., Ли Б. (2010). Нарушение передачи сигналов Notch при развитии и заболевании скелета. Энн Нью-Йорк Академия наук 1192: 257-268. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Томпсон З., Миклау Т., Ху Д., Хелмс Дж. (2002). Модель внутримембранного окостенения при заживлении перелома.J Orthop Res 20: 1091-1098. [PubMed] [Google Scholar]
• Тобон-Аррояв С.И., Домингес-Мехиа Дж.С., Флорес-Морено Г.А. (2004). Трансплантаты надкостницы как барьеры в перирадикулярной хирургии: сообщение о двух случаях. Int Endod J 37: 632-642. [PubMed] [Google Scholar]
• Токунага А., Оя Т., Исии Ю., Мотомура Х., Накамура С., Исидзава С. и др. (2008). Бета-рецептор PDGF является мощным регулятором функции мезенхимальных стромальных клеток. J Bone Miner Res 23: 1519-1528. [PubMed] [Google Scholar]
• Tsuji K, Bandyopadhyay A, Harfe BD, Cox K, Kakar S, Gerstenfeld L, et al.(2006). Активность BMP2, хотя и необязательна для образования кости, необходима для начала заживления перелома. Нат Жене 38: 1424-1429. [PubMed] [Google Scholar]
• Вердуго Ф., Д’Аддона А., Понтон Дж. (2012). Клиническая, томографическая и гистологическая оценка регенерации кости под контролем периоста с кортикальными перфорациями при поздних дефектах критического размера у человека. Clin Implant Dent Relat Res 14: 112-120. [PubMed] [Google Scholar]
• Верма В., Саймби С.С., Хан М.А., Гоэль А. (2011).Использование периостальной мембраны в качестве барьерной мембраны для лечения щечных дефектов фуркации степени II на нижних молярах: новая методика. Индийский дж дент рес 22: 511-516. [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Цюй, Хуанг Ц., Цзэн Ф., Сюэ М., Чжан Х. (2010). Активация пути Hh в мезенхимальных стволовых клетках, происходящих из надкостницы, индуцирует образование кости in vivo: значение для постнатального восстановления кости. Am J Pathol 177: 3100-3111. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Ц., Хуан Ц., Сюэ М, Чжан Х.(2011). Экспрессия эндогенного BMP-2 в периостальных клетках-предшественниках важна для заживления костей. Кость 48: 524-532. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Х, Ю Й., Лиу С., Ян Ф, Ланг Дж, Лу С. и др. (2013). MMP9 регулирует клеточный ответ на воспаление после повреждения скелета. Кость 52: 111-119. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Xie C, Liang B, Xue M, Lin AS, Loiselle A, Schwarz EM, et al. (2009). Восстановление нарушенного заживления перелома у мышей COX-2 — / — посредством активации рецептора простагландина E2 подтипа 4.Am J Pathol 175: 772-785. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чжан X, Шварц Е.М., Янг Д.А., Пузас Дж. Э., Розье Р. Н., О’Киф Р.Дж. (2002). Циклооксигеназа-2 регулирует дифференцировку мезенхимальных клеток в линию остеобластов и критически участвует в восстановлении костей. J Clin Invest 109: 1405-1415. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Zhang X, Xie C, Lin AS, Ito H, Awad H, Lieberman JR и др. (2005). Судьба периостальных клеток-предшественников при трансплантации сегментарного кортикального костного трансплантата: значение для функциональной тканевой инженерии.J Bone Miner Res 20: 2124-2137. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Надкостница

J Dent Res. 2014 фев; 93 (2): 109–116.

Биология и применение в регенерации черепно-лицевой кости

З. Лин

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Лонгвуд-авеню, REB 403, Бостон, Массачусетс 02115, США

² Университет Содружества Вирджинии, Школа стоматологии , Отделение пародонтологии, Ричмонд, Вирджиния 23298, США

A.Fateh

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Longwood Avenue, REB 403, Boston, MA 02115, USA

D.M. Салем

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Longwood Avenue, REB 403, Boston, MA 02115, USA

G. Intini

¹ Harvard School of Dental Medicine, 188 Longwood Avenue, REB 403, Бостон, MA 02115, США

³ Гарвардский институт стволовых клеток, Кембридж, Массачусетс, США

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Longwood Avenue, REB 403, Бостон, Массачусетс 02115, США

² Вирджиния Содружество Университет, Школа стоматологии, Отделение пародонтологии, Ричмонд, Вирджиния 23298, США

³ Гарвардский институт стволовых клеток, Кембридж, Массачусетс, США

Поступила в редакцию 28 мая 2013 г .; Пересмотрено 28 августа 2013 г .; Принята в печать 1 сентября 2013 г.

Авторские права © Международная и Американская ассоциация стоматологических исследований Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Костно-регенеративные возможности надкостницы были исследованы еще в 17 веке. Однако за последние несколько лет многое было обнаружено с точки зрения молекулярных и клеточных механизмов, контролирующих вклад надкостницы в регенерацию кости. Анализ с отслеживанием происхождения и трансгенные мыши с нокаутом помогли определить относительный вклад надкостницы и эндоста в регенерацию кости.Дополнительные исследования пролили свет на критическую роль, которую BMP, FGF, Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt и передача сигналов воспаления играют или могут играть в периостально-опосредованной регенерации кости, открывая путь к новым подходам в терапии регенерации костей. Таким образом, исследуя роль, которую каждый путь играет в периостальной регенерации кости, в этом обзоре мы анализируем состояние текущих исследований регенеративного потенциала надкостницы. Представленный анализ направлен на информирование как клиницистов-ученых, которые могут быть заинтересованы в текущих исследованиях биологии надкостницы, так и хирургов-стоматологов, которые могут найти этот обзор полезным для выполнения процедур регенерации кости с использованием периоста.

Ключевые слова: регенеративная хирургия, стволовые клетки, клетки-остеопрогениторы, надкостница, тканевая инженерия, заживление костей

Анатомия надкостницы

В 1925 году Блейсделл опубликовал классическую статью, в которой он описывает надкостницу как структуру, состоящую из 2 слоя, с остеобластоподобными клетками во внутреннем слое (Blaisdell, 1925). Теперь мы знаем более подробно, что внешний «фиброзный» слой состоит из фибробластов, коллагена и эластина, а также нервной и микрососудистой сети (Allen et al., 2004). Эти компоненты обеспечивают механическую стабильность надкостницы. Внутренний «слой камбия» является высококлеточным и представлен клетками, которые влияют на формирование костей и восстановление костей (Allen et al ., 2004). В частности, этот слой имеет взрослые мезенхимные скелетные клетки-предшественники, остеобласты, более мелкие и более изодиаметрические фибробласты и симпатические нервы (Allen et al. , 2004). Эти особенности позволяют рассматривать надкостницу как структуру с регенеративной способностью ().По мере старения кости уменьшение количества остеобластов ведет к отчетливой атрофии и истончению камбиевого слоя (Allen et al. , 2004).

Популяции клеток присутствуют во внешнем и внутреннем слоях надкостницы. Внешний, более «фиброзный» слой содержит «удлиненные» фибробласты и кровеносные сосуды. Внутренний слой «камбия» представлен скелетными клетками-предшественниками, остеобластами, маленькими и изодиаметрическими фибробластами и кровеносными сосудами. Из-за высокой васкуляризации надкостница содержит большое количество эндотелиальных перицитов, окружающих кровеносные сосуды.

Из-за его высокой васкуляризации внутри надкостницы также находятся многочисленные эндотелиальные перициты (Diaz-Flores et al ., 1992) (). Перициты — это клетки, находящиеся в физическом контакте с эндотелиальными клетками капилляров. В определенных условиях культивирования эти клетки могут дифференцироваться в несколько типов клеток, включая остеобласты (Reilly et al. , 1998). Таким образом, перициты можно рассматривать как дополнительный источник остеопрогениторных клеток в надкостнице (Diaz-Flores et al., 1992).

Роль надкостницы в заживлении костей

Замечательная регенеративная способность надкостницы была реализована столетия назад (Chang and Knothe Tate, 2012). Однако только недавно костные биологи смогли понять точную роль надкостницы в заживлении кости.

Заживление переломов костей очень подробно изучалось в последние годы. Начальная фаза заживления перелома характеризуется острой воспалительной реакцией, которая включает образование тромба, миграцию воспалительных клеток и образование зернистой ткани.Считается, что воспалительная фаза стимулирует миграцию и пролиферацию мезенхимальных клеток. Вскоре после периода воспаления мезенхимные клетки собираются в месте восстановления и дифференцируются в хондроциты и остеобласты. Коллагеновая матрица секретируется и впоследствии минерализуется. Эти события приводят к образованию мягкой костной мозоли, которая перекрывает 2 конца перелома. Со временем мягкая мозоль будет продолжать окостеневать, и сформируется тканая кость. В конце концов, после ремоделирования заживающая кость восстановит свою первоначальную форму и структуру (Dimitriou et al., 2011 г .; Colnot et al ., 2012).

Надкостница вносит большой вклад в этот сложный процесс заживления кости. Уже через 24–48 часов после травмы в надкостнице можно увидеть острую воспалительную реакцию (Colnot et al. ., 2003; Lu et al. , 2005). Впоследствии клетки надкостницы начинают разрастаться, и наблюдается утолщение надкостницы. Этот процесс определяется как активация надкостницы. Сравнивая периостальные и эндостальные / костные повреждения большеберцовой кости мышей, Colnot обнаружил, что периостальные повреждения заживают за счет эндохондральной оссификации, тогда как эндостальные / костные повреждения заживают за счет внутримембранозной оссификации без хондрогенеза (Colnot, 2009).Трансплантация живой кости у трансгенных репортерных мышей Rosa26 дополнительно продемонстрировала, что распространение популяции мезенхимальных клеток-предшественников из надкостницы в значительной степени объясняет образование хряща и кости внутри каллуса (Zhang et al. , 2005; Colnot, 2009). Иными словами, клетки костного мозга или эндоста остаются в полости костного мозга и не мигрируют наружу с образованием костной мозоли (Colnot, 2009). Эти результаты показывают, что вклад клеток надкостницы имеет решающее значение для образования костной мозоли.Фактически, активация клеток-предшественников, происходящих из надкостницы, вызывает устойчивый хондрогенез и остеогенез, сопровождаемый заметной индукцией ангиогенеза, что в конечном итоге приводит к васкуляризации и ремоделированию костных трансплантатов (Zhang et al ., 2005; Colnot et al. , 2012) ().

Во время заживления перелома клетки надкостницы вносят значительный вклад в образование костной мозоли. Клетки из других источников, такие как стволовые клетки из мышечной и жировой ткани и перициты из окружающих кровеносных сосудов, также участвуют в образовании костной мозоли.Клетки, происходящие из эндоста и костного мозга, в первую очередь ответственны за регенерацию нового эндоста и костного мозга. Клетки эндоста и костного мозга не участвуют в образовании каллуса (адаптировано из Colnot et al ., 2012).

Интересно, что размер и клеточное содержимое костной мозоли зависят от того, насколько сильно стимулируется надкостница во время заживления. Например, когда концы перелома стабилизируются с помощью фиксации, образование костной мозоли относительно минимально, а регенерация кости происходит посредством внутримембранозной оссификации.Однако при отсутствии фиксации и стабилизации более крупная костная мозоль образуется за счет эндохондральной оссификации, которая возникает в результате более сильной периостальной реакции (Thompson et al ., 2002; Colnot et al ., 2003) .

Другие источники мезенхимальных клеток-предшественников также были предложены для участия в заживлении переломов костей, включая местный костный мозг, прилегающую мышечную ткань, эндотелиальные клетки и циркулирующие мезенхимальные стволовые клетки (Medici et al., 2010; Colnot et al ., 2012; Park et al ., 2012) (). Однако относительный вклад каждого клеточного фенотипа в заживление до сих пор неясен. Хотя было показано, что клетки эндотелиального происхождения трансдифференцируются в остеобласты и хондроциты во время гетеротопической оссификации (Medici et al. , 2010), они редко обнаруживались в хрящах и костях в месте заживления перелома, когда для отслеживания использовался анализ отслеживания происхождения. вклад этих клеток в восстановление перелома (Lu et al., 2006). Однако перициты активно участвуют в заживлении переломов. Grcevic и др. . (2012) показали, что большинство клеток каллуса, включая хондроциты и остеобласты, происходят из клеток, экспрессирующих SMA9 (Smooth Muscle Actin 9). Хотя происхождение клеток SMA9 ⁺ все еще неизвестно, они, скорее всего, являются клетками, происходящими из локальной сосудистой системы, прилегающей к месту перелома (Grcevic et al ., 2012).

Молекулярные механизмы, лежащие в основе эффектов периостальных клеток при заживлении костей

До недавнего времени было мало известно о молекулярной передаче сигналов, которая контролирует периостальные реакции во время образования костной мозоли.С развитием генетически модифицированных моделей мышей были изучены несколько сигнальных путей и их влияние на периостальные клетки. Было показано, что BMP, FGF, Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt и медиаторы воспаления способствуют процессу заживления, и в настоящее время разрабатываются методы лечения заболеваний костного метаболизма, таких как остеопороз, нацеленные на эти пути. Здесь мы предоставляем общую информацию об участии этих путей в восстановлении переломов, с конечной целью информирования будущих периостально-целенаправленных терапий для процедур интраорального увеличения костной ткани.

BMP Signaling

Костный морфогенетический белок-2 (BMP2) хорошо известен своим мощным действием на развитие и регенерацию костей (Lowery et al ., 2011). В течение многих лет предполагалось, что BMP2 является внутренним инициатором заживления костей. Однако исследования, подтверждающие эту теорию, были ограничены, поскольку глобальная делеция BMP2 приводит к эмбриональной летальности (Lowery et al. , 2011). Tsuji et al. (2006) разработал модель мыши, в которой ген Bmp2 условно инактивирован в мезодерме с помощью мыши-делетора Prx-1-Cre.У этих мышей с условным нокаутом Bmp2 были обнаружены отсроченная реакция активации периоста и, что наиболее поразительно, полное отсутствие мостиковой костной мозоли при переломе, что подчеркивает важную роль BMP2 в инициации заживления переломов. Аналогичным образом Wang et al. (2011) удалил Bmp2 и постнатально на начальной стадии заживления перелома с использованием модели мыши CreER, индуцируемой тамоксифеном, и обнаружил, что инактивация Bmp2 в начале заживления устраняет образование костных и хрящевых каллусов, происходящих из надкостницы.Дальнейший анализ периостального каллуса показал, что большинство предшественников условного нокаута Bmp2 и остаются недифференцированными (Wang et al ., 2011). Недавно Mi и др. . (2013) условно нокаутировали ген Bmp2 в хондроцитах и ​​в остеобластах с помощью мышей-делетеров Col2-Cre и Col1-Cre. Они показали, что отсутствие экспрессии Bmp2 в хондроцитах приводит к длительному образованию каллуса хряща и задержке инициации остеогенеза.Однако, когда ген Bmp2 был инактивирован в остеобластах делетером Col1-Cre, мыши не показали значительной разницы в заживлении переломов. Эти результаты показывают, что во время восстановления перелома экспрессия BMP2 необходима в недифференцированных преостеобластах, а не в зрелых остеобластах.

Интересно, что специфическая для скелета инактивация Bmp4 и Bmp7 с помощью делетора Prx1-Cre не оказывает никакого влияния на заживление переломов (Tsuji et al., 2006), предполагая, что in vivo , в физиологических условиях, BMP2, а не BMP4 или BMP7, представляет собой первичный модулятор репарации переломов, опосредованной надкостницей. Хотя эти результаты не исключают, что местная искусственная доставка BMP4 и BMP7 все еще способствует заживлению переломов, они указывают на то, что использование рекомбинантного BMP2 в процедурах наращивания кости может потребовать наличия надкостницы для достижения максимальной терапевтической эффективности. Другие методы лечения костной регенерации, которые могут быть нацелены на передачу сигналов BMP, также должны учитывать требования надкостницы для максимальной эффективности.

Передача сигналов FGF

Роль FGF и их рецепторов в заживлении переломов интенсивно изучалась на протяжении многих лет (Du et al ., 2012). Fgf2, 5 и 6 заметно активируются во время раннего образования каллуса и поддерживают высокие уровни экспрессии на протяжении всего процесса заживления (Du et al ., 2012). Другие FGF, такие как Fgf16 и Fgf18 , достигли своего пика экспрессии на стадии хондрогенеза образования каллуса (Du et al., 2012), тогда как рецепторы FGF, такие как Fgfr1 и 2 , как было показано, экспрессируются в пролиферирующей периостальной мезенхиме (Du et al. , 2012).

Во многих исследованиях изучалось использование FGF, особенно FGF2, для ускорения заживления переломов. Было обнаружено, что у мышей, крыс, кроликов и нечеловеческих приматов FGF2 стимулирует пролиферацию периостальных клеток, остеопрогениторов и хондрогениторов, усиливая образование костной мозоли (Du et al., 2012). Однако некоторые исследования показали, что лечение FGF2 не приводит к увеличению минеральной плотности кости и повышению механической прочности костной мозоли (Nakajima et al. , 2007). Чтобы объяснить это несоответствие, дополнительные исследования показали, что эффект FGF на формирование кости является двухфазным с ингибирующими эффектами при высоких дозах (Du et al ., 2012). Недавно рандомизированное плацебо-контролируемое клиническое исследование в Японии продемонстрировало, что местное применение гидрогеля rhFGF2 ускоряет заживление перелома диафиза большеберцовой кости с более высоким процентом рентгенографического сращения кости (Kawaguchi et al ., 2012).

Эти исследования показывают, что точная, контролируемая по времени модуляция передачи сигналов FGF может быть полезна в процедурах регенерации костей, в том числе в полости рта.

Hedgehog Signaling

Путь Indian hedgehog (Ihh) известен как главный регулятор дифференцировки, пролиферации и созревания хондроцитов, особенно во время эндохондральной оссификации (Lai and Mitchell, 2005). Потеря передачи сигналов hedgehog в постнатальных хондроцитах, генетически или фармакологически, приводит к потере эпифизарных пластинок роста с преждевременным слиянием и укороченным ростом.Однако Ihh также играет важную роль в заживлении переломов надкостницы. Например, было показано, что Ihh высоко экспрессируется во время образования костной мозоли как нестабилизированных, так и стабилизированных переломов (Le et al ., 2001). Более конкретно, Ihh , по-видимому, экспрессируется в формирующихся хрящевых тканях, вблизи костной поверхности каллуса (Wang et al ., 2010). Smoothened (Smo) — это трансмембранный белок, передающий все сигналы Hh.Посредством инактивации гена, индуцируемого тамоксифеном cre, Wang et al. (2010) показали, что делеция Smo в начале восстановления костного аутотрансплантата приводит к почти 50% снижению образования костной мозоли надкостницы в кортикальном соединении кости. Из заживающей надкостницы они также выделили популяцию мезенхимальных стволовых клеток, происходящих из ранней надкостницы и каллуса; нокаут гена Smo заметно снижал остеогенную дифференцировку этих клеток-предшественников (Wang et al., 2010). Таким образом, нацеливание на путь hedgehog может представлять подход к анаболизму кости, а также подход к периостально-опосредованной регенерации кости.

Передача сигналов Notch

Передача сигналов Notch, как было показано, регулирует развитие скелета (Tao et al. , 2010). Мутации с усилением функции в мезенхиме приводят к усилению пролиферации и снижению дифференцировки, ингибируя созревание эндохондральных и внутримембранозных образований кости. Напротив, нарушение передачи сигналов Notch заметно увеличивает дифференцировку остеопрогениторов и массу трабекулярной кости (Tao et al ., 2010). Однако этот фенотип быстро снижается во время старения из-за истощения пулов стволовых клеток в костном мозге, указывая на то, что Notch может участвовать в поддержании клеток-предшественников в их нише. Передача сигналов Notch активируется во время заживления переломов костей, поскольку экспрессия Jag1 и Notch3 локализуется в недифференцированных мезенхимальных клетках заживляющей надкостницы (Dishowitz et al ., 2012). Интересно, что недавно было показано, что экспрессии Jag1 достаточно для индукции остеогенной дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток человека (Dishowitz et al., 2013). Таким образом, нацеливание на передачу сигналов Notch посредством активации экспрессии Jag1 и может представлять собой потенциальную терапию, восстанавливающую кости / надкостницу.

Сигнализация PDGF

Факторы роста тромбоцитов (PDGF) участвуют в процессах заживления ран в различных тканях, включая кости. Было показано, что лиганды и рецепторы PDGF экспрессируются в остеобластах, хондроцитах и ​​мезенхимальных стволовых клетках (Kaigler et al. , 2011). Делеция рецепторов PDGF α и β у мышей показала, что основными эффектами передачи сигналов PDGF при заживлении костей являются реакции пролиферации и миграции (Tokunaga et al., 2008). Однако, насколько нам известно, исследований, которые непосредственно оценивают роль PDGFs в периостальной активации, не существует. Хотя рекомбинантный PDGF-BB в настоящее время используется для регенеративной терапии пародонта (Kaigler et al. , 2011), еще предстоит доказать, можно ли его использовать для периостальной регенерации кости.

Передача сигналов Wnt

Многие члены семейства Wnt экспрессируются в поврежденной надкостнице (Chen et al., 2007; Kim et al. , 2007). Было замечено, что заживление переломов ингибировалось у мышей, экспрессирующих специфичные для остеобластов бета-катенин-нулевые аллели (Chen et al ., 2007). Когда путь передачи сигналов Wnt / β-catenin был инактивирован в хондроцитах путем прерывания образования комплекса β-catenin / TCF, восстановление кости также было нарушено из-за уменьшенного и замедленного образования хряща (Huang et al. , 2012). Ингибирование передачи сигналов Wnt при заживлении кости посредством аденовирусной экспрессии Dkk1 , ингибитора Wnt, снижает регенерацию кости на 84% (Kim et al ., 2007). Дальнейшие исследования показали, что добавление рекомбинантного DKK1 или склеростина к первичным периостальным клеткам снижает пролиферацию и увеличивает апоптоз (Kim et al ., 2013). Следовательно, передача сигналов Wnt вносит значительный вклад в заживление переломов. В подтверждение этих наблюдений усиление функции передачи сигналов Wnt, по-видимому, способствует заживлению переломов костей. Фактически, экспрессия активированной формы бета-катенина в остеобластах резко усилила заживление костей у мышей (Chen et al., 2007). Кроме того, нокаут гена Axin2 , негативного регулятора передачи сигналов Wnt, приводил к ускоренному заживлению кости после травмы, что было связано с более устойчивой пролиферацией и более ранней дифференцировкой скелетных стволовых и клеток-предшественников (Minear et al. , 2010). . Инъекция Wnt3a в надкостницу индуцировала более быструю регенерацию кости, стимулируя пролиферацию скелетных клеток-предшественников и ускоряя их дифференцировку в остеобласты (Minear et al ., 2010). Кроме того, введение нейтрализующего антитела DKK1 при заживлении костей улучшало восстановление и регенерацию костей у мышей (Agholme et al ., 2011; Li et al ., 2011), а пероральное введение мощного ингибитора GSK3 AZD2858, который активирует Передача сигналов Wnt приводит к быстрому заживлению переломов (Sisask et al ., 2013). Делеция in vivo секретируемого Frizzled Related Protein 1 (sFRP1), одного из нескольких Frizzled-родственных антагонистов Wnt, улучшает заживление переломов, способствуя раннему сращению костей (Gaur et al., 2009).

Однако исследования показали, что Wnt-чувствительные клетки, по-видимому, расположены в основном на эндостальной поверхности поврежденной кости, в отличие от клеток-мишеней BMP, находящихся в надкостнице (Minear et al. , 2010), что повышает вероятность что во время восстановления перелома передача сигналов BMP и Wnt действует в разных компартментах в кости. Таким образом, терапия на основе Wnt может не напрямую нацеливаться на перизотеум, но может косвенно усиливать периостально-опосредованную регенерацию кости.Поэтому возможно, что разрабатываемые методы лечения, нацеленные на путь Wnt, такие как терапии, основанные на нейтрализующих антителах DKK1 и SOST, могут быть полезными не только при эндокринологических нарушениях костей, но также и для терапии регенерации кости, опосредованной периостом.

Медиаторы воспаления

Поскольку воспалительная фаза и образование костной мозоли хорошо координируются во время заживления перелома, разумно предположить, что воспалительные сигналы регулируют периостальную реакцию.Действительно, матриксная металлопротеиназа-9 ( Mmp9 ), сильно экспрессируемая нейтрофилами и макрофагами в костной мозоли при раннем переломе, участвует в заживлении кости. Mmp9 ^{— / —} мыши имеют несращение и отсроченное сращение переломов, вызванное стойким хрящом в месте повреждения (Colnot et al ., 2003). Кроме того, было продемонстрировано, что MMP9 опосредует свое действие на дифференцировку скелетных клеток, регулируя воспалительный ответ и распределение воспалительных клеток, что приводит к местной регуляции дифференцировки периостальных клеток (Wang et al., 2013).

