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- La evaluación de las propiedades de señalización de ectodérmica epitelio durante el desarrollo craneofacial
- Creación de fracturas rígidamente estabilizados para la evaluación de osificación intramembranosa, la distracción osteogénica, o la curación de los defectos críticos de tamaño
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Articles by Ralph S. Marcucio in JoVE
JoVE General
La evaluación de las propiedades de señalización de ectodérmica epitelio durante el desarrollo craneofacial
Department of Orthopaedic Surgery, University of California San Francisco
En este artículo se describe una técnica de trasplante de tejido que se diseñó para probar la señalización y las propiedades de los patrones de la superficie del ectodermo cefálico durante el desarrollo craneofacial.
JoVE Clinical and Translational Medicine
Creación de fracturas rígidamente estabilizados para la evaluación de osificación intramembranosa, la distracción osteogénica, o la curación de los defectos críticos de tamaño
Department of Orthopaedic Surgery, University of California, San Francisco
Este artículo describe un método para estabilizar fracturas de huesos largos que se basa en la aplicación de modificados Ilizarov fijadores externos
Other articles by Ralph S. Marcucio on PubMed
Morfogénesis Prenatal Del Foramen Mental Humana
El foramen mental, a primera vista, sólo se parece a un agujero por donde el nervio mental y el paquete vascular atraviesa. Desde el punto de vista morfogenético, sin embargo, el agujero mentoniano es un modelo adecuado para estudiar el desarrollo de una estructura en la que los diferentes componentes están involucrados. Para entender este proceso de desarrollo, una descripción en tres dimensiones en las diferentes etapas de desarrollo primero tiene que ser dada. Desde histológicos de serie de secciones de embriones y fetos humanos, los que varían en tamaño desde 19 hasta 117 mm de longitud cabeza-cóccix (CRL), reconstrucciones tridimensionales de las regiones foraminar se hicieron. Esquema y la forma del agujero en desarrollo, el tamaño, curso del nervio mental y los vasos sanguíneos adyacentes podría ser mostrado en detalle. De esta manera, la formación de estas estructuras de hormigón se convirtió en tres dimensiones. En el futuro, para entender los mecanismos que regulan este complejo sistema, donde un buque de los nervios y la sangre se convirtieron sucesivamente, rodeado por el hueso, los datos moleculares biológicos tienen que estar correlacionados con los hallazgos morfológicos.
Una Zona De Ectodermo Frontonasal Regula El Dibujo Y El Crecimiento En La Cara
Un conjunto fundamental de genes del patrón puede definir la organización global de la región craneofacial. Uno de nuestros objetivos ha sido la identificación de estos genes del patrón básico y entender cómo se regula consecuencia del proceso frontonasal, lo que da lugar a la media de la cara y la parte superior. Se identificaron un límite molecular en el ectodermo proceso frontonasal, definida por los dominios yuxtapuestos del factor de crecimiento de fibroblastos 8 y Sonic hedgehog, lo que presagiaba el sitio inicial de derivación proceso frontonasal. Los mapas de Fate confirmó que esta región los límites demarcados tarde el eje dorsoventral del pico superior. El trasplante de ectópica de la región fronteriza ectodérmica activa una cascada de eventos moleculares que reprogramadas el destino del desarrollo de la cresta neural derivado del mesénquima, que dio lugar a la duplicación de estructuras superior e inferior del pico. Se discuten estos datos en el contexto de los límites / modelos morfógeno de los patrones, y en vista de la reciente controversia sobre la cresta neural en comparación con los patrones pre-plasticidad de la cresta neural.
La Morfogénesis De Los Vasos Sanguíneos En Los Músculos De La Cabeza Del Embrión Aviar: Los Análisis De Expresión Espacial, Temporal, Y VEGF
Músculo esquelético de adultos es un gran tejido vascularizado, pero el desarrollo de redes endoteliales por vía intramuscular no ha sido bien estudiada. En los embriones de codorniz, QH1 positivos angioblastos están presentes y en movimiento en toda la cabeza mesodermo miogénico antes del inicio de la formación de miotubos primaria. El día 5 de incubación, coincidiendo con la formación de miotubos temprano y agregación, angioblastos establecer una transitoria del plexo vascular que rodea las condensaciones miogénicas. Entre los días 5 y 9, los vasos intramusculares formar una red irregular de cordones endoteliales y canales de patentes y sólo después son las matrices paralelas de característica capilares de los músculos adultos establecidos. Microinyecciones utilizando tinta china, QH1, y resina Mercox revelan que estos capilares intramuscular no están normalmente conectados a los vasos sistémicos de la cabeza hasta el día 10, que está cerca del final de la miogénesis primaria y corresponde al inicio de la función muscular. Los análisis morfométricos realizados en las etapas primarias miogénesis muestran una disminución en la densidad de las células musculares, pero no hubo cambios significativos en la densidad vascular intramuscular entre los días 5 y 9. Este hallazgo fue sorprendente, ya que generalmente se asume que el crecimiento muscular requiere de oxígeno y los elevados niveles de nutrientes. Por otra parte, no existen diferencias significativas morfométricas en el suministro vascular a embrionarias músculos rápidos y lentos. La densidad del tejido endotelial es similar en los músculos lentos (oculorotatory, recto, por ejemplo, lateral), los músculos rápidos (depresor de la mandíbula), y los músculos mixtos, en los que los tipos de fibra pueden ser intercalados (aductores mandíbula) o separados (branchiomandibular). Factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF), la proteína es abundante en miotubos, pero las células no endoteliales dentro de los músculos de la cabeza tanto rápidas como lentas en los días 7 y 9. Sin embargo, en algunos músculos mixtos, sólo una minoría de miotubos, que no corresponden a un tipo específico de fibra, expresan VEGF. Estos resultados documentan un conjunto dinámico de las reorganizaciones angiogénicos intramuscular y perimuscular durante la miogénesis la cabeza aviar. Hasta el momento, no hay distinciones entre vasculogenic músculos rápidos y lentos se han observado, a pesar de la heterogeneidad del músculo en la expresión del VEGF es evidente.
