К вопросу о молекулярно-генетических механизмах взаимодействия остеобластов костной ткани с биологическими материалами при остеопластике

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

pdf
Опубликован: Jun 20, 2025
DOI: https://doi.org/10.18097/BMCRM00262
Ключевые слова:
остеобласты; клеточная адгезия; активация репаративных процессов; сигнальные пути и каскады ферментативных реакций

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Т.Н. Медведева
Самарский государственный медицинский университет, Научно-исследовательский институт биотехнологий, 443079, Самара, ул. Чапаевская, 89
В.В. Россинская
Самарский государственный медицинский университет, Научно-исследовательский институт биотехнологий, 443079, Самара, ул. Чапаевская, 89
Л.Н. Кулагина
Самарский государственный медицинский университет, Научно-исследовательский институт биотехнологий, 443079, Самара, ул. Чапаевская, 89
Л.Т. Волова
Самарский государственный медицинский университет, Научно-исследовательский институт биотехнологий, 443079, Самара, ул. Чапаевская, 89

Аннотация

В статье обсуждаются молекулярно-генетические механизмы восстановительных процессов в костной ткани при имплантации биологических материалов. Адгезия остеобластов на биологических материалах является ключевым этапом в передаче физико-химических сигналов из биоматериалов в остеобласты. Клетки костной ткани вначале взаимодействуют с биологическим материалом опосредованно, через специфические белки внеклеточного матрикса, особенно витронектин, фибронектин и коллаген I типа. В течение нескольких секунд, опережая прямой контакт остеобластов с имплантатом, белки крови могут сорбироваться на поверхности биологического материала. Именно образование «белкового слоя» на имплантатах благоприятствует адгезии остеобластов. Остеобласты соединяются с белками крови с помощью специфической последовательности RGD, трипептида Arg-Gly-Asp, характерного для витронектина, фибронектина, коллагена I типа, остеопонтина, костного сиалопротеина, тромбоспондина. Связанные с интегринами сигнальные пути могут быть разделены на два типа: сигнальные пути, зависимые от комплекса Src-FAK, и сигнальные пути, независимые от комплекса Src-FAK. Различные сайты фосфорилирования молекулы FAK могут инициировать ряд путей, включая путь PI3K/Akt/mTOR, путь Ras/MAPK/ERK1/2 и путь p130Cas-RhoA GTPаза. Для сигнальных путей, действие которых активируется вне зависимости от комплекса Src-FAK, важным регуляторным фактором является интегрин-связанная киназа (ILK). Среди других важных клеточных мембранных белков кадгерины могут также служить сигнальными молекулами трансдукции, вовлеченными в регуляцию важных клеточных активностей. Таким образом, помимо физического прикрепления остеобластов к биоматериалам клеточная адгезия приводит к активации нескольких сигнальных путей, среди которых связанные с интегринами и кадгеринами сигнальные пути являются наиболее важными.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Как цитировать
Медведева T., Россинская V., Кулагина L., & Волова L. (2025). К вопросу о молекулярно-генетических механизмах взаимодействия остеобластов костной ткани с биологическими материалами при остеопластике. Biomedical Chemistry: Research and Methods, 8(2), e00262. https://doi.org/10.18097/BMCRM00262
Выпуск
Том 8 № 2 (2025)
Раздел
ОБЗОРЫ