ЦОГ-2 представляет собой индуцибельную изоформу циклооксигеназы, фермента, ограничивающего скорость в пути биосинтеза простагландинов. Следовательно, это важный регулятор воспаления. При гибридизации in situ Cox-2 был обнаружен в хондропрогениторах и мезенхимальных клетках вдоль периостальной поверхности, и его экспрессия коррелировала с ранней индукцией хондрогенеза и ранним разрастанием хрящевой каллуса (Xie et al ., 2009 г.).Введение ингибитора ЦОГ-2 на ранней стадии заживления нарушило заживление перелома (Simon et al ., 2002). Кроме того, генетическая абляция Cox-2 нарушала пролиферацию периостальных клеток-предшественников и задерживала последующее эндохондральное и внутримембранозное восстановление, что приводило к уменьшению образования кости, сохранению хрящевой ткани и высокой частоте несращений. Напротив, сверхэкспрессия Cox-2 локально ускоряла заживление переломов и сращения костей (Zhang et al., 2002).

Несмотря на то, что необходимы дальнейшие исследования, модуляция воспалительного процесса может представлять собой новый рубеж в опосредованной периостом терапии регенерации костей.

Надкостница в регенерации черепно-лицевой кости

Надкостница черепа

О черепно-лицевой надкостнице известно немного. Было показано, что надкостница различается в зависимости от региона и меняется с возрастом. Например, шейка бедренной кости человека имеет менее клеточную, но более минерализованную надкостницу, чем диафиз бедренной кости (Allen and Burr, 2005).Черепно-лицевая надкостница может иметь различные биологические характеристики по сравнению с надкостницей из других мест. На моделях свиней Ochareon и Herring (2011) показали, что на небе имеется относительно тонкая надкостница, которая с возрастом становится тоньше. Интересно, что именно внутренний слой надкостницы имеет тенденцию к уменьшению толщины, тогда как внешний (фиброзный) слой практически не меняет свою структуру (Ochareon, Herring, 2011). Клетки краниофациальной надкостницы действуют иначе, чем клетки надкостницы длинных костей.Используя стратегию маркировки клеток, чтобы маркировать клетки, происходящие из нервного гребня, и клетки, происходящие из мезодермы, Leucht et al. (2008) исследовали остеогенный потенциал клеток надкостницы, полученных из нижней и большеберцовой костей. Когда нижнечелюстные периостальные клетки были трансплантированы в костный дефект большеберцовой кости, наблюдалась внутримембранозная оссификация. Однако, если клетки надкостницы большеберцовой кости были трансплантированы в дефект нижней челюсти, наблюдалась эндохондральная оссификация. Следовательно, возможно, что сигнальные пути, участвующие в периостальной регенерации длинной кости, могут отличаться от тех, которые участвуют в краниофациальной периостальной регенерации.Тем не менее, независимо от сигнальных путей, учитывая его богатство скелетными предшественниками, сохранение и использование надкостницы может способствовать регенерации кости как при черепно-лицевых, так и при ортопедических хирургических вмешательствах.

Клиническое применение

Обвязка надкостницы для черепно-лицевых процедур регенерации кости не новость. Например, почти полвека назад Skoog представил надкостничный лоскут для закрытия дефектов расщелины верхней челюсти (Skoog, 1965), а в 1989 году надкостницу большеберцовой кости успешно использовали при лечении расщелины неба (Rintala and Ranta, 1989).

За прошедшие годы пародонтологи и хирурги-стоматологи разработали несколько клинических процедур, позволяющих использовать потенциал костной регенерации внутриротовой надкостницы. Например, в исследовании по оценке послеоперационной судьбы регенерации кости при гайморотомии Choi et al. (1996) обнаружил, что процедуры, выполняемые с надкостничными лоскутами на ножке, приводят к большему образованию кости, чем без надкостничных лоскутов на ножке. Ткань периоста также используется в пародонтологически-регенеративных процедурах в качестве мембраны для направляемой регенерации тканей.Лекович и др. . (1991) впервые сообщили, что соединительнотканный трансплантат, охватывающий надкостницу, можно использовать в качестве барьера для усиления нового прикрепления и регенерации костной ткани при дефектах фуркации моляров нижней челюсти класса II. В последующем исследовании Lekovic et al . (1998) далее сравнили клиническую эффективность надкостничного трансплантата и коронарного лоскута при лечении дефектов фуркации класса II. Группа периостального барьера продемонстрировала значительно лучший прирост вертикальной и горизонтальной регенерации кости.Недавно Verma и др. . (2011) сообщили об аналогичных результатах при регенерации фуркаций нижней челюсти буккального класса II с повернутым слизисто-надкостничным лоскутом. Точно так же трансплантаты надкостницы успешно использовались в качестве мембраны для регенерации кости после перирадикулярной хирургии (Tobon-Arroyave et al ., 2004).

За последние 3 года было предложено и подробно описано несколько методик, направленных на использование интраоральной надкостницы для увеличения альвеолярной кости.

Hur и др. .(2010) представили дизайн разреза с двойным лоскутом для управляемой регенерации кости (GBR) в задней части нижней челюсти. Он состоит из 2 слоев, поверхностного слоя слизистой оболочки и глубокого слоя надкостницы. Они рекомендуют сначала отделить слизистую оболочку путем частичного рассечения; впоследствии отражается слой надкостницы (). Хотя основная цель этого метода состоит в том, чтобы получить первичное закрытие без натяжения, основываясь на приведенных выше доказательствах, можно сказать, что покрытие хирургической области неповрежденной надкостницей обеспечивает бесперебойное кровоснабжение и клетки-остеопрогениторы к месту регенерации.

Дизайн разреза с двойным лоскутом, состоящий из 2 слоев, поверхностного слоя слизистой оболочки и глубокого слоя надкостницы. Авторы рекомендуют сначала отделить слизистую оболочку, рассекая ткань на частичную толщину; впоследствии отражается слой надкостницы. (A) Намечены разрез гребня на беззубом гребне и один вертикальный высвобождающий разрез. (B) Делается разрез с двойным лоскутом, надкостница остается на беззубом гребне. (C, D) Слизистая оболочка двойного лоскута приподнята, оставляя надкостничный слой. (E, F) Надкостничный слой двойного лоскута приподнят, обнажая альвеолярную кость. (G) Окклюзионный вид двойного лоскута. (H) Надкостничный слой двойного лоскута ушивают для стабилизации места трансплантации. (I) Буккальный вид после окончательного наложения швов (из Hur et al ., 2010; с разрешения Американской академии пародонтологии).

Васкуляризованный межпозиционный лоскут надкостнично-соединительной ткани (VIP-CT), который позволяет вращать васкуляризованную надкостничную ножку к передней верхней челюсти, был впервые предложен Sclar (2003) для использования надкостницы и связанного с ней кровоснабжения в процедурах. направленная на реконструкцию дефектов гребня верхней челюсти.В 2012 году эта конструкция клапана была немного изменена Ким и др. . (2012) объединить технику сохранения сосочка с надкостнично-соединительнотканным лоскутом на ножке и добиться первичного закрытия, а также увеличения кости и мягких тканей ().

Модифицированная васкуляризация интерпозиционной периостально-соединительной ткани. (A, B) Лоскут приподнят с помощью техники сохранения сосочка. (C) Подготовка небного донорского участка начинается с расширения разреза по горизонтали до первого моляра, после чего проводится субэпителиальная диссекция с разделением толщины кпереди к небной области отсутствующего участка. (D) Вертикальный разрез делается изнутри через соединительную ткань и надкостницу дистальнее небного разреза, и трансплантат на ножке осторожно поднимается от кости, обнажая надкостницу. Затем соединительнотканная ножка поворачивается над операционным полем (из Kim et al. , 2012; с разрешения).

Группа исследователей из Мичиганского университета (Steigmann et al. , 2012) недавно предложила лоскут надкостничного кармана для горизонтального увеличения кости.В их новой конструкции лоскута первый разрез делается в самой коронковой части гребня кости под углом 45 градусов к щечной стенке. Впоследствии лоскут с разделенной толщиной на щечной стороне отделяет слизистую оболочку от подлежащей надкостницы. Вертикальное высвобождение выполняется только внутри слизистой оболочки с обеих сторон лоскута. Затем следует второй надкостничный разрез для создания лоскута надкостничного кармана. Эта конструкция лоскута создает надкостничный карман между щечной костью и надкостницей, который может быть заполнен костно-трансплантатным материалом, покрыт резорбируемой коллагеновой мембраной и закрыт лоскутом слизистой оболочки, созданным при первом разрезе ().

Лоскут надкостничного кармана. (A) Первый разрез делается в самой коронковой части гребня кости под углом 45 градусов к щечной стенке. (B) Впоследствии лоскут с разделенной толщиной на щечной стороне отделяет слизистую оболочку от подлежащей надкостницы. Вертикальное высвобождение выполняется только внутри слизистой оболочки с обеих сторон лоскута. Затем следует второй надкостничный разрез для создания лоскута надкостничного кармана. (C) Материал для костного трансплантата вставляется в лоскут кармана, чтобы способствовать регенерации кости (от Steigmann et al., 2012; с разрешения).

Abrahamsson et al. (2012) предложили использовать самонадувные осмотические расширители для имплантации под надкостницу перед проведением контролируемых процедур регенерации кости. Благодаря этому подходу они добиваются расширения мягких тканей, а также надкостницы, что дает очевидные преимущества для последующих хирургических процедур увеличения кости.

Verdugo и др. . (2012) показали, что успешная общая оценка крупных костных дефектов может быть достигнута с помощью кортикальной перфорации и без использования мембран, а только надкостницы.Протокол включает поднятие слизисто-надкостничного лоскута на всю толщину посредством гребневого надреза и двух вертикальных высвобождающих надрезов с последующей декортикацией и фиксацией трансплантатов аутологичных костных блоков. Затем тщательно сохраненная периостальная мембрана используется для полного покрытия аутотрансплантатов, обеспечивая стволовыми клетками, кровоснабжением и питательными веществами место регенерации кости.

Доказано, что все описанные клинические процедуры эффективны при процедурах регенерации костей.Однако из-за ограниченного числа зарегистрированных случаев и отсутствия хорошо контролируемых клинических испытаний необходимы дальнейшие исследования для оценки эффективности этих подходов с использованием периостальной фиксации.

Выводы

В этом обзоре мы проанализировали биологию надкостницы и ее потенциал для процедур регенерации костей. Мы показали, как многочисленные исследования выявили существование стволовых клеток в надкостнице и как их присутствие и активация имеют фундаментальное значение для регенерации кости.Впоследствии мы рассмотрели молекулярную передачу сигналов, которая контролирует периостально-опосредованную регенерацию кости, и показали, как BMP, FGF, Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt и воспалительные пути вовлечены в этот процесс. Наконец, мы подробно изучили хирургические методы, предложенные для использования надкостницы во время интраоральных процедур регенерации костей.

Таким образом, в этом обзоре подчеркивается важность сохранения надкостницы при процедурах наращивания кости и предлагается, по возможности, использовать периостальную фиксацию для достижения лучших терапевтических эффектов.Поскольку новые молекулярные методы лечения, нацеленные на рассматриваемые пути, появляются для лечения заболеваний костного метаболизма, таких как остеопороз, было бы разумно предложить использование этих методов лечения для воздействия на остеогенный потенциал перизотеума во время оральных регенеративных процедур.

Сноски

Д-р Джузеппе Интини поддерживается грантом Национального института здравоохранения США (Национальный институт стоматологических и черепно-лицевых исследований, грант № DE021069).

Авторы заявляют об отсутствии потенциальных конфликтов интересов в отношении авторства и / или публикации этой статьи.

Ссылки

• Абрахамссон П., Валиваара Д.А., Исакссон С., Андерссон Г. (2012). Расширение надкостницы перед местной реконструкцией кости с использованием нового метода измерения стабильности профиля мягких тканей: клиническое исследование. J Oral Maxillofac Surg 70: e521-e530. [PubMed] [Google Scholar]
• Агхольм Ф, Исакссон Х, Кухстосс С., Аспенберг П. (2011). Эффекты антитела Dickkopf-1 на метафизарной кости и фиксации имплантата при различных условиях нагрузки. Кость 48: 988-996.[PubMed] [Google Scholar]
• Аллен MR, Burr DB. (2005). В шейке бедра человека меньше ячеистой надкостницы и больше минерализованной надкостницы, чем в диафизарной кость бедренной кости. Кость 36: 311-316. [PubMed] [Google Scholar]
• Аллен М.Р., Хок Дж. М., Бурр Д. Б. (2004). Надкостница: биология, регуляция и ответ на терапию остеопороза. Кость 35: 1003-1012. [PubMed] [Google Scholar]
• Blaisdell FE. (1925). Остеогенная функция надкостницы. Arch Surg 11: 933. [Google Scholar]
• Чанг Х., Узел Тейт МЛ.(2012). Краткий обзор: надкостница: доступ к резервуару клинически полезных клеток-предшественников. Стволовые клетки Transl Med 1: 480-491. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чен Й., Уэтстон Х.С., Лин А.С., Надесан П., Вей К., Пун Р. и др. (2007). Передача сигналов бета-катенина играет разную роль в разных фазах заживления перелома: значение для терапии, улучшающей заживление костей. PLoS Med 4: e249. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чой Б.Х., Ю Дж.Х., Сон К.Дж.(1996). Рентгенологическое сравнение заживления костей после гайморотомии с надкостничной ножкой и без нее. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 82: 375-378. [PubMed] [Google Scholar]
• Колно К. (2009). Решения о судьбе скелетных клеток в надкостнице и костном мозге во время регенерации кости. J Bone Miner Res 24: 274-282. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Colnot C, Thompson Z, Miclau T, Werb Z, Helms JA. (2003). Исправление перелома при отсутствии MMP9.Разработка 130: 4123-4133. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Colnot C, Zhang X, Knothe Tate ML. (2012). Текущее понимание регенеративного потенциала надкостницы: подходы молекулярной, клеточной и эндогенной инженерии. J Orthop Res 30: 1869-78. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Диас-Флорес Л., Гутьеррес Р., Лопес-Алонсо А., Гонсалес Р., Варела Х. (1992). Перициты как дополнительный источник остеобластов в периостальном остеогенезе. Clin Orthop Relat Res 275: 280-286.[PubMed] [Google Scholar]
• Димитриу Р., Джонс Э., МакГонагл Д., Джаннудис П.В. (2011). Костная регенерация: современные концепции и будущие направления. BMC Med 9:66. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Дишовиц М.И., Терхорн С.П., Бостик С.А., Ханкенсон К.Д. (2012). Компоненты передачи сигналов Notch активируются во время как эндохондральной, так и внутримембранозной регенерации кости. J Orthop Res 30: 296-303. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Дишовиц М.И., Чжу Ф., Сундарарагхаван Х.Г., Ифковиц Дж.Л., Бурдик Дж.А., Ханкенсон К.Д.(2013). Иммобилизация Jagged1 на остеокондуктивном полимере активирует сигнальный путь notch и индуцирует остеогенез. J Biomed Mater Res A [Epub перед печатью 14.06.2013] [в печати]. [PubMed] [Google Scholar]
• Du X, Xie Y, Xian CJ, Chen L. (2012). Роль FGF / FGFR в развитии скелета и регенерации костей. J Cell Physiol 227: 3731-3743. [PubMed] [Google Scholar]
• Гаур Т., Викстед Дж. Дж., Хусейн С., О’Коннелл С.Л., Морган Э.Ф., Айерс, округ Колумбия, и др. (2009). Секретируемый родственный белок 1 является мишенью для улучшения заживления переломов.J Cell Physiol 220: 174-181. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Грчевич Д., Пейда С., Мэтьюз Б.Г., Репик Д., Ван Л., Ли Х и др. (2012). Картирование судеб in vivo позволяет идентифицировать мезенхимные клетки-предшественники. Стволовые клетки 30: 187–196. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Хуанг И, Чжан Х, Ду К, Ян Ф, Ши И, Хуанг Дж и др. (2012). Ингибирование передачи сигналов бета-катенина в хондроцитах вызывает замедленное заживление переломов у мышей. J Orthop Res 30: 304-310. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Hur Y, Tsukiyama T, Yoon TH, Griffin T.(2010). Дизайн двойного лоскутного разреза для управляемой регенерации кости: новая техника и клинические соображения. J Periodontol 81: 945-952. [PubMed] [Google Scholar]
• Кайглер Д., Авила Г., Виснер-Линч Л., Невинс М.Л., Невинс М., Расперини Г. и др. (2011). Применение факторов роста на основе тромбоцитов для регенерации пародонта и периимплантной кости. Мнение эксперта Biol Ther 11: 375-385. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Кавагути Х., Ока Х., Джингуши С., Изуми Т., Фукунага М., Сато К. и др.(2012). Местное применение рекомбинантного фактора роста фибробластов 2 человека при переломах диафиза большеберцовой кости: рандомизированное плацебо-контролируемое исследование. J Bone Miner Res 25: 2735-2743. [PubMed] [Google Scholar]
• Ким С.С., Чан Й.Дж., Чой С.Х., Чо К.С. (2012). Долгосрочные результаты увеличения мягких и твердых тканей с помощью модифицированного васкуляризированного интерпозиционного метода периостально-соединительной ткани в переднем отделе верхней челюсти. J Oral Maxillofac Surg 70: 484-491. [PubMed] [Google Scholar]
• Ким ХК, Оксендин I, Камия Н.(2013). Высокая концентрация BMP2 снижает пролиферацию клеток и увеличивает апоптоз через DKK1 и SOST в первичных надкостничных клетках человека. Кость 54: 141-150. [PubMed] [Google Scholar]
• Kim JB, Leucht P, Lam K, Luppen C, Ten Berge D, Nusse R и др. (2007). Регенерация костей регулируется сигнализацией wnt. J Bone Miner Res 22: 1913-1923. [PubMed] [Google Scholar]
• Лай LP, Митчелл Дж. (2005). Индийский еж: его роль и регуляция в развитии эндохондральной кости. J Cell Biochem 96: 1163-1173.[PubMed] [Google Scholar]
• Le AX, Miclau T, Hu D, Helms JA. (2001). Молекулярные аспекты заживления стабилизированных и нестабилизированных переломов. J Orthop Res 19: 78-84. [PubMed] [Google Scholar]
• Lekovic V, Kenney EB, Carranza FA, Martignoni M. (1991). Использование аутогенных трансплантатов надкостницы в качестве барьера для лечения поражения фуркации класса II на нижних молярах. J Periodontol 62: 775-780. [PubMed] [Google Scholar]
• Лекович В., Клоккевольд ПР, Камарго П.М., Кенни Э.Б., Недич М., Вайнлендер М.(1998). Оценка периостальных мембран и коронарных лоскутов при лечении дефектов фуркации класса II: сравнительное клиническое исследование на людях. J Periodontol 69: 1050-1055. [PubMed] [Google Scholar]
• Leucht P, Kim JB, Amasha R, James AW, Girod S, Helms JA. (2008). Эмбриональное происхождение и Hox-статус определяют судьбу клеток-предшественников во время регенерации взрослой кости. Разработка 135: 2845-2854. [PubMed] [Google Scholar]
• Ли Х, Гризанти М., Фан В., Асунсьон Ф.Дж., Тан Х.Л., Дуайер Д. и др.(2011). Диккопф-1 регулирует костеобразование у молодых растущих грызунов и при травмах. J Bone Miner Res 26: 2610-2621. [PubMed] [Google Scholar]
• Лоури Дж. У., Пазин Д., Интини Дж., Кокабу С., Чаппуис В., Капело Л. П. и др. (2011). Роль передачи сигналов BMP2 в скелете. Crit Rev Eukaryot Gene Expr 21: 177-185. [PubMed] [Google Scholar]
• Лу С., Миклау Т., Ху Д., Хансен Э., Цуй К., Путлиц С. и др. (2005). Клеточная основа возрастных изменений при заживлении переломов. J Orthop Res 23: 1300-1307.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Лу К., Маркуцио Р., Миклау Т. (2006). Оценка ангиогенеза во время заживления перелома. Айова Ортоп Дж. 26: 17-26. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Медичи Д., Шор Е.М., Лунев В.Ю., Каплан Ф.С., Каллури Р., Олсен Б.Р. (2010). Превращение эндотелиальных клеток сосудов в мультипотентные стволовые клетки. Нат Мед 16: 1400-1406. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ми М, Джин Х, Ван Б., Юката К., Шеу Т.Дж., Кэ QH и др.(2013). Передача сигналов BMP2 хондроцитов играет важную роль в заживлении переломов костей. Ген 512: 211-218. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Minear S, Leucht P, Jiang J, Liu B, Zeng A, Fuerer C и др. (2010). Белки Wnt способствуют регенерации костей. Sci Transl Med 2: 29ra30. [PubMed] [Google Scholar]
• Накадзима Ф., Накадзима А., Огасавара А., Мория Х., Ямадзаки М. (2007). Влияние однократной чрескожной инъекции основного фактора роста фибробластов на заживление закрытого перелома диафиза бедренной кости у крысы.Calcif Tissue Int 81: 132-138. [PubMed] [Google Scholar]
• Очареон П, Селедка ЮЗ. (2011). Репликация клеток в краниофациальной надкостнице: аппозиционные против резорбтивных сайтов. J Anat 218: 285-297. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Парк Д., Спенсер Дж. А., Кох Б. И., Кобаяши Т., Фудзисаки Дж., Клеменс Т. Л. и др. (2012). Эндогенные МСК костного мозга являются динамичными, ограниченными по судьбе участниками поддержания и регенерации костей. Стволовая клетка 10: 259-272. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Рейли TM, Селдес Р., Лучетти В., Брайтон, Коннектикут.(1998). Сходство фенотипической экспрессии перицитов и костных клеток. Clin Orthop Relat Res 346: 95-103. [PubMed] [Google Scholar]
• Ринтала А.Е., Ранта Р. (1989). Лоскуты надкостницы и трансплантаты при первичном заживлении расщелины: последующее исследование. Пласт Реконстр Сург 83: 17-24. [PubMed] [Google Scholar]
• Sclar AG. (2003). Васкуляризированный межпозиционный периостально-соединительнотканный лоскут (VIP-CT). В: Мягкие ткани и эстетические соображения в имплантотерапии. Чикаго, Иллинойс: Quintessence Publishing Co.С. 163-187. [Google Scholar]
• Саймон А.М., Маниграссо МБ, О’Коннор, JP. (2002). Функция циклооксигеназы 2 важна для заживления переломов костей. J Bone Miner Res 17: 963-976. [PubMed] [Google Scholar]
• Сисаск Г., Марселл Р., Сундгрен-Андерссон А., Ларссон С., Нильссон О., Юнггрен О. и др. (2013). Крысы, получавшие AZD2858, ингибитор GSK3, быстро заживают переломы без образования эндохондральной кости. Кость 54: 126-132. [PubMed] [Google Scholar]
• Скуг Т. (1965). Использование надкостничных лоскутов при лечении расщелины первичного неба.Волчья пасть J 2: 332-339. [PubMed] [Google Scholar]
• Стейгманн М., Салама М., Ван Х.Л. (2012). Лоскут периостального кармана для горизонтальной регенерации кости: серия клинических случаев. Реставрационная вмятина Int J Periodontics 32: 311-320. [PubMed] [Google Scholar]
• Тао Дж, Чен С., Ли Б. (2010). Нарушение передачи сигналов Notch при развитии и заболевании скелета. Энн Нью-Йорк Академия наук 1192: 257-268. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Томпсон З., Миклау Т., Ху Д., Хелмс Дж. (2002). Модель внутримембранного окостенения при заживлении перелома.J Orthop Res 20: 1091-1098. [PubMed] [Google Scholar]
• Тобон-Аррояв С.И., Домингес-Мехиа Дж.С., Флорес-Морено Г.А. (2004). Трансплантаты надкостницы как барьеры в перирадикулярной хирургии: сообщение о двух случаях. Int Endod J 37: 632-642. [PubMed] [Google Scholar]
• Токунага А., Оя Т., Исии Ю., Мотомура Х., Накамура С., Исидзава С. и др. (2008). Бета-рецептор PDGF является мощным регулятором функции мезенхимальных стромальных клеток. J Bone Miner Res 23: 1519-1528. [PubMed] [Google Scholar]
• Tsuji K, Bandyopadhyay A, Harfe BD, Cox K, Kakar S, Gerstenfeld L, et al.(2006). Активность BMP2, хотя и необязательна для образования кости, необходима для начала заживления перелома. Нат Жене 38: 1424-1429. [PubMed] [Google Scholar]
• Вердуго Ф., Д’Аддона А., Понтон Дж. (2012). Клиническая, томографическая и гистологическая оценка регенерации кости под контролем периоста с кортикальными перфорациями при поздних дефектах критического размера у человека. Clin Implant Dent Relat Res 14: 112-120. [PubMed] [Google Scholar]
• Верма В., Саймби С.С., Хан М.А., Гоэль А. (2011).Использование периостальной мембраны в качестве барьерной мембраны для лечения щечных дефектов фуркации степени II на нижних молярах: новая методика. Индийский дж дент рес 22: 511-516. [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Цюй, Хуанг Ц., Цзэн Ф., Сюэ М., Чжан Х. (2010). Активация пути Hh в мезенхимальных стволовых клетках, происходящих из надкостницы, индуцирует образование кости in vivo: значение для постнатального восстановления кости. Am J Pathol 177: 3100-3111. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Ц., Хуан Ц., Сюэ М, Чжан Х.(2011). Экспрессия эндогенного BMP-2 в периостальных клетках-предшественниках важна для заживления костей. Кость 48: 524-532. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Х, Ю Й., Лиу С., Ян Ф, Ланг Дж, Лу С. и др. (2013). MMP9 регулирует клеточный ответ на воспаление после повреждения скелета. Кость 52: 111-119. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Xie C, Liang B, Xue M, Lin AS, Loiselle A, Schwarz EM, et al. (2009). Восстановление нарушенного заживления перелома у мышей COX-2 — / — посредством активации рецептора простагландина E2 подтипа 4.Am J Pathol 175: 772-785. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чжан X, Шварц Е.М., Янг Д.А., Пузас Дж. Э., Розье Р. Н., О’Киф Р.Дж. (2002). Циклооксигеназа-2 регулирует дифференцировку мезенхимальных клеток в линию остеобластов и критически участвует в восстановлении костей. J Clin Invest 109: 1405-1415. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Zhang X, Xie C, Lin AS, Ito H, Awad H, Lieberman JR и др. (2005). Судьба периостальных клеток-предшественников при трансплантации сегментарного кортикального костного трансплантата: значение для функциональной тканевой инженерии.J Bone Miner Res 20: 2124-2137. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Надкостница

J Dent Res. 2014 фев; 93 (2): 109–116.