Base Celular Para La Relacionados Con La Edad Cambios En La Reparación De Fracturas
El objetivo de este trabajo fue definir los cambios celulares y moleculares que ocurren durante la curación de las fracturas con la edad los animales. Se comparó la evolución molecular, celular, e histológica de la reparación del esqueleto en los juveniles (4 semanas de edad), de mediana edad (6 meses de edad) y adultos mayores (18 meses) los ratones a los 3, 5, 7, 10, 14, 21 , 28, y 35 días después de la fractura, utilizando un modelo no estabilizado fractura la tibia. Nuestros análisis histológico y molecular demostró que hubo una fuerte disminución en el potencial de curación de fracturas entre los animales jóvenes y de mediana edad, mientras que una disminución más sutil en el potencial de la curación era evidente entre los ratones de mediana edad y ancianos. Por tres días después de la fractura, los condrocitos expresan colágeno tipo II, y los osteoblastos que expresan la osteocalcina, estuvieron presentes en los callos de los menores, pero no de mediana edad o ancianos, los ratones. En el día 5 de condrocitos y los osteoblastos inmaduros se observó en los callos de los ratones de mediana edad y ancianos. Si bien en este momento, los condrocitos en ratones jóvenes se expresan colágeno tipo X (COLX) lo que indica que la maduración de los condrocitos ya estaba en marcha. En el día 7, los condrocitos expresan COLX eran abundantes en ratones de mediana edad, mientras que un pequeño dominio de COLX positivas condrocitos se observaron en ratones de edad avanzada. Además, en ratones jóvenes y de mediana edad, pero no ratones de edad avanzada, invasión vascular del cartílago estaba en curso el día 7. Ratones jóvenes había reemplazado a casi todo el cartílago el día 14, mientras que el cartílago todavía estaba presente en el callo de ratones de mediana edad en el día 21 y en ratones de edad avanzada en el día 28. Además de estos retrasos, histología reveló que los ratones de edad avanzada y de mediana edad formó hace menos hueso que los menores (p <0,001), mientras que la producción de cartílago no se vio afectado (p> 0,22). En conjunto, estos datos sugieren que el aumento de la diferenciación celular, mejorando la función de los osteoblastos, y la aceleración de la osificación endocondral se pueden beneficiar significativamente a los ancianos.
Interacciones Moleculares Coordinar El Desarrollo Del Cerebro Anterior Y La Cara
Desde el punto de vista arquitectónico, el prosencéfalo actúa como un marco en el que la cara media y superior se desarrolla y crece. Además de servir a una función estructural, se presenta evidencia de que el cerebro anterior es una fuente de señales que conforman el esqueleto facial. En este estudio, se inhibió de Sonic hedgehog (Shh) de señalización del neuroectodermo continuación, examinó los cambios moleculares y las alteraciones esqueléticas resultantes del tratamiento. Uno de los primeros cambios que notamos fue que la polaridad dorsoventral del cerebro anterior fue alterado, que se manifiesta como una pérdida de Shh en el telencéfalo ventral, una reducción en la expresión de los marcadores ventrales Nkx2.1 y Dlx2, y una expansión concomitante del marcador de Pax6 dorsal. Además de los cambios en el neuroectodermo prosencéfalo, se observó alterados patrones de expresión génica en el ectodermo facial. Por ejemplo, Shh no fue inducido en el ectodermo frontonasal y PTC y Gli1 se redujeron tanto en el ectodermo y el mesénquima adyacente. Como consecuencia, un centro de señalización en la prominencia frontonasal fue interrumpida y la prominencia no someterse a la expansión proximodistal y mediolateral. Después de 15 días de desarrollo, los picos superiores de los embriones tratados fueron truncados, y los elementos del esqueleto se encuentra en lugares más medial y proximal en relación con los elementos del esqueleto de los elementos de mandíbula inferior. Estos datos indican que un papel de Shh en el cerebro anterior es la de regular la expresión de Shh en la cara, y que, en conjunto, estos dominios Shh mediar en los patrones dentro de la prominencia frontonasal y derivación proximodistal de la cara media y alta.
