Mecanobiología celular del disco intervertebral

Mecanobiología celular del disco intervertebral: nuevas orientaciones y enfoques Adam H. Hsieh, Julianne D. Twomey

La mecanobiología del disco intervertebral (IVD) células que han sido un área de gran interés desde el punto de vista del crecimiento, remodelación, degeneración y reparación. Estos presentan grandes desafíos para la comprensión de estas áreas. La primera es que el estado de referencia del disco es un blanco en movimiento. Fenotipo celular y extracelular composición que están evolucionando constantemente. En segundo lugar, destaca la columna vertebral están inextricablemente unidas a otros factores intrínsecos y extrínsecos de influencias. Este acoplamiento de acumulación de factores mecánicos con estas influencias tales como el envejecimiento de la población, la genética, fenómenos electrocinéticas y el transporte de los nutrientes y los productos metabólicos que hace especialmente difícil distinguir la función precisa de mecanobiología en la fisiología y la fisiopatología del disco. En tercer lugar, el vínculo entre el estrés mecánico y trastorno clínico no se entiende. La combinación de estos han impedido un consenso se formó como un conjunto de Los resultados funcionales para reparadores/estrategias regeneradoras, que, a su vez, ha hecho difícil para montar un esfuerzo unificado hacia una endgoal común de tratamiento.

Por ello han centrado la discusión en dos áreas de enfoque relativamente nuevo en la investigación de IVD cuyas contribuciones al disco mecanobiología no son bien entendidos, pero son potencialmente significativas: el núcleo pulposo inmaduros (NP) y el ánulo interlamellar fibrosus (AF). En las siguientes secciones han descrito las estructurales, microestructurales y elementos compositivos del disco y examinar sus papeles en la mecanobiología de NP y AF interlamellar inmaduro de las células. Creyendo que una mejor comprensión de estas células podría tener un profundo impacto en la percepción de cómo el estrés mecánico regula la salud del disco.

Función biomecánico del disco intervertebral distintos modos de carga fisiológica tienen más probabilidades de influir en la magnitud, en vez de modo de estrés mecánico. Específicamente, la NP se asocia con presurización hidrostático, mientras que el AF resiste biaxiales de tracción y cizallamiento subraya, tanto dentro como entre las láminas. La capacidad de cada subregión para mantenerse dentro de los rangos fisiológicos del estrés/CEPA, sin embargo, cambia con la historia de la carga y de la salud. La vinculación de los principios biológicos y biomecánicos identificados a partir de aproximaciones reduccionistas a la fisiología del disco ha sido, y sigue siendo, un obstáculo clave en mecanobiología IVD.

Núcleo pulposo aunque inmaduro NP células han sido previamente pensado para tener poco que ver con la salud del disco, una revisión de la anatomía y los cambios microestructurales de la NP durante el crecimiento y el envejecimiento de la población sugieren que pueden poseer características necesarias para la homeostasis de IVD. Esto ha estimulado a algunos trabajos recientes se centraron en el carácter de NP células inmaduras. Curiosamente, los modelos animales in vivo de carga del disco, se proponía examinar tensiones experimentadas por los discos de adultos, han proporcionado una riqueza de información sobre la cual construir más investigaciones mecanicistas NP inmaduros mecanobiología celular.

Anatomía y microestructura de un área de la div que está en un estado de flujo relativamente alto una compleja carga de deformación en dependencia de la magnitud, frecuencia y duración del régimen de carga a lo largo del tiempo. Los inmaduros de NP, la naturaleza de los fluidos ECM permite un eficaz de generación de presión hidrostática durante la carga. Aunque suele considerarse beneficiosa, presión hidrostática también puede tener efectos no deseados. En NP inmaduros de células de conejo y cerdo, las presiones hidrostáticas tan bajo como 1 MPa puede aumentar la degradación del colágeno, si se aplica con altas frecuencias. Estudios recientes basados en nuestro historial de carga de efectos sobre las tensiones de la inmadurez de NP, la capacidad para el NP para presurizar más parece estar ligada a la hidratación del disco y estado de estrés. NP células inmaduras porque parece ser muy sensible a la presión y distorsión, la mejora de la caracterización de grupos de edad específicos de estrés mecánico exposiciones en el disco y la distribución de la tensión a través del disco beneficiaría a nuestra comprensión de los cambios iniciales durante el crecimiento y el envejecimiento de la población.