Биология и применение в регенерации черепно-лицевой кости

З. Лин

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Лонгвуд-авеню, REB 403, Бостон, Массачусетс 02115, США

² Университет Содружества Вирджинии, Школа стоматологии , Отделение пародонтологии, Ричмонд, Вирджиния 23298, США

A.Fateh

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Longwood Avenue, REB 403, Boston, MA 02115, USA

D.M. Салем

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Longwood Avenue, REB 403, Boston, MA 02115, USA

G. Intini

¹ Harvard School of Dental Medicine, 188 Longwood Avenue, REB 403, Бостон, MA 02115, США

³ Гарвардский институт стволовых клеток, Кембридж, Массачусетс, США

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Longwood Avenue, REB 403, Бостон, Массачусетс 02115, США

² Вирджиния Содружество Университет, Школа стоматологии, Отделение пародонтологии, Ричмонд, Вирджиния 23298, США

³ Гарвардский институт стволовых клеток, Кембридж, Массачусетс, США

Поступила в редакцию 28 мая 2013 г .; Пересмотрено 28 августа 2013 г .; Принята в печать 1 сентября 2013 г.

Авторские права © Международная и Американская ассоциация стоматологических исследований Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Костно-регенеративные возможности надкостницы были исследованы еще в 17 веке. Однако за последние несколько лет многое было обнаружено с точки зрения молекулярных и клеточных механизмов, контролирующих вклад надкостницы в регенерацию кости. Анализ с отслеживанием происхождения и трансгенные мыши с нокаутом помогли определить относительный вклад надкостницы и эндоста в регенерацию кости.Дополнительные исследования пролили свет на критическую роль, которую BMP, FGF, Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt и передача сигналов воспаления играют или могут играть в периостально-опосредованной регенерации кости, открывая путь к новым подходам в терапии регенерации костей. Таким образом, исследуя роль, которую каждый путь играет в периостальной регенерации кости, в этом обзоре мы анализируем состояние текущих исследований регенеративного потенциала надкостницы. Представленный анализ направлен на информирование как клиницистов-ученых, которые могут быть заинтересованы в текущих исследованиях биологии надкостницы, так и хирургов-стоматологов, которые могут найти этот обзор полезным для выполнения процедур регенерации кости с использованием периоста.

Ключевые слова: регенеративная хирургия, стволовые клетки, клетки-остеопрогениторы, надкостница, тканевая инженерия, заживление костей

Анатомия надкостницы

В 1925 году Блейсделл опубликовал классическую статью, в которой он описывает надкостницу как структуру, состоящую из 2 слоя, с остеобластоподобными клетками во внутреннем слое (Blaisdell, 1925). Теперь мы знаем более подробно, что внешний «фиброзный» слой состоит из фибробластов, коллагена и эластина, а также нервной и микрососудистой сети (Allen et al., 2004). Эти компоненты обеспечивают механическую стабильность надкостницы. Внутренний «слой камбия» является высококлеточным и представлен клетками, которые влияют на формирование костей и восстановление костей (Allen et al ., 2004). В частности, этот слой имеет взрослые мезенхимные скелетные клетки-предшественники, остеобласты, более мелкие и более изодиаметрические фибробласты и симпатические нервы (Allen et al. , 2004). Эти особенности позволяют рассматривать надкостницу как структуру с регенеративной способностью ().По мере старения кости уменьшение количества остеобластов ведет к отчетливой атрофии и истончению камбиевого слоя (Allen et al. , 2004).

Популяции клеток присутствуют во внешнем и внутреннем слоях надкостницы. Внешний, более «фиброзный» слой содержит «удлиненные» фибробласты и кровеносные сосуды. Внутренний слой «камбия» представлен скелетными клетками-предшественниками, остеобластами, маленькими и изодиаметрическими фибробластами и кровеносными сосудами. Из-за высокой васкуляризации надкостница содержит большое количество эндотелиальных перицитов, окружающих кровеносные сосуды.

Из-за его высокой васкуляризации внутри надкостницы также находятся многочисленные эндотелиальные перициты (Diaz-Flores et al ., 1992) (). Перициты — это клетки, находящиеся в физическом контакте с эндотелиальными клетками капилляров. В определенных условиях культивирования эти клетки могут дифференцироваться в несколько типов клеток, включая остеобласты (Reilly et al. , 1998). Таким образом, перициты можно рассматривать как дополнительный источник остеопрогениторных клеток в надкостнице (Diaz-Flores et al., 1992).

Роль надкостницы в заживлении костей

Замечательная регенеративная способность надкостницы была реализована столетия назад (Chang and Knothe Tate, 2012). Однако только недавно костные биологи смогли понять точную роль надкостницы в заживлении кости.

Заживление переломов костей очень подробно изучалось в последние годы. Начальная фаза заживления перелома характеризуется острой воспалительной реакцией, которая включает образование тромба, миграцию воспалительных клеток и образование зернистой ткани.Считается, что воспалительная фаза стимулирует миграцию и пролиферацию мезенхимальных клеток. Вскоре после периода воспаления мезенхимные клетки собираются в месте восстановления и дифференцируются в хондроциты и остеобласты. Коллагеновая матрица секретируется и впоследствии минерализуется. Эти события приводят к образованию мягкой костной мозоли, которая перекрывает 2 конца перелома. Со временем мягкая мозоль будет продолжать окостеневать, и сформируется тканая кость. В конце концов, после ремоделирования заживающая кость восстановит свою первоначальную форму и структуру (Dimitriou et al., 2011 г .; Colnot et al ., 2012).

Надкостница вносит большой вклад в этот сложный процесс заживления кости. Уже через 24–48 часов после травмы в надкостнице можно увидеть острую воспалительную реакцию (Colnot et al. ., 2003; Lu et al. , 2005). Впоследствии клетки надкостницы начинают разрастаться, и наблюдается утолщение надкостницы. Этот процесс определяется как активация надкостницы. Сравнивая периостальные и эндостальные / костные повреждения большеберцовой кости мышей, Colnot обнаружил, что периостальные повреждения заживают за счет эндохондральной оссификации, тогда как эндостальные / костные повреждения заживают за счет внутримембранозной оссификации без хондрогенеза (Colnot, 2009).Трансплантация живой кости у трансгенных репортерных мышей Rosa26 дополнительно продемонстрировала, что распространение популяции мезенхимальных клеток-предшественников из надкостницы в значительной степени объясняет образование хряща и кости внутри каллуса (Zhang et al. , 2005; Colnot, 2009). Иными словами, клетки костного мозга или эндоста остаются в полости костного мозга и не мигрируют наружу с образованием костной мозоли (Colnot, 2009). Эти результаты показывают, что вклад клеток надкостницы имеет решающее значение для образования костной мозоли.Фактически, активация клеток-предшественников, происходящих из надкостницы, вызывает устойчивый хондрогенез и остеогенез, сопровождаемый заметной индукцией ангиогенеза, что в конечном итоге приводит к васкуляризации и ремоделированию костных трансплантатов (Zhang et al ., 2005; Colnot et al. , 2012) ().

Во время заживления перелома клетки надкостницы вносят значительный вклад в образование костной мозоли. Клетки из других источников, такие как стволовые клетки из мышечной и жировой ткани и перициты из окружающих кровеносных сосудов, также участвуют в образовании костной мозоли.Клетки, происходящие из эндоста и костного мозга, в первую очередь ответственны за регенерацию нового эндоста и костного мозга. Клетки эндоста и костного мозга не участвуют в образовании каллуса (адаптировано из Colnot et al ., 2012).

Интересно, что размер и клеточное содержимое костной мозоли зависят от того, насколько сильно стимулируется надкостница во время заживления. Например, когда концы перелома стабилизируются с помощью фиксации, образование костной мозоли относительно минимально, а регенерация кости происходит посредством внутримембранозной оссификации.Однако при отсутствии фиксации и стабилизации более крупная костная мозоль образуется за счет эндохондральной оссификации, которая возникает в результате более сильной периостальной реакции (Thompson et al ., 2002; Colnot et al ., 2003) .

Другие источники мезенхимальных клеток-предшественников также были предложены для участия в заживлении переломов костей, включая местный костный мозг, прилегающую мышечную ткань, эндотелиальные клетки и циркулирующие мезенхимальные стволовые клетки (Medici et al., 2010; Colnot et al ., 2012; Park et al ., 2012) (). Однако относительный вклад каждого клеточного фенотипа в заживление до сих пор неясен. Хотя было показано, что клетки эндотелиального происхождения трансдифференцируются в остеобласты и хондроциты во время гетеротопической оссификации (Medici et al. , 2010), они редко обнаруживались в хрящах и костях в месте заживления перелома, когда для отслеживания использовался анализ отслеживания происхождения. вклад этих клеток в восстановление перелома (Lu et al., 2006). Однако перициты активно участвуют в заживлении переломов. Grcevic и др. . (2012) показали, что большинство клеток каллуса, включая хондроциты и остеобласты, происходят из клеток, экспрессирующих SMA9 (Smooth Muscle Actin 9). Хотя происхождение клеток SMA9 ⁺ все еще неизвестно, они, скорее всего, являются клетками, происходящими из локальной сосудистой системы, прилегающей к месту перелома (Grcevic et al ., 2012).

Молекулярные механизмы, лежащие в основе эффектов периостальных клеток при заживлении костей

До недавнего времени было мало известно о молекулярной передаче сигналов, которая контролирует периостальные реакции во время образования костной мозоли.С развитием генетически модифицированных моделей мышей были изучены несколько сигнальных путей и их влияние на периостальные клетки. Было показано, что BMP, FGF, Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt и медиаторы воспаления способствуют процессу заживления, и в настоящее время разрабатываются методы лечения заболеваний костного метаболизма, таких как остеопороз, нацеленные на эти пути. Здесь мы предоставляем общую информацию об участии этих путей в восстановлении переломов, с конечной целью информирования будущих периостально-целенаправленных терапий для процедур интраорального увеличения костной ткани.

BMP Signaling

Костный морфогенетический белок-2 (BMP2) хорошо известен своим мощным действием на развитие и регенерацию костей (Lowery et al ., 2011). В течение многих лет предполагалось, что BMP2 является внутренним инициатором заживления костей. Однако исследования, подтверждающие эту теорию, были ограничены, поскольку глобальная делеция BMP2 приводит к эмбриональной летальности (Lowery et al. , 2011). Tsuji et al. (2006) разработал модель мыши, в которой ген Bmp2 условно инактивирован в мезодерме с помощью мыши-делетора Prx-1-Cre.У этих мышей с условным нокаутом Bmp2 были обнаружены отсроченная реакция активации периоста и, что наиболее поразительно, полное отсутствие мостиковой костной мозоли при переломе, что подчеркивает важную роль BMP2 в инициации заживления переломов. Аналогичным образом Wang et al. (2011) удалил Bmp2 и постнатально на начальной стадии заживления перелома с использованием модели мыши CreER, индуцируемой тамоксифеном, и обнаружил, что инактивация Bmp2 в начале заживления устраняет образование костных и хрящевых каллусов, происходящих из надкостницы.Дальнейший анализ периостального каллуса показал, что большинство предшественников условного нокаута Bmp2 и остаются недифференцированными (Wang et al ., 2011). Недавно Mi и др. . (2013) условно нокаутировали ген Bmp2 в хондроцитах и ​​в остеобластах с помощью мышей-делетеров Col2-Cre и Col1-Cre. Они показали, что отсутствие экспрессии Bmp2 в хондроцитах приводит к длительному образованию каллуса хряща и задержке инициации остеогенеза.Однако, когда ген Bmp2 был инактивирован в остеобластах делетером Col1-Cre, мыши не показали значительной разницы в заживлении переломов. Эти результаты показывают, что во время восстановления перелома экспрессия BMP2 необходима в недифференцированных преостеобластах, а не в зрелых остеобластах.

Интересно, что специфическая для скелета инактивация Bmp4 и Bmp7 с помощью делетора Prx1-Cre не оказывает никакого влияния на заживление переломов (Tsuji et al., 2006), предполагая, что in vivo , в физиологических условиях, BMP2, а не BMP4 или BMP7, представляет собой первичный модулятор репарации переломов, опосредованной надкостницей. Хотя эти результаты не исключают, что местная искусственная доставка BMP4 и BMP7 все еще способствует заживлению переломов, они указывают на то, что использование рекомбинантного BMP2 в процедурах наращивания кости может потребовать наличия надкостницы для достижения максимальной терапевтической эффективности. Другие методы лечения костной регенерации, которые могут быть нацелены на передачу сигналов BMP, также должны учитывать требования надкостницы для максимальной эффективности.

Передача сигналов FGF

Роль FGF и их рецепторов в заживлении переломов интенсивно изучалась на протяжении многих лет (Du et al ., 2012). Fgf2, 5 и 6 заметно активируются во время раннего образования каллуса и поддерживают высокие уровни экспрессии на протяжении всего процесса заживления (Du et al ., 2012). Другие FGF, такие как Fgf16 и Fgf18 , достигли своего пика экспрессии на стадии хондрогенеза образования каллуса (Du et al., 2012), тогда как рецепторы FGF, такие как Fgfr1 и 2 , как было показано, экспрессируются в пролиферирующей периостальной мезенхиме (Du et al. , 2012).

Во многих исследованиях изучалось использование FGF, особенно FGF2, для ускорения заживления переломов. Было обнаружено, что у мышей, крыс, кроликов и нечеловеческих приматов FGF2 стимулирует пролиферацию периостальных клеток, остеопрогениторов и хондрогениторов, усиливая образование костной мозоли (Du et al., 2012). Однако некоторые исследования показали, что лечение FGF2 не приводит к увеличению минеральной плотности кости и повышению механической прочности костной мозоли (Nakajima et al. , 2007). Чтобы объяснить это несоответствие, дополнительные исследования показали, что эффект FGF на формирование кости является двухфазным с ингибирующими эффектами при высоких дозах (Du et al ., 2012). Недавно рандомизированное плацебо-контролируемое клиническое исследование в Японии продемонстрировало, что местное применение гидрогеля rhFGF2 ускоряет заживление перелома диафиза большеберцовой кости с более высоким процентом рентгенографического сращения кости (Kawaguchi et al ., 2012).

Эти исследования показывают, что точная, контролируемая по времени модуляция передачи сигналов FGF может быть полезна в процедурах регенерации костей, в том числе в полости рта.

Hedgehog Signaling

Путь Indian hedgehog (Ihh) известен как главный регулятор дифференцировки, пролиферации и созревания хондроцитов, особенно во время эндохондральной оссификации (Lai and Mitchell, 2005). Потеря передачи сигналов hedgehog в постнатальных хондроцитах, генетически или фармакологически, приводит к потере эпифизарных пластинок роста с преждевременным слиянием и укороченным ростом.Однако Ihh также играет важную роль в заживлении переломов надкостницы. Например, было показано, что Ihh высоко экспрессируется во время образования костной мозоли как нестабилизированных, так и стабилизированных переломов (Le et al ., 2001). Более конкретно, Ihh , по-видимому, экспрессируется в формирующихся хрящевых тканях, вблизи костной поверхности каллуса (Wang et al ., 2010). Smoothened (Smo) — это трансмембранный белок, передающий все сигналы Hh.Посредством инактивации гена, индуцируемого тамоксифеном cre, Wang et al. (2010) показали, что делеция Smo в начале восстановления костного аутотрансплантата приводит к почти 50% снижению образования костной мозоли надкостницы в кортикальном соединении кости. Из заживающей надкостницы они также выделили популяцию мезенхимальных стволовых клеток, происходящих из ранней надкостницы и каллуса; нокаут гена Smo заметно снижал остеогенную дифференцировку этих клеток-предшественников (Wang et al., 2010). Таким образом, нацеливание на путь hedgehog может представлять подход к анаболизму кости, а также подход к периостально-опосредованной регенерации кости.

Передача сигналов Notch

Передача сигналов Notch, как было показано, регулирует развитие скелета (Tao et al. , 2010). Мутации с усилением функции в мезенхиме приводят к усилению пролиферации и снижению дифференцировки, ингибируя созревание эндохондральных и внутримембранозных образований кости. Напротив, нарушение передачи сигналов Notch заметно увеличивает дифференцировку остеопрогениторов и массу трабекулярной кости (Tao et al ., 2010). Однако этот фенотип быстро снижается во время старения из-за истощения пулов стволовых клеток в костном мозге, указывая на то, что Notch может участвовать в поддержании клеток-предшественников в их нише. Передача сигналов Notch активируется во время заживления переломов костей, поскольку экспрессия Jag1 и Notch3 локализуется в недифференцированных мезенхимальных клетках заживляющей надкостницы (Dishowitz et al ., 2012). Интересно, что недавно было показано, что экспрессии Jag1 достаточно для индукции остеогенной дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток человека (Dishowitz et al., 2013). Таким образом, нацеливание на передачу сигналов Notch посредством активации экспрессии Jag1 и может представлять собой потенциальную терапию, восстанавливающую кости / надкостницу.

Сигнализация PDGF

Факторы роста тромбоцитов (PDGF) участвуют в процессах заживления ран в различных тканях, включая кости. Было показано, что лиганды и рецепторы PDGF экспрессируются в остеобластах, хондроцитах и ​​мезенхимальных стволовых клетках (Kaigler et al. , 2011). Делеция рецепторов PDGF α и β у мышей показала, что основными эффектами передачи сигналов PDGF при заживлении костей являются реакции пролиферации и миграции (Tokunaga et al., 2008). Однако, насколько нам известно, исследований, которые непосредственно оценивают роль PDGFs в периостальной активации, не существует. Хотя рекомбинантный PDGF-BB в настоящее время используется для регенеративной терапии пародонта (Kaigler et al. , 2011), еще предстоит доказать, можно ли его использовать для периостальной регенерации кости.

Передача сигналов Wnt

Многие члены семейства Wnt экспрессируются в поврежденной надкостнице (Chen et al., 2007; Kim et al. , 2007). Было замечено, что заживление переломов ингибировалось у мышей, экспрессирующих специфичные для остеобластов бета-катенин-нулевые аллели (Chen et al ., 2007). Когда путь передачи сигналов Wnt / β-catenin был инактивирован в хондроцитах путем прерывания образования комплекса β-catenin / TCF, восстановление кости также было нарушено из-за уменьшенного и замедленного образования хряща (Huang et al. , 2012). Ингибирование передачи сигналов Wnt при заживлении кости посредством аденовирусной экспрессии Dkk1 , ингибитора Wnt, снижает регенерацию кости на 84% (Kim et al ., 2007). Дальнейшие исследования показали, что добавление рекомбинантного DKK1 или склеростина к первичным периостальным клеткам снижает пролиферацию и увеличивает апоптоз (Kim et al ., 2013). Следовательно, передача сигналов Wnt вносит значительный вклад в заживление переломов. В подтверждение этих наблюдений усиление функции передачи сигналов Wnt, по-видимому, способствует заживлению переломов костей. Фактически, экспрессия активированной формы бета-катенина в остеобластах резко усилила заживление костей у мышей (Chen et al., 2007). Кроме того, нокаут гена Axin2 , негативного регулятора передачи сигналов Wnt, приводил к ускоренному заживлению кости после травмы, что было связано с более устойчивой пролиферацией и более ранней дифференцировкой скелетных стволовых и клеток-предшественников (Minear et al. , 2010). . Инъекция Wnt3a в надкостницу индуцировала более быструю регенерацию кости, стимулируя пролиферацию скелетных клеток-предшественников и ускоряя их дифференцировку в остеобласты (Minear et al ., 2010). Кроме того, введение нейтрализующего антитела DKK1 при заживлении костей улучшало восстановление и регенерацию костей у мышей (Agholme et al ., 2011; Li et al ., 2011), а пероральное введение мощного ингибитора GSK3 AZD2858, который активирует Передача сигналов Wnt приводит к быстрому заживлению переломов (Sisask et al ., 2013). Делеция in vivo секретируемого Frizzled Related Protein 1 (sFRP1), одного из нескольких Frizzled-родственных антагонистов Wnt, улучшает заживление переломов, способствуя раннему сращению костей (Gaur et al., 2009).

Однако исследования показали, что Wnt-чувствительные клетки, по-видимому, расположены в основном на эндостальной поверхности поврежденной кости, в отличие от клеток-мишеней BMP, находящихся в надкостнице (Minear et al. , 2010), что повышает вероятность что во время восстановления перелома передача сигналов BMP и Wnt действует в разных компартментах в кости. Таким образом, терапия на основе Wnt может не напрямую нацеливаться на перизотеум, но может косвенно усиливать периостально-опосредованную регенерацию кости.Поэтому возможно, что разрабатываемые методы лечения, нацеленные на путь Wnt, такие как терапии, основанные на нейтрализующих антителах DKK1 и SOST, могут быть полезными не только при эндокринологических нарушениях костей, но также и для терапии регенерации кости, опосредованной периостом.

Медиаторы воспаления

Поскольку воспалительная фаза и образование костной мозоли хорошо координируются во время заживления перелома, разумно предположить, что воспалительные сигналы регулируют периостальную реакцию.Действительно, матриксная металлопротеиназа-9 ( Mmp9 ), сильно экспрессируемая нейтрофилами и макрофагами в костной мозоли при раннем переломе, участвует в заживлении кости. Mmp9 ^{— / —} мыши имеют несращение и отсроченное сращение переломов, вызванное стойким хрящом в месте повреждения (Colnot et al ., 2003). Кроме того, было продемонстрировано, что MMP9 опосредует свое действие на дифференцировку скелетных клеток, регулируя воспалительный ответ и распределение воспалительных клеток, что приводит к местной регуляции дифференцировки периостальных клеток (Wang et al., 2013).

ЦОГ-2 представляет собой индуцибельную изоформу циклооксигеназы, фермента, ограничивающего скорость в пути биосинтеза простагландинов. Следовательно, это важный регулятор воспаления. При гибридизации in situ Cox-2 был обнаружен в хондропрогениторах и мезенхимальных клетках вдоль периостальной поверхности, и его экспрессия коррелировала с ранней индукцией хондрогенеза и ранним разрастанием хрящевой каллуса (Xie et al ., 2009 г.).Введение ингибитора ЦОГ-2 на ранней стадии заживления нарушило заживление перелома (Simon et al ., 2002). Кроме того, генетическая абляция Cox-2 нарушала пролиферацию периостальных клеток-предшественников и задерживала последующее эндохондральное и внутримембранозное восстановление, что приводило к уменьшению образования кости, сохранению хрящевой ткани и высокой частоте несращений. Напротив, сверхэкспрессия Cox-2 локально ускоряла заживление переломов и сращения костей (Zhang et al., 2002).

Несмотря на то, что необходимы дальнейшие исследования, модуляция воспалительного процесса может представлять собой новый рубеж в опосредованной периостом терапии регенерации костей.

Надкостница в регенерации черепно-лицевой кости

Надкостница черепа

О черепно-лицевой надкостнице известно немного. Было показано, что надкостница различается в зависимости от региона и меняется с возрастом. Например, шейка бедренной кости человека имеет менее клеточную, но более минерализованную надкостницу, чем диафиз бедренной кости (Allen and Burr, 2005).Черепно-лицевая надкостница может иметь различные биологические характеристики по сравнению с надкостницей из других мест. На моделях свиней Ochareon и Herring (2011) показали, что на небе имеется относительно тонкая надкостница, которая с возрастом становится тоньше. Интересно, что именно внутренний слой надкостницы имеет тенденцию к уменьшению толщины, тогда как внешний (фиброзный) слой практически не меняет свою структуру (Ochareon, Herring, 2011). Клетки краниофациальной надкостницы действуют иначе, чем клетки надкостницы длинных костей.Используя стратегию маркировки клеток, чтобы маркировать клетки, происходящие из нервного гребня, и клетки, происходящие из мезодермы, Leucht et al. (2008) исследовали остеогенный потенциал клеток надкостницы, полученных из нижней и большеберцовой костей. Когда нижнечелюстные периостальные клетки были трансплантированы в костный дефект большеберцовой кости, наблюдалась внутримембранозная оссификация. Однако, если клетки надкостницы большеберцовой кости были трансплантированы в дефект нижней челюсти, наблюдалась эндохондральная оссификация. Следовательно, возможно, что сигнальные пути, участвующие в периостальной регенерации длинной кости, могут отличаться от тех, которые участвуют в краниофациальной периостальной регенерации.Тем не менее, независимо от сигнальных путей, учитывая его богатство скелетными предшественниками, сохранение и использование надкостницы может способствовать регенерации кости как при черепно-лицевых, так и при ортопедических хирургических вмешательствах.