La Isquemia Conduce a La Unión Atrasado En Consolidación De La Fractura: Un Modelo De Ratón
El daño vascular que acompaña a una lesión ósea conduce a un ambiente isquémica, y en la práctica clínica el grado de daño vascular se correlaciona directamente con el fracaso de la reparación del esqueleto. Sin embargo, el mecanismo exacto (s) subyacente relacionados con la isquemia-defectos en la cicatrización de los huesos no son bien entendidos. Para comprender mejor el mecanismo y para facilitar el desarrollo de nuevas intervenciones para tratar las fracturas isquémicos, un modelo de ratón de la curación a largo fractura de hueso en un entorno isquémica se ha creado. La isquemia se indujo mediante resección arteria femoral antes de fractura de tibia. Las fracturas fueron estabilizadas a la izquierda o se estabilizaron con diseño personalizado fijadores externos. Los animales con intactas vasos femorales sirvieron como controles. Los tejidos de las fracturas no estabilizadas se analizaron en varias ocasiones a partir de 3 a 28 días después de la lesión (n = punto de 5/time). Resección de la arteria femoral gravemente afectado el suministro de sangre a las extremidades fracturadas, y la perfusión de los lugares de fractura no se recuperó hasta 14 días después de la lesión. La isquemia disminuyó significativamente el tamaño del callo (p <0,05), y la disminución ósea (p <0,05) y el cartílago (p <0,05) la producción de la matriz durante la cicatrización de la fractura no estabilizada. La disminución en la formación de tejidos óseos en los miembros isquémicos fue acompañado por una proliferación celular y un incremento en la apoptosis en puntos de tiempo primeros, y el aumento de tejidos fibrosos y graso adyacente al sitio de la fractura durante la tercera y cuarta semana después de la lesión. Estas alteraciones llevó a un retraso de consolidación. Curación de la fractura completa no se logró en la mayoría (21 días = 5.4; el día 28 = 5/5) de los animales isquémicos, mientras que todos los ratones de control (n = 5/5) tenían evidencia de puente óseo en el día 21. La proporción de cartílago a hueso fue similar en los miembros isquémicos y el control en los días 7 y 10 en las fracturas no estabilizadas. En las fracturas estabilizadas, que se han curado mediante la formación directa de hueso en los controles no isquémicos, la isquemia disminuyó la cantidad de la formación de hueso en los días 10 y 14 (n = punto 5/time), pero no inducir la formación de cartílago. Estos datos ponen de manifiesto que un insulto isquémico en la extremidad posterior antes de la fractura conduce a una unión retardada o pseudoartrosis una, pero no favorece la formación de cartílago sobre el hueso. Este modelo será útil para probar nuevos regímenes terapéuticos para estimular la curación de la fractura.
El Papel De Metaloproteinasas De La Matriz 13 En La Osificación Endocondral Y Intramembranosa Tanto Durante La Regeneración Del Esqueleto
Matriz extracelular (MEC) la remodelación es importante durante el desarrollo de los huesos y la reparación. Debido a que las metaloproteinasas de matriz 13 (MMP13, la colagenasa-3) desempeña un papel en el desarrollo de los huesos largos, se ha examinado su papel durante la reparación ósea de un adulto. En este estudio encontramos que MMP13 se expresa en los condrocitos hipertróficos y los osteoblastos en el callo de fractura. Se demuestra que MMP13 se requiere para la reabsorción adecuada del cartílago hipertrófico y para la remodelación ósea normal durante no estabilizado curación de la fractura, que se produce a través de la osificación endocondral. Sin embargo, ninguna diferencia en la fuerza de callo se detectó en la ausencia de MMP13. Trasplante de médula ósea de tipo salvaje, que reconstituye las células sólo del linaje hematopoyético, no rescatar a la deficiencia en la reparación endocondral, lo que indica que problemas de cicatrización en el MMP13-/ - ratones es intrínseca a cartílagos y huesos. MMP13-/ - ratones también mostraron la remodelación ósea alterada durante la cicatrización de las fracturas estabilizadas y defectos corticales a través de osificación intramembranosa. Esto indica que el fenotipo hueso se produce independientemente del fenotipo del cartílago. En conjunto, nuestros resultados demuestran que MMP13 está implicado en el remodelado normal del hueso y el cartílago durante la reparación ósea de un adulto, y que MMP13 puede actuar directamente en las etapas iniciales de la degradación de la MEC en estos tejidos antes de la invasión de los vasos sanguíneos y los osteoclastos.
La Señalización De Las Proteínas Morfogenéticas óseas Dirige La Formación De Un Centro De Ectodérmica De Señalización Que Regula El Desarrollo Craneofacial
Hemos descrito previamente un centro de la señalización, el frontonasal ectodérmica Zona (FEZ), que regula el crecimiento y los patrones del proceso frontonasal (FNP). La FES se compone de ectodermo FNP flanqueando un límite entre Sonic hedgehog (Shh) y el factor de crecimiento de fibroblastos 8 (Fgf8) dominios de expresión. Nuestro objetivo fue examinar la señalización de BMP en la formación de la FES. Hemos bloqueado la señalización de BMP en todo el FNP antes de la formación FEZ mediante la infección de los embriones de pollo en la etapa 10 (HH10) con un retrovirus aviar competente para la replicación que codifica la Noggin antagonista de BMP. Se evaluaron los patrones de expresión génica en la FNP 72 horas después de la infección (aproximadamente HH22) y observó que la expresión de Shh fue reducida o ausente. En el mesénquima, se observó que BMP2 transcripciones estaban ausentes, mientras que el dominio de expresión Bmp4 fue ampliado próximamente. Además de los cambios moleculares, los embriones infectados también mostraron malformaciones faciales en 72 y 96 h después de la infección por lo que sugiere que la ZEL no formaba. Nuestros datos indican que la proliferación celular reducida, pero no la apoptosis, en el mesénquima contribuido al fenotipo que observamos. Además, la adición exógena de SHH en el mesénquima de RCAS infectados Noggin-embriones no restauró BMP2 y Bmp4 a un patrón normal de expresión. Estos datos indican que la señalización de BMP interacciones como intermediario entre los tejidos de la FNP que regulan la formación de Fez, y que el patrón correcto de BMP2 y Bmp4, pero no BMP7, la expresión en el mesénquima FNP exige la señalización de la vía BMP.
