A explosão de células formando cartilagem está associada à mineralização durante os estágios iniciais da formação óssea, e os nanofragmentos das membranas celulares podem atuar como locais de nucleação para o fosfato de cálcio amorfo, conforme relatado em dois estudos recém-publicados em Biologia Integrativa e Ciência e Engenharia de Biomateriais ASC .

A cartilagem tem uma função semelhante a um andaime muito importante para o desenvolvimento dos ossos; durante a ossificação endocondral, os condrócitos, as células formando cartilagem, secretam proteínas da matriz e fatores de mineralização que otimizam o ambiente para a mineralização. Os mecanismos de formação óssea não estão completamente elucidados, e manipular a mineralização ainda é um desafio. Ganhar controle sobre este processo é relevante, pois resultaria em técnicas de bioengenharia aprimoradas para síntese e reconstrução de tecido de cartilagem, e para o controle da formação óssea.

Para obter mais compreensão nas etapas iniciais da formação mineral, Professor Takuya Matsumoto e Professor Assistente Emilio Satoshi Hara da Escola de Graduação em Medicina da Universidade de Okayama, A Odontologia e as Ciências Farmacêuticas estudaram a formação óssea na epífise do fêmur (ou seja, extremidade arredondada do osso) em camundongos durante ossificação secundária nos primeiros dias pós-natal.

Em um primeiro estudo, os pesquisadores observaram que os condrócitos estouram perto da área mineralizada, que eles sugerem que pode ser um mecanismo de criação de espaço para a expansão mineral. O espaço criado após a explosão da célula de fato combina bem com aquele ocupado posteriormente pelos minerais no final do processo, como demonstrado por imagens de lapso de tempo do processo de formação óssea inicial. Para demonstrar a ligação entre o estouro e a formação e expansão mineral, O professor Matsumoto e seus colegas usaram estímulos externos para induzir a explosão e manipular a formação do tecido ósseo. Em particular, dois fatores externos foram associados ao desencadeamento da explosão:pressão mecânica e osmótica. De fato, cultura ex-vivo da epífise do fêmur em condição hipotônica ou sob pressão mecânica intensificada na formação de minerais, e investigações in vivo do papel da pressão mecânica mostraram que a pressão reduzida nas articulações resulta na supressão da formação de osso na epífise do fêmur.

Na pesquisa apresentada no segundo artigo, os cientistas usaram uma variedade de técnicas para observar as mudanças dinâmicas no material orgânico e inorgânico na cartilagem de uma forma específica de tempo e estágio, confirmando que as primeiras etapas da mineralização são baseadas na atividade dos condrócitos. Uma análise cuidadosa dos nanofragmentos observados perto da área mineralizada revelou que eles eram nanofragmentos de membrana de condrócitos, e podem ser os locais de nucleação para o fosfato de cálcio amorfo, que então se transformou em cristais de apatita. Os fosfolipídios nos fragmentos podem fornecer o fosfato necessário para esse processo. Os pesquisadores também sintetizaram nanofragmentos de células artificiais, e mostraram que promovem a formação de minerais in vitro.

O controle da explosão de condrócitos por meio de estímulos externos pode resultar em novas abordagens para a engenharia da cartilagem e do tecido ósseo. Além disso, porque os nanofragmentos de membrana celular fornecem locais de nucleação para a formação de minerais, estes podem ser usados ​​para manipular a biomineralização, como os autores comentam:"a manipulação da explosão de condrócitos com estímulos mecanoquímicos externos poderia ser uma abordagem adicional para engenharia de cartilagem e tecido ósseo, "e" no futuro, materiais baseados em fragmentos de membrana celular também podem ser desenvolvidos e aplicados na engenharia e regeneração de tecido ósseo ”.

Existem dois tipos de centros de ossificação, primário e secundário. O centro de ossificação primário aparece durante o desenvolvimento pré-natal, enquanto o centro de ossificação secundário aparece durante os anos pós-natal e da adolescência. Em ossos longos, o centro de ossificação primário ocorre na parte central do osso, o centro de ossificação secundário nas extremidades.

Dois processos resultam na formação do tecido ósseo:na ossificação intramembranosa, o osso é depositado diretamente no tecido conjuntivo primitivo. Na ossificação endocondral, aquele estudado na pesquisa discutida aqui, a cartilagem atua como um precursor, e é progressivamente degradado e substituído por osso.

Como esta pesquisa revela duas maneiras de induzir a explosão de condrócitos (que por sua vez controlam a formação óssea, criando espaço para o tecido mineralizado), usando pressão mecânica e osmótica, abre caminho para novos métodos de engenharia do tecido ósseo. A revelação do papel dos fragmentos de membrana como centros de nucleação para a formação óssea oferece um novo caminho para o desenvolvimento de biomateriais para a engenharia e regeneração do tecido ósseo. Ambos os resultados abrem novas oportunidades para a bioengenharia do tecido ósseo.