利用者:加藤勝憲/軟骨形成
軟骨形成は、軟骨が形成される過程である[1]。
Chondrogenesis is the process by which cartilage is developed.[1]
胚軟骨のほとんどは徐々に骨化して骨になるが、関節軟骨は骨化しないままである。成人では、ヒアルロン酸関節軟骨は軟骨と骨の接合部で徐々にミネラル化する。
軟骨の修復は、軟骨細胞が動かないことと、ヒアルロン酸軟骨への血液供給不足のために困難である。最新の技術では、患者自身の軟骨から培養した細胞や、合成液体軟骨を用いて修復する。
分子レベルでは、軟骨形成は成長因子や、骨形成タンパク質、Noggin、Sox5、Sox6、Sox9、Indian Hedgehogなどのタンパク質によって制御されている。二重網目ハイドロゲルから開発された合成軟骨は、天然軟骨の強靭さを模倣する上で有望な結果を示している。硫酸トランスポーターSLC26A2の欠損は骨軟骨異形成を引き起こす可能性があり、この分野における継続的研究の重要性を示している。
胎児発育における軟骨
[編集]胚発生において、骨格系は中胚葉生殖細胞層に由来する。軟骨化（軟骨形成とも呼ばれる）は、凝縮した間充織組織から軟骨が形成される過程であり[2]、軟骨は軟骨細胞に分化し、細胞外マトリックスを形成する分子の分泌を開始する。
In embryogenesis, the skeletal system is derived from the mesoderm germ layer. Chondrification (also known as chondrogenesis) is the process by which cartilage is formed from condensed mesenchyme tissue, which differentiates into chondrocytes and begins secreting the molecules that form the extracellular matrix.
胎児の発育初期には、骨格の大部分は軟骨である。この一時的な軟骨は徐々に骨に置き換わるが（軟骨内骨化Endochondral ossification）、この過程は思春期に終了する。一方、関節の軟骨は生涯骨化せず、永久的なものである。
ミネラル化
[編集]成人のヒアルロン酸関節軟骨は、軟骨と骨の接合部で徐々にミネラル化する。これは関節石灰化軟骨と呼ばれる。軟骨の荷重と剪断応力に依存した速度で、無機化前線がヒアルロン酸関節軟骨の基部を通過する。鉱化前線の前進速度と鉱物の沈着密度の断続的な変化により、関節石灰化軟骨には複数の「タイデマーク」が生じる。
成熟した関節石灰化軟骨は血管芽によって貫通され、その血管腔で軟骨内骨化と同様の過程を経て新生骨が作られる。セメント線が関節石灰化軟骨と軟骨下骨とを区分している。
in a process similar to endochondral ossification at the physis.
修復
[編集]一度損傷した軟骨の修復能力には限界がある。軟骨細胞は裂け目に in lacunae結合しているため、損傷部位に移動することができない。また、ヒアルロン酸軟骨には血液が供給されないため、新しいマトリックスの沈着は遅い。損傷したヒアルロン酸軟骨は通常、線維軟骨の瘢痕組織に置き換わる。ここ数年、外科医と科学者は、人工関節置換術の必要性を先延ばしするのに役立つ、一連の軟骨修復術を精巧に作り上げた。
elaborated a series of cartilage repair procedures that help to postpone the need for joint replacement.
1994年の試験で、スウェーデンの医師たちは、患者自身の軟骨から培養した細胞を移植することで、損傷した膝関節を修復した。1999年、米国の化学者たちは、断裂した組織の修復に使用する人工液体軟骨を開発した。この軟骨は傷口や損傷した関節に注入され、紫外線を浴びると硬化する[3]。
合成軟骨
[編集]研究者たちによれば、「分子ブラシ」の潤滑層は、関節内で遭遇する最も高い圧力下でも自然界を凌駕することができ、人工関節置換術に重要な影響を与える可能性があるという[4]。長さ60ナノメートルのブラシフィラメントにはポリマー骨格があり、そこから小さな分子基が突き出ている。これらの合成基は、細胞膜に見られる脂質に非常によく似ている。
「水分の多い環境では、これらの分子グループのそれぞれが、静電気力によって最大25個の水分子を引き寄せる。これらの鞘は、骨の関節の圧力を模倣するためにしっかりと押し付けられたときでも、ブラシが互いにこすれ合う際の潤滑を保証する[4]。
ダブルネットワーク・ハイドロゲルとして知られるこの新素材の驚異的な強度は、2003年に北海道の研究者たちによって初めて発見されたときの嬉しい驚きだった。従来のハイドロゲルのほとんどは、80～90パーセントの水をポリマーネットワークに保持したもので、ゼラチンのように簡単にバラバラになってしまう。日本の研究チームが偶然発見したのは、ゲルに第二のポリマーを加えることで、軟骨に匹敵するほど丈夫になることだった[5]。
分子レベルでの考察
[編集]骨形態形成タンパク質は、胚発生の過程で放出される成長因子で、軟骨形成の過程で細胞の凝縮と決定を誘導する[6]。ノギンは、間葉系細胞の凝縮と分化を阻害することにより、軟骨形成を阻害する[6]。
ソニック・ヘッジホッグ（Shh）という分子は、L-Sox5、Sox6、Sox9、Nkx3.2の活性化を修飾する。Sox9とNkx3.2は、Nkx3.2がSox9阻害因子を不活性化するという正のフィードバックループで互いに誘導し合う。このループはBMPの発現によって支えられている。Sox9の発現はBMPの発現を誘導し、軟骨細胞の増殖と分化を引き起こす[7]。
The molecule sonic hedgehog (Shh) modifies the activation of the L-Sox5, Sox6, Sox9 and Nkx3.2.