Efecto De La Edad Sobre La Vascularización Durante La Reparación De Fractura
La edad afecta la reparación de fracturas, sin embargo, los mecanismos subyacentes no están bien entendidas. El objetivo de este estudio fue evaluar los efectos que la edad tiene sobre la vascularización durante la curación de la fractura. Fracturas de la tibia se han creado en los juveniles (de 4 semanas de edad), de mediana edad (6 meses de edad) y adultos mayores (de 18 meses de edad) en ratones. La densidad de longitud y la densidad superficial de los vasos sanguíneos dentro de los callos de fractura se analizaron mediante estereología menos 7 días después de la fractura. La expresión de moléculas que regulan la invasión vascular del callo de fractura se comparó también entre los tres grupos de edad por inmunohistoquímica e hibridación in situ. A los 7 días después de la fractura, ratones jóvenes tenía una densidad mayor superficie de los vasos sanguíneos en comparación con los de mediana edad y ancianos. La hipoxia-inducible factor-1 de la proteína alfa y transcripciones de factor de crecimiento vascular endotelial se detectaron en tres días después de la lesión en ratones jóvenes pero no de mediana edad y ancianos. Fuerte expresión de MMP-9 y -13 se detectó en los callos de fractura en el día 7 en el menor en comparación con los ratones de mediana edad y ancianos. En postfractura 21 días, la expresión de ambas MMPs fue más sólido en los ancianos que los animales jóvenes y de mediana edad. Estos datos indican que la edad afecta a la vascularización durante la reparación de la fractura, y los cambios que observamos están directamente relacionados con alteraciones en la expresión de factores bioquímicos que regulan el proceso de la angiogénesis. Sin embargo, si el aumento de la vascularización es la causa o el resultado de la reparación ósea acelerada en animales jóvenes sigue siendo desconocido. Sin embargo, nuestros resultados indican que el aumento de la vascularización durante la reparación de fracturas en personas de edad avanzada puede proporcionar oportunidades únicas terapéuticas.
Efecto De La Proteína Morfogenética ósea De Señalización Sobre El Desarrollo De La Mandíbula Del Esqueleto
Las proteínas morfogenéticas óseas (BMP), regulan muchos aspectos del desarrollo, incluyendo skeletogenesis. Aquí, se analizó la respuesta de los derivados de la cresta neural de células a ectópica de señalización BMP de infectar a los embriones de aves con retrovirus que codifican la BMP-2 o BMP-4 en distintos momentos del desarrollo. La infección en las etapas 10 y 15 transformado grandes áreas del cráneo en el cartílago durante el día 13. En este momento condensaciones cartílago eran todavía de conformación, que reveló la presencia de células mesenquimales no comprometidas. Durante el día 19, los condrocitos hipertróficos estaban presentes en el cartílago posiblemente debido a cambios en el pericondrio que la represión de alivio en la hipertrofia. Mientras que estas células expresan Sox9, colágeno-2, Runx2, Ihh, Noggin, y el colágeno de 10, el cartílago no fue reemplazado por hueso. Si esto es una propiedad intrínseca del cartílago del cráneo, o los resultados de la señalización BMP sostenido no se conoce.
Fractura De Tibia Disminuye Los Niveles De Oxígeno En El Sitio De La Lesión
El oxígeno es un componente esencial para muchos aspectos de la reparación de los tejidos. Sin embargo, el efecto de los niveles de oxígeno en la diferenciación de las células madre en osteoblastos y condrocitos durante la curación de fracturas no se conoce, en parte debido a la dificultad en la medición de oxígeno durante la curación de la fractura. En este estudio se evaluó la viabilidad de utilizar la resonancia paramagnética electrónica (EPR) para evaluar la oximetría de presión tisular de oxígeno parcial (PO (2)) después de las fracturas de tibia en ratones.