Клиническое применение

Обвязка надкостницы для черепно-лицевых процедур регенерации кости не новость. Например, почти полвека назад Skoog представил надкостничный лоскут для закрытия дефектов расщелины верхней челюсти (Skoog, 1965), а в 1989 году надкостницу большеберцовой кости успешно использовали при лечении расщелины неба (Rintala and Ranta, 1989).

За прошедшие годы пародонтологи и хирурги-стоматологи разработали несколько клинических процедур, позволяющих использовать потенциал костной регенерации внутриротовой надкостницы. Например, в исследовании по оценке послеоперационной судьбы регенерации кости при гайморотомии Choi et al. (1996) обнаружил, что процедуры, выполняемые с надкостничными лоскутами на ножке, приводят к большему образованию кости, чем без надкостничных лоскутов на ножке. Ткань периоста также используется в пародонтологически-регенеративных процедурах в качестве мембраны для направляемой регенерации тканей.Лекович и др. . (1991) впервые сообщили, что соединительнотканный трансплантат, охватывающий надкостницу, можно использовать в качестве барьера для усиления нового прикрепления и регенерации костной ткани при дефектах фуркации моляров нижней челюсти класса II. В последующем исследовании Lekovic et al . (1998) далее сравнили клиническую эффективность надкостничного трансплантата и коронарного лоскута при лечении дефектов фуркации класса II. Группа периостального барьера продемонстрировала значительно лучший прирост вертикальной и горизонтальной регенерации кости.Недавно Verma и др. . (2011) сообщили об аналогичных результатах при регенерации фуркаций нижней челюсти буккального класса II с повернутым слизисто-надкостничным лоскутом. Точно так же трансплантаты надкостницы успешно использовались в качестве мембраны для регенерации кости после перирадикулярной хирургии (Tobon-Arroyave et al ., 2004).

За последние 3 года было предложено и подробно описано несколько методик, направленных на использование интраоральной надкостницы для увеличения альвеолярной кости.

Hur и др. .(2010) представили дизайн разреза с двойным лоскутом для управляемой регенерации кости (GBR) в задней части нижней челюсти. Он состоит из 2 слоев, поверхностного слоя слизистой оболочки и глубокого слоя надкостницы. Они рекомендуют сначала отделить слизистую оболочку путем частичного рассечения; впоследствии отражается слой надкостницы (). Хотя основная цель этого метода состоит в том, чтобы получить первичное закрытие без натяжения, основываясь на приведенных выше доказательствах, можно сказать, что покрытие хирургической области неповрежденной надкостницей обеспечивает бесперебойное кровоснабжение и клетки-остеопрогениторы к месту регенерации.

Дизайн разреза с двойным лоскутом, состоящий из 2 слоев, поверхностного слоя слизистой оболочки и глубокого слоя надкостницы. Авторы рекомендуют сначала отделить слизистую оболочку, рассекая ткань на частичную толщину; впоследствии отражается слой надкостницы. (A) Намечены разрез гребня на беззубом гребне и один вертикальный высвобождающий разрез. (B) Делается разрез с двойным лоскутом, надкостница остается на беззубом гребне. (C, D) Слизистая оболочка двойного лоскута приподнята, оставляя надкостничный слой. (E, F) Надкостничный слой двойного лоскута приподнят, обнажая альвеолярную кость. (G) Окклюзионный вид двойного лоскута. (H) Надкостничный слой двойного лоскута ушивают для стабилизации места трансплантации. (I) Буккальный вид после окончательного наложения швов (из Hur et al ., 2010; с разрешения Американской академии пародонтологии).

Васкуляризованный межпозиционный лоскут надкостнично-соединительной ткани (VIP-CT), который позволяет вращать васкуляризованную надкостничную ножку к передней верхней челюсти, был впервые предложен Sclar (2003) для использования надкостницы и связанного с ней кровоснабжения в процедурах. направленная на реконструкцию дефектов гребня верхней челюсти.В 2012 году эта конструкция клапана была немного изменена Ким и др. . (2012) объединить технику сохранения сосочка с надкостнично-соединительнотканным лоскутом на ножке и добиться первичного закрытия, а также увеличения кости и мягких тканей ().

Модифицированная васкуляризация интерпозиционной периостально-соединительной ткани. (A, B) Лоскут приподнят с помощью техники сохранения сосочка. (C) Подготовка небного донорского участка начинается с расширения разреза по горизонтали до первого моляра, после чего проводится субэпителиальная диссекция с разделением толщины кпереди к небной области отсутствующего участка. (D) Вертикальный разрез делается изнутри через соединительную ткань и надкостницу дистальнее небного разреза, и трансплантат на ножке осторожно поднимается от кости, обнажая надкостницу. Затем соединительнотканная ножка поворачивается над операционным полем (из Kim et al. , 2012; с разрешения).

Группа исследователей из Мичиганского университета (Steigmann et al. , 2012) недавно предложила лоскут надкостничного кармана для горизонтального увеличения кости.В их новой конструкции лоскута первый разрез делается в самой коронковой части гребня кости под углом 45 градусов к щечной стенке. Впоследствии лоскут с разделенной толщиной на щечной стороне отделяет слизистую оболочку от подлежащей надкостницы. Вертикальное высвобождение выполняется только внутри слизистой оболочки с обеих сторон лоскута. Затем следует второй надкостничный разрез для создания лоскута надкостничного кармана. Эта конструкция лоскута создает надкостничный карман между щечной костью и надкостницей, который может быть заполнен костно-трансплантатным материалом, покрыт резорбируемой коллагеновой мембраной и закрыт лоскутом слизистой оболочки, созданным при первом разрезе ().

Лоскут надкостничного кармана. (A) Первый разрез делается в самой коронковой части гребня кости под углом 45 градусов к щечной стенке. (B) Впоследствии лоскут с разделенной толщиной на щечной стороне отделяет слизистую оболочку от подлежащей надкостницы. Вертикальное высвобождение выполняется только внутри слизистой оболочки с обеих сторон лоскута. Затем следует второй надкостничный разрез для создания лоскута надкостничного кармана. (C) Материал для костного трансплантата вставляется в лоскут кармана, чтобы способствовать регенерации кости (от Steigmann et al., 2012; с разрешения).

Abrahamsson et al. (2012) предложили использовать самонадувные осмотические расширители для имплантации под надкостницу перед проведением контролируемых процедур регенерации кости. Благодаря этому подходу они добиваются расширения мягких тканей, а также надкостницы, что дает очевидные преимущества для последующих хирургических процедур увеличения кости.

Verdugo и др. . (2012) показали, что успешная общая оценка крупных костных дефектов может быть достигнута с помощью кортикальной перфорации и без использования мембран, а только надкостницы.Протокол включает поднятие слизисто-надкостничного лоскута на всю толщину посредством гребневого надреза и двух вертикальных высвобождающих надрезов с последующей декортикацией и фиксацией трансплантатов аутологичных костных блоков. Затем тщательно сохраненная периостальная мембрана используется для полного покрытия аутотрансплантатов, обеспечивая стволовыми клетками, кровоснабжением и питательными веществами место регенерации кости.

Доказано, что все описанные клинические процедуры эффективны при процедурах регенерации костей.Однако из-за ограниченного числа зарегистрированных случаев и отсутствия хорошо контролируемых клинических испытаний необходимы дальнейшие исследования для оценки эффективности этих подходов с использованием периостальной фиксации.

Выводы

В этом обзоре мы проанализировали биологию надкостницы и ее потенциал для процедур регенерации костей. Мы показали, как многочисленные исследования выявили существование стволовых клеток в надкостнице и как их присутствие и активация имеют фундаментальное значение для регенерации кости.Впоследствии мы рассмотрели молекулярную передачу сигналов, которая контролирует периостально-опосредованную регенерацию кости, и показали, как BMP, FGF, Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt и воспалительные пути вовлечены в этот процесс. Наконец, мы подробно изучили хирургические методы, предложенные для использования надкостницы во время интраоральных процедур регенерации костей.

Таким образом, в этом обзоре подчеркивается важность сохранения надкостницы при процедурах наращивания кости и предлагается, по возможности, использовать периостальную фиксацию для достижения лучших терапевтических эффектов.Поскольку новые молекулярные методы лечения, нацеленные на рассматриваемые пути, появляются для лечения заболеваний костного метаболизма, таких как остеопороз, было бы разумно предложить использование этих методов лечения для воздействия на остеогенный потенциал перизотеума во время оральных регенеративных процедур.

Сноски

Д-р Джузеппе Интини поддерживается грантом Национального института здравоохранения США (Национальный институт стоматологических и черепно-лицевых исследований, грант № DE021069).

Авторы заявляют об отсутствии потенциальных конфликтов интересов в отношении авторства и / или публикации этой статьи.

Ссылки

• Абрахамссон П., Валиваара Д.А., Исакссон С., Андерссон Г. (2012). Расширение надкостницы перед местной реконструкцией кости с использованием нового метода измерения стабильности профиля мягких тканей: клиническое исследование. J Oral Maxillofac Surg 70: e521-e530. [PubMed] [Google Scholar]
• Агхольм Ф, Исакссон Х, Кухстосс С., Аспенберг П. (2011). Эффекты антитела Dickkopf-1 на метафизарной кости и фиксации имплантата при различных условиях нагрузки. Кость 48: 988-996.[PubMed] [Google Scholar]
• Аллен MR, Burr DB. (2005). В шейке бедра человека меньше ячеистой надкостницы и больше минерализованной надкостницы, чем в диафизарной кость бедренной кости. Кость 36: 311-316. [PubMed] [Google Scholar]
• Аллен М.Р., Хок Дж. М., Бурр Д. Б. (2004). Надкостница: биология, регуляция и ответ на терапию остеопороза. Кость 35: 1003-1012. [PubMed] [Google Scholar]
• Blaisdell FE. (1925). Остеогенная функция надкостницы. Arch Surg 11: 933. [Google Scholar]
• Чанг Х., Узел Тейт МЛ.(2012). Краткий обзор: надкостница: доступ к резервуару клинически полезных клеток-предшественников. Стволовые клетки Transl Med 1: 480-491. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чен Й., Уэтстон Х.С., Лин А.С., Надесан П., Вей К., Пун Р. и др. (2007). Передача сигналов бета-катенина играет разную роль в разных фазах заживления перелома: значение для терапии, улучшающей заживление костей. PLoS Med 4: e249. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чой Б.Х., Ю Дж.Х., Сон К.Дж.(1996). Рентгенологическое сравнение заживления костей после гайморотомии с надкостничной ножкой и без нее. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 82: 375-378. [PubMed] [Google Scholar]
• Колно К. (2009). Решения о судьбе скелетных клеток в надкостнице и костном мозге во время регенерации кости. J Bone Miner Res 24: 274-282. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Colnot C, Thompson Z, Miclau T, Werb Z, Helms JA. (2003). Исправление перелома при отсутствии MMP9.Разработка 130: 4123-4133. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Colnot C, Zhang X, Knothe Tate ML. (2012). Текущее понимание регенеративного потенциала надкостницы: подходы молекулярной, клеточной и эндогенной инженерии. J Orthop Res 30: 1869-78. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Диас-Флорес Л., Гутьеррес Р., Лопес-Алонсо А., Гонсалес Р., Варела Х. (1992). Перициты как дополнительный источник остеобластов в периостальном остеогенезе. Clin Orthop Relat Res 275: 280-286.[PubMed] [Google Scholar]
• Димитриу Р., Джонс Э., МакГонагл Д., Джаннудис П.В. (2011). Костная регенерация: современные концепции и будущие направления. BMC Med 9:66. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Дишовиц М.И., Терхорн С.П., Бостик С.А., Ханкенсон К.Д. (2012). Компоненты передачи сигналов Notch активируются во время как эндохондральной, так и внутримембранозной регенерации кости. J Orthop Res 30: 296-303. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Дишовиц М.И., Чжу Ф., Сундарарагхаван Х.Г., Ифковиц Дж.Л., Бурдик Дж.А., Ханкенсон К.Д.(2013). Иммобилизация Jagged1 на остеокондуктивном полимере активирует сигнальный путь notch и индуцирует остеогенез. J Biomed Mater Res A [Epub перед печатью 14.06.2013] [в печати]. [PubMed] [Google Scholar]
• Du X, Xie Y, Xian CJ, Chen L. (2012). Роль FGF / FGFR в развитии скелета и регенерации костей. J Cell Physiol 227: 3731-3743. [PubMed] [Google Scholar]
• Гаур Т., Викстед Дж. Дж., Хусейн С., О’Коннелл С.Л., Морган Э.Ф., Айерс, округ Колумбия, и др. (2009). Секретируемый родственный белок 1 является мишенью для улучшения заживления переломов.J Cell Physiol 220: 174-181. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Грчевич Д., Пейда С., Мэтьюз Б.Г., Репик Д., Ван Л., Ли Х и др. (2012). Картирование судеб in vivo позволяет идентифицировать мезенхимные клетки-предшественники. Стволовые клетки 30: 187–196. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Хуанг И, Чжан Х, Ду К, Ян Ф, Ши И, Хуанг Дж и др. (2012). Ингибирование передачи сигналов бета-катенина в хондроцитах вызывает замедленное заживление переломов у мышей. J Orthop Res 30: 304-310. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Hur Y, Tsukiyama T, Yoon TH, Griffin T.(2010). Дизайн двойного лоскутного разреза для управляемой регенерации кости: новая техника и клинические соображения. J Periodontol 81: 945-952. [PubMed] [Google Scholar]
• Кайглер Д., Авила Г., Виснер-Линч Л., Невинс М.Л., Невинс М., Расперини Г. и др. (2011). Применение факторов роста на основе тромбоцитов для регенерации пародонта и периимплантной кости. Мнение эксперта Biol Ther 11: 375-385. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Кавагути Х., Ока Х., Джингуши С., Изуми Т., Фукунага М., Сато К. и др.(2012). Местное применение рекомбинантного фактора роста фибробластов 2 человека при переломах диафиза большеберцовой кости: рандомизированное плацебо-контролируемое исследование. J Bone Miner Res 25: 2735-2743. [PubMed] [Google Scholar]
• Ким С.С., Чан Й.Дж., Чой С.Х., Чо К.С. (2012). Долгосрочные результаты увеличения мягких и твердых тканей с помощью модифицированного васкуляризированного интерпозиционного метода периостально-соединительной ткани в переднем отделе верхней челюсти. J Oral Maxillofac Surg 70: 484-491. [PubMed] [Google Scholar]
• Ким ХК, Оксендин I, Камия Н.(2013). Высокая концентрация BMP2 снижает пролиферацию клеток и увеличивает апоптоз через DKK1 и SOST в первичных надкостничных клетках человека. Кость 54: 141-150. [PubMed] [Google Scholar]
• Kim JB, Leucht P, Lam K, Luppen C, Ten Berge D, Nusse R и др. (2007). Регенерация костей регулируется сигнализацией wnt. J Bone Miner Res 22: 1913-1923. [PubMed] [Google Scholar]
• Лай LP, Митчелл Дж. (2005). Индийский еж: его роль и регуляция в развитии эндохондральной кости. J Cell Biochem 96: 1163-1173.[PubMed] [Google Scholar]
• Le AX, Miclau T, Hu D, Helms JA. (2001). Молекулярные аспекты заживления стабилизированных и нестабилизированных переломов. J Orthop Res 19: 78-84. [PubMed] [Google Scholar]
• Lekovic V, Kenney EB, Carranza FA, Martignoni M. (1991). Использование аутогенных трансплантатов надкостницы в качестве барьера для лечения поражения фуркации класса II на нижних молярах. J Periodontol 62: 775-780. [PubMed] [Google Scholar]
• Лекович В., Клоккевольд ПР, Камарго П.М., Кенни Э.Б., Недич М., Вайнлендер М.(1998). Оценка периостальных мембран и коронарных лоскутов при лечении дефектов фуркации класса II: сравнительное клиническое исследование на людях. J Periodontol 69: 1050-1055. [PubMed] [Google Scholar]
• Leucht P, Kim JB, Amasha R, James AW, Girod S, Helms JA. (2008). Эмбриональное происхождение и Hox-статус определяют судьбу клеток-предшественников во время регенерации взрослой кости. Разработка 135: 2845-2854. [PubMed] [Google Scholar]
• Ли Х, Гризанти М., Фан В., Асунсьон Ф.Дж., Тан Х.Л., Дуайер Д. и др.(2011). Диккопф-1 регулирует костеобразование у молодых растущих грызунов и при травмах. J Bone Miner Res 26: 2610-2621. [PubMed] [Google Scholar]
• Лоури Дж. У., Пазин Д., Интини Дж., Кокабу С., Чаппуис В., Капело Л. П. и др. (2011). Роль передачи сигналов BMP2 в скелете. Crit Rev Eukaryot Gene Expr 21: 177-185. [PubMed] [Google Scholar]
• Лу С., Миклау Т., Ху Д., Хансен Э., Цуй К., Путлиц С. и др. (2005). Клеточная основа возрастных изменений при заживлении переломов. J Orthop Res 23: 1300-1307.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Лу К., Маркуцио Р., Миклау Т. (2006). Оценка ангиогенеза во время заживления перелома. Айова Ортоп Дж. 26: 17-26. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Медичи Д., Шор Е.М., Лунев В.Ю., Каплан Ф.С., Каллури Р., Олсен Б.Р. (2010). Превращение эндотелиальных клеток сосудов в мультипотентные стволовые клетки. Нат Мед 16: 1400-1406. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ми М, Джин Х, Ван Б., Юката К., Шеу Т.Дж., Кэ QH и др.(2013). Передача сигналов BMP2 хондроцитов играет важную роль в заживлении переломов костей. Ген 512: 211-218. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Minear S, Leucht P, Jiang J, Liu B, Zeng A, Fuerer C и др. (2010). Белки Wnt способствуют регенерации костей. Sci Transl Med 2: 29ra30. [PubMed] [Google Scholar]
• Накадзима Ф., Накадзима А., Огасавара А., Мория Х., Ямадзаки М. (2007). Влияние однократной чрескожной инъекции основного фактора роста фибробластов на заживление закрытого перелома диафиза бедренной кости у крысы.Calcif Tissue Int 81: 132-138. [PubMed] [Google Scholar]
• Очареон П, Селедка ЮЗ. (2011). Репликация клеток в краниофациальной надкостнице: аппозиционные против резорбтивных сайтов. J Anat 218: 285-297. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Парк Д., Спенсер Дж. А., Кох Б. И., Кобаяши Т., Фудзисаки Дж., Клеменс Т. Л. и др. (2012). Эндогенные МСК костного мозга являются динамичными, ограниченными по судьбе участниками поддержания и регенерации костей. Стволовая клетка 10: 259-272. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Рейли TM, Селдес Р., Лучетти В., Брайтон, Коннектикут.(1998). Сходство фенотипической экспрессии перицитов и костных клеток. Clin Orthop Relat Res 346: 95-103. [PubMed] [Google Scholar]
• Ринтала А.Е., Ранта Р. (1989). Лоскуты надкостницы и трансплантаты при первичном заживлении расщелины: последующее исследование. Пласт Реконстр Сург 83: 17-24. [PubMed] [Google Scholar]
• Sclar AG. (2003). Васкуляризированный межпозиционный периостально-соединительнотканный лоскут (VIP-CT). В: Мягкие ткани и эстетические соображения в имплантотерапии. Чикаго, Иллинойс: Quintessence Publishing Co.С. 163-187. [Google Scholar]
• Саймон А.М., Маниграссо МБ, О’Коннор, JP. (2002). Функция циклооксигеназы 2 важна для заживления переломов костей. J Bone Miner Res 17: 963-976. [PubMed] [Google Scholar]
• Сисаск Г., Марселл Р., Сундгрен-Андерссон А., Ларссон С., Нильссон О., Юнггрен О. и др. (2013). Крысы, получавшие AZD2858, ингибитор GSK3, быстро заживают переломы без образования эндохондральной кости. Кость 54: 126-132. [PubMed] [Google Scholar]
• Скуг Т. (1965). Использование надкостничных лоскутов при лечении расщелины первичного неба.Волчья пасть J 2: 332-339. [PubMed] [Google Scholar]
• Стейгманн М., Салама М., Ван Х.Л. (2012). Лоскут периостального кармана для горизонтальной регенерации кости: серия клинических случаев. Реставрационная вмятина Int J Periodontics 32: 311-320. [PubMed] [Google Scholar]
• Тао Дж, Чен С., Ли Б. (2010). Нарушение передачи сигналов Notch при развитии и заболевании скелета. Энн Нью-Йорк Академия наук 1192: 257-268. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Томпсон З., Миклау Т., Ху Д., Хелмс Дж. (2002). Модель внутримембранного окостенения при заживлении перелома.J Orthop Res 20: 1091-1098. [PubMed] [Google Scholar]
• Тобон-Аррояв С.И., Домингес-Мехиа Дж.С., Флорес-Морено Г.А. (2004). Трансплантаты надкостницы как барьеры в перирадикулярной хирургии: сообщение о двух случаях. Int Endod J 37: 632-642. [PubMed] [Google Scholar]
• Токунага А., Оя Т., Исии Ю., Мотомура Х., Накамура С., Исидзава С. и др. (2008). Бета-рецептор PDGF является мощным регулятором функции мезенхимальных стромальных клеток. J Bone Miner Res 23: 1519-1528. [PubMed] [Google Scholar]
• Tsuji K, Bandyopadhyay A, Harfe BD, Cox K, Kakar S, Gerstenfeld L, et al.(2006). Активность BMP2, хотя и необязательна для образования кости, необходима для начала заживления перелома. Нат Жене 38: 1424-1429. [PubMed] [Google Scholar]
• Вердуго Ф., Д’Аддона А., Понтон Дж. (2012). Клиническая, томографическая и гистологическая оценка регенерации кости под контролем периоста с кортикальными перфорациями при поздних дефектах критического размера у человека. Clin Implant Dent Relat Res 14: 112-120. [PubMed] [Google Scholar]
• Верма В., Саймби С.С., Хан М.А., Гоэль А. (2011).Использование периостальной мембраны в качестве барьерной мембраны для лечения щечных дефектов фуркации степени II на нижних молярах: новая методика. Индийский дж дент рес 22: 511-516. [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Цюй, Хуанг Ц., Цзэн Ф., Сюэ М., Чжан Х. (2010). Активация пути Hh в мезенхимальных стволовых клетках, происходящих из надкостницы, индуцирует образование кости in vivo: значение для постнатального восстановления кости. Am J Pathol 177: 3100-3111. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Ц., Хуан Ц., Сюэ М, Чжан Х.(2011). Экспрессия эндогенного BMP-2 в периостальных клетках-предшественниках важна для заживления костей. Кость 48: 524-532. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Х, Ю Й., Лиу С., Ян Ф, Ланг Дж, Лу С. и др. (2013). MMP9 регулирует клеточный ответ на воспаление после повреждения скелета. Кость 52: 111-119. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Xie C, Liang B, Xue M, Lin AS, Loiselle A, Schwarz EM, et al. (2009). Восстановление нарушенного заживления перелома у мышей COX-2 — / — посредством активации рецептора простагландина E2 подтипа 4.Am J Pathol 175: 772-785. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чжан X, Шварц Е.М., Янг Д.А., Пузас Дж. Э., Розье Р. Н., О’Киф Р.Дж. (2002). Циклооксигеназа-2 регулирует дифференцировку мезенхимальных клеток в линию остеобластов и критически участвует в восстановлении костей. J Clin Invest 109: 1405-1415. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Zhang X, Xie C, Lin AS, Ito H, Awad H, Lieberman JR и др. (2005). Судьба периостальных клеток-предшественников при трансплантации сегментарного кортикального костного трансплантата: значение для функциональной тканевой инженерии.J Bone Miner Res 20: 2124-2137. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Надкостница

J Dent Res. 2014 фев; 93 (2): 109–116.

Биология и применение в регенерации черепно-лицевой кости

З. Лин

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Лонгвуд-авеню, REB 403, Бостон, Массачусетс 02115, США

² Университет Содружества Вирджинии, Школа стоматологии , Отделение пародонтологии, Ричмонд, Вирджиния 23298, США

A.Fateh

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Longwood Avenue, REB 403, Boston, MA 02115, USA

D.M. Салем

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Longwood Avenue, REB 403, Boston, MA 02115, USA

G. Intini

¹ Harvard School of Dental Medicine, 188 Longwood Avenue, REB 403, Бостон, MA 02115, США

³ Гарвардский институт стволовых клеток, Кембридж, Массачусетс, США

¹ Гарвардская школа стоматологической медицины, 188 Longwood Avenue, REB 403, Бостон, Массачусетс 02115, США

² Вирджиния Содружество Университет, Школа стоматологии, Отделение пародонтологии, Ричмонд, Вирджиния 23298, США

³ Гарвардский институт стволовых клеток, Кембридж, Массачусетс, США

Поступила в редакцию 28 мая 2013 г .; Пересмотрено 28 августа 2013 г .; Принята в печать 1 сентября 2013 г.

