造骨的艺术

细胞分化是一种被广泛研究的现象，形成了包括胎儿生长和骨折愈合在内的所有发育过程的基础。最近的一系列研究表明，软骨细胞到成骨细胞的转分化在骨组织形成过程中发挥着重要作用，被称为软骨内成骨(用骨取代软骨)。

而转分化并不是一个新现象，在成熟时就会发生细胞从一种分化的表型切换到另一种，新的数据已经确定了骨折愈合过程中软骨细胞(软骨)到成骨细胞(骨)转分化的三种模型。现在写进来骨的研究Patrick Aghajanian和Subburaman Mohan解剖了这三种新兴模型，并对它们进行了分类，以便更好地理解骨骼形成的过程。这些新知识将使再生医学领域的生物工程师能够推进骨修复的分子基础研究。

在典型的细胞分化过程中，程序化的细胞沿着特定的谱系发展，直到它们达到终端分化和凋亡的终点。转分化并不遵循预先编程的路径，而是从一种成熟的表型切换到另一种。在评估新发现的软骨细胞向成骨细胞转分化的机制之前，作者首先回顾了软骨内成骨的传统机制。

用骨替代软骨的典型过程分为主要和次要途径，首先是快速增殖的未成熟软骨细胞的模板，分泌胶原蛋白基质。在初级过程中，软骨细胞分化形成骨基质，促进骨形成细胞(间充质基质细胞)进入该过程，并在胚胎发生过程中分化为成骨细胞/骨细胞，而软骨细胞自身肥大并发生凋亡。第二个过程发生在出生后，与此类似，未成熟的软骨细胞变得肥大并发生凋亡，血管侵入以运输骨髓，间充质干细胞破骨细胞前体启动骨形成在中心并向外围延伸。

软骨内成骨过程也参与自然骨折愈合过程。作者对骨形成的模型进行了分类，包括典型和转分化途径:

1. 软骨内成骨-一个典型的途径;间充质干细胞在骨形成过程中分化为软骨细胞、脂肪细胞或成骨细胞。
2. 膜内骨化——在典型骨形成过程中也起重要作用(在颅骨、下颌骨和锁骨形成扁平骨)，分化间充质干细胞直接形成骨膜。
3. 软骨细胞到成骨前体模型-一种在快速过程中同时产生干细胞和成骨细胞的机制骨骼生长．该模型似乎是特定于干骺端(长骨的狭窄部分)生长的，在大多数部分的初级骨化过程中发生在胚胎阶段，但可以扩展到出生后的生长。
4. 去分化到再分化——软骨-成骨转分化的另一种观点，其中软骨细胞肥大，要么进入凋亡，要么去分化为成骨细胞，然后进一步变成骨细胞。该模型发生在胚胎和出生后发育期间，以及骨折愈合期间，这得到了研究的支持，同时还有待进一步的实验解释来验证其机制。
5. 直接转分化-出生后发生继发性骨化的方法:软骨细胞成熟并变得肥厚，但不进入凋亡，而是直接分化为成骨细胞和骨细胞。该模型得到了体外和体内实验研究的支持。

虽然软骨细胞向成骨细胞转分化的确切原因尚不清楚，但调节因素对这种转变是必要的。Runx2例如，基因是成骨命运的主要调节因子，能够将脂肪细胞、原代骨骼肌细胞、成牙细胞和血管平滑肌细胞转分化为成骨细胞类型。需要用动物模型进行研究，以验证体外研究中确定的各种信号通路在软骨细胞向成骨细胞转分化过程中的贡献。

研究人员指出，了解软骨内成骨过程中软骨细胞向成骨细胞转分化的分子基础具有临床意义，因为:

1. 目前治疗骨不连部分的方法是使用来自患者的间充质干细胞来促进骨折部位的直接骨形成，但这些方法并不有效，而且可能成本过高。直接将软骨细胞转化为成骨细胞的分子事件可能会导致新的治疗策略，以愈合不愈合骨折。
2. 在关节损伤和疾病的治疗中，可以开发新的策略来控制在骨软骨成骨过程中软骨细胞向成骨细胞转分化的信号。
3. 如果如预测的那样，软骨细胞在骨生长过程中是成骨细胞和其他骨形成过程的重要来源，那么研究转分化机制将为开发合成代谢治疗骨质疏松等骨质消耗疾病提供令人兴奋的新策略。

未来的创新实验研究可以探索成软骨组织对新骨的贡献，具有重大的治疗新途径的潜力骨组织工程学，以推广骨折愈合并降低各种骨源性疾病的进展。研究软骨细胞-to-osteoblast分化转移仍处于早期阶段，可能会解决几个未解决和冲突的问题骨研究。

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