Клітинна і молекулярна біологія загоєння переломів кісток: роль трансформувального фактору росту-β1 в активації репаративного остеогенезу (огляд літератури)

This paper describes the cellular and molecular mechanisms underlying in the basis of bone fractures healing. It is shown that there are two types of fracture healing. In the case of the primary type bone tissue directly form in zone of damage. In the case of instability of the bone fragments and considerable distance between them the process of restoration of the integrity of the bone goes through several stages including inflammation, migration and proliferation of cells, the formation of tissue-specific structures and the restructuring of the regenerate. At the same time at different stages certain factors affecting the proliferation, differentiation of osteogenic cells and synthesis of extracellular matrix release. Growth factors control the various stages of reparative osteogenesis. In recent years the regulatory role of transforming growth factor beta-1 (TGF-β1) and belonging to his family of bone morphogenetic protein (BMP) in the formation and development of bone regeneration was confirmed. According to modern scientific ideas BMP act as primary activators of differentiation of osteogenic progenitor cells, and mesenchymal cells, and are involved in the processes of bone remodeling and fracture healing. Initially it was thought that TGF-β1 stimulates the proliferation of undifferentiated mesenchymal cells and chondrocytes as well as the production of extracellular matrix during chondrogenesis and enchondral osteogenesis. As shown in recent studies optimizing effect of TGF-β1 on the processes of fracture healing is dose-dependent and requires its constant high concentration. In-depth understanding of the mechanisms of development reparative osteogenesis allows to develop a new strategy for optimization of the process of restoring the integrity of bone broken due to injury.
В работе описаны клеточные и молекулярные механизмы, лежащие в основе заживления перелома кости. Показано, что существуют два типа сращения перелома: при первичном в зоне повреждения непосредственно формируется костная ткань. В случае нестабильности костных фрагментов и значительного расстояния между ними процесс восстановления целостности кости проходит несколько стадий, включающих воспаление, миграцию и пролиферацию клеток, формирование тканеспецифических структур и перестройку регенерата. При этом на разных стадиях высвобождаются определенные факторы, влияющие на пролиферацию, дифференциацию остеогенных клеток и синтез ими экстрацеллюлярного матрикса. Факторы роста управляют различными этапами репаративного остеогенеза. В последние годы подтверждена регулирующая роль трансформирующего фактора роста бета-1 (ТФР-β1) и принадлежащих к его семейству костных морфогенетических белков (КМБ) в образовании и развитии костного регенерата. Согласно современным научным представлениям КМБ выступают как первичные активаторы дифференциации остеогенных клеток-предшественников и мезенхимальных клеток и принимают участие в процессах ремоделирования костной ткани и заживления перелома. Изначально считалось, что ТФР-β1 стимулирует пролиферацию малодифференцированных мезенхимальных клеток и хондроцитов, а также продукцию внеклеточного матрикса во время хондрогенеза и энхондрального костеобразования. Как показано в недавних исследованиях, оптимизирующее действие ТФР-β на процессы сращения перелома зависит от дозы и требует его постоянной высокой концентрации. Углубленное понимание механизмов развития репаративного остеогенеза позволяет развивать новую стратегию оптимизации процесса восстановления целостности кости, нарушенной вследствие травмы.
У роботі описані клітинні та молекулярні механізми, що лежать в основі загоєння перелому кістки. Зазначено, що існують два типи зрощення перелому: за первинного в зоні ушкодження безпосередньо формується кісткова тканина. У разі нестабільності кісткових фрагментів і значної відстані між ними процес відновлення цілісності кістки проходить кілька стадій, серед яких запалення, міграція і проліферація клітин, формування тканиноспецифічних структур і перебудова регенерату. При цьому на різних стадіях вивільняються певні чинники, які впливають на проліферацію, диференціацію остеогенних клітин і синтез ними екстрацелюлярного матриксу. Фактори росту управляють різними етапами репаративного остеогенезу. Останніми роками підтверджена регулювальна роль трансформувального фактору росту бета-1 (ТФР-β1) і кісткових морфогенетичних білків (КМБ), які належать до його сімейства, у формуванні та розвитку кісткового регенерату. Згідно з сучасними науковими уявленнями КМБ виступають як первинні активатори диференціації остеогенних клітин-попередників і мезенхімальних клітин і беруть участь у процесах ремоделювання кісткової тканини і загоєння перелому. Спочатку вважали, що ТФР-β1 стимулює проліферацію малодиференційованих мезенхімальних клітин і хондроцитів, а також продукцію позаклітинного матриксу під час хондрогенезу та енхондрального кісткоутворення. Як показано в недавніх дослідженнях, оптимізувальна дія ТФР-β на процеси зрощення перелому залежить від дози і вимагає його постійної високої концентрації. Поглиблене розуміння механізмів розвитку репаративного остеогенезу дає змогу розвивати нову стратегію оптимізації процесу відновлення цілісності кістки, порушеної внаслідок травми.