Organización única De La Zona Frontonasal Ectodérmica En Aves Y Mamíferos
Los rostros de las aves y los mamíferos presentan una diversidad morfológica notable, pero ¿cómo surge la variación no se entiende bien. Hemos demostrado anteriormente que una región del ectodermo facial, que hemos llamado a la zona de frontonasal ectodérmica (FEZ), regula el próximo-distal de extensión y la polaridad dorso-ventral de la mandíbula superior en las aves. En este trabajo, se analizó el ectodermo equivalente en embriones murinos y determinó que la FES se conserva en los ratones. Sin embargo, nuestros resultados revelaron que las diferencias fundamentales en la organización y los componentes de la FES en ratones y pollos puede ser la base de las características distintas de crecimiento que distinguen a los embriones de mamíferos y aves durante las primeras etapas de desarrollo. Por último, los modelos actuales sugieren que las células de la cresta neural regular el tamaño y la forma de la mandíbula superior, y que la señalización de las proteínas morfogenéticas óseas (BMP) dentro de la cresta neural aviar ayuda a dirigir este proceso. Aquí nos muestran que los patrones de Bmp expresión en las células de la cresta neural se encuentran regulados en parte por las señales de la FES. Los resultados de nuestro trabajo conciliar cómo una centro de señalización conservadas que el crecimiento de los patrones de la cara puede generar el desarrollo de la diversidad morfológica entre los diferentes animales. Los cambios sutiles en la organización de los patrones de expresión génica en la ZEL podrían ser la base variación morfológica observada entre y dentro de cada especie, y en los extremos, la variación puede producir fenotipos de la enfermedad.
Un Centro De La Señalización De Shh-respuesta En El Cerebro Anterior Regula La Morfogénesis Craneofacial A Través Del Ectodermo Facial
Las interacciones entre el cerebro anterior, la cresta neural y ectodermo facial regular el desarrollo de la mandíbula superior. Para estudiar estas interacciones, se activó el Sonic hedgehog (SHH) y la vía en el cerebro. A partir de las 72 horas después de la activación de la vía SHH, el crecimiento en el proceso frontonasal aviar (FNP) fue exagerada en las regiones laterales y con discapacidad en las regiones mediales. Este patrón de crecimiento es similar a la de los ratones y se superponen una morfología similar a los mamíferos en la mandíbula superior. Crecimiento de la mandíbula está controlado por las señales de la zona frontonasal ectodérmica (FEZ), y las morfologías divergentes que caracterizan a las aves y los mamíferos son acompañados por cambios en la ZEL. En los pollos existe una sola FEZ que abarca la FNP, pero en ratones tanto la mediana de los procesos nasales tienen un fez. En los pollos tratados, la FES se divide en sectores derecho e izquierdo que se asemejaban a la pauta actual en ratones. Adicionalmente, se observó que, en el cerebro, el factor de crecimiento de fibroblastos 8 (Fgf8) se downregulated, y las señales en o cerca de la fosa nasal alterado fueron. RALDH2 expresión se ha ampliado, mientras que Fgf8, Wnt4, Wnt6 y Zfhx1b se downregulated. Sin embargo, Wnt9b, y la activación de la vía Wnt canónica, no se alteró en los embriones tratados. En el momento más adelante señala el pico superior se redujo debido a la hipoplasia del esqueleto, y este fenotipo se reprodujo cuando bloqueamos la vía FGF. Por lo tanto, el cerebro establece múltiples centros de señalización dentro de la mandíbula superior en desarrollo. Cambios en la organización del cerebro que ocurren durante la evolución o como consecuencia de la enfermedad pueden alterar estos centros y así generar la variación morfológica.
La Ausencia De La Integrina Beta 3 Acelera La Reparación Temprana Del Esqueleto
Las integrinas son proteínas transmembrana heterodimeric que median las interacciones célula-matriz y modulan el comportamiento celular. Beta3 subunidad es un componente de alphaIIbeta3 y alphaVbeta3 integrinas. En este estudio, lo primero que determinó que beta3 transcripciones son expresadas por las células dentro de los callos de fractura a las 7 y 10 días después de la lesión en un modelo murino. A continuación, analizó la curación de fracturas en ratones deficientes de la integrina beta3 con técnicas moleculares, histomorfométrico y biomecánico. Hemos encontrado que la falta de resultados de la integrina beta3 en un tiempo de sangría prolongado y da lugar a la formación de hueso y la maduración del cartílago más acelerada a los 7 días después de la lesión. Sin embargo, beta3 deficiencia no parece afectar a la curación de fracturas más tarde. En los días 14 y 21, la apariencia histológica o propiedades biomecánicas del callo de fractura son similares entre los de tipo salvaje y ratones mutantes. También se encontró que la curación de fracturas alterada en beta3 nulo ratones no se asocia con la angiogénesis acelerada, porque no hubo diferencia significativa de la densidad de la longitud y la densidad superficial de los vasos sanguíneos en las extremidades de fractura fue detectada a los 3 días después de la lesión entre los ratones de tipo salvaje y beta3-null . En conclusión, nuestros hallazgos demuestran que la integrina beta3 juega un papel importante durante la curación de la fractura inicial. Se requiere investigación adicional para determinar los mecanismos subyacentes.