Библиографические ссылки

  1. Ogle, O.E. (2015) Implant surface material, design, and osseointegration.Dent. Clin. North Am., 59(2), 505-520. DOI
  2. Chen, Ni, S., Han, S., Crauford, R., Lu, S., Wei, F., Chang, J., Wu, C., Xiao,Y. (2017) Nanoporous microstructures mediate osteogenesis by modulating theosteo-immune response of macrophages. Nanoscale, 9(2), 706-718. DOI
  3. Chen, Z., Bachhuka, A., Wei, F., Wang, X., Liu, G., Vasilev, K., Xiao, Y.(2017) Nanotopography-based strategy for the precise manipulation ofosteoimmunomodulation in bone regeneration. Nanoscale, 9(46), 18129-18152. DOI
  4. Chen, Sh., Guo, Y., Liu, R., Wu, S., Fang, J., Huang, B., Li, Z., Chen, Zh.,Chen, Z. (2018) Tuning surface properties of bone biomaterials to manipulateosteoblastic cell adhesion and the signaling pathways for the enhancement ofearly osseointegration. Coll. and Surf. B: Biointerfaces, 164, 58-69. DOI
  5. Vagaska, B., Bacakova, L., Filova, E., Balik, K. (2010) Osteogenic cells onbio-inspired materials for bone tissue engineering. Physiol. Res., 59(3), 309-322. DOI
  6. Rico, P., Rodriguez Hernandez, J.C., Moratal, D., Altankov, G., Monleon,P.M., Salmeronsanchez, M. (2009) Substrate-induced assembly of fibronectininto networks: influence of surface chemistry and effect on osteoblast adhesion.Tissue Eng. Part A, 15(11), 3271-3281. DOI
  7. Hidalgo-Bastida, L.A., Cartmell, S.H. (2010) Mesenchymal stem cells,osteoblasts and extracellular matrix proteins: enhancing cell adhesion anddifferentiation for bone tissue engineering. Tissue Eng. Part B Rev., 16(4), 405-412. DOI
  8. Zhou, J., Han, Y., Lu, S. (2014) Direct role of interred spacing in mediatingcell adhesion on Sr-HA nanorod-patterned coatings. Int. J. Nanomedicine, 9,1243-1260. DOI
  9. Khalilii, A.A., Ahmad, M.R. (2015) A review of cell adhesion studies forbiomedical and biological applications. Int. J. Mol. Sci., 16(8), 18149-18184. DOI
  10. Kim, S.H., Turnbull, J., Guimond, S. (2011) Extracellular matrix and cellsignaling: the dynamic cooperation of integrin, proteoglycan and growth factorreceptor. J. Endocrinol., 209(2), 139-151. DOI
  11. Manning, B.D., Cantley, L.C. (2007) AKT/PKB signaling: navigatingdownstream. Cell, 129(7), 1261-1274. DOI
  12. Guntur, A.R., Rosen, C.J. (2011) New insights into osteoblasts and their rolein bone formation: the central role of P13 kinase. J. Endocrinol., 211(2), 123-130. DOI
  13. Mitra, S.K., Hanson, D.A., Schlaepfer, D.D. (2005) Focal adhesion kinase:in command and control of cell motility. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 6(1), 56-68. DOI
  14. Jiang, T., Guo, L., Ni, S., Zhao, Y. (2015) Upregulation of cell proliferationvia Shс and ERK1/2 MAPK signaling in SaOS-2 osteoblasts grown onmagnesium alloy surface coating with tricalcium phosphate. J. Mater. Sci.Mater. Med., 26(4), 158. DOI
  15. Ge, C., Yang, Q., Zhao, G., Yu, H., Kirkwood, K.L., Franceschi, R.T. (2012)Interactions between extracellular signal-regulated kinase 1/2 and p38 MAPkinase pathways in the control of RUNX2 phosphorylation and transcriptionalactivity. J. Bone Miner. Res., 27(3), 538-551. DOI
  16. Schroeder, T.M., Jensen, E.D., Westendorf, J.J. (2005) Runx2: a masterorganizer of gene transcription in developing and maturing osteoblasts. Birth.Defects Research (Part C), 75(3), 213-225. Wiley-Liss, Inc. DOI
  17. Legate, K.R., Wickstrӧm, S.A., Fӓssler, R. (2009) Genetic and cell biologicalanalysis of integrin outside-in signaling. Genes Dev., 23(4), 397-418. DOI
  18. Dejaeger, M., Bohm, A.M., Dirckx, N., Devriese, J., Nefyodova, E., Cardoen,R., St-Arnaud, R., Tournoy, J., Luyten, F.P., Maes, C. (2017) Integrin-linkedkinase regulates bone formation by controlling cytoskeletal organization andmodulating BMP and Wnt signaling in osteoprogenitors. J. Bone Miner. Res., 32(10), 2087-2102. DOI
  19. Xu, L., Meng, F., Ni, M., Lee, Y., Li, G. (2013) N-cadherin regulatesosteogenesis and migration of bone marrow-derived mesenchymal stem cells.Mol. Biol. Rept., 40(3), 2533-2539. DOI
