Luun biologiasta ja solutyypeistä

 Per Bosemarkin väitöskirja pureutuu ongelmaan, minkä takia kaikki murtumat eivät parane, ja miten saisi parantumattoman murtumankin paranemaan.

Hän on ortopedian tohtorivuodesta 2014 väiteltyään työstä Enhancing bone health through concurrent anabolic- and anti-catabolic pharmacological treatment.

ISBN 978-91-7619-033-3. ISSN 1652-8220 Lundin yliopisto.

Koska tämä on mielenkiintoinen aihe ja monessa seikassa voi myös potilaskunta olla luunsa paranemisen myötä- tai vasta-vaikuttaja, niin suomennan Bosemarkin ajattelutavasta ja kirjasta muutamia lähdetietoja: Ensinnä luun biologista ja solutyypeistä (1)  Sitten Non-union murtumasta (2) sivulta 25. 

Luun biologiasta (väitöskirjan sivuilta 19-21) suomennosta

LUU optimoi mekaanista vahvuuttaan ja minimoi massaansa. Tämän takia sillä on massansa verraten korkea murtumaa vastustava kyky. Luu ei ole inerttiä, vaan se on dynaaminen kudos, joka vastaa miljöön stimuluksiin. Luulla on ainutlaatuinen kyky parantua jättämättä arpea ja uudelleen muovautua koko elämän iän.

Luu muodostuu extrasellulaarisesta matriksista (solunulkoisesta matrixista ECM) ja soluista .

ECM on koostumus mineraaleista, proteiineista, vedestä, suoloista, lipideistä, glykoproteiineista ja proteoglykaaneista

osteoblastit tuottavat ECM.

Kypsässä luussa on 60-70% ECM materiaalista mineralisoitunut kalsiumfosfaatilla ja hydroksyapatiitilla.

Matrixin oprgaaninen osa (20-25 %) on pääasiassa tyypin 1 kollageenia. Lopputilavuus on vettä.

Mineralisoituneeseen matrixiin asettuu kasvutekijöitä: BMP-perheen proteiineja, TGF-beta, IGF, IL-1, IL-6.

BMP = Bone Morphogenetic Protein, luun morfogeeneettinen proteiini

TGF-beta= Transforming Growth factor-beta, transformoiva kasvutekijä

IGF= Insulin-like Growth Factor, insuliinin kaltainen kasvutekijä

IL-1, IL-6 = interleukins -1 , -6, sytokiini interleukiini

Osteosyytit, osteoblastit, osteoklastit ja luuta reunustavat solut (Bone Lining Cells) ovat luumatrixissa ja sen pinnalla j vastaavat luun synteeistä ja hajoituksesta.

Luun sisässä ja lähistössä on useita muita solutyyppejä.

 Eräät luuytimen strooman solut ovat osteoprogeniittorisoluja, jotka voivat erilaistua osteoblasteiksi

Luuytimessä on hematopoieettisia  ( vertamuodostavan linjan) soluja, jotka ovat osteoklastien edeltäjiä.

LUUN SOLUTYYPIT

(Kommentti : Kuten verisoluillakin on omat luokkansa ja koulunsa, sama on luusoluillakin   veren pitää olla plastista reologista  perpetuum mobile ja luun elävää dynaamista arvetonta ja  (elää toivossa että ihminen tahtoo myös liikkua ja tekee hyviä valintoja-   Hermostolla, sillä mitä ihminen tekee,  on suuri merkitys luun kunnossa pysymiselle!  Verellä ja luulla onkin sukulaisuussuhteet, jossa luuydin mainitaan ja luustolla ja hermostolla on jokin  interkommunikaatiotaso) 

 

"OSTEOBLASTIT  ovat peräisin mesenkymaalisista kantasoluista, joita luuytimessä on.

Näiden luuydinstroomasolujen nimi engl. on Marrow Stromal Cells

Niistä syntyy erilaisia mesenkymaalisia soluja osteoblastit, fibroblastit, kondrosyytit, adiposyytit ja myosyytit ja sen takia niitä soluja sanotaan mesenkymaalisiksi kantasoluiksi MSC

MSC= Mesenchymal Stem Cells

Arvellaan, että BMP on tärkeä osteoblastien erilaistumiseen vaikuttava kasvutekijä.

Sellainen solu, joka passitetaan osteoblastiksi erilaistumisen tielle, on osteoprogeniittorisolu Jatkoerilaistuminen tapahtuu erilaisten kasvutekijöiden paimennuksessa ja tuloksena on kypsä osteoblasti, joka pystyy tuottamaan osteoidia (solutonta)  matrixia. 

 

Erilaistumisprosessin aikana solut vaihtavat sijaintiaan.

Epäkypsät stroomasolut, joita ytimessä on, migroituvat kohti luupintaa erilaistuessaan kypsiksi osteoblasteiksi. Erilaistumisen kuluessa solujen proliferaatiokyky vähenee, eikä  kypsä osteoblasti enää jakaudu. 

Kypsä osteoblasti alkaa tuottaa osteoidia vastaten erilaisiin hormoneihin ja mekaanisiin tekijöihin ja sillä on puoliintumisaika, joka on noin 100 päivää. Aktiivikautensa jälkeen ne voivat transformoitua luun rajasoluiksi ja pysytellä luun pinnalla tai ne voivat sijoittautua extrasellulaarimatriksin (ECM) sisään osteosyytteinä. Mutta ne voivat myös kadota apoptoosissa. 

Kypsän osteoblastin esittää pinnallaan on RANKL  jaa se kontolloi luun resorption ja luunmuodostuksen koordinaation.