Inmunolocalización De BMP, Antagonistas De BMP, Receptores Y Efectores Durante La Reparación De La Fractura
Las proteínas morfogenéticas óseas (BMP) son potentes inductores de huesos utilizados clínicamente para mejorar la reparación de la fractura. BMP se ha demostrado que se produce en el callo de fractura, sin embargo, la expresión comparativa de las BMP y los componentes de señalización BMP ha sido sólo parcialmente examinados a nivel celular. El objetivo del presente estudio fue establecer una localización espacio-temporal detallada de las BMP y los componentes de señalización de BMP en modelos de ratón de las fracturas estabilizadas y nonstabilized. Durante la curación de las fracturas nonstabilized, que se produce a través de la osificación endocondral, BMP2, 3, 4, 5 y 8, noggin, BMPRIA, BMPRII y pSmad 1/5/8 se inmunolocalizada en el periostio activa tan pronto como 3 días después de la fractura. BMP2, 4, 5, 6, 7, y 8 y Noggin se encuentran también en aisladas células inflamatorias dentro del tejido de granulación durante las primeras etapas de la reparación, pero no receptores BMP y efectores. Durante la fase de callo blando de reparación, todas las BMP y los componentes de señalización BMP se detectaron en condrocitos con diversas intensidades de tinción dependiendo de la etapa de diferenciación de condrocitos y su ubicación en el callo. El más fuerte se observó manchas en los condrocitos hipertróficos con disminución de la intensidad durante la fase de callo duro de reparación. Todas las BMP y componentes de la vía de BMP se detectaron en osteoblastos y osteocitos dentro de hueso nuevo, con fuerte intensidad de inmunorreacción informó durante la fase temprana de callo suave seguido por la disminución de la intensidad durante la fase de callo duro de reparación. La mayoría de los componentes de la vía BMP También se han detectado en las células endoteliales asociadas con hueso nuevo. En las fracturas estabilizadas que se curan a través de osificación intramembranosa estrictamente, los antagonistas de BMP y BMP se detectaron en aisladas células inflamatorias y componentes de señalización BMP no eran detectables en los osteoblastos u osteocitos dentro de hueso nuevo. En conclusión, la vía de señalización BMP es principalmente activa durante la curación de la fractura a través de la osificación endocondral, lo que sugiere que esta vía puede influir en el modo de curación durante el reclutamiento de células progenitoras óseas.
Morfogenética ósea Recombinante Humana Proteína-7 Mejora La Consolidación De La Fractura En Un Entorno Isquémica
La isquemia predispone a los pacientes de traumatología ortopédica para la curación de fracturas retraso o falta de unión. El objetivo de este estudio fue probar la capacidad de la proteína morfogenética ósea 7 (BMP7) para estimular la reparación de la fractura en un entorno isquémica. Fracturas isquémicos fueron generados en ratones machos adultos por resecar la arteria femoral antes de la creación de una fractura nonstabilized tibia. Humano recombinante BMP7 (rhBMP7, 50 microgramos) se inyectó en el sitio de la fractura inmediatamente después de la cirugía. A los 7 días después de la lesión, más la vascularización del tejido se observó en rhBMP7 fracturas tratadas. Análisis histomorfométricos reveló que el cartílago rhBMP7 inducida más en el día 7, más callo y el hueso en los días 14 y 28, y más tejido adiposo y tejido fibroso en los días 7, 14 y 28 en comparación con los controles (n = 5/group/time). En el día 28, todas las fracturas tratadas con rhBMP7 (50 mcg, n = 5) curado, mientras que sólo tres de las cinco fracturas expuestas de control ósea ligera puente. Además, se encontró que rhBMP7 (ambos 10 y 50 microgramos) aumentó significativamente la cantidad de cartílago en comparación con los controles en las fracturas estabilizadas, lo que confirma su efecto condrogénica. Por último, mediante el trasplante de médula ósea, se determinó que no derivadas del donante osteocitos o condrocitos estaban presentes en rhBMP7 tratados con fracturas, lo que sugiere rhBMP7 no reclutar las células madre mesenquimales de la médula ósea a la zona de la fractura. En conclusión, nuestros resultados indican que rhBMP7 es un tratamiento prometedor para las fracturas con el suministro de sangre gravemente perturbado.
Acción De La IL-1beta Durante Consolidación De La Fractura
Después de la lesión ósea, los procesos de desarrollo, tales como la osificación endocondral y intramembranosa se recapitulan los regenera esqueleto. En contraste con el desarrollo, la curación del esqueleto implica la inflamación. Durante las primeras etapas de la curación de una variedad de células inflamatorias infiltrarse en el sitio de la lesión, desbridar la herida, y estimular el proceso de reparación. Poco se sabe sobre el proceso inflamatorio durante la reparación ósea. En este trabajo, se analizó el efecto de una citoquina pro-inflamatoria, la interleucina-1 beta (IL-1b), en los osteoblastos y la diferenciación de células madre y en la osificación intramembranosa y endocondral, ya que la IL-1 beta tiene efectos sobre la homeostasis del esqueleto y está al alza en respuesta a la fractura. Se determinó que la IL-1ß estimula la proliferación de los osteoblastos y la producción de la matriz ósea mineralizada, pero suprimió la proliferación e inhibió la diferenciación de las MSCs derivadas de médula ósea. A continuación realizaron experimentos de pérdida y ganancia de función, para determinar si la alteración de la IL-1 beta de señalización afecta a la curación de fracturas. No se detectaron diferencias en los callos, el cartílago, y la producción de matriz ósea durante la cicatrización de las fracturas nonstabilized o estabilizado en los ratones que carecían del receptor de IL-1 beta en comparación con animales de tipo salvaje. Hemos observado alteraciones sutiles en el proceso de curación después de la administración de IL-1 beta durante las primeras fases de la reparación. Al día 10 después de la lesión, la relación de cartílago de callo se incrementó, y el día 14, la proporción de cartílago de callo totales y al hueso se redujo. Estos cambios podrían reflejar una ligera aceleración de la osificación endocondral, o efectos directos sobre el cartílago y la formación de hueso.
