Остеобластический клеточный дифферон

Наименее дифференцированными предшественниками остеобластов во взрослом организме являются стволовые стромальные клетки (ССК). ССК локализуются в строме красного костного мозга и других кроветворных органов. ССК представляют собой малодифференцированные клетки мезенхимального происхождения, обладающие способностью при определенных условиях дифференцироваться по остеобластическому пути. Морфологически ССК - это фибробластоподобные клетки, находящиеся в фазе G0 клеточного цикла и составляющие, таким образом, регенеративный резерв костной ткани, мобилизуемый в условиях физиологической деятельности и при посттравматическом восстановлении.

ССК дифференцируется в остеогенные клетки, являющиеся частично коммитированными (камбиальными) в остеобластической линии дифференцировки.

Характеристика: представляют собой малодифференцированные клетки мезенхимального происхождения, обладающие способностью при определенных условиях дифференцироваться по остеобластическому пути.

Морфологически не идентифицируются. В настоящее время выявлен единственный достоверный, маркер ССК - STRO-1.

ССК составляют регенеративный резерв костной ткани, мобилизуемый в условиях физиологической и репаративной регенерации.

ССК происходят от скелетогенных мезенхимальных клеток, способны к дифференцировке не только в костные и хрящевые клетки, но и другие механоциты - фибробласты, адипоциты и гладкие миоциты.

ССК входят в состав так называемого кроветворного микроокружения, элементы которого синтезируют и секретируют гемопоэтические цитокины, а также влияют на гемоцитогенез.

Остеогенные клетки

Происходят от СКК. Способны продуцировать компоненты органического матрикса (коллагены II, III и IX типов). Синтезируют также неколлагеновые белки костного матрикса - остеокальцин, остеопонтин, костный сиалопротеин, остеонектин, костные морфогенетические белки. Кроме того, для них характерен синтез щелочной фосфатазы.

Популяция остеогенных клеток дает начало двум типам клеток:

Детерминированные остеогенные клетки-предшественники (не нуждаются в какой-либо индукции). Локализация: костная ткань.

Индуцибельные остеогенные клетки-предшественники (проявляют остеогенные свойства только после действия определенных индукторов остеогенеза). Локализация: периваскулоциты, надкостница и экстраскелетные органы.

Преостеобласты

Промежуточная стадия дифференцировки остеогенных клеток в направлении к остеобластам. Это унипотентные клетки-предшественники остеобластов, составляющие пул дифференцирующихся клеток. Промежуточная стадия дифференцировки остеогенных клеток в направлении к остеобластам. Это унипотентные клетки-предшественники остеобластов, составляющие пул дифференцирующихся клеток.

Остеобласты

Остеобласты являются наиболее функционально активными клеточными элементами дифферона при остеогистогенезе. Во взрослом организме источником клеток, поддерживающих популяцию остеобластов, являются клетки рассредоточенного камбия в остеогенном слое надкостницы, эндоста, обнаруживаются они среди элементов стромы костного мозга, периваскулярных клеток, в каналах остеонов.

Электронная микроскопия показывает, что остеобласты имеют кубическую или призматическую форму. Ядро расположено эксцентрично. По своему фенотипу остеобласты - типичные активно синтезирующие и секретирующие клетки, причем секреция синтезированных веществ может осуществляться всей поверхностью клетки. В клетке имеется хорошо развитая гранулярная эндоплазматическая сеть, заполняющая практически всю цитоплазму, множество свободных рибосом и полисом, что свидетельствует об активных синтетических процессах происходящих в клетке [Хэм А., Кормак Д., 1983].

Остеобласты различны в виде слоя округлых многогранных клеток, покрывающих поверхность кости. Они обладают сильно базофильной цитоплазмой и ядром, богатым РНК. Дифференцирующиеся остеобласты содержат гликоген, который, однако, отсутствует в клетках, активно формирующих кость. Щелочная фосфатаза обнаруживается в клетках, образующих кость, и в ткани, примыкающей к ней. Поверхности костной ткани, где идет активное отложение новообразованной кости, имеют вид узкой зоны костеподобной ткани или прекостного матрикса, который отличается от костного матрикса тем, что не обызвествлен. Предкость состоит из грубых коллагеновых волокон, содержащих фокусы начальной кальцификации. Граница между предкостью и обызвествленной костью называется линией оссификации. Она становится хорошо видна с помощью окраски на липиды или при ультрафиолетовой (УФ) световой микроскопии после введения тетрациклина, который флуоресцирует и накапливается в местах обызвествления. Динамика минерализации и образования предкости может быть изучена с помощью различных флуоресцирующих меток, так же как и с тетрациклином.

Покоящиеся остеобласты обычно упрощены, имеют менее базофильную цитоплазму и плотно примыкают к поверхности кости. Поверхность трабекулярной кости и остеонов покрыта тонким слоем костных клеток-предшественников (преостеобластов) и остеобластов, который носит название эндоста.

Такие клетки покрывают большую часть внутренней поверхности кости, кроме тех областей, где находятся остеокласты или где она усеяна молодыми гемопоэтическими клетками.

Пластинчатый комплекс хорошо развит, имеется много митохондрий. Большое яйцевидное ядро располагается эксцентрично. Нередко присутствуют скопления частиц гликогена, имеются лизосомы и окаймленные пузырьки, последние часто сливаются с клеточной мембраной. Поверхность клетки покрыта небольшим количеством коротких микроворсинок. Тот же вид имеют клетки, активно синтезирующие белок, а именно коллагеновые фибриллы и основное вещество костного матрикса.

