El estallido de células que forman cartílago está asociado con la mineralización durante las primeras etapas de la formación ósea. y los nanofragmentos de las membranas celulares pueden actuar como sitios de nucleación para el fosfato de calcio amorfo, como se informó en dos estudios recién publicados en Biología Integrativa y Ciencia e ingeniería de biomateriales de ASC .

El cartílago tiene una función similar a un andamio muy importante para el desarrollo de los huesos; durante la osificación endocondral, los condrocitos, las células que forman el cartílago, secretan proteínas de la matriz y factores de mineralización que optimizan el ambiente para la mineralización. Los mecanismos de formación ósea no están completamente aclarados, y manipular la mineralización es todavía un desafío. Obtener el control de este proceso es relevante, ya que daría lugar a mejores técnicas de bioingeniería para la síntesis y reconstrucción del tejido del cartílago. y para el control de la formación ósea.

Para obtener una mayor comprensión de los pasos iniciales de la formación de minerales, El profesor Takuya Matsumoto y el profesor asistente Emilio Satoshi Hara de la Facultad de Medicina de la Universidad de Okayama, La Odontología y las Ciencias Farmacéuticas estudiaron la formación ósea en la epífisis del fémur (es decir, el extremo redondeado del hueso) en ratones durante la osificación secundaria en los primeros días postnatales.

En un primer estudio, los investigadores observaron que los condrocitos estallaron cerca del área mineralizada, lo que sugieren podría ser un mecanismo de creación de espacio para la expansión mineral. El espacio creado después de la explosión de la celda coincide bien con el que luego ocuparon los minerales al final del proceso. como lo demuestran las imágenes de lapso de tiempo del proceso inicial de formación ósea. Para demostrar el vínculo entre el estallido y la formación y expansión de minerales, El profesor Matsumoto y sus colegas utilizaron estímulos externos para inducir el estallido y manipular la formación de tejido óseo. En particular, dos factores externos se relacionaron con el desencadenamiento del estallido:la presión mecánica y osmótica. En efecto, cultivo ex vivo de la epífisis del fémur en condición hipotónica o bajo presión mecánica, formación de minerales mejorada, e investigaciones in vivo del papel de la presión mecánica mostraron que la presión reducida sobre las articulaciones da como resultado la formación de hueso suprimido en la epífisis del fémur.

En la investigación presentada en el segundo artículo, los científicos utilizaron una variedad de técnicas para observar los cambios dinámicos en el material orgánico e inorgánico en el cartílago de una manera específica en el tiempo y la etapa, confirmando que los primeros pasos de la mineralización se basan en la actividad de los condrocitos. Un análisis cuidadoso de los nanofragmentos observados cerca del área mineralizada reveló que eran nanofragmentos de membrana de condrocitos, y podrían ser los sitios de nucleación del fosfato de calcio amorfo, que luego se transformó en cristales de apatita. Los fosfolípidos en los fragmentos podrían proporcionar el fosfato necesario para este proceso. Los investigadores también sintetizaron nanofragmentos de células artificiales, y demostró que promueven la formación de minerales in vitro.

El control de la explosión de condrocitos por medio de estímulos externos podría resultar en nuevos enfoques para la ingeniería del tejido óseo y del cartílago. Es más, debido a que los nanofragmentos de la membrana celular proporcionan sitios de nucleación para la formación de minerales, estos podrían usarse para manipular la biomineralización, como comentan los autores:"la manipulación de la explosión de condrocitos con estímulos mecanoquímicos externos podría ser un enfoque adicional para la ingeniería del tejido óseo y del cartílago, "y" en el futuro, Los materiales basados ​​en fragmentos de membranas celulares también se pueden desarrollar y aplicar en ingeniería y regeneración de tejidos óseos ".

Hay dos tipos de centros de osificación, Primaria y secundaria. El centro de osificación primaria aparece durante el desarrollo prenatal, mientras que el centro de osificación secundaria aparece durante los años postnatal y de la adolescencia. En huesos largos el centro de osificación primario ocurre en la parte central del hueso, el centro de osificación secundario en los extremos.

Dos procesos dan como resultado la formación de tejido óseo:en la osificación intramembranosa, el hueso se deposita directamente en el tejido conectivo primitivo. En la osificación endocondral, el estudiado en la investigación discutida aquí, el cartílago actúa como precursor, y es progresivamente degradado y reemplazado por hueso.

Debido a que esta investigación revela dos formas de inducir la explosión de condrocitos (que a su vez controlan la formación de hueso al hacer espacio para el tejido mineralizado), mediante el uso de presión mecánica y osmótica, abre el camino a nuevos métodos para diseñar tejido óseo. La revelación del papel de los fragmentos de membrana como centros de nucleación para la formación de hueso proporciona una nueva vía para el desarrollo de biomateriales para la ingeniería y la regeneración del tejido óseo. Ambos resultados abren nuevas oportunidades para la bioingeniería del tejido óseo.