 

Luun rajasolut ( Bone lining cells) 

Jotkut osteoblastit kehittyvät myös näiksi pintasoluiksi.

Alati koko luun pintaa peittää kauttaaltaan solukerros. Luun metabolisesta tilasta riippuu, mitä solutyyppiä pintasolut ovat. Useimmat luupinnat eivät ole metabolisesti aktiiveja ja niitä peittää lepäävät luupinnan rajasolut. Mutta aktiivin luunmuodostuksen alueessa on  pinnalla   osteoblasteja vieri vieressä. ( Niissä kohdissa missä tapahtuu luun resorptiota, osteoklastit rajaavat luun pintaa).

Luunpintaa rajaavat solut ovat litteitä ja niistä on kadonut kaikki niiden osteoblastisten edeltäjien aineenvaihdunnallinen aktiivisuus. Niiden funktiota ei tunneta, mutta arvellaan, että niillä olisi kyky reaktivoitua taas osteoblastifunktioon. Ne saattaisivat myös estää osteoklastien tekemää resorptiota pelkästään kattamalla fysikaalisesti luun pinnan. Remodeling- vaiheen aikana niillä saattaa olla osaa osteoklastisten kuoppien siivoajana niin, että uutta luuta voi asettua paikalle. (Miller et al. 2007).

Osteosyytit. 

Noin kolmasosa osteoblasteista lopulta asettuu mineralisoituvaan matriksiin osteosyytteinä. Ne ovat luun lukuisin solu. Ne pysyvät elossa vuosikymmeniä ja niitä on havaittavissa mineralisoituneen matriksin lakunaarisissa tiloissa sekä trabekulaarisessa luussa että kortikaalisessa luussa. Päinvastoin kuin osteoblastit, osteosyytit eivät ole vahvasti metabolisesti aktiiveja,vaan tuottavat pieniä määriä matrixproteiineja Osteosyyttien solusooma on pienempi kuin osteoblastin ja siitä lähtee runsaasti pieniä solu-ulokkeita, jotka kulkevat luun läpi pienissä kanavissa. Nämä ulokkeet muistuttavat hermojen dendriittejä. Osteosyytit ovat keskenään yhteydessä ja signaloivat näiden ulokkeiden avulla. Täten jokainen osteosyytti on yhteydessä naapurisolujensa verkostoon. Tähän taidokkaaseen infrastruktuuriverkkoon kuuluu myös luunpintasolut ja osteoblastit sekä luun pinnalla että luuytimessä olevat solut. Osteosyyttien toimintaa ei tunneta täysin, mutta tiedetään niillä olevan osaa mekanosensorisessa aistimisessa (Miller et al. 2007; Nakamura 2007) kommunikoivalla, kanavissa risteilevällä verkostollaan, mikä soveltuu hyvin mekaanisen rasituksen monitoroimiseen ja matrixvaurioon vastaamiseen.

Osteoklastit 

välittävät luun resorption ja ne ovat lähisukua makrofageille, joita hematopoieettisista edeltäjistä syntyy. Osteoklasti kehittyy järjestelmällisen erilaistumisprosessin kautta. Niitä havaitaan luun pinnalla resorboimassa mineralisoitunutta luuta.

Edeltäjäsolut ovat peräisin joko itse luuytimestä tai niitä tulee verenkierrosta luuydinkapillaarien kautta. Mononukleaariset ( yksitumaiset) pre-osteoklastit sulautuvat yhteen siten, että muodostuu kypsä monitumainen osteoklasti. Ne ovat hyvin isoja soluja, joissa voi olla jopa 20 tumaa. Niiden sytoplasmassa on monia mitokondrioita ja lysosomeja hajoittavine entsyymeineen. Solupinnallaan osteoklastit esittävät NF-kappaBeta:n reseptoriaktivaattoria (RANK) ja sillä on tärkeä osa osteoklastien aktivoimisessa (Nakamura 2007, Peroff, Römer 2009).

Osteoklastit ovat polarisoituneita soluja ja niillä on (basalisesti) poimuinen reuna (kuin nakertava hammas!) luupintaa päin ja peräpäässä (apikaalisesti) toiminnallinen sekretorinen alue. Luun resorption aikana osteoklasti takertuu luupintaan  eräänlaisella sinetöivällä vyöhykkeellä tämän poimuisen alueen ympäriltä ja sitten alkaa erittää basaalikerroksen läpi tälle rajatulle alueelle hiilihappoa ja hajoittavia entsyymeitä. Poimuinen raja lisää sitä pintaa, missä basaalikalvo saa kontaktia luuhun tehostaen täten resorptiota. Luun resorptiosta vapautuu matrixtähteitä ja kalsium- sekä fosfaattijoneja resorptiotilavuuteen, mistä ne jatkossa kuljetetaan basaalikalvon läpi endosyytoosilla. Ne hajoitetaan edelleen solun sisällä lysosomeilla tai kuljetetaan apikaaliseen solukalvoon päin, josta niitä vapautuu extrasellulaaritilaan. Osteoklastien elinikä on noin 10 päivää ( Miller 2007, nakamura 2007). 

Osteoklastin öintareseptori : RANK=receptor activator of nuclear factor kappa beta (NF-kB) 

(Osteoblastin pinnan RANKL on edellisen reseptorin ligandi

OPG on decoy receptor  RANKL:lle  ja estää osteoklastien differentioitumista.

Osteoblasti toimittaa osteoprogeriinia OPG).

(Tästä löytyy netistä hakusanalla OPG/RANKL/RANK system)