Почему лечение костей может мешать сращению перелома?

НЕОРТОДОКСАЛЬНАЯ ГИПОТЕЗА: При некоторых переломах на фоне утраты функции яичников сенесцентные стромальные клетки на раннем этапе восстановления создают необходимое предварительное механическое напряжение за счёт устойчивой актомиозиновой тяги. Основной защитный эффект этих клеток состоит в непосредственной стабилизации незрелой костной мозоли. Секреция факторов восстановления в этой гипотезе не служит основным защитным механизмом. Удаление этих клеток может уменьшать патологическую резорбцию и одновременно снимать предварительное механическое напряжение, усиливая деформацию между костными отломками и препятствуя сращению перелома. Поэтому избирательное сохранение на раннем этапе клеток, обладающих сократительной активностью, поддерживает восстановление даже при высоком общем количестве сенесцентных клеток. Сохранение этой механической функции стабилизирует SPV_9, предотвращая остаточное повреждение скелета.

Гипотеза предсказывает, что обратимое ингибирование миозина только в клетках определённой линии с подтверждённым сенесцентным состоянием вызовет немедленное снижение жёсткости костной мозоли при сохранении жизнеспособности клеток, содержания внеклеточного матрикса и объёма секреции. Согласно этому предсказанию, после удаления этих клеток восстановление измеренного предварительного механического напряжения внешним воздействием обеспечит последующее формирование костной перемычки между отломками и восстановление механической прочности без возвращения удалённых клеток или восполнения их секретома. Применение одной лишь кондиционированной среды такого результата не даст. Если немедленный механический эффект отсутствует, а пространственно распределённые морфогены, фибринолиз или связь через межклеточные контакты обеспечивают восстановление, эту гипотезу следует отвергнуть.

После удаления этих клеток предварительное механическое напряжение восстанавливают внешним воздействием до измеренного уровня. По гипотезе, это должно обеспечить последующее образование костной перемычки между отломками и восстановление механической прочности, даже если сами клетки и их секретом не восстановлены. Одной кондиционированной среды для этого должно быть недостаточно. Эту гипотезу опровергает сочетание двух результатов: немедленный механический эффект отсутствует, а заживление возобновляется благодаря морфогенам, расположенным по определённой пространственной схеме, фибринолизу или связи через межклеточные контакты.

Раннее удаление сенесцентных клеток может ухудшать заживление перелома, препятствуя удалению фибрина даёт другое предсказание: Если гипотеза верна, при культивировании ранней костной мозоли с инструментальным контролем обратимое подавление активности миозина только в клетках определённой линии, сенесценция которых подтверждена, должно немедленно снизить жёсткость костной мозоли при сохранении жизнеспособности клеток, содержания внеклеточного матрикса и уровня секреции. После удаления этих клеток предварительное механическое напряжение восстанавливают внешним воздействием до измеренного уровня. По гипотезе, это должно обеспечить последующее образование костной перемычки между отломками и восстановление механической прочности, даже если сами клетки и их секретом не восстановлены. Одной кондиционированной среды для этого должно быть недостаточно. Эту гипотезу опровергает сочетание двух результатов: немедленный механический эффект отсутствует, а заживление возобновляется благодаря морфогенам, расположенным по определённой пространственной схеме, фибринолизу или связи через межклеточные контакты.

Удаление сенесцентных костеобразующих клеток может ухудшить восстановление кости из-за нарушения связи между клетками даёт другое предсказание: В культуре незрелой костной мозоли измеряют механические параметры. Обратимое подавление активности миозина только в клетках определённой линии с подтверждённым сенесцентным состоянием вызывает немедленное снижение жёсткости костной мозоли. При этом сохраняются жизнеспособность клеток, содержание внеклеточного матрикса и объём секреции. После удаления сенесцентных клеток предварительное механическое напряжение восстанавливают внешним воздействием до измеренного уровня. Это обеспечивает последующее образование костной перемычки между отломками и восстановление механической прочности без восполнения этих клеток или их секретома. Одна лишь кондиционированная среда такого эффекта не даёт. Гипотеза опровергается, если немедленный механический эффект отсутствует, а пространственно распределённые морфогены, фибринолиз или связь через межклеточные контакты обеспечивают восстановление.

ПЕРЕНОС ГИПОТЕЗЫ ИЗ ДРУГОЙ ОБЛАСТИ: Согласно гипотезе, сенесцентные клетки, участвующие в восстановлении на раннем этапе, формируют пространственно ограниченные источники морфогенов и границы действия антагонистов, которые определяют, где происходит дифференцировка при переходе от хряща к кости. Удаление клеток стирает позиционную информацию: при образовании большого количества матрикса и благоприятных показателях костного обмена формируются разобщённые минерализованные участки, а механически непрерывная тканевая перемычка отсутствует. Сохранение клеток, участвующих в раннем восстановлении, поддерживает этот процесс, если они находятся в необходимых для него участках; сохранение такого же количества клеток в неподходящих местах этого эффекта не даёт. Воссоздание пространственного распределения морфогенов стабилизирует SPV_9 независимо от снижения общего количества сенесцентных клеток.