Авторские права © Международная и Американская ассоциация стоматологических исследований Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Костно-регенеративные возможности надкостницы были исследованы еще в 17 веке. Однако за последние несколько лет многое было обнаружено с точки зрения молекулярных и клеточных механизмов, контролирующих вклад надкостницы в регенерацию кости. Анализ с отслеживанием происхождения и трансгенные мыши с нокаутом помогли определить относительный вклад надкостницы и эндоста в регенерацию кости.Дополнительные исследования пролили свет на критическую роль, которую BMP, FGF, Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt и передача сигналов воспаления играют или могут играть в периостально-опосредованной регенерации кости, открывая путь к новым подходам в терапии регенерации костей. Таким образом, исследуя роль, которую каждый путь играет в периостальной регенерации кости, в этом обзоре мы анализируем состояние текущих исследований регенеративного потенциала надкостницы. Представленный анализ направлен на информирование как клиницистов-ученых, которые могут быть заинтересованы в текущих исследованиях биологии надкостницы, так и хирургов-стоматологов, которые могут найти этот обзор полезным для выполнения процедур регенерации кости с использованием периоста.

Ключевые слова: регенеративная хирургия, стволовые клетки, клетки-остеопрогениторы, надкостница, тканевая инженерия, заживление костей

Анатомия надкостницы

В 1925 году Блейсделл опубликовал классическую статью, в которой он описывает надкостницу как структуру, состоящую из 2 слоя, с остеобластоподобными клетками во внутреннем слое (Blaisdell, 1925). Теперь мы знаем более подробно, что внешний «фиброзный» слой состоит из фибробластов, коллагена и эластина, а также нервной и микрососудистой сети (Allen et al., 2004). Эти компоненты обеспечивают механическую стабильность надкостницы. Внутренний «слой камбия» является высококлеточным и представлен клетками, которые влияют на формирование костей и восстановление костей (Allen et al ., 2004). В частности, этот слой имеет взрослые мезенхимные скелетные клетки-предшественники, остеобласты, более мелкие и более изодиаметрические фибробласты и симпатические нервы (Allen et al. , 2004). Эти особенности позволяют рассматривать надкостницу как структуру с регенеративной способностью ().По мере старения кости уменьшение количества остеобластов ведет к отчетливой атрофии и истончению камбиевого слоя (Allen et al. , 2004).

Популяции клеток присутствуют во внешнем и внутреннем слоях надкостницы. Внешний, более «фиброзный» слой содержит «удлиненные» фибробласты и кровеносные сосуды. Внутренний слой «камбия» представлен скелетными клетками-предшественниками, остеобластами, маленькими и изодиаметрическими фибробластами и кровеносными сосудами. Из-за высокой васкуляризации надкостница содержит большое количество эндотелиальных перицитов, окружающих кровеносные сосуды.

Из-за его высокой васкуляризации внутри надкостницы также находятся многочисленные эндотелиальные перициты (Diaz-Flores et al ., 1992) (). Перициты — это клетки, находящиеся в физическом контакте с эндотелиальными клетками капилляров. В определенных условиях культивирования эти клетки могут дифференцироваться в несколько типов клеток, включая остеобласты (Reilly et al. , 1998). Таким образом, перициты можно рассматривать как дополнительный источник остеопрогениторных клеток в надкостнице (Diaz-Flores et al., 1992).

Роль надкостницы в заживлении костей

Замечательная регенеративная способность надкостницы была реализована столетия назад (Chang and Knothe Tate, 2012). Однако только недавно костные биологи смогли понять точную роль надкостницы в заживлении кости.

Заживление переломов костей очень подробно изучалось в последние годы. Начальная фаза заживления перелома характеризуется острой воспалительной реакцией, которая включает образование тромба, миграцию воспалительных клеток и образование зернистой ткани.Считается, что воспалительная фаза стимулирует миграцию и пролиферацию мезенхимальных клеток. Вскоре после периода воспаления мезенхимные клетки собираются в месте восстановления и дифференцируются в хондроциты и остеобласты. Коллагеновая матрица секретируется и впоследствии минерализуется. Эти события приводят к образованию мягкой костной мозоли, которая перекрывает 2 конца перелома. Со временем мягкая мозоль будет продолжать окостеневать, и сформируется тканая кость. В конце концов, после ремоделирования заживающая кость восстановит свою первоначальную форму и структуру (Dimitriou et al., 2011 г .; Colnot et al ., 2012).

Надкостница вносит большой вклад в этот сложный процесс заживления кости. Уже через 24–48 часов после травмы в надкостнице можно увидеть острую воспалительную реакцию (Colnot et al. ., 2003; Lu et al. , 2005). Впоследствии клетки надкостницы начинают разрастаться, и наблюдается утолщение надкостницы. Этот процесс определяется как активация надкостницы. Сравнивая периостальные и эндостальные / костные повреждения большеберцовой кости мышей, Colnot обнаружил, что периостальные повреждения заживают за счет эндохондральной оссификации, тогда как эндостальные / костные повреждения заживают за счет внутримембранозной оссификации без хондрогенеза (Colnot, 2009).Трансплантация живой кости у трансгенных репортерных мышей Rosa26 дополнительно продемонстрировала, что распространение популяции мезенхимальных клеток-предшественников из надкостницы в значительной степени объясняет образование хряща и кости внутри каллуса (Zhang et al. , 2005; Colnot, 2009). Иными словами, клетки костного мозга или эндоста остаются в полости костного мозга и не мигрируют наружу с образованием костной мозоли (Colnot, 2009). Эти результаты показывают, что вклад клеток надкостницы имеет решающее значение для образования костной мозоли.Фактически, активация клеток-предшественников, происходящих из надкостницы, вызывает устойчивый хондрогенез и остеогенез, сопровождаемый заметной индукцией ангиогенеза, что в конечном итоге приводит к васкуляризации и ремоделированию костных трансплантатов (Zhang et al ., 2005; Colnot et al. , 2012) ().

Во время заживления перелома клетки надкостницы вносят значительный вклад в образование костной мозоли. Клетки из других источников, такие как стволовые клетки из мышечной и жировой ткани и перициты из окружающих кровеносных сосудов, также участвуют в образовании костной мозоли.Клетки, происходящие из эндоста и костного мозга, в первую очередь ответственны за регенерацию нового эндоста и костного мозга. Клетки эндоста и костного мозга не участвуют в образовании каллуса (адаптировано из Colnot et al ., 2012).

Интересно, что размер и клеточное содержимое костной мозоли зависят от того, насколько сильно стимулируется надкостница во время заживления. Например, когда концы перелома стабилизируются с помощью фиксации, образование костной мозоли относительно минимально, а регенерация кости происходит посредством внутримембранозной оссификации.Однако при отсутствии фиксации и стабилизации более крупная костная мозоль образуется за счет эндохондральной оссификации, которая возникает в результате более сильной периостальной реакции (Thompson et al ., 2002; Colnot et al ., 2003) .

Другие источники мезенхимальных клеток-предшественников также были предложены для участия в заживлении переломов костей, включая местный костный мозг, прилегающую мышечную ткань, эндотелиальные клетки и циркулирующие мезенхимальные стволовые клетки (Medici et al., 2010; Colnot et al ., 2012; Park et al ., 2012) (). Однако относительный вклад каждого клеточного фенотипа в заживление до сих пор неясен. Хотя было показано, что клетки эндотелиального происхождения трансдифференцируются в остеобласты и хондроциты во время гетеротопической оссификации (Medici et al. , 2010), они редко обнаруживались в хрящах и костях в месте заживления перелома, когда для отслеживания использовался анализ отслеживания происхождения. вклад этих клеток в восстановление перелома (Lu et al., 2006). Однако перициты активно участвуют в заживлении переломов. Grcevic и др. . (2012) показали, что большинство клеток каллуса, включая хондроциты и остеобласты, происходят из клеток, экспрессирующих SMA9 (Smooth Muscle Actin 9). Хотя происхождение клеток SMA9 ⁺ все еще неизвестно, они, скорее всего, являются клетками, происходящими из локальной сосудистой системы, прилегающей к месту перелома (Grcevic et al ., 2012).

Молекулярные механизмы, лежащие в основе эффектов периостальных клеток при заживлении костей

До недавнего времени было мало известно о молекулярной передаче сигналов, которая контролирует периостальные реакции во время образования костной мозоли.С развитием генетически модифицированных моделей мышей были изучены несколько сигнальных путей и их влияние на периостальные клетки. Было показано, что BMP, FGF, Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt и медиаторы воспаления способствуют процессу заживления, и в настоящее время разрабатываются методы лечения заболеваний костного метаболизма, таких как остеопороз, нацеленные на эти пути. Здесь мы предоставляем общую информацию об участии этих путей в восстановлении переломов, с конечной целью информирования будущих периостально-целенаправленных терапий для процедур интраорального увеличения костной ткани.

BMP Signaling

Костный морфогенетический белок-2 (BMP2) хорошо известен своим мощным действием на развитие и регенерацию костей (Lowery et al ., 2011). В течение многих лет предполагалось, что BMP2 является внутренним инициатором заживления костей. Однако исследования, подтверждающие эту теорию, были ограничены, поскольку глобальная делеция BMP2 приводит к эмбриональной летальности (Lowery et al. , 2011). Tsuji et al. (2006) разработал модель мыши, в которой ген Bmp2 условно инактивирован в мезодерме с помощью мыши-делетора Prx-1-Cre.У этих мышей с условным нокаутом Bmp2 были обнаружены отсроченная реакция активации периоста и, что наиболее поразительно, полное отсутствие мостиковой костной мозоли при переломе, что подчеркивает важную роль BMP2 в инициации заживления переломов. Аналогичным образом Wang et al. (2011) удалил Bmp2 и постнатально на начальной стадии заживления перелома с использованием модели мыши CreER, индуцируемой тамоксифеном, и обнаружил, что инактивация Bmp2 в начале заживления устраняет образование костных и хрящевых каллусов, происходящих из надкостницы.Дальнейший анализ периостального каллуса показал, что большинство предшественников условного нокаута Bmp2 и остаются недифференцированными (Wang et al ., 2011). Недавно Mi и др. . (2013) условно нокаутировали ген Bmp2 в хондроцитах и ​​в остеобластах с помощью мышей-делетеров Col2-Cre и Col1-Cre. Они показали, что отсутствие экспрессии Bmp2 в хондроцитах приводит к длительному образованию каллуса хряща и задержке инициации остеогенеза.Однако, когда ген Bmp2 был инактивирован в остеобластах делетером Col1-Cre, мыши не показали значительной разницы в заживлении переломов. Эти результаты показывают, что во время восстановления перелома экспрессия BMP2 необходима в недифференцированных преостеобластах, а не в зрелых остеобластах.

Интересно, что специфическая для скелета инактивация Bmp4 и Bmp7 с помощью делетора Prx1-Cre не оказывает никакого влияния на заживление переломов (Tsuji et al., 2006), предполагая, что in vivo , в физиологических условиях, BMP2, а не BMP4 или BMP7, представляет собой первичный модулятор репарации переломов, опосредованной надкостницей. Хотя эти результаты не исключают, что местная искусственная доставка BMP4 и BMP7 все еще способствует заживлению переломов, они указывают на то, что использование рекомбинантного BMP2 в процедурах наращивания кости может потребовать наличия надкостницы для достижения максимальной терапевтической эффективности. Другие методы лечения костной регенерации, которые могут быть нацелены на передачу сигналов BMP, также должны учитывать требования надкостницы для максимальной эффективности.

Передача сигналов FGF

Роль FGF и их рецепторов в заживлении переломов интенсивно изучалась на протяжении многих лет (Du et al ., 2012). Fgf2, 5 и 6 заметно активируются во время раннего образования каллуса и поддерживают высокие уровни экспрессии на протяжении всего процесса заживления (Du et al ., 2012). Другие FGF, такие как Fgf16 и Fgf18 , достигли своего пика экспрессии на стадии хондрогенеза образования каллуса (Du et al., 2012), тогда как рецепторы FGF, такие как Fgfr1 и 2 , как было показано, экспрессируются в пролиферирующей периостальной мезенхиме (Du et al. , 2012).

Во многих исследованиях изучалось использование FGF, особенно FGF2, для ускорения заживления переломов. Было обнаружено, что у мышей, крыс, кроликов и нечеловеческих приматов FGF2 стимулирует пролиферацию периостальных клеток, остеопрогениторов и хондрогениторов, усиливая образование костной мозоли (Du et al., 2012). Однако некоторые исследования показали, что лечение FGF2 не приводит к увеличению минеральной плотности кости и повышению механической прочности костной мозоли (Nakajima et al. , 2007). Чтобы объяснить это несоответствие, дополнительные исследования показали, что эффект FGF на формирование кости является двухфазным с ингибирующими эффектами при высоких дозах (Du et al ., 2012). Недавно рандомизированное плацебо-контролируемое клиническое исследование в Японии продемонстрировало, что местное применение гидрогеля rhFGF2 ускоряет заживление перелома диафиза большеберцовой кости с более высоким процентом рентгенографического сращения кости (Kawaguchi et al ., 2012).

Эти исследования показывают, что точная, контролируемая по времени модуляция передачи сигналов FGF может быть полезна в процедурах регенерации костей, в том числе в полости рта.

Hedgehog Signaling

Путь Indian hedgehog (Ihh) известен как главный регулятор дифференцировки, пролиферации и созревания хондроцитов, особенно во время эндохондральной оссификации (Lai and Mitchell, 2005). Потеря передачи сигналов hedgehog в постнатальных хондроцитах, генетически или фармакологически, приводит к потере эпифизарных пластинок роста с преждевременным слиянием и укороченным ростом.Однако Ihh также играет важную роль в заживлении переломов надкостницы. Например, было показано, что Ihh высоко экспрессируется во время образования костной мозоли как нестабилизированных, так и стабилизированных переломов (Le et al ., 2001). Более конкретно, Ihh , по-видимому, экспрессируется в формирующихся хрящевых тканях, вблизи костной поверхности каллуса (Wang et al ., 2010). Smoothened (Smo) — это трансмембранный белок, передающий все сигналы Hh.Посредством инактивации гена, индуцируемого тамоксифеном cre, Wang et al. (2010) показали, что делеция Smo в начале восстановления костного аутотрансплантата приводит к почти 50% снижению образования костной мозоли надкостницы в кортикальном соединении кости. Из заживающей надкостницы они также выделили популяцию мезенхимальных стволовых клеток, происходящих из ранней надкостницы и каллуса; нокаут гена Smo заметно снижал остеогенную дифференцировку этих клеток-предшественников (Wang et al., 2010). Таким образом, нацеливание на путь hedgehog может представлять подход к анаболизму кости, а также подход к периостально-опосредованной регенерации кости.

Передача сигналов Notch

Передача сигналов Notch, как было показано, регулирует развитие скелета (Tao et al. , 2010). Мутации с усилением функции в мезенхиме приводят к усилению пролиферации и снижению дифференцировки, ингибируя созревание эндохондральных и внутримембранозных образований кости. Напротив, нарушение передачи сигналов Notch заметно увеличивает дифференцировку остеопрогениторов и массу трабекулярной кости (Tao et al ., 2010). Однако этот фенотип быстро снижается во время старения из-за истощения пулов стволовых клеток в костном мозге, указывая на то, что Notch может участвовать в поддержании клеток-предшественников в их нише. Передача сигналов Notch активируется во время заживления переломов костей, поскольку экспрессия Jag1 и Notch3 локализуется в недифференцированных мезенхимальных клетках заживляющей надкостницы (Dishowitz et al ., 2012). Интересно, что недавно было показано, что экспрессии Jag1 достаточно для индукции остеогенной дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток человека (Dishowitz et al., 2013). Таким образом, нацеливание на передачу сигналов Notch посредством активации экспрессии Jag1 и может представлять собой потенциальную терапию, восстанавливающую кости / надкостницу.

Сигнализация PDGF

Факторы роста тромбоцитов (PDGF) участвуют в процессах заживления ран в различных тканях, включая кости. Было показано, что лиганды и рецепторы PDGF экспрессируются в остеобластах, хондроцитах и ​​мезенхимальных стволовых клетках (Kaigler et al. , 2011). Делеция рецепторов PDGF α и β у мышей показала, что основными эффектами передачи сигналов PDGF при заживлении костей являются реакции пролиферации и миграции (Tokunaga et al., 2008). Однако, насколько нам известно, исследований, которые непосредственно оценивают роль PDGFs в периостальной активации, не существует. Хотя рекомбинантный PDGF-BB в настоящее время используется для регенеративной терапии пародонта (Kaigler et al. , 2011), еще предстоит доказать, можно ли его использовать для периостальной регенерации кости.

Передача сигналов Wnt

Многие члены семейства Wnt экспрессируются в поврежденной надкостнице (Chen et al., 2007; Kim et al. , 2007). Было замечено, что заживление переломов ингибировалось у мышей, экспрессирующих специфичные для остеобластов бета-катенин-нулевые аллели (Chen et al ., 2007). Когда путь передачи сигналов Wnt / β-catenin был инактивирован в хондроцитах путем прерывания образования комплекса β-catenin / TCF, восстановление кости также было нарушено из-за уменьшенного и замедленного образования хряща (Huang et al. , 2012). Ингибирование передачи сигналов Wnt при заживлении кости посредством аденовирусной экспрессии Dkk1 , ингибитора Wnt, снижает регенерацию кости на 84% (Kim et al ., 2007). Дальнейшие исследования показали, что добавление рекомбинантного DKK1 или склеростина к первичным периостальным клеткам снижает пролиферацию и увеличивает апоптоз (Kim et al ., 2013). Следовательно, передача сигналов Wnt вносит значительный вклад в заживление переломов. В подтверждение этих наблюдений усиление функции передачи сигналов Wnt, по-видимому, способствует заживлению переломов костей. Фактически, экспрессия активированной формы бета-катенина в остеобластах резко усилила заживление костей у мышей (Chen et al., 2007). Кроме того, нокаут гена Axin2 , негативного регулятора передачи сигналов Wnt, приводил к ускоренному заживлению кости после травмы, что было связано с более устойчивой пролиферацией и более ранней дифференцировкой скелетных стволовых и клеток-предшественников (Minear et al. , 2010). . Инъекция Wnt3a в надкостницу индуцировала более быструю регенерацию кости, стимулируя пролиферацию скелетных клеток-предшественников и ускоряя их дифференцировку в остеобласты (Minear et al ., 2010). Кроме того, введение нейтрализующего антитела DKK1 при заживлении костей улучшало восстановление и регенерацию костей у мышей (Agholme et al ., 2011; Li et al ., 2011), а пероральное введение мощного ингибитора GSK3 AZD2858, который активирует Передача сигналов Wnt приводит к быстрому заживлению переломов (Sisask et al ., 2013). Делеция in vivo секретируемого Frizzled Related Protein 1 (sFRP1), одного из нескольких Frizzled-родственных антагонистов Wnt, улучшает заживление переломов, способствуя раннему сращению костей (Gaur et al., 2009).

Однако исследования показали, что Wnt-чувствительные клетки, по-видимому, расположены в основном на эндостальной поверхности поврежденной кости, в отличие от клеток-мишеней BMP, находящихся в надкостнице (Minear et al. , 2010), что повышает вероятность что во время восстановления перелома передача сигналов BMP и Wnt действует в разных компартментах в кости. Таким образом, терапия на основе Wnt может не напрямую нацеливаться на перизотеум, но может косвенно усиливать периостально-опосредованную регенерацию кости.Поэтому возможно, что разрабатываемые методы лечения, нацеленные на путь Wnt, такие как терапии, основанные на нейтрализующих антителах DKK1 и SOST, могут быть полезными не только при эндокринологических нарушениях костей, но также и для терапии регенерации кости, опосредованной периостом.

Медиаторы воспаления

Поскольку воспалительная фаза и образование костной мозоли хорошо координируются во время заживления перелома, разумно предположить, что воспалительные сигналы регулируют периостальную реакцию.Действительно, матриксная металлопротеиназа-9 ( Mmp9 ), сильно экспрессируемая нейтрофилами и макрофагами в костной мозоли при раннем переломе, участвует в заживлении кости. Mmp9 ^{— / —} мыши имеют несращение и отсроченное сращение переломов, вызванное стойким хрящом в месте повреждения (Colnot et al ., 2003). Кроме того, было продемонстрировано, что MMP9 опосредует свое действие на дифференцировку скелетных клеток, регулируя воспалительный ответ и распределение воспалительных клеток, что приводит к местной регуляции дифференцировки периостальных клеток (Wang et al., 2013).

ЦОГ-2 представляет собой индуцибельную изоформу циклооксигеназы, фермента, ограничивающего скорость в пути биосинтеза простагландинов. Следовательно, это важный регулятор воспаления. При гибридизации in situ Cox-2 был обнаружен в хондропрогениторах и мезенхимальных клетках вдоль периостальной поверхности, и его экспрессия коррелировала с ранней индукцией хондрогенеза и ранним разрастанием хрящевой каллуса (Xie et al ., 2009 г.).Введение ингибитора ЦОГ-2 на ранней стадии заживления нарушило заживление перелома (Simon et al ., 2002). Кроме того, генетическая абляция Cox-2 нарушала пролиферацию периостальных клеток-предшественников и задерживала последующее эндохондральное и внутримембранозное восстановление, что приводило к уменьшению образования кости, сохранению хрящевой ткани и высокой частоте несращений. Напротив, сверхэкспрессия Cox-2 локально ускоряла заживление переломов и сращения костей (Zhang et al., 2002).

Несмотря на то, что необходимы дальнейшие исследования, модуляция воспалительного процесса может представлять собой новый рубеж в опосредованной периостом терапии регенерации костей.

Надкостница в регенерации черепно-лицевой кости

Надкостница черепа

О черепно-лицевой надкостнице известно немного. Было показано, что надкостница различается в зависимости от региона и меняется с возрастом. Например, шейка бедренной кости человека имеет менее клеточную, но более минерализованную надкостницу, чем диафиз бедренной кости (Allen and Burr, 2005).Черепно-лицевая надкостница может иметь различные биологические характеристики по сравнению с надкостницей из других мест. На моделях свиней Ochareon и Herring (2011) показали, что на небе имеется относительно тонкая надкостница, которая с возрастом становится тоньше. Интересно, что именно внутренний слой надкостницы имеет тенденцию к уменьшению толщины, тогда как внешний (фиброзный) слой практически не меняет свою структуру (Ochareon, Herring, 2011). Клетки краниофациальной надкостницы действуют иначе, чем клетки надкостницы длинных костей.Используя стратегию маркировки клеток, чтобы маркировать клетки, происходящие из нервного гребня, и клетки, происходящие из мезодермы, Leucht et al. (2008) исследовали остеогенный потенциал клеток надкостницы, полученных из нижней и большеберцовой костей. Когда нижнечелюстные периостальные клетки были трансплантированы в костный дефект большеберцовой кости, наблюдалась внутримембранозная оссификация. Однако, если клетки надкостницы большеберцовой кости были трансплантированы в дефект нижней челюсти, наблюдалась эндохондральная оссификация. Следовательно, возможно, что сигнальные пути, участвующие в периостальной регенерации длинной кости, могут отличаться от тех, которые участвуют в краниофациальной периостальной регенерации.Тем не менее, независимо от сигнальных путей, учитывая его богатство скелетными предшественниками, сохранение и использование надкостницы может способствовать регенерации кости как при черепно-лицевых, так и при ортопедических хирургических вмешательствах.

Клиническое применение

Обвязка надкостницы для черепно-лицевых процедур регенерации кости не новость. Например, почти полвека назад Skoog представил надкостничный лоскут для закрытия дефектов расщелины верхней челюсти (Skoog, 1965), а в 1989 году надкостницу большеберцовой кости успешно использовали при лечении расщелины неба (Rintala and Ranta, 1989).

За прошедшие годы пародонтологи и хирурги-стоматологи разработали несколько клинических процедур, позволяющих использовать потенциал костной регенерации внутриротовой надкостницы. Например, в исследовании по оценке послеоперационной судьбы регенерации кости при гайморотомии Choi et al. (1996) обнаружил, что процедуры, выполняемые с надкостничными лоскутами на ножке, приводят к большему образованию кости, чем без надкостничных лоскутов на ножке. Ткань периоста также используется в пародонтологически-регенеративных процедурах в качестве мембраны для направляемой регенерации тканей.Лекович и др. . (1991) впервые сообщили, что соединительнотканный трансплантат, охватывающий надкостницу, можно использовать в качестве барьера для усиления нового прикрепления и регенерации костной ткани при дефектах фуркации моляров нижней челюсти класса II. В последующем исследовании Lekovic et al . (1998) далее сравнили клиническую эффективность надкостничного трансплантата и коронарного лоскута при лечении дефектов фуркации класса II. Группа периостального барьера продемонстрировала значительно лучший прирост вертикальной и горизонтальной регенерации кости.Недавно Verma и др. . (2011) сообщили об аналогичных результатах при регенерации фуркаций нижней челюсти буккального класса II с повернутым слизисто-надкостничным лоскутом. Точно так же трансплантаты надкостницы успешно использовались в качестве мембраны для регенерации кости после перирадикулярной хирургии (Tobon-Arroyave et al ., 2004).

За последние 3 года было предложено и подробно описано несколько методик, направленных на использование интраоральной надкостницы для увеличения альвеолярной кости.

Hur и др. .(2010) представили дизайн разреза с двойным лоскутом для управляемой регенерации кости (GBR) в задней части нижней челюсти. Он состоит из 2 слоев, поверхностного слоя слизистой оболочки и глубокого слоя надкостницы. Они рекомендуют сначала отделить слизистую оболочку путем частичного рассечения; впоследствии отражается слой надкостницы (). Хотя основная цель этого метода состоит в том, чтобы получить первичное закрытие без натяжения, основываясь на приведенных выше доказательствах, можно сказать, что покрытие хирургической области неповрежденной надкостницей обеспечивает бесперебойное кровоснабжение и клетки-остеопрогениторы к месту регенерации.