Rejuvenecimiento Del Sistema Inflamatorio Estimula La Reparación De Fracturas En Ratones De Edad
Edad reduce de forma significativa la capacidad de regeneración del esqueleto, pero las causas subyacentes son desconocidos. En este caso, hemos probado si el estado funcional de las células inflamatorias contribuyen a retraso en la cicatrización en animales de edad avanzada. Hemos creado ratones quiméricos por trasplante de médula ósea después de la irradiación letal. En este modelo, los condrocitos y osteoblastos en el regenerado se derivan exclusivamente a partir de células huésped mientras que las células inflamatorias se derivan del donante. El uso de este modelo, el sistema inflamatorio de ratones de mediana edad (12 meses) fue reemplazada por médula ósea trasplantada de ratones jóvenes (de 4 semanas de edad), o los controles emparejados por edad. Se encontró que los ratones de mediana edad que recibieron médula ósea juvenil tenía callos más grandes y más formación de hueso durante las primeras etapas y la remodelación del callo más rápido en las últimas etapas de curación de la fractura, lo que indica que las células inflamatorias procedentes de la médula ósea juvenil aceleró la reparación ósea en la media animales de edad avanzada. Por el contrario, el trasplante de médula ósea de ratones de mediana edad a los ratones jóvenes no alteró el proceso de curación de las fracturas en ratones jóvenes. Por lo tanto, las funciones de las células inflamatorias en la curación de la fractura puede ser relacionada con la edad, lo que sugiere la posibilidad de mejorar la curación de fracturas en animales de edad avanzada mediante la manipulación del sistema inflamatorio.
Varias Funciones Para CCR2 Durante La Cicatrización De La Fractura
Lesión ósea induce una respuesta inflamatoria que involucra a los neutrófilos, macrófagos y otras células inflamatorias. El reclutamiento de células inflamatorias a los sitios de lesión se produce en respuesta a las vías de señalización específicas. Las quimioquinas CC receptor de tipo 2 (CCR2) es crucial para el reclutamiento de macrófagos, así como la regulación de la función osteoclástica. En este estudio, hemos examinado la curación de fracturas en el CCR2-/ - ratones. En primer lugar, demostró que la expresión de CCR2 transcripciones y la filtración de macrófagos en los callos de fractura fueron más fuertes durante las primeras fases de curación de la fractura. Ahí se determinó que el número de macrófagos en el sitio de la fractura fue significativamente menor en CCR2-/ - ratones en comparación con los controles de tipo salvaje a los 3 días después de la lesión. Como resultado, la vascularización alterada, disminución de la formación de callo, y la maduración tardía de cartílago se observaron a los 7 días después de la lesión en ratones mutantes. En el día 14, CCR2-/ - ratones tenían menos hueso en sus callos. En el día 21, CCR2-/ - ratones tenían callos más grandes y más huesos en comparación con los ratones de tipo salvaje, lo que sugiere una remodelación tardía. Además, se analizó el efecto de la mutación del CCR2 sobre los osteoclastos. Hemos encontrado que la falta de CCR2 no afectó el número de osteoclastos en los callos de fractura a los 21 días después de la lesión. Sin embargo, CCR2-/ - osteoclastos mostraron una disminución de la capacidad de resorción ósea en comparación con células de tipo salvaje, lo que podría contribuir al retraso en la remodelación de callos de fractura observados en CCR2-/ - ratones. En conjunto, estos resultados indican que una deficiencia de CCR2 reduce la infiltración de macrófagos y limita la función de los osteoclastos, lo que lleva a la curación de la fractura retardada.
Modulación Cuantitativa Enlace Análisis De Sonic Hedgehog Señalización De La Variación Continua En El Crecimiento Facial Y Forma
La variación es una característica intrínseca de los sistemas biológicos, sin embargo, la biología del desarrollo no con frecuencia frente a los fenómenos a nivel de población. Sonic hedgehog (SHH) la señalización en el cerebro anterior de vertebrados y la cara se cree que contribuyen a la variación continua en la morfología de la mandíbula superior, pero a pesar de su poder explicativo potencial, esta idea nunca se ha evaluado cuantitativamente. En este caso, ponemos a prueba esta hipótesis con un diseño experimental que está explícitamente centrada en la generación y medición de la variación en la forma multivariante, el crecimiento del tejido, el comportamiento celular y la expresión génica. Se demuestra que la mayoría de la variación superior de forma de la mandíbula puede ser explicado por cambios progresivos en la organización espacial y la actividad mitótica de las zonas de crecimiento del tercio medio facial controlado por la señalización de Shh. Además, la no linealidad entre nuestras dosis de tratamiento y los resultados indican que los efectos fenotípicos de umbral en la señalización de Shh puede jugar un papel en la variabilidad de las malformaciones del tercio medio facial, como holoprosencefalia (HPE). En conjunto, estos resultados proporcionan una idea novedosa en la generación de la morfología facial, y demostrar el valor de la cuantificación de la variación de nuestra comprensión del desarrollo y la enfermedad.
