Сучасний погляд на репаративний остеогенез: основні стадії та їх закономірності

Abstract

Вступ. Репаративний остеогенез є стадійним механізмом, що забезпечує відновлення ушкодженої кісткової тканини. Вивчення та узагальнення актуальних даних щодо регенерації кісткового дефекту є основою для пошуку та розробки методів для покращення цього процесу. Метою дослідження є аналіз та систематизація актуальних даних про репаративний остеогенез, опис основних стадій та їх закономірностей. Методи. Пошук актуальних джерел, використовуючи наукові онлайн-бази даних та ключові слова. Відбір публікацій для огляду. Подальший аналіз та узагальнення інформації. Результати. Не дивлячись на різну інтерпретацію стадій репаративного остеогенезу дослідниками, всі вони описують один і той самий cкоординований процес. Виділено наступні ключові етапи: утворення гематоми, запалення, залучення МСК та ангіогенез, формування хрящової, сполучної, кісткової тканини, їх подальшареорганізації, осифікація та ремоделювання. На кожному з етапів наявніспецифічні клітинні елементи, місцеві та загальні фактори регуляції. Описано розвиток остеогенних клітин та механізми міжклітинної взаємодії, а також основні сигнальні шляхи та молекули (Wnt, RANK/RANKL/OPG, BMPs, HIFта ін.), що регулюють остео- та ангіогенез. Висвітлено роль гіпоксії в процесі регенерації кісткової тканини та ангіогенезу. Розглянуто судини Н-типу та їх участь у регуляції остеогенезу. Приділена увага феномену «трансдиференціації хондроцитів», що є одним із джерелостеобластів під час ендохондральної осифікації. В контексті ремоделювання описанозакон біомеханіки кістки та п’єзоелектричне адаптивне ремоделювання, а також кісткові мультицелюлярні одиниці як мікросистеми, що забезпечують перебудову грубоволокнистої кісткової тканиниу пластинчасту. Висновки. Репаративний остеогенез є складним та координованим процесом, як на клітинному,так і молекулярному рівнях. Процес регенерації залежить від численних локальних та системних факторів, а пошук шляхів оптимізації здійснюється на кожному з етапів.

Introduction. Reparative osteogenesis is a staged mechanism that ensures the restoration of damaged bone tissue. The study and summarisation of current data about bone defect regeneration is the basis for the search and development of methods to improve this process. The aim of the study is to analyze and systematize the current data about reparative osteogenesis, describe the main stages and their patterns. Materials and methods. Searching the relevant sources using online scientific databases and key words. Selection of publications for review. Further analysis and synthesis of information. The results. Despite different interpretations of the stages of reparative osteogenesis by researchers, they all describe the same coordinated process. The following key stages have been identified: haematoma formation, inflammation, MSC involvement and angiogenesis, cartilage, connective and bone tissue formation, their subsequent reorganisation, ossification and remodelling. Each of these stages involves specific cellular elements, local and general regulatory factors. The development of osteogenic cells and mechanisms of intercellular interaction, as well as the main signalling pathways and molecules (Wnt, RANK/RANKL/OPG, BMPs, HIF, etc.) that regulate osteo-and angiogenesis are described. The role of hypoxia in the process of bone regeneration and angiogenesis is highlighted. The H-type vessels and their participation in the regulation of osteogenesis are considered. Attention is paid to the phenomenon of ‘chondrocyte transdifferentiation’, which is one of the sources of osteoblasts during endochondral ossification. In the context of remodelling, the law of bone biomechanics and piezoelectric adaptive remodelling, as well as bone multicellular units as microsystems that ensure the restructuring of coarse fibrous bone tissue into lamellar bone tissue, are described. Conclusions. Reparative osteogenesis is a complicated and coordinated process at both the cellular and molecular levels. The regeneration process depends on numerous local and systemic factors and the optimization search is carried out at each stage.