Дизайн разреза с двойным лоскутом, состоящий из 2 слоев, поверхностного слоя слизистой оболочки и глубокого слоя надкостницы. Авторы рекомендуют сначала отделить слизистую оболочку, рассекая ткань на частичную толщину; впоследствии отражается слой надкостницы. (A) Намечены разрез гребня на беззубом гребне и один вертикальный высвобождающий разрез. (B) Делается разрез с двойным лоскутом, надкостница остается на беззубом гребне. (C, D) Слизистая оболочка двойного лоскута приподнята, оставляя надкостничный слой. (E, F) Надкостничный слой двойного лоскута приподнят, обнажая альвеолярную кость. (G) Окклюзионный вид двойного лоскута. (H) Надкостничный слой двойного лоскута ушивают для стабилизации места трансплантации. (I) Буккальный вид после окончательного наложения швов (из Hur et al ., 2010; с разрешения Американской академии пародонтологии).

Васкуляризованный межпозиционный лоскут надкостнично-соединительной ткани (VIP-CT), который позволяет вращать васкуляризованную надкостничную ножку к передней верхней челюсти, был впервые предложен Sclar (2003) для использования надкостницы и связанного с ней кровоснабжения в процедурах. направленная на реконструкцию дефектов гребня верхней челюсти.В 2012 году эта конструкция клапана была немного изменена Ким и др. . (2012) объединить технику сохранения сосочка с надкостнично-соединительнотканным лоскутом на ножке и добиться первичного закрытия, а также увеличения кости и мягких тканей ().

Модифицированная васкуляризация интерпозиционной периостально-соединительной ткани. (A, B) Лоскут приподнят с помощью техники сохранения сосочка. (C) Подготовка небного донорского участка начинается с расширения разреза по горизонтали до первого моляра, после чего проводится субэпителиальная диссекция с разделением толщины кпереди к небной области отсутствующего участка. (D) Вертикальный разрез делается изнутри через соединительную ткань и надкостницу дистальнее небного разреза, и трансплантат на ножке осторожно поднимается от кости, обнажая надкостницу. Затем соединительнотканная ножка поворачивается над операционным полем (из Kim et al. , 2012; с разрешения).

Группа исследователей из Мичиганского университета (Steigmann et al. , 2012) недавно предложила лоскут надкостничного кармана для горизонтального увеличения кости.В их новой конструкции лоскута первый разрез делается в самой коронковой части гребня кости под углом 45 градусов к щечной стенке. Впоследствии лоскут с разделенной толщиной на щечной стороне отделяет слизистую оболочку от подлежащей надкостницы. Вертикальное высвобождение выполняется только внутри слизистой оболочки с обеих сторон лоскута. Затем следует второй надкостничный разрез для создания лоскута надкостничного кармана. Эта конструкция лоскута создает надкостничный карман между щечной костью и надкостницей, который может быть заполнен костно-трансплантатным материалом, покрыт резорбируемой коллагеновой мембраной и закрыт лоскутом слизистой оболочки, созданным при первом разрезе ().

Лоскут надкостничного кармана. (A) Первый разрез делается в самой коронковой части гребня кости под углом 45 градусов к щечной стенке. (B) Впоследствии лоскут с разделенной толщиной на щечной стороне отделяет слизистую оболочку от подлежащей надкостницы. Вертикальное высвобождение выполняется только внутри слизистой оболочки с обеих сторон лоскута. Затем следует второй надкостничный разрез для создания лоскута надкостничного кармана. (C) Материал для костного трансплантата вставляется в лоскут кармана, чтобы способствовать регенерации кости (от Steigmann et al., 2012; с разрешения).

Abrahamsson et al. (2012) предложили использовать самонадувные осмотические расширители для имплантации под надкостницу перед проведением контролируемых процедур регенерации кости. Благодаря этому подходу они добиваются расширения мягких тканей, а также надкостницы, что дает очевидные преимущества для последующих хирургических процедур увеличения кости.

Verdugo и др. . (2012) показали, что успешная общая оценка крупных костных дефектов может быть достигнута с помощью кортикальной перфорации и без использования мембран, а только надкостницы.Протокол включает поднятие слизисто-надкостничного лоскута на всю толщину посредством гребневого надреза и двух вертикальных высвобождающих надрезов с последующей декортикацией и фиксацией трансплантатов аутологичных костных блоков. Затем тщательно сохраненная периостальная мембрана используется для полного покрытия аутотрансплантатов, обеспечивая стволовыми клетками, кровоснабжением и питательными веществами место регенерации кости.

Доказано, что все описанные клинические процедуры эффективны при процедурах регенерации костей.Однако из-за ограниченного числа зарегистрированных случаев и отсутствия хорошо контролируемых клинических испытаний необходимы дальнейшие исследования для оценки эффективности этих подходов с использованием периостальной фиксации.

Выводы

В этом обзоре мы проанализировали биологию надкостницы и ее потенциал для процедур регенерации костей. Мы показали, как многочисленные исследования выявили существование стволовых клеток в надкостнице и как их присутствие и активация имеют фундаментальное значение для регенерации кости.Впоследствии мы рассмотрели молекулярную передачу сигналов, которая контролирует периостально-опосредованную регенерацию кости, и показали, как BMP, FGF, Hedgehog, Notch, PDGF, Wnt и воспалительные пути вовлечены в этот процесс. Наконец, мы подробно изучили хирургические методы, предложенные для использования надкостницы во время интраоральных процедур регенерации костей.

Таким образом, в этом обзоре подчеркивается важность сохранения надкостницы при процедурах наращивания кости и предлагается, по возможности, использовать периостальную фиксацию для достижения лучших терапевтических эффектов.Поскольку новые молекулярные методы лечения, нацеленные на рассматриваемые пути, появляются для лечения заболеваний костного метаболизма, таких как остеопороз, было бы разумно предложить использование этих методов лечения для воздействия на остеогенный потенциал перизотеума во время оральных регенеративных процедур.

Сноски

Д-р Джузеппе Интини поддерживается грантом Национального института здравоохранения США (Национальный институт стоматологических и черепно-лицевых исследований, грант № DE021069).

Авторы заявляют об отсутствии потенциальных конфликтов интересов в отношении авторства и / или публикации этой статьи.

Ссылки

• Абрахамссон П., Валиваара Д.А., Исакссон С., Андерссон Г. (2012). Расширение надкостницы перед местной реконструкцией кости с использованием нового метода измерения стабильности профиля мягких тканей: клиническое исследование. J Oral Maxillofac Surg 70: e521-e530. [PubMed] [Google Scholar]
• Агхольм Ф, Исакссон Х, Кухстосс С., Аспенберг П. (2011). Эффекты антитела Dickkopf-1 на метафизарной кости и фиксации имплантата при различных условиях нагрузки. Кость 48: 988-996.[PubMed] [Google Scholar]
• Аллен MR, Burr DB. (2005). В шейке бедра человека меньше ячеистой надкостницы и больше минерализованной надкостницы, чем в диафизарной кость бедренной кости. Кость 36: 311-316. [PubMed] [Google Scholar]
• Аллен М.Р., Хок Дж. М., Бурр Д. Б. (2004). Надкостница: биология, регуляция и ответ на терапию остеопороза. Кость 35: 1003-1012. [PubMed] [Google Scholar]
• Blaisdell FE. (1925). Остеогенная функция надкостницы. Arch Surg 11: 933. [Google Scholar]
• Чанг Х., Узел Тейт МЛ.(2012). Краткий обзор: надкостница: доступ к резервуару клинически полезных клеток-предшественников. Стволовые клетки Transl Med 1: 480-491. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чен Й., Уэтстон Х.С., Лин А.С., Надесан П., Вей К., Пун Р. и др. (2007). Передача сигналов бета-катенина играет разную роль в разных фазах заживления перелома: значение для терапии, улучшающей заживление костей. PLoS Med 4: e249. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чой Б.Х., Ю Дж.Х., Сон К.Дж.(1996). Рентгенологическое сравнение заживления костей после гайморотомии с надкостничной ножкой и без нее. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 82: 375-378. [PubMed] [Google Scholar]
• Колно К. (2009). Решения о судьбе скелетных клеток в надкостнице и костном мозге во время регенерации кости. J Bone Miner Res 24: 274-282. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Colnot C, Thompson Z, Miclau T, Werb Z, Helms JA. (2003). Исправление перелома при отсутствии MMP9.Разработка 130: 4123-4133. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Colnot C, Zhang X, Knothe Tate ML. (2012). Текущее понимание регенеративного потенциала надкостницы: подходы молекулярной, клеточной и эндогенной инженерии. J Orthop Res 30: 1869-78. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Диас-Флорес Л., Гутьеррес Р., Лопес-Алонсо А., Гонсалес Р., Варела Х. (1992). Перициты как дополнительный источник остеобластов в периостальном остеогенезе. Clin Orthop Relat Res 275: 280-286.[PubMed] [Google Scholar]
• Димитриу Р., Джонс Э., МакГонагл Д., Джаннудис П.В. (2011). Костная регенерация: современные концепции и будущие направления. BMC Med 9:66. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Дишовиц М.И., Терхорн С.П., Бостик С.А., Ханкенсон К.Д. (2012). Компоненты передачи сигналов Notch активируются во время как эндохондральной, так и внутримембранозной регенерации кости. J Orthop Res 30: 296-303. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Дишовиц М.И., Чжу Ф., Сундарарагхаван Х.Г., Ифковиц Дж.Л., Бурдик Дж.А., Ханкенсон К.Д.(2013). Иммобилизация Jagged1 на остеокондуктивном полимере активирует сигнальный путь notch и индуцирует остеогенез. J Biomed Mater Res A [Epub перед печатью 14.06.2013] [в печати]. [PubMed] [Google Scholar]
• Du X, Xie Y, Xian CJ, Chen L. (2012). Роль FGF / FGFR в развитии скелета и регенерации костей. J Cell Physiol 227: 3731-3743. [PubMed] [Google Scholar]
• Гаур Т., Викстед Дж. Дж., Хусейн С., О’Коннелл С.Л., Морган Э.Ф., Айерс, округ Колумбия, и др. (2009). Секретируемый родственный белок 1 является мишенью для улучшения заживления переломов.J Cell Physiol 220: 174-181. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Грчевич Д., Пейда С., Мэтьюз Б.Г., Репик Д., Ван Л., Ли Х и др. (2012). Картирование судеб in vivo позволяет идентифицировать мезенхимные клетки-предшественники. Стволовые клетки 30: 187–196. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Хуанг И, Чжан Х, Ду К, Ян Ф, Ши И, Хуанг Дж и др. (2012). Ингибирование передачи сигналов бета-катенина в хондроцитах вызывает замедленное заживление переломов у мышей. J Orthop Res 30: 304-310. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Hur Y, Tsukiyama T, Yoon TH, Griffin T.(2010). Дизайн двойного лоскутного разреза для управляемой регенерации кости: новая техника и клинические соображения. J Periodontol 81: 945-952. [PubMed] [Google Scholar]
• Кайглер Д., Авила Г., Виснер-Линч Л., Невинс М.Л., Невинс М., Расперини Г. и др. (2011). Применение факторов роста на основе тромбоцитов для регенерации пародонта и периимплантной кости. Мнение эксперта Biol Ther 11: 375-385. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Кавагути Х., Ока Х., Джингуши С., Изуми Т., Фукунага М., Сато К. и др.(2012). Местное применение рекомбинантного фактора роста фибробластов 2 человека при переломах диафиза большеберцовой кости: рандомизированное плацебо-контролируемое исследование. J Bone Miner Res 25: 2735-2743. [PubMed] [Google Scholar]
• Ким С.С., Чан Й.Дж., Чой С.Х., Чо К.С. (2012). Долгосрочные результаты увеличения мягких и твердых тканей с помощью модифицированного васкуляризированного интерпозиционного метода периостально-соединительной ткани в переднем отделе верхней челюсти. J Oral Maxillofac Surg 70: 484-491. [PubMed] [Google Scholar]
• Ким ХК, Оксендин I, Камия Н.(2013). Высокая концентрация BMP2 снижает пролиферацию клеток и увеличивает апоптоз через DKK1 и SOST в первичных надкостничных клетках человека. Кость 54: 141-150. [PubMed] [Google Scholar]
• Kim JB, Leucht P, Lam K, Luppen C, Ten Berge D, Nusse R и др. (2007). Регенерация костей регулируется сигнализацией wnt. J Bone Miner Res 22: 1913-1923. [PubMed] [Google Scholar]
• Лай LP, Митчелл Дж. (2005). Индийский еж: его роль и регуляция в развитии эндохондральной кости. J Cell Biochem 96: 1163-1173.[PubMed] [Google Scholar]
• Le AX, Miclau T, Hu D, Helms JA. (2001). Молекулярные аспекты заживления стабилизированных и нестабилизированных переломов. J Orthop Res 19: 78-84. [PubMed] [Google Scholar]
• Lekovic V, Kenney EB, Carranza FA, Martignoni M. (1991). Использование аутогенных трансплантатов надкостницы в качестве барьера для лечения поражения фуркации класса II на нижних молярах. J Periodontol 62: 775-780. [PubMed] [Google Scholar]
• Лекович В., Клоккевольд ПР, Камарго П.М., Кенни Э.Б., Недич М., Вайнлендер М.(1998). Оценка периостальных мембран и коронарных лоскутов при лечении дефектов фуркации класса II: сравнительное клиническое исследование на людях. J Periodontol 69: 1050-1055. [PubMed] [Google Scholar]
• Leucht P, Kim JB, Amasha R, James AW, Girod S, Helms JA. (2008). Эмбриональное происхождение и Hox-статус определяют судьбу клеток-предшественников во время регенерации взрослой кости. Разработка 135: 2845-2854. [PubMed] [Google Scholar]
• Ли Х, Гризанти М., Фан В., Асунсьон Ф.Дж., Тан Х.Л., Дуайер Д. и др.(2011). Диккопф-1 регулирует костеобразование у молодых растущих грызунов и при травмах. J Bone Miner Res 26: 2610-2621. [PubMed] [Google Scholar]
• Лоури Дж. У., Пазин Д., Интини Дж., Кокабу С., Чаппуис В., Капело Л. П. и др. (2011). Роль передачи сигналов BMP2 в скелете. Crit Rev Eukaryot Gene Expr 21: 177-185. [PubMed] [Google Scholar]
• Лу С., Миклау Т., Ху Д., Хансен Э., Цуй К., Путлиц С. и др. (2005). Клеточная основа возрастных изменений при заживлении переломов. J Orthop Res 23: 1300-1307.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Лу К., Маркуцио Р., Миклау Т. (2006). Оценка ангиогенеза во время заживления перелома. Айова Ортоп Дж. 26: 17-26. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Медичи Д., Шор Е.М., Лунев В.Ю., Каплан Ф.С., Каллури Р., Олсен Б.Р. (2010). Превращение эндотелиальных клеток сосудов в мультипотентные стволовые клетки. Нат Мед 16: 1400-1406. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ми М, Джин Х, Ван Б., Юката К., Шеу Т.Дж., Кэ QH и др.(2013). Передача сигналов BMP2 хондроцитов играет важную роль в заживлении переломов костей. Ген 512: 211-218. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Minear S, Leucht P, Jiang J, Liu B, Zeng A, Fuerer C и др. (2010). Белки Wnt способствуют регенерации костей. Sci Transl Med 2: 29ra30. [PubMed] [Google Scholar]
• Накадзима Ф., Накадзима А., Огасавара А., Мория Х., Ямадзаки М. (2007). Влияние однократной чрескожной инъекции основного фактора роста фибробластов на заживление закрытого перелома диафиза бедренной кости у крысы.Calcif Tissue Int 81: 132-138. [PubMed] [Google Scholar]
• Очареон П, Селедка ЮЗ. (2011). Репликация клеток в краниофациальной надкостнице: аппозиционные против резорбтивных сайтов. J Anat 218: 285-297. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Парк Д., Спенсер Дж. А., Кох Б. И., Кобаяши Т., Фудзисаки Дж., Клеменс Т. Л. и др. (2012). Эндогенные МСК костного мозга являются динамичными, ограниченными по судьбе участниками поддержания и регенерации костей. Стволовая клетка 10: 259-272. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Рейли TM, Селдес Р., Лучетти В., Брайтон, Коннектикут.(1998). Сходство фенотипической экспрессии перицитов и костных клеток. Clin Orthop Relat Res 346: 95-103. [PubMed] [Google Scholar]
• Ринтала А.Е., Ранта Р. (1989). Лоскуты надкостницы и трансплантаты при первичном заживлении расщелины: последующее исследование. Пласт Реконстр Сург 83: 17-24. [PubMed] [Google Scholar]
• Sclar AG. (2003). Васкуляризированный межпозиционный периостально-соединительнотканный лоскут (VIP-CT). В: Мягкие ткани и эстетические соображения в имплантотерапии. Чикаго, Иллинойс: Quintessence Publishing Co.С. 163-187. [Google Scholar]
• Саймон А.М., Маниграссо МБ, О’Коннор, JP. (2002). Функция циклооксигеназы 2 важна для заживления переломов костей. J Bone Miner Res 17: 963-976. [PubMed] [Google Scholar]
• Сисаск Г., Марселл Р., Сундгрен-Андерссон А., Ларссон С., Нильссон О., Юнггрен О. и др. (2013). Крысы, получавшие AZD2858, ингибитор GSK3, быстро заживают переломы без образования эндохондральной кости. Кость 54: 126-132. [PubMed] [Google Scholar]
• Скуг Т. (1965). Использование надкостничных лоскутов при лечении расщелины первичного неба.Волчья пасть J 2: 332-339. [PubMed] [Google Scholar]
• Стейгманн М., Салама М., Ван Х.Л. (2012). Лоскут периостального кармана для горизонтальной регенерации кости: серия клинических случаев. Реставрационная вмятина Int J Periodontics 32: 311-320. [PubMed] [Google Scholar]
• Тао Дж, Чен С., Ли Б. (2010). Нарушение передачи сигналов Notch при развитии и заболевании скелета. Энн Нью-Йорк Академия наук 1192: 257-268. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Томпсон З., Миклау Т., Ху Д., Хелмс Дж. (2002). Модель внутримембранного окостенения при заживлении перелома.J Orthop Res 20: 1091-1098. [PubMed] [Google Scholar]
• Тобон-Аррояв С.И., Домингес-Мехиа Дж.С., Флорес-Морено Г.А. (2004). Трансплантаты надкостницы как барьеры в перирадикулярной хирургии: сообщение о двух случаях. Int Endod J 37: 632-642. [PubMed] [Google Scholar]
• Токунага А., Оя Т., Исии Ю., Мотомура Х., Накамура С., Исидзава С. и др. (2008). Бета-рецептор PDGF является мощным регулятором функции мезенхимальных стромальных клеток. J Bone Miner Res 23: 1519-1528. [PubMed] [Google Scholar]
• Tsuji K, Bandyopadhyay A, Harfe BD, Cox K, Kakar S, Gerstenfeld L, et al.(2006). Активность BMP2, хотя и необязательна для образования кости, необходима для начала заживления перелома. Нат Жене 38: 1424-1429. [PubMed] [Google Scholar]
• Вердуго Ф., Д’Аддона А., Понтон Дж. (2012). Клиническая, томографическая и гистологическая оценка регенерации кости под контролем периоста с кортикальными перфорациями при поздних дефектах критического размера у человека. Clin Implant Dent Relat Res 14: 112-120. [PubMed] [Google Scholar]
• Верма В., Саймби С.С., Хан М.А., Гоэль А. (2011).Использование периостальной мембраны в качестве барьерной мембраны для лечения щечных дефектов фуркации степени II на нижних молярах: новая методика. Индийский дж дент рес 22: 511-516. [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Цюй, Хуанг Ц., Цзэн Ф., Сюэ М., Чжан Х. (2010). Активация пути Hh в мезенхимальных стволовых клетках, происходящих из надкостницы, индуцирует образование кости in vivo: значение для постнатального восстановления кости. Am J Pathol 177: 3100-3111. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Ц., Хуан Ц., Сюэ М, Чжан Х.(2011). Экспрессия эндогенного BMP-2 в периостальных клетках-предшественниках важна для заживления костей. Кость 48: 524-532. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Х, Ю Й., Лиу С., Ян Ф, Ланг Дж, Лу С. и др. (2013). MMP9 регулирует клеточный ответ на воспаление после повреждения скелета. Кость 52: 111-119. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Xie C, Liang B, Xue M, Lin AS, Loiselle A, Schwarz EM, et al. (2009). Восстановление нарушенного заживления перелома у мышей COX-2 — / — посредством активации рецептора простагландина E2 подтипа 4.Am J Pathol 175: 772-785. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Чжан X, Шварц Е.М., Янг Д.А., Пузас Дж. Э., Розье Р. Н., О’Киф Р.Дж. (2002). Циклооксигеназа-2 регулирует дифференцировку мезенхимальных клеток в линию остеобластов и критически участвует в восстановлении костей. J Clin Invest 109: 1405-1415. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Zhang X, Xie C, Lin AS, Ito H, Awad H, Lieberman JR и др. (2005). Судьба периостальных клеток-предшественников при трансплантации сегментарного кортикального костного трансплантата: значение для функциональной тканевой инженерии.J Bone Miner Res 20: 2124-2137. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Решения о судьбе скелетных клеток в надкостнице и костном мозге во время регенерации кости

J Bone Miner Res. 2009 фев; 24 (2): 274–282.

Отделение ортопедической хирургии, Калифорнийский университет в Сан-Франциско, Больница общего профиля Сан-Франциско, Сан-Франциско, Калифорния, США

Запросы на перепечатку адресов: Селин Колно, доктор философии, отделение ортопедической хирургии, Калифорнийский университет в Сан-Франциско, больница общего профиля Сан-Франциско, 1001 Potrero Avenue, Box 1342, San Francisco, CA 94110, USA E- почта: ude.fscu.grusohtro@ctonloc

Автор заявляет, что у нее нет конфликта интересов.

Поступило 23 апреля 2008 г .; Пересмотрено 1 августа 2008 г .; Принято 7 октября 2008 г.

Copyright © 2009 Американское общество исследований костей и минералов

Повторное использование этой статьи разрешено в соответствии с Соглашением Creative Commons, Attribution 2.5, которое не разрешает коммерческое использование.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Восстановление кости требует мобилизации взрослых скелетных стволовых клеток / предшественников, чтобы обеспечить отложение хряща и кости в месте повреждения.Считается, что эти стволовые клетки / предшественники происходят из нескольких источников, включая костный мозг и надкостницу. Целью этого исследования было установить вклад клеток костного мозга и надкостницы в заживление кости in vivo и оценить влияние тканевой среды на дифференцировку клеток в костном мозге и надкостнице. Результаты показывают, что травмы надкостницы заживают за счет эндохондральной оссификации, тогда как травмы костного мозга заживают за счет внутримембранозной оссификации, что указывает на то, что во время восстановления в этих тканях возникают различные клеточные реакции.Затем анализ клонов был использован для отслеживания судьбы клеток, происходящих из надкостницы, костного мозга и эндоста, субкомпартмента костного мозга. Было обнаружено, что скелетные клетки-предшественники рекрутируются локально и одновременно из надкостницы и / или костного мозга / эндоста во время восстановления кости. И надкостница, и костный мозг / эндост дали начало остеобластам, тогда как надкостница была основным источником хондроцитов. Наконец, результаты показывают, что внутренние сигналы и сигналы окружающей среды модулируют решения о судьбе клеток в этих тканях.В заключение, это исследование проливает свет на происхождение скелетных стволовых клеток / предшественников во время регенерации кости и показывает, что надкостница, эндост и костный мозг содержат пулы стволовых клеток / предшественников с различными остеогенными и хондрогенными потенциалами, которые варьируются в зависимости от тканевой среды.

Ключевые слова: надкостница, костный мозг, костный трансплантат, линия клеток in vivo, восстановление кости

ВВЕДЕНИЕ

Регенерация кости во многом зависит от успешной воспалительной реакции, реваскуляризации места повреждения, секреции остеогенных и хондрогенных факторов, и ремоделирование внеклеточного матрикса в поврежденных и новых костных тканях.(1–6) Менее известно о происхождении клеток, которые производят кость и хрящ в месте повреждения. Было идентифицировано несколько потенциальных источников скелетных стволовых клеток / предшественников, которые могут участвовать в восстановлении костей. Клетки могут доставляться через сосудистую сеть (7–9) и могут набираться из самой кости (10–14) или тканей, непосредственно прилегающих к кости, таких как жир, сухожилия и мышцы. (15–17) Несколько линий доказательств предполагают что надкостница и костный мозг являются основными местными источниками скелетных стволовых клеток / предшественников для восстановления костей.Механическое разрушение надкостницы или костного мозга задерживает заживление (18,19), предположительно, из-за удаления местного источника клеток. Хотя клетки, выделенные из надкостницы или костного мозга, могут дифференцироваться в хондроциты и / или остеобласты in vitro (10,11,13,14), исследования in vivo хондрогенного и остеогенного потенциалов надкостницы и костного мозга ограничены (20–22). Таким образом, у нас до сих пор нет прямых доказательств, показывающих клеточный вклад надкостницы и костного мозга в заживление костей.