  20. Marie, P.J., Hay, E., Modrowski, D., Revollo, L., Mbalaviele, G., Civitelli,R. (2014) Cadherin-mediated cell-cell adhesion and signaling in the skeleton.Calcif. Tissue Int., 94(1), 46-54. DOI
  21. Vlashi, R., Zhang, X., Wu, M., Chen, G. (2023) Wnt signaling: essentialroles in osteoblast differentiation, bone metabolism and therapeutic implicationsfor bone and skeletal disorders. Gene Dis., 10(4), 1291-1317. DOI
  22. Liu, J., Xiao, Q., Xiao, J., Niu, Ch., Li, Yu., Zhang, X., Zhou, Zh., Shu, G.,Yin, G. (2022) Wnt/β-catenin signaling function, biological mechanisms, andtherapeutic opportunities. Signal transduction and targeted therapy, 7(1), 3. DOI
  23. Ponzetti, M., Rucci, N. (2021) Osteoblast differentiation and signaling:established concepts and emerging topics. Int. J. Mol. Sci., 22(13), 6651. DOI
  24. Cech, T.R., Steitz, J.A. (2014) The noncoding RNA revolution—trashing oldrules to forge new ones. Cell, 157, 177–194. DOI
  25. Capulli, M., Paone, R., Rucci, N. (2014) Osteoblast and osteocyte: gameswithout frontiers. Arch. Biochem. Biophys., 561, 563–612. DOI
  26. Boyden, L.M., Mao, J., Belsky, J., Mitzner, L., Farhi, A., Mitnick, M.A., Wu,D., Insogna, K., Lifton, R.P. (2002) High bone density due to a mutation inLDL-receptor–related protein 5. N. Engl. J. Med., 346, 1513–1521. DOI
  27. Zhang, J., Hao, X., Yin, M., Xu, T., Guo, F. (2019) Long Non-Coding RNAin osteogenesis: a new world to be explored Bone Jt. Res., 8, 73–80. DOI
  28. Nardocci, G., Carrasco, M.E., Acevedo, E., Hodar, C., Meneses, C.,Montecino, M. (2018) Identification of a novel long noncoding RNA thatpromotes osteoblast differentiation. J. Cell Biochem., 119, 7657–7666. DOI
  29. Zhang, W., Dong, R., Diao, S., Du, J., Fan, Z., Wang, F. (2017) Differentiallong noncoding RNA/mrna expression profiling and functional network analysisduring osteogenic differentiation of human bone marrow mesenchymal stemcells. Stem Cell Res. Ther., 8, 1–13. DOI
  30. Wei, B., Wei, W., Zhao, B., Guo, X., Liu, S. (2017) Long non-codingRNA HOTAIR inhibits mir-17-5p to regulate osteogenic differentiation andproliferation in nontraumatic osteonecrosis of femoral head. PLoS One, 12(2),e0169097. DOI
  31. Jia, J., Feng, X., Xu, W., Yang, S., Zhang, Q., Liu, X., Dai, Y.F.Z. (2014)MiR-17-5p modulates osteoblastic differentiation and cell proliferation bytargeting SMAD7 in non-traumatic osteonecrosis. Exp. Mol. Med., 46. DOI
  32. .Silva, A.M., Moura, S.R., Teixeira, J.H., Barbosa, M.A., Santos, S.G.,Almeida, M.I. (2019) Long noncoding RNAs: a missing link in osteoporosis.Bone Res., 7, 1–16. DOI
  33. Barrett, S.P., Salzman, J. (2016) Circular RNAs: analysis, expression andpotential functions. Development, 143, 1838–1847. DOI
  34. Ouyang, Z., Tan, T., Zhang, X., Wan, J., Zhou, Y., Jiang, G., Yang, D., Guo,X., Liu, T. (2019) CircRNA hsa_circ_0074834 promotes the osteogenesisangiogenesiscoupling process in bone mesenchymal stem cells (BMSCs) byacting as a ceRNA for miR-942-5p. Cell Death Dis., 10. DOI
  35. Huang, X., Cen, X., Zhang, B., Liao, Y., Zhu, G., Liu, J., Zhao, Z. (2019)Prospect of circular RNA in osteogenesis: a novel orchestrator of signalingpathways. J. Cell. Physiol., 234, 21450–21459. DOI
  36. Tsiklin, I.L., Pugachev, E.I., Kolsanov, A.V., Timchenko, E.V., Boltovskaya,V.V., Timchenko, P.E., Volova, L.T. (2022) Biopolymer material from humanspongiose for regenerative medicine application. Polymers, 14(5), 941. DOI
  37. Medvedeva, T., Volova, L., Kulagina, L. (2023) The study of type I collagenby immunoblotting in samples of bone-plastic biomaterials. BiomedicalChemistry: Research and Methods, 6(2), e00189. DOI
  38. Ryabov, N.A., Volova L.T., Alekseev D.G., Kovaleva S.A., Medvedeva T.N.,Vlasov M.Yu. (2024) Mass spectrometry of collagen – containing allogeneichuman bone tissue material. Polymers (Basel), 16(13), 1895. DOI