骨细胞微环境仿生模拟技术

骨细胞是生长于骨组织中的重要功能性细胞,承载着力学感知、骨重建平衡、机体矿物质代谢和内稳态调节等多种重要功能.骨陷窝-骨小管网络系统为骨细胞生长和功能发挥提供了稳定的结构微环境,骨基质的主要成分Ⅰ型胶原蛋白和羟基磷灰石是骨细胞黏附、细胞与细胞以及细胞与细胞外基质相互作用的生化微环境基础.而骨细胞多种生理功能的发挥离不开其对周围力学微环境变化的感知与响应.此外,骨细胞对周围环境非常敏感,微环境结构、生化组成和力学刺激的变化会对骨细胞结构和功能产生较大影响.因此,在微环境基础上研究骨细胞的结构和功能,是阐明骨细胞力学感知机制、发现骨细胞新的生物学功能的前提.然而,骨陷窝-骨小管网络系统复杂的结构和坚硬的质地,给在体研究带来了很大的困难.体外构建骨细胞仿生微环境成为骨细胞结构功能研究的必经之路.本文系统介绍了骨细胞的结构、生化和力学微环境,回顾了体外骨细胞微环境仿生模拟技术的最新进展,旨在为骨基础生物学、组织工程和再生医学的发展提供参考.     

对骨细胞生物学功能的最新认识

骨细胞长久以来都被看作是一种终末分化的、代谢隋性的、深埋在骨基质之中的占位细胞．并不具有重要的生理作用和功能。然而近些年的研究发现,骨细胞是一种活跃的多功能细胞,参与机体诸多生物学过程的调控。骨细胞的生物学功能可以大致归纳为以下六类：调节骨重建平衡、感知和转导力学刺激、参与机体的神经-内分泌调节、与肌肉组织有密切的相互作用、降解与合成骨基质及调控骨组织内储存的钙和其他生物活性物质。     

骨细胞的生物学功能

骨细胞是骨组织中含量最丰富、存活时间最长的细胞。通过细胞突触,骨细胞保持了彼此间以及与骨基质表面其他类型细胞的联系,构成了动态的、功能活跃的骨稳态细胞调控网络。骨细胞可以直接感受机械刺激,将其转化为生化信号并传递到其他细胞,同时,骨细胞还可分泌多种功能蛋白,协同指导骨重建。骨细胞是骨组织中信号传递的桥梁枢纽,也是体内矿物平衡和胞外微环境的重要调节者。完整的骨细胞网络结构是维持骨组织正常功能的关键。     

骨组织细胞与免疫细胞间相互作用的研究进展

骨作为一种特殊的结缔组织,是组成骨骼系统的主要部分。成骨细胞的骨形成和破骨细胞的骨吸收作用受到内分泌、神经和免疫系统的调节。其中,骨骼和免疫系统密切相关且共享许多调节分子,如细胞因子和转录因子。骨组织细胞与免疫细胞间的相互调控在骨骼系统和免疫系统中均发挥了重要作用,并产生了一个新兴的交叉学科—骨免疫学。该文综述了近年来骨组织细胞与免疫细胞间的相互调控及作用机制的研究进展并展望了未来该学科的发展方向。     

FGFs/FGFRs系统对骨调节的研究进展

成纤维细胞生长因子家族(fibroblast growth factors,FGFs)及其受体FGFRs系统影响骨骼发育和形成过程,FGF与细胞表面FGFR结合,激活信号通路调控多种细胞生长、分化和凋亡。骨是FGF的重要靶器官,研究表明FGFs/FGFRs系统对骨组织成骨细胞、破骨细胞、软骨细胞的增殖和分化起重要调控作用,本文就FGFs/FGFRs系统对骨组织调节研究进展进行综述。     

HIF-1α在骨组织细胞代谢及骨疾病中的调控作用

低氧诱导因子-1α(HIF-1α)是调节细胞对低氧应答的关键因子,可在氧含量降低时被激活,能够调节氧代谢、糖酵解等多种生理活动。骨代谢主要包括骨形成和骨吸收作用,均受到氧浓度等多种因素的调控。HIF-1α在细胞代谢、骨组织生理及病理过程的调控中起着重要的作用,能够增加骨组织的低氧耐受能力,调节骨形成和矿化过程。该文主要综述了HIF-1α对成骨细胞、破骨细胞、骨髓间充质干细胞、软骨细胞等骨组织细胞的调控,对骨血管形成过程的影响,以及对肿瘤骨转移、股骨头坏死、异位骨化等病理过程的调节作用,为探讨HIF-1α对骨代谢的调控和相关疾病的治疗提供参考。     

骨组织细胞Cx43形成的间隙连接及半通道研究进展

连接子蛋43（connexin 43,Cx43）是骨组织中主要的间隙连接（gap junction）蛋白和半通道（hemichannel）蛋白,由Cx43形成的间隙连接及半通道实现了骨组织细胞间的直接通讯。连接子蛋白对骨组织的正常发育、骨重建过程的建立与平衡是非常重要的。目前研究指出,Cx43不仅参与了骨组织的力学响应过程,也参与了二磷酸盐、甲状旁腺激素等药物对骨重建的调节过程。该文以骨组织细胞内信号传递途径的关键分子Cx43为对象,就其目前的研究现状作一综述。     

骨细胞新发现有助治疗白血病

骨细胞是成熟骨组织中的主要细胞,对骨吸收和骨形成都起作用,是维持成熟骨新陈代谢的主要细胞。日本研究人员在动物实验中发现,骨细胞不仅形成骨骼,还控制着骨髓内造血干细胞的活动。     

骨细胞初级纤毛及其在机械信号转导中的作用

骨细胞是矿化骨基质中的唯一细胞,在骨代谢中作为调控的"大脑",调节着成骨细胞的骨形成以及破骨细胞的骨吸收,骨细胞渐渐成为骨代谢研究的重点。然而,骨细胞在骨代谢中感受外界机械与化学信号的机制一直不明确。近年来研究表明,骨细胞初级纤毛(primary cilium)作为一种细胞表面的信号感受器官,不仅是感受外界机械信号刺激的"天线",而且是多种化学信号的受体及信号转导的集合器。本文综述了骨细胞初级纤毛的结构及其伴随细胞周期重建与解体的过程,着重讨论了初级纤毛在骨细胞机械信号以及其他化学信号转导中的作用,并展望了骨细胞初级纤毛的研究趋势。     

骨细胞功能研究进展

骨细胞(osteocyte)是骨组织中含量最为丰富的细胞,其寿命甚至可接近机体的寿命.骨细胞是一种活动的、具有多种功能的细胞.作为骨机械应力的直接感受器,骨细胞不仅可以将机械应力信号转化为生化信号,并且可将信号传递到骨组织其他类型细胞、调控其功能活动;此外,骨细胞还具有调整骨陷窝微环境和矿物质平衡的作用.骨细胞网络结构的完整性对于维持骨组织的正常功能至关重要.骨细胞在失重引起的骨丢失机制中也具有重要作用.