Сложность разделения роли различных источников клеток во время регенерации скелета частично возникает из-за сложной структуры кости и множества вовлеченных тканей.При большинстве травм костей кортикальный слой кости ломается, что обеспечивает связь между надкостницей, костным мозгом и окружающими мягкими тканями. Более того, когда физический барьер между костными компартментами нарушен, реакция заживления в одной ткани может влиять на реакцию в соседней ткани за счет диффузии клеток и факторов роста. Целью этого исследования было оценить степень, в которой надкостница и костный мозг вносят вклад в остеогенные и хондрогенные клоны во время восстановления кости, а также степень, в которой окружающая среда влияет на решение судьбы клеток в этих тканях.Анализ клеточных клонов in vivo был разработан для отслеживания клеток, происходящих из надкостницы, костного мозга и эндоста, особого компартмента костного мозга, выстилающего внутреннюю поверхность кости. Костные трансплантаты собирали от генетически меченых мышей (Rosa26) и трансплантировали хозяевам дикого типа. Поскольку целостность надкостницы, эндоста и / или костного мозга сохранялась во время трансплантации, меченые клетки отбирались из их исходной ниши, и судьба этих клеток отслеживалась во время заживления кости.Результаты показывают, что клетки, полученные из трех тканей, по-разному способствуют заживлению за счет внутримембранной и эндохондральной оссификации. Это исследование также демонстрирует, что как внутренние, так и внешние сигналы модулируют решения о судьбе клеток в надкостнице, костном мозге и эндосте во время восстановления кости.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Повреждения периоста и эндоста / костного мозга

Все процедуры выполнялись в соответствии с протоколами, утвержденными Комитетом по уходу и использованию животных UCSF.Взрослых мышей C57B6 дикого типа (самцы в возрасте 3–4 мес.) Анестезировали внутрибрюшинной инъекцией кетамин-метедомидина. Для создания периостальных повреждений над передне-проксимальным отделом большеберцовой кости делали разрез. Была обнажена передне-проксимальная поверхность большеберцовой кости, и надкостница была частично удалена с помощью бритвенного лезвия. Слезы покрывали участок длиной 3–4 мм. Раны закрывали нейлоновыми швами 6-0 размера. После операции мышам делали подкожные инъекции бупренорфина для обезболивания, и им позволяли свободно передвигаться.Мышей умерщвляли от смещения шейки матки после анестезии на 3-й день ( n = 3), 5 ( n = 3), 7 ( n = 6), 10 ( n = 6) и 14 ( n = 4) после операции.

Для создания повреждений эндоста / костного мозга в коленном суставе был сделан разрез. Булавка от насекомых (Fine Science Tools) была вставлена ​​из сустава в интрамедуллярную полость, и эндост / костный мозг рассверлили. Раны закрывали после удаления булавки от насекомых. Мышей убивали на 5 день ( n = 2), 7 ( n = 6), 10 ( n = 4) и 14 ( n = 3).

Подготовка костных трансплантатов

Костные трансплантаты были выделены от доноров Rosa26 (самцы в возрасте 10 недель), которые повсеместно экспрессируют репортерный ген LacZ на фоне C57B6. Мышей умерщвляли после наркоза. Большеберцовые кости собирали без кожи и окружающих мышц. Ножницами вырезали фрагмент кортикальной кости (~ 2 мм в длину и 1 мм в ширину) в передне-проксимальной области каждой большеберцовой кости. Чтобы проследить за клетками, происходящими из надкостницы, эндост и костный мозг были удалены из трансплантата с помощью лезвия бритвы.Противоположное было сделано для отслеживания клеток, происходящих из эндоста и костного мозга. Чтобы проследить за клетками, происходящими из эндоста, надкостницу и костный мозг удалили, но эндостальную поверхность оставили нетронутой. Отрицательные контроли были получены путем удаления как надкостницы, так и костного мозга / эндоста из трансплантата, а положительные контроли — при сохранении интактности как надкостницы, так и костного мозга / эндоста.

Трансплантация костных трансплантатов

Мышей-хозяев C57B6 (самцы в возрасте 10 недель) получали путем создания кортикального дефекта на передне-проксимальной поверхности большеберцовой кости.Под анестезией была обнажена поверхность большеберцовой кости, и был создан однокортикальный дефект ~ 2 мм в длину и 1 мм в ширину с помощью тихоходного стоматологического двигателя с использованием сверла 0,8 мм. Для создания нестабилизированных переломов просверлили три отверстия (диаметром 0,4 мм) на противоположной стороне коры большеберцовой кости, прилегающей к трансплантату, и надрезали кость до образования перелома. Отверстия не просверливались в противоположной коре головного мозга мышей, получивших трансплантаты, но без перелома.

Трансплантат помещали в кортикальный дефект мышей-хозяев с переломом или без него.Трансплантат был ориентирован так, чтобы эндост был обращен к полости костного мозга большеберцовой кости хозяина или переключался так, чтобы эндост был обращен к мягким тканям, окружающим внешнюю поверхность кости хозяина. При необходимости размер трансплантата регулировали так, чтобы он идеально подходил к дефекту, чтобы предотвратить движение трансплантата и обеспечить быструю интеграцию в коре большой берцовой кости хозяина. Мышцу зашили над дефектом, чтобы удерживать трансплантат на месте, и зашили раны. Мышей умерщвляли на 5, 7, 10 и 14 дни (день 5, n = 2; 7 день, n = 1 или 2 на группу с нормальной ориентацией; дни 10 и 14, n = 3– 10 на группу;).

Таблица 1

Пропорции образцов с вкладом донорского PO, EO и EO / BM в кости и хрящ во время заживления костного трансплантата и нестабилизированного перелома

Анализ тканей и клеточная линия

Большеберцовые кости собирали и фиксировали в течение 24 часов при 4 ° C в растворе, содержащем 0,2% глутаральдегида, 2 мМ MgCl ₂ и 5 мМ EDTA в PBS, и трижды промывали в течение 1 часа в растворе, содержащем 2 мМ MgCl ₂ , 0.01% дезоксихолата натрия и 0,02% NP40 в PBS. Образцы были декальцинированы и заморожены, как описано ранее. (23) Продольные срезы толщиной 8 мкм через костный трансплантат и костную мозоль были собраны и окрашены X-gal, как описано ранее. (23) Для определения типа клеток Надкостница, костный мозг и эндост дают начало, окрашивание сафранином-О / Fast Green и трихромом выполняли для визуализации хряща и кости, соответственно.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Сравнение механизмов заживления в надкостнице и эндосте / костном мозге

Для определения внутренних программ заживления в надкостнице и костном мозге / эндосте повреждения были созданы в одной ткани без повреждения другой.После травмы надкостницы на 5-й день после операции наблюдалось утолщение надкостницы (данные не показаны). К 7-му дню вдоль периостальной поверхности были обнаружены хрящ и кость (). Впоследствии хрящ был разрушен и заменен костью. К 14 дню поверхность надкостницы была покрыта тканой костью, которая активно ремоделировалась остеокластами (данные не показаны). Эти результаты показывают, что повреждение надкостницы вызывает восстановление за счет эндохондральной оссификации. Напротив, расширение костного мозга / эндостальной поверхности не стимулировало хондрогенез.К 7 дню после травмы полость костного мозга и эндостальные поверхности были заполнены новой тканой костью (), которая в значительной степени рассосалась к 14 дню (). Хрящ не был обнаружен ни на одной из наблюдаемых стадий, что свидетельствует о том, что повреждения костного мозга / эндоста зажили за счет внутримембранозной оссификации.

Травмы надкостницы заживают за счет эндохондральной оссификации, тогда как эндостальные / костномозговые травмы заживают за счет внутримембранозной оссификации. Продольные срезы большеберцовой кости мыши, окрашенные (A) Safranin-O / Fast Green (SO) и (BD) трихромом (TC) на (A и C) 7 и (B и D) через 14 дней после (A и B) периостальной (PO) или (C и D) повреждение эндоста / костного мозга (EO / BM).Масштабная линейка = 200 мкм.

Подход к анализу происхождения для отслеживания клеток, происходящих из надкостницы и костного мозга во время заживления кости

Чтобы различить роль надкостницы и костного мозга / эндоста в более сложных условиях заживления, был проведен анализ происхождения с использованием комбинации костной трансплантации и генетического маркировка (). Костные трансплантаты собирали непосредственно перед их трансплантацией, что обеспечивало высокую выживаемость и успешную интеграцию трансплантатов в кость хозяина.Выживаемость трансплантата оценивали на основании присутствия X-gal-положительных остеоцитов по всей коре трансплантата и X-gal-позитивных клеток по всей надкостнице или костному мозгу / эндосту на поверхности трансплантата. В подавляющем большинстве образцов (67 из 74 трансплантатов, оцененных на 10-й и 14-й дни), остеоциты оставались жизнеспособными в кортикальных костных трансплантатах, о чем свидетельствует сохраняющаяся экспрессия β-gal на протяжении всего периода заживления. Трансплантат не выжил только в семи образцах, которые были исключены из исследования.В корреляции с жизнеспособностью трансплантата трансплантат способствовал восстановлению кости, потому что в новой откладываемой кости присутствовали X-gal-положительные остеобласты и остеоциты.

Надкостница и костный мозг / эндост дают начало остеобластам / остеоцитам во время заживления костного трансплантата. (Слева) Схематическое изображение костных трансплантатов Rosa 26 (синий) или дикого типа, трансплантированных в кору больших берцовых костей хозяина дикого типа. Продольные срезы большеберцовой кости мыши, окрашенные TC (в центре), и соседние срезы, окрашенные X-gal (справа), через 14 дней после пересадки кости.X-gal-положительные остеобласты и остеоциты (стрелка) обнаруживаются на интактной периостальной поверхности (AC), на интактной эндостальной поверхности (DF), в полости костного мозга (GI), а также на периостальной и эндостальной поверхностях в положительном контроле ( JM), но не в отрицательных контролях (NU). X-gal-позитивные остеокласты повсеместно экспрессируют β-галактозидазу (K, L, T и U, стрелки). Оранжевые пунктирные линии ограничивают костный трансплантат. Области, выделенные рамкой, соответствуют большому увеличению. Масштабные линейки: B, E, H, K, O и S = ​​1 мм; C, F, I, L, M, P, Q и T = 100 мкм; U = 20 мкм.

Отслеживание клеток, происходящих из надкостницы и костного мозга, во время заживления костного трансплантата

Во время заживления стабилизированных костных трансплантатов новая кость формируется на периостальной и эндостальной поверхностях и в полости костного мозга (). Скопление тканой кости на концах костного трансплантата позволило соединиться с поврежденной корой. Хрящ не был обнаружен ни на одной стадии, включая 5, 7 и 10 дни, что указывает на заживление костных трансплантатов за счет внутримембранозной оссификации. Чтобы оценить вклад надкостницы, эндоста и костного мозга в заживление костного трансплантата, распределение клеток, полученных из трансплантата, в новой кости анализировали с помощью окрашивания X-gal на срезах ткани.Трансплантаты с интактной надкостницей дали начало остеобластам и остеоцитам на поверхности надкостницы трансплантата (;), тогда как трансплантаты с интактным эндостом дали начало остеобластам и остеоцитам на поверхности эндоста (;). Когда костный мозг оставался прикрепленным к эндосту, в новой кости были обнаружены остеобласты и остеоциты, полученные из трансплантата, как на эндостальной поверхности, так и в полости костного мозга (;). В положительном контроле меченые клетки были обнаружены как на периостальной, так и на эндостальной поверхностях (;).Во всех этих группах клетки, полученные из трансплантата, также были обнаружены на стыке трансплантата и старой коры, где смесь остеобластов / остеоцитов, полученных от донора и хозяина, сформировала новую кость, соединяющую трансплантат и кору головного мозга хозяина. В отрицательном контроле не было обнаружено остеобластов и остеоцитов, полученных из трансплантата, что свидетельствует о том, что клетки коры трансплантата не участвовали в заживлении (;). Новая кость откладывалась клетками, полученными от хозяина, и позволяла перекрыть конец костного трансплантата; однако новая кость не покрывала всю поверхность надкостницы, как это было видно в образцах с интактной надкостницей.X-gal-позитивные остеокласты присутствовали на поверхности новой (, наконечники стрелок) и старой кости. Остеокласты могли быть получены как от донора, так и от хозяина, поскольку эти клетки конститутивно экспрессируют β-галактозидазу. (23-25)

Отслеживание клеток, происходящих из надкостницы и костного мозга, во время нестабилизированного заживления перелома

Для сравнения вклада надкостницы, эндоста и костного мозга до заживления эндохондральной оссификации, нестабильный перелом был создан рядом с трансплантатом во время костной пластики.Хотя переломы не были стабилизированы, заживление кости не было отложено по сравнению со стабилизированными переломами. (3,26) В этой модели эндохондральная оссификация начинается на 7-й день. (26) Оптимальные моменты времени для оценки образования хряща в костной мозоли — это 10-й день и 14 после перелома, с пиком, наблюдаемым на 10-й день, и началом замещения хряща костью на 14-й день. (3,26) В эти две временные точки также оценивали образование кости.

Как показали гистологические исследования, трансплантат интегрирован в костную мозоль перелома (и).В образцах с интактной надкостницей большие островки хряща, которые образовывались рядом с надкостничной поверхностью трансплантата, всегда были донорским происхождением и, следовательно, происходили из надкостницы (;). Хрящ, образовавшийся на расстоянии от трансплантата, был получен из организма хозяина (данные не показаны). Хондроциты, происходящие из эндоста, в каллусе не обнаружены (;). Хондроциты, происходящие из эндоста / костного мозга, были обнаружены только в двух из пяти случаев и составляли лишь небольшую часть хряща, образованного рядом с трансплантатом и близко к эндостальной поверхности (;).В положительном контроле хондроциты донорского происхождения наблюдались только на периостальной поверхности трансплантата (;). В отрицательном контроле трансплантат не давал образования хряща, исключая возможность того, что хондроциты могут быть получены из коры самого трансплантата (;). Один образец показал небольшое количество хряща на поверхности надкостницы, что позволяет предположить, что в данном случае надкостница могла быть удалена не полностью (). Что касается всех образцов с удаленной надкостницей, образование хряща было уменьшено или подавлено в непосредственной близости от трансплантата (звездочки).

Хондроциты в основном образуются из надкостницы во время заживления нестабилизированных переломов. Продольные срезы костной мозоли перелома, окрашенные SO (слева), и соседние срезы, окрашенные X-gal (справа) через 10 дней после костной пластики и нестабильного перелома. (A и B) Хрящ (c), образующийся на неповрежденной поверхности надкостницы, окрашивается X-gal (стрелка). Хрящ, прилегающий к интактной эндостальной поверхности, является (C и D) X-gal-отрицательным или (E и F) содержит несколько X-gal-положительных хондроцитов (стрелка), когда костный мозг остается нетронутым.(G-I) В положительном контроле X-gal-положительный хрящ (стрелка) обнаруживается на периостальной поверхности, а X-gal-отрицательный хрящ на эндостальной поверхности трансплантата. (J-L) В отрицательных контролях не обнаружено X-gal-положительных хондроцитов. В остеокластах обнаруживается активность эндогенной β-галактозидазы (стрелки). Звездочка указывает на отсутствие хряща в передней части костной мозоли при удалении надкостницы. Пунктирные оранжевые линии ограничивают костный трансплантат, а черные пунктирные линии ограничивают соединение между хрящом и костью внутри костной мозоли.б, кость. Масштабные линейки: A, C, E, G и J = 1 мм; B, D, F, H, I, K и L = 100 мкм.

Остеобласты / остеоциты образуются из надкостницы и эндоста / костного мозга во время заживления нестабилизированных переломов. Продольные срезы костной мозоли перелома, окрашенные TC (слева), и соседние срезы, окрашенные X-gal (справа), через 14 дней после костной пластики и нестабильного перелома. X-gal-положительные остеобласты и остеоциты (стрелка) обнаруживаются на неповрежденной периостальной поверхности (A и B), на интактной эндостальной поверхности (C и D), в полости костного мозга (E и F), а также на периостальной поверхности. и эндостальные поверхности в положительном контроле (GI), но не в отрицательном контроле (JL).Остеокласты проявляют эндогенную β-галактозидазную активность (K и L, стрелки). Звездочка указывает на уменьшение костного перекрытия в передней части костной мозоли при удалении надкостницы. Пунктирные оранжевые линии ограничивают костный трансплантат, а черная пунктирная линия ограничивает соединение между хрящом и костью. б, кость; c, хрящ. Масштабные линейки: A, C, E, G и J = 1 мм; B, D, F, H, I, K и L = 100 мкм.

Параллельно мы отслеживали остеобласты и остеоциты, полученные из трансплантата. Надкостница снабжает остеобластами и остеоцитами периостальную поверхность (;).Эндост и костный мозг предоставили остеобласты и остеоциты на эндостальной поверхности и внутри костного мозга (;). В отрицательном контроле остеобласты и остеоциты происходили от хозяина, за исключением одного случая, когда эндост не был полностью удален (;). При отсутствии надкостницы костные перемычки на периостальной поверхности были уменьшены (, звездочки). Удаление эндоста и костного мозга не повлияло на формирование костной ткани в полости костного мозга, что указывает на то, что эндост / костный мозг хозяина может компенсировать отсутствие прикрепленных к трансплантату предшественников остеобластов.

Влияние тканевой среды на дифференцировку клеток в надкостнице, костном мозге и эндосте

Различия между надкостницей, эндостом и костным мозгом в их клеточном вкладе в восстановление кости могут быть вызваны внутренними различиями в этих тканях или внешними различиями в их окружение. Чтобы различать внутренние и внешние эффекты, судьбу донорских клеток оценивали, когда ориентацию трансплантатов меняли, чтобы поместить надкостницу в среду эндоста / костного мозга и наоборот.Сначала оценивали влияние тканевой среды на дифференцировку клеток в надкостнице (). Во время заживления стабилизированных костных трансплантатов клетки, происходящие из надкостницы, дифференцировались в остеобласты и остеоциты на периостальной поверхности трансплантата и в полости костного мозга кости-хозяина (;). Во время заживления нестабилизированных переломов в надкостнице образовывались остеобласты / остеоциты (;) и хондроциты (;), локализованные рядом с пересаженной надкостницей и в полости костного мозга хозяина.Во всех группах на периостальной поверхности кости-хозяина не было обнаружено клеток, полученных из трансплантата (данные не показаны). Затем было протестировано влияние периостальной среды на дифференцировку клеток в эндосте и костном мозге (). И эндост, и костный мозг дали начало остеобластам / остеоцитам на эндостальной поверхности трансплантата во время костного трансплантата (;) и нестабильного заживления перелома (;). Клетки, полученные из донорского эндоста или костного мозга, не были обнаружены в костномозговой полости кости-хозяина (данные не показаны).Внутри костной мозоли перелома донорский эндост и костный мозг генерировали небольшое количество X-gal-позитивных хондроцитов в островках хряща, которые в основном были получены из организма хозяина (;). Доля образцов с хондроцитами, полученными из эндоста или эндоста / костного мозга, была увеличена по сравнению с экспериментами с нормальной ориентацией трансплантата (). Положительный и отрицательный контроли были получены, как и в предыдущих экспериментах, для подтверждения и подтверждения результатов (). Следовательно, не было изменений в остеогенных потенциалах надкостницы, эндоста и костного мозга, когда ориентация трансплантатов была изменена в пределах кости хозяина.Точно так же размещение надкостницы в среде эндоста / костного мозга не уменьшало ее хондрогенный потенциал. Напротив, помещение эндоста и костного мозга в среду надкостницы увеличивало их хондрогенный потенциал. Однако даже в этой эктопической среде эндост / костный мозг не был таким мощным, как надкостница, для поддержки образования хряща во время заживления перелома.

Влияние тканевой среды на дифференцировку клеток надкостницы и эндоста / костного мозга.(A и H) Схематическое изображение костных трансплантатов Rosa 26 (синий) с надкостницей (PO, желтый), помещенных в среду эндоста / костного мозга или с эндостом / костным мозгом (EO / BM, красный), помещенных в среду надкостница. Стрелки указывают, где образовалась трещина. Срезы костного трансплантата окрашивали TC (B, D, I и K) и SO (F и M), а соседние срезы окрашивали X-gal (C, E, G, J, L и N) при 10 (F, G, M и N) и через 14 (BE и IL) дней после операции. Во время костного трансплантата (B и C) и нестабилизированного заживления перелома (D и E) X-gal-положительные остеобласты и остеоциты (стрелка), полученные из PO, обнаруживаются на периостальной поверхности трансплантата в костном мозге хозяина.(F и G) X-gal-положительные хондроциты (стрелка) обнаруживаются в том же месте. X-gal-положительные остеобласты и остеоциты (стрелка), полученные из EO / BM, расположены на эндостальной поверхности трансплантата, обращенной к PO хозяина во время костного трансплантата (I и J) и нестабилизированного заживления перелома (K и L). (M и N) Лишь несколько X-gal-положительных хондроцитов (стрелка) обнаруживаются на островках хряща вблизи эндостальной поверхности трансплантата. Пунктирные оранжевые линии ограничивают костный трансплантат, а черная пунктирная линия ограничивает соединение между хрящом и костью.б, кость; c, хрящ. Масштабные линейки: B, D, F, I, K и M = 1 мм; C, E, G, J, L и N = 100 мкм.

ОБСУЖДЕНИЕ

Клетки в основном рекрутируются локально во время восстановления кости

Пока неясно, поддерживается ли заживление кости несколькими взаимозаменяемыми источниками клеток. Анализ происхождения показывает, что происхождение остеобластов и хондроцитов определяет их расположение в костном регенерате. Клетки, происходящие из надкостницы, всегда находятся на поверхности надкостницы, тогда как клетки, происходящие из эндоста и костного мозга, всегда находятся на поверхности эндоста или в полости костного мозга, соответственно.Даже когда ткани трансплантируются эктопически, клетки не мигрируют из отдаленных периостальных или костномозговых / эндостальных источников внутри костной мозоли, потому что они никогда не обнаруживаются на расстоянии от своей исходной ниши. Таким образом, сама кость, по-видимому, является основным местным источником клеток для восстановления кости.

Приведенные здесь данные и предыдущие исследования дополнительно подтверждают этот вывод, поскольку повреждение или удаление надкостницы влияет на остеогенез и хондрогенез и задерживает заживление. (18,19) Эта задержка, скорее всего, является результатом удаления местного источника клеток.Клетки, набранные из других источников, могут компенсировать отсутствие надкостницы, но до места повреждения требуется больше времени (7,8), (15–17,27). Также было показано, что тяжелая травма и повреждение мягких тканей ухудшают заживление кости. , (28–30), что может быть вызвано нарушением прямых контактов между надкостницей и костным матриксом. Эти контакты могут быть важны для сохранения ниши стволовых клеток и стимулирования остеогенеза и хондрогенеза in vivo. Точно так же чрезмерное механическое нарушение костного мозга задерживает заживление перелома, вероятно, из-за удаления мезенхимальных стволовых клеток (МСК) и нарушения воспалительной реакции.(31,32)

Отчетливые клеточные вклады надкостницы, костного мозга и эндоста в заживление кости

Анализ происхождения показывает, что остеобласты и остеоциты происходят из надкостницы, костного мозга и эндоста, что указывает на то, что эти три ткани одновременно вносят вклад в новую кость формируются за счет внутримембранного и эндохондрального окостенения. Однако хондроциты внутри костной мозоли перелома в основном происходят из надкостницы. Эти результаты согласуются с программой заживления костей, наблюдаемой после травм периоста или костного мозга / эндоста, которые заживают за счет эндохондральной и внутримембранозной оссификации, соответственно.Таким образом, эти данные показывают, что надкостница поддерживает как хондрогенез, так и остеогенез, тогда как костный мозг / эндост поддерживает остеогенез во время восстановления кости.