Mecanismos Que Subyacen a Co-variación Del Cerebro Y La Cara
El efecto del cerebro en la morfología de la cara ha sido reconocida tanto en la biología evolutiva y la medicina clínica. En este trabajo se describen los factores que actúan entre el desarrollo del cerebro y de la cara y cómo éstas podrían afectar la variación craneofacial. En primer lugar, existe la influencia física del cerebro, lo que contribuye al crecimiento global y la morfología de la cara a través de interacciones directas estructurales. En segundo lugar, está la influencia molecular del cerebro, lo que indica a los tejidos faciales para establecer centros de señalización que regulan el crecimiento patrón. Es importante destacar que las alteraciones sutiles en estas interacciones físicas o molecular puede contribuir a la normal y anormal variación. Estas interacciones son por lo tanto, fundamental para nuestra comprensión de cómo la diversidad de morfologías faciales pueden ser generados tanto dentro de cada especie y en el tiempo evolutivo.
Estabilidad Mecánica Afecta La Angiogénesis Durante La Curación De La Fractura
El objetivo de este estudio fue determinar en qué medida afecta a la estabilidad mecánica de reparación vascular durante la curación de la fractura.
Integración De Epigenética Del Desarrollo Del Cerebro Y La Cara
La integración del cerebro y de la cara y en qué medida esta relación restringe o permite el cambio evolutivo en el complejo craneofacial es un tema de interés permanente en la evolución de los vertebrados. Para investigar el cerebro frente a la integración, se estudió la covariación entre el cerebro anterior y del tercio medio facial en los días de gestación 10 a 10,5 en cuatro cepas de ratones de laboratorio. Hemos encontrado que la variación fenotípica en el cerebro anterior está altamente correlacionada con la de la cara durante la formación de la cara de tal manera que la variación en el tamaño del cerebro anterior se correlaciona con el grado de prognatismo y orientación de las prominencias faciales. Esto sugiere fuertemente que la integración del cerebro y la cara es importante para la etiología de las malformaciones del tercio medio facial, tales como hendiduras orofaciales. Este eje de integración también tiene importantes implicaciones para la biología del desarrollo evolutivo de los mamíferos del complejo craneofacial.
Señalización De SHH Rescates Defectos Faciales Tras Un Bloqueo En El Cerebro
El frontonasal ectodérmica Zona (FEZ) es un centro de señalización en la cara que expresa Sonic hedgehog (Shh) y regula el crecimiento modelado de la mandíbula superior. El bloqueo de SHH en la expresión de los bloques del cerebro anterior Shh en la FEZ y crea malformaciones parecidas a holoprosencefalia (HPE), mientras que la inhibición de la señalización de BMP en la formación de los bloques de mesénquima Fez y dismorfología causa similar. De este modo, el cerebro podría regular la formación de Fez por SHH o la señalización de BMP, y si es así, la activación de una de estas vías en la cara podría aliviar los efectos de la represión de SHH en el cerebro. Hemos bloqueado la señalización de Shh en el cerebro, mientras que la adición de SHH o BMP entre el ectodermo neural y facial del proceso frontonasal. Cuando se aplica temprano, SHH restaurado expresión de Shh en los resultados de forma Fez y mejorado de forma significativa, lo que contrasta con los experimentos anteriores que mostraron más tratamientos SHH no tienen ningún efecto. Cuentas BMP empapados introdujo la apoptosis causada temprana y tardía que las malformaciones se ve exacerbada. Por último, la eliminación de Smoothened a partir de células de la cresta neural no inhibir la expresión de Shh en la FEZ. En conjunto, este trabajo sugiere que un efecto directo, sensible al tiempo de la señal SHH del cerebro es necesaria para la inducción posterior de Shh en la FEZ. Proponemos un modelo comprobable de la activación de Fez y hablar sobre los mediadores de señalización que pueden regular estas interacciones. Dinámica del Desarrollo, 2011. © 2011 periódicos, Wiley, Inc.
Células De La Cresta Neural Patrón De La Superficie Ectodermo Cefálico Durante La Formación FEZ
Antecedentes: Múltiples factores de crecimiento de fibroblastos (FGF) ligandos se expresan en el prosencéfalo y el ectodermo facial, y el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) se expresa en el ectodermo facial. Ambas vías activan la cascada de la MAP quinasa, y puede ser suprimida por SU5402. Hemos colocado un cordón empapado en SU5402 en el cerebro después de la emigración de las células de la cresta neural fue completa. Resultados: En 24 horas se observó pMEK reducida y la tinción de beneficio que persistió durante al menos 48 horas. Esto fue acompañado por apoptosis significativa en la cara. El día 15, los picos superiores se ven truncados. Los cambios moleculares en la FNP también fueron evidentes. Normalmente, Shh se expresa en la zona frontonasal ectodérmico y controla el crecimiento modelado de la mandíbula superior. En los embriones tratados, la expresión de Shh se redujo. Tanto los déficits estructurales y moleculares se han mitigado después del trasplante de la FNP-derivados de células mesenquimales. Conclusiones: Por lo tanto, las células mesenquimales de participar activamente en la señalización de las interacciones de la cara, y la ausencia de células de la cresta neural en neurocristopathies no puede ser meramente estructural. Dinámica del Desarrollo 241:732-740, 2012. © 2012 periódicos, Wiley, Inc.