L-Sox5とSox6はSox9と共通の役割を担っている。L-Sox5とSox6は、Col2a1とCol11a2遺伝子の活性化を誘導し、後期軟骨細胞のマーカーであるCbfa1の発現を抑制すると考えられている。また、L-Sox5は主に胚軟骨形成に関与し、Sox6は出生後の軟骨形成に関与すると考えられている[8]。
インディアン・ヘッジホッグ（Ihh）という分子は、前肥大軟骨細胞によって発現される。Ihhは軟骨細胞の増殖を刺激し、PTHrPの発現を維持することによって軟骨細胞の成熟を制御している。PTHrPはパターニング分子として働き、軟骨細胞が分化を開始する位置を決定する[9]。
The molecule Indian hedgehog (Ihh) is expressed by prehypertrophic chondrocytes. Ihh stimulates chondrocyte proliferation and regulates chondrocyte maturation by maintaining the expression of PTHrP.
軟骨形成を制御する遺伝子のリストには、ATOH8やEBF1といった新規の転写因子が加えられている[10]。
サルフェーション
[編集]The SLC26A2 is a sulfate transporter. Defects result in several forms of osteochondrodysplasia.[11]
出典
[編集]- ^ Chondrogenesis - MeSH・アメリカ国立医学図書館・生命科学用語シソーラス
- ^ DeLise, A.M.; Fischer, L.; Tuan, R.S. (September 2000). “Cellular interactions and signaling in cartilage development”. Osteoarthritis and Cartilage 8 (5): 309–34. doi:10.1053/joca.1999.0306. PMID 10966838.
- ^ “Dictionary, Encyclopedia and Thesaurus - the Free Dictionary”. 2023年7月5日閲覧。
- ^ a b “Artificial cartilage performs better than the real thing”. 2023年7月5日閲覧。
- ^ “Study of Tough Hydrogel for Synthetic Cartilage Replacement”. 2009年1月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年6月11日閲覧。
- ^ a b Pizette, Sandrine; Niswander, Lee (March 2000). “BMPs Are Required at Two Steps of Limb Chondrogenesis: Formation of Prechondrogenic Condensations and Their Differentiation into Chondrocytes”. Developmental Biology 219 (2): 237–49. doi:10.1006/dbio.2000.9610. PMID 10694419.
- ^ Zeng, L. (1 August 2002). “Shh establishes an Nkx3.2/Sox9 autoregulatory loop that is maintained by BMP signals to induce somitic chondrogenesis”. Genes & Development 16 (15): 1990–2005. doi:10.1101/gad.1008002. PMC 186419. PMID 12154128.
- ^ Smits, Patrick; Li, Ping; Mandel, Jennifer; Zhang, Zhaoping; Deng, Jian Ming; Behringer, Richard R; de Crombrugghe, Benoit; Lefebvre, Véronique (August 2001). “The Transcription Factors L-Sox5 and Sox6 Are Essential for Cartilage Formation”. Developmental Cell 1 (2): 277–290. doi:10.1016/S1534-5807(01)00003-X. PMID 11702786.
- ^ St-Jacques, Benoit; Hammerschmidt, Matthias; McMahon, Andrew P. (15 August 1999). “Indian hedgehog signaling regulates proliferation and differentiation of chondrocytes and is essential for bone formation.”. Genes & Development 13 (16): 2072–86. doi:10.1101/gad.13.16.2072. PMC 316949. PMID 10465785.
- ^ Takács, Roland; Vágó, Judit; Póliska, Szilárd; Pushparaj, Peter Natesan; Ducza, László; Kovács, Patrik; Jin, Eun-Jung; Barrett-Jolley, Richard et al. (2023-03-29). “The temporal transcriptomic signature of cartilage formation”. Nucleic Acids Research: gkad210. doi:10.1093/nar/gkad210. ISSN 1362-4962. PMID 36987858.
- ^ Haila, Siru; Hästbacka, Johanna; Böhling, Tom; Karjalainen–Lindsberg, Marja-Liisa; Kere, Juha; Saarialho–Kere, Ulpu (26 June 2016). “SLC26A2 (Diastrophic Dysplasia Sulfate Transporter) is Expressed in Developing and Mature Cartilage But Also in Other Tissues and Cell Types”. Journal of Histochemistry & Cytochemistry 49 (8): 973–82. doi:10.1177/002215540104900805. PMID 11457925.
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