Внутренние различия между надкостницей и костным мозгом / эндостом влияют на решение судьбы клеток в этих тканях. Независимо от того, помещена ли надкостница в исходную среду или в среду костного мозга, клетки, полученные из надкостницы, могут давать начало остеобластам / остеоцитам или хондроцитам. Следовательно, отсутствие хондроцитов, рекрутируемых из эндоста во время нестабилизированного заживления перелома, вызвано не присутствием ингибиторов хондрогенеза в костном мозге, а скорее отдельными популяциями / предшественниками стволовых клеток.Следовательно, остеогенный и хондрогенный потенциалы надкостницы и костного мозга / эндоста могут определяться различными популяциями / предшественниками стволовых клеток в этих тканях. Внутренние различия также могут существовать между эндостом и костным мозгом, потому что способность подвергаться хондрогенезу была улучшена в образцах с интактным эндостом и костным мозгом по сравнению с одним эндостом. Сообщалось, что МСК находятся в стромальном компартменте костного мозга (12,33,34), и результаты, представленные здесь, предполагают, что эндост может содержать особую популяцию стволовых клеток в полости костного мозга.Популяции стволовых клеток / предшественников в надкостнице и костном мозге / эндосте еще предстоит охарактеризовать на клеточном и молекулярном уровнях. Клетки могут по-разному реагировать на системные факторы роста, экспрессируя различные типы рецепторов или разные уровни этих рецепторов. Действительно, несколько отчетов показывают, что клетки в надкостнице, эндосте и костном мозге не могут быть одинаково чувствительны к механическим или биологическим стимулам. (35,36) регулироваться тканевой средой.Степень повреждения может влиять на секрецию различных факторов роста, которые неравномерно распределены в костной мозоли и вызывать различные клеточные реакции в надкостнице, эндосте и костном мозге. Например, прохондрогенные сигналы могут усиливаться на периостальной поверхности кости. Более того, предыдущая работа показывает, что на программу заживления костей в значительной степени влияет механическая среда, которая может влиять на дифференцировку клеток. (3,4,26,37,38)

Судьба клеток в терапии человека

Лучшее понимание судьба клеток внутри костной мозоли перелома необходима для оценки успеха будущих методов лечения на основе клеток.Для улучшения восстановления кости у человека можно использовать несколько методов, таких как костные трансплантаты гребня подвздошной кости, кортикальные костные трансплантаты и периостальные трансплантаты. (39–44) Действительно ли МСК из костного мозга или других источников способствуют восстановлению или поддерживают заживление, предоставляя факторы индуцирование хондрогенеза или остеогенеза неизвестно. (45–48) Было показано, что МСК из костного мозга дифференцируются в остеобласты и хондроциты in vitro и широко используются в различных подходах к тканевой инженерии. (49–51) Данные показывают, что происходили клетки, полученные из клеток. из костного мозга ведут себя по-разному, когда они привлекаются из своей исходной ниши, потому что они в основном поддерживают остеогенез in vivo.Хотя МСК остаются наиболее многообещающим источником клеток для терапии человека, необходимо учитывать способ доставки и судьбу этих клеток после трансплантации in vivo. Ранее мы показали, что трансплантация костного мозга не является успешным методом доставки остеобластов и хондроцитов к месту перелома. (4,23) Мы подозревали, что донорские клетки не заселяют компартмент МСК хозяина или что привитые МСК не были задействованы во время выздоровление. Кроме того, вклад клеток костного мозга, привлеченных на расстоянии, или циркулирующих стволовых клеток / предшественников все еще остается дискуссионным.(9,52,53) Точно так же неясен вклад окружающих мягких тканей в заживление костей. (54) Потребуются дальнейшие исследования, чтобы установить относительный вклад различных источников стволовых клеток / предшественников по сравнению с местной надкостницей и костным мозгом. / эндост.

Заключение

Результаты этого исследования предоставляют прямые доказательства того, что надкостница, эндост и костный мозг являются основными источниками скелетных стволовых клеток / предшественников и по-разному влияют на остеогенез и хондрогенез во время восстановления кости.Различный клеточный вклад надкостницы, эндоста и костного мозга предполагает как внутренние различия внутри популяций стволовых клеток / предшественников, находящихся в этих тканях, так и различия в их тканевом окружении. Установление природы этих различий и, в частности, определение источников взрослых скелетных стволовых клеток / предшественников in vivo, будет иметь серьезные последствия для лечения устойчивых переломов и заболеваний костей.

Благодарности

Автор благодарит Ширли Лью за квалифицированную техническую поддержку в хирургии животных, обработке тканей и анализах; Ян Юй за помощь в операции по пересадке костной ткани; Чуаньонг Лу за помощь при травмах эндостаза / костного мозга; и Чуаньонг Лу и Ральф Маркучио за комментарии к рукописи.Эта работа была поддержана грантами от NIH / NIA (R01 AG23218-01 до Z Werb), NIH / NIDCR (R03 DE16701), Фонда трансплантации опорно-двигательного аппарата и Комитета по оценке и распределению исследований UCSF (CC).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чжан X, Шварц Э.М., Янг Д.А., Пузас Дж.Э., Розье Р.Н., О’Киф Р.Дж. Циклооксигеназа-2 регулирует дифференцировку мезенхимальных клеток в линию остеобластов и критически участвует в восстановлении костей. J Clin Invest. 2002; 109: 1405–1415. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 2.Лу С., Миклау Т., Ху Д., Маркуцио Р.С. Ишемия приводит к замедленному сращению во время заживления перелома: модель на мышах. J Orthop Res. 2007. 25: 51–61. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 3. Colnot C, Thompson Z, Miclau T, Werb Z, Helms JA. Исправление перелома при отсутствии MMP9. Разработка. 2003. 130: 4123–4133. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 4. Behonick DJ, Xing Z, Lieu S, Buckley JM, Lotz JC, Marcucio RS, Werb Z, Miclau T, Colnot C. Роль матриксной металлопротеиназы 13 как в эндохондральной, так и в внутримембранной оссификации во время регенерации скелета.PLoS One. 2007; 2: e1150. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 5. Tsuji K, Bandyopadhyay A, Harfe BD, Cox K, Kakar S, Gerstenfeld L, Einhorn T, Tabin CJ, Rosen V. Активность BMP2, хотя и незаменима для образования кости, необходима для начала заживления перелома. Нат Жене. 2006; 38: 1424–1429. [PubMed] [Google Scholar] 6. Стрит Дж., Бао М., ДеГузман Л., Бантинг С., Пил Ф. В., Младший, Феррара Н., Стейнмец Х., Хоффель Дж., Клеланд Дж. Л., Догерти А., ван Брюгген Н., Редмонд Х. П., Карано Р. А., Филварофф Э. Фактор роста эндотелия сосудов стимулирует восстановление костей, способствуя ангиогенезу и обновлению костной ткани.Proc Natl Acad Sci USA. 2002; 99: 9656–9661. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 7. Кузнецов С.А., Манкани М.Х., Гронтос С., Сатомура К., Бьянко П., Роби П.Г. Циркулирующие скелетные стволовые клетки. J Cell Biol. 2001; 153: 1133–1139. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 8. Фаррингтон-Рок К., Крофтс, штат Нью-Джерси, Доэрти М.Дж., Эштон Б.А., Гриффин-Джонс К., Кэнфилд А.Е. Хондрогенный и адипогенный потенциал перицитов микрососудов. Тираж. 2004; 110: 2226–2232. [PubMed] [Google Scholar] 9. Оцуру С., Тамай К., Ямадзаки Т., Йошикава Х., Канеда Ю.Циркулирующие клетки-предшественники остеобластов, происходящие из костного мозга, привлекаются к участку формирования кости с помощью пути CXCR4 / фактора-1, производного от стромальных клеток. Стволовые клетки. 2008; 26: 223–234. [PubMed] [Google Scholar] 10. Питтенгер М.Ф., Маккей А.М., Бек СК, Джайсвал Р.К., Дуглас Р., Моска Д.Д., Мурман М.А., Симонетти Д.В., Крейг С., Маршак Д.Р. Многолинейный потенциал мезенхимальных стволовых клеток взрослого человека. Наука. 1999; 284: 143–147. [PubMed] [Google Scholar] 11. Friedenstein AJ, Piatetzky S, II, Petrakova KV. Остеогенез при трансплантации клеток костного мозга.J Embryol Exp Morphol. 1966; 16: 381–390. [PubMed] [Google Scholar] 13. Spitzer RS, Perka C, Lindenhayn K, Zippel H. Матричная инженерия для остеогенной дифференцировки периостальных клеток кролика с использованием частиц альфа-трикальция фосфата в трехмерной культуре фибрина. J Biomed Mater Res. 2002; 59: 690–696. [PubMed] [Google Scholar] 14. Gruber R, Mayer C, Bobacz K, Krauth MT, Graninger W., Luyten FP, Erlacher L. Влияние морфогенетических белков, полученных из хряща, и остеогенного белка-1 на остеохондрогенную дифференцировку клеток, происходящих из надкостницы.Эндокринология. 2001; 142: 2087–2094. [PubMed] [Google Scholar] 15. Lee JY, Qu-Petersen Z, Cao BH, Kimura S, Jankowski R, Cummins J, Usas A, Gates C, Robbins P, Wernig A, Huard J. Клональная изоляция мышечных клеток, способных улучшить регенерацию мышц и заживление костей . J Cell Biol. 2000; 150: 1085–1099. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 16. Zuk PA, Zhu M, Mizuno H, Huang J, Futrell JW, Katz AJ, Benhaim P, Lorenz HP, Hedrick MH. Многолинейные клетки из жировой ткани человека: значение для клеточной терапии.Tissue Eng. 2001. 7: 211–228. [PubMed] [Google Scholar] 17. Би Й, Эхирчиу Д., Килтс ТМ, Инксон, Калифорния, Эмбри М.С., Сонояма В., Ли Л., Лит А.И., Со Б.М., Чжан Л., Ши С., Янг М.Ф. Идентификация стволовых / предшественников сухожильных клеток и роли внеклеточного матрикса в их нише. Nat Med. 2007; 13: 1219–1227. [PubMed] [Google Scholar] 18. Утваг С.Е., Грунднес О., Рейкераос О. Влияние удаления надкостницы на заживление сегментарных переломов у крыс. J Orthop Trauma. 1996. 10: 279–284. [PubMed] [Google Scholar] 19.Одзаки А., Цунода М., Киношита С., Саура Р. Роль перелома гематомы и надкостницы во время заживления перелома у крыс: взаимодействие гематомы перелома и надкостницы на начальном этапе процесса заживления. J Orthop Sci. 2000; 5: 64–70. [PubMed] [Google Scholar] 20. Zhang X, Naik A, Xie C, Reynolds D, Palmer J, Lin A, Awad H, Guldberg R, Schwarz E, O’Keefe R. Надкостничные стволовые клетки необходимы для оживления и восстановления костей. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2005. 5: 360–362. [PubMed] [Google Scholar] 21.Devine MJ, Mierisch CM, Jang E, Anderson PC, Balian G. Пересаженные клетки костного мозга локализуются для перелома костной мозоли на мышиной модели. J Orthop Res. 2002; 20: 1232–1239. [PubMed] [Google Scholar] 22. Ширли Д., Марш Д., Джордан Дж., Маккуэйд С., Ли Г. Системное привлечение остеобластических клеток при заживлении переломов. J Orthop Res. 2005; 23: 1013–1021. [PubMed] [Google Scholar] 23. Colnot C, Huang S, Helms J. Анализ клеточного вклада костного мозга в заживление переломов с использованием трансплантации костного мозга мышам.Biochem Biophys Res Commun. 2006; 350: 557–561. [PubMed] [Google Scholar] 24. Colnot C, de la Fuente L, Huang S, Hu D, Lu C, St-Jacques B, Helms JA. Индийский еж синхронизирует ангиогенез скелета и созревание перихондрий с развитием хряща. Разработка. 2005. 132: 1057–1067. [PubMed] [Google Scholar] 25. Colnot C, Lu C, Hu D, Helms JA. Определение вклада перихондрия, хряща и эндотелия сосудов в развитие скелета. Dev Biol. 2004. 269: 55–69. [PubMed] [Google Scholar] 26.Томпсон З., Миклау Т., Ху Д., Хелмс Дж. Модель внутримембранного окостенения при заживлении перелома. J Orthop Res. 2002; 20: 1091–1098. [PubMed] [Google Scholar] 27. Minasi MG, Riminucci M, De Angelis L, Borello U, Berarducci B, Innocenzi A, Caprioli A, Sirabella D, Baiocchi M, De Maria R, Boratto R, Jaffredo T, Broccoli V, Bianco P, Cossu G. ангиобласт: мультипотентная самообновляющаяся клетка, которая происходит из дорсальной аорты и дифференцируется в большинство мезодермальных тканей. Разработка. 2002. 129: 2773–2783.[PubMed] [Google Scholar] 28. Утваг С.Е., Грунднес О., Рейкерас О. Влияние поражения между костью, надкостницей и мышцей на заживление переломов у крыс. Acta Orthop Scand. 1998. 69: 177–180. [PubMed] [Google Scholar] 29. Симидзу Т., Сасано И., Накаджо С., Кагаяма М., Симаути Х. Остеобластическая дифференцировка клеток, происходящих из надкостницы, стимулируется физическим контактом с костным матриксом in vivo. Анат Рек. 2001; 264: 72–81. [PubMed] [Google Scholar] 30. Ландри П.С., Марино А.А., Садасиван К.К., Олбрайт Дж. Влияние травмы мягких тканей на раннюю периостальную реакцию кости на травму.J Trauma. 2000; 48: 479–483. [PubMed] [Google Scholar] 31. Утваг С.Е., Грунднес О., Рейкерас О. Влияние степени расширения на заживление сегментарных переломов у крыс. J Orthop Trauma. 1998. 12: 192–199. [PubMed] [Google Scholar] 32. Брудер С.П., Финк Д.Д., Каплан А.И. Мезенхимальные стволовые клетки в развитии костей, восстановлении костей и терапии регенерации скелета. J Cell Biochem. 1994; 56: 283–294. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 33. Бьянко П., Роби П.Г. Заболевания костей и линии стромальных клеток. J Bone Miner Res.1999; 14: 336–341. [PubMed] [Google Scholar] 34. Heissig B, Hattori K, Dias S, Ferris B, Friedrich M, Hackett NR, Lyden D, Wood J, Crystal RG, Moore MAS, Werb Z, Rafii S. Для набора стволовых клеток и клеток-предшественников из ниши костного мозга требуется MMP- 9-опосредованное высвобождение Kit-лиганда. Клетка. 2002; 109: 625–637. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 35. Midura RJ, Su X, Morcuende JA, Tammi M, Tammi R. Паратироидный гормон быстро стимулирует синтез гиалуронана периостальными остеобластами в диафизе большеберцовой кости растущей крысы.J Biol Chem. 2003. 278: 51462–51468. [PubMed] [Google Scholar] 36. Ламот JM, Гамильтон Н.Х., Зернике РФ. Скорость деформации влияет на адаптацию надкостницы зрелой кости. Med Eng Phys. 2005. 27: 277–284. [PubMed] [Google Scholar] 37. Miclau T, Lu C, Thompson Z, Choi P, Puttlitz C, Marcucio R, Helms JA. Влияние отсроченной стабилизации на заживление переломов. J Orthop Res. 2007. 25: 1552–1558. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 38. Картер Д.Р., Бопре Г.С., Джорджи Нью-Джерси, Хелмс Дж. Механобиология регенерации скелета.Clin Orthop Relat Res. 1998; 37 (Дополнение): S41 – S55. [PubMed] [Google Scholar] 39. Эйнхорн Т.А. Клинически применяемые модели костной регенерации в исследованиях тканевой инженерии. Clin Orthop Relat Res. 1999; 38 (Дополнение): S59 – S67. [PubMed] [Google Scholar] 40. Сен М.К., Миклау Т. Аутологический трансплантат гребня подвздошной кости: должен ли он по-прежнему оставаться золотым стандартом для лечения несращений. Травма, повреждение. 2007; 38 (Приложение 1): S75 – S80. [PubMed] [Google Scholar] 41. Хан С.Н., Каммиса Ф.П., младший, Сандху Х.С., Диван А.Д., Жирарди Ф.П., Лейн Дж. М.. Биология костной пластики.J Am Acad Orthop Surg. 2005; 13: 77–86. [PubMed] [Google Scholar] 42. Дженсен Л., Бэк К. Трансплантация надкостницы в лечении рассекающего остеохондрита. Scand J Med Sci Sports. 1992; 2: 32–36. [Google Scholar] 43. Караоглу С., Бактир А., Кабак С., Араси Х. Экспериментальное восстановление сегментарных дефектов костей у кроликов деминерализованным аллотрансплантатом, покрытым свободной аутогенной надкостницей. Травма, повреждение. 2002. 33: 679–683. [PubMed] [Google Scholar] 44. Перка С., Шульц О., Спитцер Р.С., Линденхайн К., Бурместер Г.Р., Ситтингер М.Сегментарное восстановление костей с помощью тканевых трансплантатов периостальных клеток с биорезорбируемым флисом и фибриновыми каркасами у кроликов. Биоматериалы. 2000; 21: 1145–1153. [PubMed] [Google Scholar] 45. Helms JA, Amasha RR, Leucht P. Bone voyage: экспедиция по молекулярным и клеточным параметрам, влияющим на судьбу костного трансплантата. Кость. 2007. 41: 479–485. [PubMed] [Google Scholar] 46. Милбрандт Т., Берту Л., Кристенсон В., Баумбуш С., Рекош Д., Балиан Г., Дидуч Д. Отслеживание трансдуцированных клеток в костно-хрящевых дефектах.J Pediatr Orthop. 2003. 23: 430–436. [PubMed] [Google Scholar] 47. Arinzeh TL, Peter SJ, Archambault MP, van den Bos C, Gordon S, Kraus K, Smith A, Kadiyala S. Аллогенные мезенхимальные стволовые клетки регенерируют кость в сегментарном дефекте собаки критического размера. J Bone Joint Surg Am. 2003; 85: 1927–1935. [PubMed] [Google Scholar] 48. Gamradt SC, Lieberman JR. Костный трансплантат для ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава: биология и приложения будущего. Clin Orthop Relat Res. 2003; 417: 183–194. [PubMed] [Google Scholar] 49. Либерман Дж. Р., Далуйски А., Стивенсон С., Ву Л., Макаллистер П., Ли Ю. П., Кабо Дж. М., Финерман Г. А., Берк А. Дж., Витте О. Н..Влияние региональной генной терапии костными морфогенетическими белками-2 продуцирующими клетками костного мозга на восстановление сегментарных дефектов бедренной кости у крыс. J Bone Joint Surg Am. 1999; 81: 905–917. [PubMed] [Google Scholar] 50. Geesink RG, Hoefnagels NH, Bulstra SK. Остеогенная активность костного морфогенетического белка OP-1 (BMP-7) в дефекте малоберцовой кости человека. J Bone Joint Surg Br. 1999. 81: 710–718. [PubMed] [Google Scholar] 51. Тогель Ф., Вестенфельдер С. Взрослые стволовые клетки костного мозга для регенерации и восстановления органов.Dev Dyn. 2007; 236: 3321–3331. [PubMed] [Google Scholar] 52. Тагучи К., Огава Р., Мигита М., Ханава Х., Ито Х., Оримо Х. Роль клеток, полученных из костного мозга, в восстановлении перелома костей в модели мыши с химерным зеленым флуоресцентным белком. Biochem Biophys Res Commun. 2005; 331: 31–36. [PubMed] [Google Scholar] 53. Otsuru S, Tamai K, Yamazaki T., Yoshikawa H, Kaneda Y. Клетки-предшественники остеобластов костного мозга в циркулирующей крови способствуют формированию эктопической кости у мышей. Biochem Biophys Res Commun. 2007; 354: 453–458.[PubMed] [Google Scholar] 54. Wright V, Peng H, Usas A, Young B, Gearhart B, Cummins J, Huard J. Стволовые клетки мышечного происхождения, экспрессирующие BMP4, дифференцируются в остеогенные линии и улучшают заживление костей у иммунокомпетентных мышей. Mol Ther. 2002. 6: 169–178. [PubMed] [Google Scholar] Надкостница

— обзор | ScienceDirect Topics

E. Надкостница и ее связь с эпифизами, метафизами и диафизами

Широко признано, что надкостница играет важную роль в формировании кортикальной кости по внутримембранному механизму.Он состоит из внешнего фиброзного слоя и внутреннего остеогенного или камбиального слоя. Однако менее широко ценится тот факт, что надкостница также играет важную опорную роль в отношении стабильности на стыке между физическим телом и метафизом, а также играет роль в приложении соответствующих растягивающих сил к физизму в течение периода роста. Внешний фиброзный слой надкостницы выходит за пределы физического тела и прикрепляется к эпифизарному хрящу. Он служит непрерывным слоем от эпифизарного хряща проксимального конца длинной кости до эпифизарного хряща дистального конца этой кости.

Надкостница довольно слабо прикреплена к подлежащей кортикальной кости у развивающегося ребенка. Причины этого связаны с разной скоростью роста самой кости и надкостницы. Кость растет за счет соединения тканей на обоих концах, но было показано, что надкостница растет равномерно по всей своей длине за счет механизмов интерстициальных клеток (364). Кроме того, один конец любой длинной кости растет быстрее, чем противоположный конец. Неплотное прикрепление надкостницы к подлежащей кости позволяет без труда одновременно работать дифференциальным механизмам роста.Интерстициальный рост надкостницы также служит для поддержания отношения прикрепления мышц к надкостнице, что было бы намного труднее, если бы сама надкостница росла только на своих проксимальных и дистальных концах. Внешний фиброзный слой надкостницы непрерывен от эпифизарного хряща до эпифизарного хряща, тогда как внутренний остеогенный слой часто прерывистый в области метафизарной зоны сокращения, особенно там, где эта зона находится под большим углом.Надкостница прочно прилегает к растущей кости с любого эпифизарного конца. Лакруа указывает, что единственная область между этими областями, в которой удлинение надкостницы и удлинение кости одинаковы, находится в так называемой «нулевой точке» роста надкостницы, которая наиболее удалена от наиболее активной пластинки роста и ближе всего к наименее активному росту. пластина (204). Это могло бы произойти, например, в большеберцовой кости на приблизительно 35% длины большеберцовой кости над пластиной роста, потому что только 35% роста большеберцовой кости происходит на дистальном конце кости.

Внешняя поддержка, которую надкостница обеспечивает ростовой пластинке на периферии бороздки области Ранвье, является значительной. Джон Поланд в своем классическом трактате о переломах эпифизарной пластинки роста сообщает об эксперименте Джона Уилсона в 1820-х годах, в котором веса применялись к анатомическим образцам дистальных отделов бедренной кости человека в детстве (273). Когда периферические ткани надкостницы удаляли из области пластинки роста, вес, необходимый для отделения эпифиза от метафиза, составлял лишь одну пятую часть веса, когда ткани были неповрежденными.Значительную структурную поддержку оказывают периостальные и перихондриальные ткани. Amamilo и соавторы также показали, что у крыс требовалось постоянно более высокое усилие, чтобы вызвать смещение эпифиза при неповрежденной надкостнице (5). Alexander (4) задокументировал возникновение дистальных радиальных эпифизарных переломов во время наиболее быстрого роста и указал на изменение механических характеристик открытых тел в разном возрасте.

Мышцы и сухожилия прикрепляются непосредственно к надкостнице у растущего ребенка, а не к подлежащей кортикальной кости.Однако есть отчетливое изменение у взрослых, у которых надкостница намного тоньше, плотно прилегает к подлежащей коре и демонстрирует мышечные и сухожильные волокна, которые проходят через нее, чтобы получить прямое прикрепление к подлежащей коре с помощью волокон Шарпея.

Было высказано предположение, что существует сильный эффект фиброэластической периостальной гильзы на физизис, который не только создает определенную степень натяжения поперек него, но может служить препятствием для неограниченного продольного роста.Давно признано и продолжает доказываться, что периферическое разделение надкостничного рукава, особенно если оно выполняется вблизи метафизарно-эпифизарных областей, позволяет увеличить продольный рост этих костей (61, 80, 151). Однако неясно, является ли увеличение роста результатом уменьшения механических ограничений в то время, когда периостальная втулка прерывается, или из-за увеличения васкуляризации в периэпифизарной области, которое происходит вследствие травмы и во время восстановления. фаза.Отсутствие разрастания при продольных надрезах надкостницы, хотя и поддерживает механические воздействия (80). Медиальное полуокружное отделение проксимального отдела надкостницы большеберцовой кости приводит к медиальному разрастанию и вальгусной деформации (64, 164). Когда удаление надкостницы проводилось по окружности полосами шириной 4 мм, в средней диафизарной области у 4-недельных крыс наблюдался избыточный рост, но он был минимальным: только на 1,5% больше, чем на противоположной стороне (119). Haasbeek et al. показали, что, когда надкостница утолщена рядом с физизом, она служит связующим звеном, вызывающим угловую деформацию (134).Они продемонстрировали феномен в двух клинических случаях и экспериментально. Таким образом, показано, что надкостница влияет на рост физик механически, потому что она обволакивает физики и вставляется за их пределы в эпифизарный хрящ. Когда натяжение надкостницы уменьшается, продольный рост кости увеличивается, а когда натяжение увеличивается, рост немного замедляется.

Тканевая инженерия надкостницы — обзор — Biomaterials Science (RSC Publishing)

Как всегда, клиническая терапия дефектов костей критического размера, вызванных травмами, операциями по удалению опухолей или врожденными пороками развития, сталкивается с большими трудностями.В настоящее время для восстановления поврежденной кости применяются различные подходы, включая аутотрансплантат, аллотрансплантат и стратегии тканевой инженерии на основе композита клетка-биоматериал. Однако из-за повреждений во время процессов трансплантации или небрежности конструкции бионических каркасов эти методы выявляют уязвимые места без помощи надкостницы, двухслойной мембраны на внешней поверхности кости. Надкостница играет значительную роль в формировании и регенерации костей, являясь хранилищем клеток-предшественников, источником местных факторов роста и каркасом для набора клеток и факторов роста, и все больше и больше исследователей признают ее большую ценность в применении в тканевой инженерии.Помимо прямой трансплантации, клетки, полученные из надкостницы, могут культивироваться на различных каркасах для применения в остеогенезе или хондрогенезе благодаря их доступности. Научные исследования также предоставляют биомиметическую методологию для синтеза искусственной надкостницы, которая имитирует естественную надкостницу по структуре или функциям. Согласно исследованиям, эти тканеинженерные надкостницы, очевидно, усиливали терапевтические эффекты костного трансплантата и инженерии каркаса, хотя их можно было напрямую использовать в качестве заменителей надкостницы.Инженерия ткани надкостницы, исследования которой открыли новые возможности для развития инженерии и терапии костной ткани, постепенно стала горячей точкой, и предстоит еще многое сделать. В этом обзоре тканевая надкостница была разделена на четыре типа и обсуждена, что может помочь последующим исследователям получить более систематическое представление о псевдопериосте.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз? .