Corona fibrosus funcionalmente, el sistema AF de la div es un intrigante tejido que se asemeja tanto a los ligamentos y las grandes arterias. Se encuentran atados a las vértebras y proporcionando integridad tensional a multi-axial y espinas menores. Aspecto vacuolar y la forma celular dependen del nivel vertebral, sugiriendo sutiles diferencias fenotípicas asociadas con la variación en las exposiciones mecánicas del disco. Es responsable para resistir la elongación circunferencial generados por la presión interna de la NP.

• Anatomía y microestructura no sólo es la celda que estira un mecanismo de estimulación durante AF deformación, el esfuerzo cortante probablemente también sirve como un sólido factor determinante de la función celular. Estudios recientes han mejorado nuestra comprensión de la translamellar interlamellar y espacio, ambos de los cuales pueden desempeñar papeles importantes en mecanobiología celular. La evidencia sugiere que estas regiones surgen de diferentes orígenes, pero se vuelven composicionalmente semejante durante la maduración. Desarrollo translamellar canales parecen ser al menos parcialmente la vascularización de los tejidos involucrados en el exterior. Con el crecimiento, las estructuras vasculares desaparecen, y el espacio se convierte en territorios con componentes similares a la ECM. Concretamente, estas regiones consisten de un complejo de la edad y de red que dependen de la zonal microfibrillas que contienen colágeno, elastina y gran PGs. El AF exterior posee mayor densidad y más elastina elastina colocalization con microfibrillas.

• Mecanobiología celular las respuestas de las células AF al estrés experimentado son más propensos a ser fisiológicamente relevantes. Por otro lado, la capacidad para resolver determinados mecanismos físicos de mechanotransduction es sacrificado, que es significativo, teniendo en cuenta la variedad de microambientes físicos y los fenotipos celulares en el AF. A través de estos tipos de estudios, las tendencias generales de datos reportados son consistentes con lo que se ha teorizado que la principal función de carga de la AF. Concretamente, la carga de los regímenes que tienden a mantener la AF bajo tensión minimizar efectos deletéreos. La importancia de los esfuerzos tensionales en el AF ha sido también demostrada por someter el disco a flexión transitoria, y por menoscabar la capacidad del disco para presurizar la punción a través de la lesión.

Enfoques novedosos para IVD mecanobiología celular Distintas técnicas de manipulación genética y fabricación de biomateriales han sido utilizados para aumentar la aplicación de estos enfoques tradicionales en disco mecanobiología celular la investigación. En el ámbito de la biología molecular y celular, la capacidad de ''el ingeniero'' la función celular ha ampliado nuestra capacidad para abordar cuestiones mecanicistas. Anteriormente, estos estudios se limitaron a investigar los cambios a corto plazo en procesos celulares usando exógenamente añadido factores estimulantes o inhibidores. Alternativamente, la tecnología transgénica ha permitido estudiar cómo la presencia o ausencia de una proteína puede influir en el tejido y el desarrollo de la enfermedad. Relativamente nuevas técnicas de ADN recombinante para la ingeniería de proteínas, así como para la estabilidad de la expresión endógena y silenciamiento de genes pueden ser usados para dar funcionalidad a las células. Hasta ahora, los estudios que utilizan estas tácticas en el IVD se han centrado en aumentar la expresión del factor de crecimiento endógeno a fin de comprender los factores que intervienen en el disco degeneración y regeneración.

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