Остеобласты секретируют подавляющее большинство компонентов органического костного матрикса- коллаген I типа, щелочную фосфатазу, остеокальцин, костный сиалопротеин, остеопонтин, костные морфогенетические белки, трансформирующие факторы роста, тромбоспондин, остеонектин, коллагеназу и др.

Остеобластам принадлежит ведущая роль в минерализации органической основы костного матрикса. Считается, что процесс минерализации костного матрикса начинается с отложения аморфного фосфата кальция. Во внеклеточный матрикс катионы кальция попадают из кровотока, где находятся в связанном с белками состоянии.

Локализация: остеогенный слой надкостницы, элементы стромы костного мозга, периваскулярные клетки, каналы остеонов.

Остеогенный фактор, называемый костным морфогенетическим протеином (BMP), был извлечен из костной ткани, дентина и остеосаркомы. Предполагают, что он воздействует на мезенхимальные клетки, обусловливая их дифференцировку в хондроциты или остеобласты.

Выстилающие кость клетки (Mib_obcd_vc)

К концу продуктивного периода остеобласты, покрывающие кость со стороны костномозгового канала, становятся плоскими и входят в состав эндоста. Такие клетки называются выстилающими. Для их обозначения так же используется ряд синонимов: покрывающие кость клетки, неактивные остеобласты, поверхностные остеоциты и др. Некоторые авторы склонны рассматривать их как одни из камбиальных клеток костной ткани. Существенная роль принадлежит данным клеткам в регулировании диффузии ионов Са из кости в костномозговой канал, а также в обеспечении дифференцировки кроветворных клеток.

Синонимы: покрывающие кость клетки, неактивные остеобласты, поверхностные остеоциты и др.

Локализация: эндост.

Характеристика: мало органелл, находятся выстилающие клетки в тех местах кости, где не происходит формирования остеоида и резорбции. Находятся в тесном контакте как между собой, так и с остеоцитами посредством отростков, проникающих в костный матрикс. Существенная роль принадлежит данным клеткам в регулировании диффузии ионов Са из кости в костномозговой канал, а также в обеспечении дифференцировки кроветворных клеток.

Остеоциты

Остеоциты — это мелкие интенсивно окрашивающиеся клетки, полностью окруженные минерализованным костным матриксом, за исключением пространства шириной 1 - 2 мкм, образующего костные полости, или лакуны. Эта зона заполняется коллагеновыми фибриллами, имеющими различную конфигурацию.

Остеоциты представляют собой терминальную стадию дифференцировки клеток данного гистогенетического ряда. Пролиферация остеоцитов необратимо блокирована. Наиболее устоявшееся мнение об их функции гласит, что остеоциты обеспечивают целостность костного матрикса за счет участия в образовании белкового и полисахаридного компонентов межклеточного вещества, в регуляции минерализации костной ткани, остеоцитарном остеолизе и обеспечении ответа на механические стимулы.

Выстилающие клетки и остеоциты расположены оптимально для того, чтобы воспринимать любые изменения упругого напряжения костной ткани, и, трансформируя механические стимулы в биохимические сигналы, инициировать процессы ремоделирования в определенном её локусе. Посредством отростков они так же контактируют с выстилающими клетками и остеобластами, последним отводят роль посредников сигналов в костной резорбции. Данные контакты обеспечивают переход некоторых молекул (Са2+, цАМФ) из клетки в клетку.

Характеристика: Ультраструктурное исследование показывает, что остеоциты имеют небольшое ядро и разреженную цитоплазму. В цитоплазме остеоцитов обнаруживаются отдельные элементы гранулярной эндоплазматической сети, комплекса Гольджи, единичные митохондрии и свободные рибосомы. Величина эндоплазматической сети варьирует в зависимости от активности клетки; так, клетки, расположенные ближе к поверхности кости, обычно содержат более шероховатую эндоплазматическую сеть. Остеоциты имеют весьма длинные (50-60 мкм при среднем размере тела клетки 15-45 мкм) контактирующие между собой отростки, расположенные в костных канальцах.

Было высказано предположение, что остеоциты играют роль в разрушении костного матрикса, окружающего их, в процессе остеолиза. Эти клетки, по-видимому, способны формировать некоторое количество костной ткани, после чего оказываются заключенными в костное вещество. Несомненно имеются значительные вариации в размере костных лакун даже в нормальной кости С.A. Baud и Е. Auil (1971) классифицировали лакуны на 4 различных типа, а именно:

1. Неактивная — небольшая лакуна с ровной границей.

2. Остеолитическая — большая лакуна с неправильной границей и с большим числом лизосом в остеоците.

3.Остеопластическая — большая лакуна с новообразованные радиально расположенным коллагеном и сильно развитой эндоплазматической сетью в остеоците.

4. Пустая лакуна, содержащая клеточные обломки.

Постоянное увеличение лакун происходит в связи с гибелью остеоцитов и эндостальной резорбцией в растущей кости.

Тонкий слой кости, непосредственно примыкающий к остеоциту, содержащий минимальное количество коллагена и способный к высокой степени минерализации, называют перилакунарной костной тканью. Предполагают, что эта костная ткань играет роль в кальциевом гомеостазе.