При этих же условиях равномерная доставка тех же количеств веществ должна привести к минерализации в неподходящих местах и меньшей прочности при кручении. Согласно гипотезе, пространственное смещение источников должно вызвать предсказуемое смещение границы дифференцировки. Гипотеза опровергается, если пространственное расположение не влияет на результат либо образование тканевой перемычки восстанавливается исключительно за счёт восстановления предварительного напряжения, фибринолиза или связи через щелевые контакты.

При этом сохраняются жизнеспособность клеток, содержание внеклеточного матрикса и уровень секреции. После удаления этих клеток внешним воздействием восстанавливают измеренное предварительное напряжение. Это восстанавливает последующее образование тканевой перемычки и механическую прочность без возвращения самих клеток или их секретома. Одна лишь кондиционированная среда такого эффекта не даёт. Гипотеза отвергается, если немедленный механический эффект отсутствует, а восстановление достигается за счёт морфогенов с заданным пространственным распределением, фибринолиза или межклеточной связи через щелевые контакты.

Раннее удаление сенесцентных клеток может ухудшать заживление перелома, препятствуя удалению фибрина даёт другое предсказание: При одинаковом числе клеток, одинаковом суммарном воздействии костного морфогенетического белка (BMP), одинаковых механических свойствах матрикса и одинаковой степени удаления фибрина доставка BMP и антагониста с заданным пространственным распределением восстанавливает образование тканевой перемычки после раннего удаления клеток. При равномерной доставке тех же количеств минерализация происходит в неподходящих участках, а прочность при кручении оказывается ниже. Изменение расположения источников предсказуемо смещает границу дифференцировки. Гипотеза отвергается, если пространственное расположение не влияет на результат или если для восстановления ткани достаточно одного лишь восстановления предварительного напряжения, одного лишь фибринолиза или одного лишь восстановления связи через щелевые контакты.

Удаление сенесцентных костеобразующих клеток может ухудшить восстановление кости из-за нарушения связи между клетками даёт другое предсказание: При одинаковом числе клеток, суммарном воздействии костного морфогенетического белка (BMP), механических свойствах матрикса и степени удаления фибрина введение BMP и антагониста по заданной пространственной схеме восстанавливает образование тканевой перемычки после раннего удаления клеток. Равномерное введение тех же количеств приводит к минерализации в неподходящих участках и меньшей прочности при кручении. При смещении источников сигнала граница дифференцировки предсказуемым образом меняет положение. Если расположение источников сигнала не влияет на результат или заживление достигается исключительно за счёт восстановления предварительного напряжения, фибринолиза или связи через щелевые контакты, эта гипотеза опровергается.

SCOUT 1, гипотеза на основе энзимологии фибринолиза: на раннем этапе восстановления субпопуляция сенесцентных стромальных клеток обеспечивает суммарную ферментативную активность, благодаря которой активируется плазминоген и удаляется внесосудистый фибрин из зоны повреждения. Удаление этих клеток устраняет эту каталитическую функцию. Сохраняющийся фибрин препятствует превращению временного раневого матрикса в костную мозоль, обеспечивающую сращение перелома. Одновременное удаление сенесцентных клеток, способствующих образованию остеокластов, может улучшать маркеры костного обмена даже при таком местном нарушении восстановления. Избирательное сохранение клеток приносит пользу только тогда, когда поддерживается суммарная фибринолитическая активность, подтверждённая измерением; одного наличия раннего маркера клеточной сенесценции недостаточно. Если фибрин продолжает удаляться, SPV_9 стабилизируется.

В культурах, моделирующих восстановление тканей, замена фибрина на сопоставимый по свойствам нефибриновый матрикс устраняет отрицательный эффект удаления клеток. В моделях перелома возобновление удаления фибрина в месте повреждения обеспечивает сращение, несмотря на сохраняющееся истощение популяции клеток, без восстановления карты источников морфогенов или прямой связи между соседними клетками через соединяющие их каналы. Гипотезу опровергает любой из двух результатов: нормальное удаление фибрина при нарушенном восстановлении тканей либо отсутствие восстановления тканей после подтверждённого удаления фибрина.

После удаления этих клеток внешнее воздействие, восстанавливающее измеренное предварительное механическое напряжение, обеспечивает последующее образование костной перемычки и восстановление механической прочности без возвращения самих клеток или их секретома. Одной кондиционированной среды для этого недостаточно. Гипотезу опровергает сочетание двух результатов: отсутствие немедленного механического эффекта и восстановление за счёт морфогенов с заданным пространственным распределением, фибринолиза или прямой связи между соседними клетками через соединяющие их каналы.

Удаление сенесцентных клеток на раннем этапе может нарушить восстановление кости, устраняя пространственные сигналы дифференцировки даёт другое предсказание: При одинаковом числе клеток, одинаковом суммарном воздействии костных морфогенетических белков (BMP), сопоставимых механических свойствах матрикса и одинаковом удалении фибрина подача BMP и их антагонистов по заданной пространственной схеме восстанавливает образование костной перемычки после удаления сенесцентных клеток на раннем этапе. Равномерная подача тех же количеств приводит к минерализации в неправильных участках и меньшей прочности при кручении. Изменение пространственного расположения источников предсказуемо смещает границу дифференцировки. Гипотеза опровергается, если пространственное расположение источников не влияет на результат или если для образования костной перемычки достаточно лишь восстановить предварительное механическое напряжение, фибринолиз или связь через щелевые контакты.

Удаление сенесцентных костеобразующих клеток может ухудшить восстановление кости из-за нарушения связи между клетками даёт другое предсказание: Удаление сенесцентных клеток на раннем этапе снижает местную суммарную активность плазмина ещё до того, как внесосудистый фибрин начинает длительно сохраняться и нарушается образование костной перемычки. В клеточных культурах, моделирующих восстановление ткани, замена фибрина на сопоставимый по свойствам матрикс без фибрина устраняет отрицательный эффект удаления клеток. В моделях перелома, если в месте повреждения возобновить удаление фибрина, происходит сращение, несмотря на сохраняющийся дефицит сенесцентных клеток. При этом пространственное расположение источников морфогенов остаётся нарушенным, как и прямой обмен сигналами между соседними клетками через соединяющие их каналы. Гипотеза опровергается, если при нарушенном восстановлении ткани фибрин удаляется нормально или если подтверждённое удаление фибрина не восстанавливает заживление.

SCOUT 2, гипотеза на основе электрофизиологии щелевых контактов: на ранних этапах восстановления сенесцентные остеогенные клетки сохраняют функциональные каналы connexin43 и передают между клетками сигналы, возникающие в ответ на нагрузку и необходимые для согласования костеобразования с местным ремоделированием кости. Удаление этих клеток нарушает связь через щелевые контакты, даже если распределение морфогенов, удаление фибрина и предварительное напряжение костной мозоли соответствуют условиям, необходимым для восстановления. Снижение резорбции может создавать впечатление благоприятных изменений маркеров костного обмена, тогда как нарушение сопряжения костеобразования с резорбцией приводит к образованию механически слабой ткани. Избирательное сохранение клеток помогает лишь при условии, что это клетки с функциональными каналами. Восстановление связи через щелевые контакты стабилизирует SPV_6, поддерживая функциональное сопряжение костеобразования с резорбцией.

Гипотеза также предсказывает, что после восстановления связи через щелевые контакты между оставшимися несенесцентными клетками заживление, нарушенное удалением сенесцентных клеток, возобновляется, хотя общее количество сенесцентных клеток остаётся сниженным. Если клетки без функциональных каналов поддерживают заживление либо связь между клетками остаётся нормальной при нарушении заживления, вызванном удалением сенесцентных клеток, это опровергает предложенный механизм.

После удаления этих клеток предварительное напряжение костной мозоли возвращают к измеренному значению внешним воздействием. Согласно гипотезе, это должно обеспечить дальнейшее образование тканевой перемычки между отломками и механическую прочность, хотя сами клетки и их секретом по-прежнему отсутствуют. Применение одной лишь кондиционированной среды такого эффекта не даёт. Отсутствие немедленного механического эффекта в сочетании с восстановлением заживления благодаря пространственно организованному распределению морфогенов, фибринолизу или связи через щелевые контакты опровергает эту гипотезу.

Удаление сенесцентных клеток на раннем этапе может нарушить восстановление кости, устраняя пространственные сигналы дифференцировки даёт другое предсказание: При одинаковом количестве клеток, одинаковом суммарном воздействии костных морфогенетических белков (BMP), одинаковых механических свойствах матрикса и одинаковой степени удаления фибрина введение BMP и их антагонистов по заданной пространственной схеме восстанавливает образование костной перемычки после раннего удаления сенесцентных клеток. Равномерное введение тех же количеств приводит к минерализации в неподходящих участках и меньшей прочности при кручении. Перемещение источников сигналов сдвигает границу дифференцировки предсказуемым образом. Если пространственное расположение источников не влияет на результат или заживление возобновляется только благодаря восстановлению предварительного напряжения костной мозоли, фибринолиза или связи через щелевые контакты, это опровергает гипотезу.

Раннее удаление сенесцентных клеток может ухудшать заживление перелома, препятствуя удалению фибрина даёт другое предсказание: Раннее удаление сенесцентных клеток снижает местную результирующую активность плазмина прежде, чем появляются стойкие внесосудистые отложения фибрина и нарушается образование костной перемычки. В культурах, моделирующих восстановление ткани, замена фибрина на сопоставимый по свойствам матрикс, не содержащий фибрина, устраняет отрицательный эффект удаления сенесцентных клеток. В моделях перелома сращение возобновляется, если в месте перелома вновь удаляется фибрин, хотя количество сенесцентных клеток остаётся сниженным, а пространственное распределение источников морфогенов и связь через щелевые контакты не восстанавливаются. Если при нарушении заживления фибрин продолжает удаляться в норме или подтверждённое удаление фибрина не приводит к возобновлению заживления, это опровергает гипотезу.