Explosionen av celler som bildar brosk är associerad med mineralisering under de tidiga stadierna av benbildning, och nanofragment av cellmembranen kan fungera som kärnbildningsställen för amorft kalciumfosfat, som rapporterats i två studier som just publicerats i Integrativ biologi och ASC Biomaterials Science and Engineering .

Brosk har en mycket viktig ställningsliknande funktion för utvecklingen av ben; under endokondral ossifikation, kondrocyterna, cellerna som bildar brosk, utsöndrar matrisproteiner och mineraliseringsfaktorer som optimerar miljön för mineralisering. Mekanismerna för benbildning är inte helt klarlagda, och att manipulera mineralisering är utmanande ännu. Att få kontroll över denna process är relevant eftersom det skulle resultera i förbättrade biotekniska tekniker för broskvävnadssyntes och rekonstruktion, och för kontroll av benbildning.

För att få ytterligare förståelse i de inledande stegen av mineralbildning, Professor Takuya Matsumoto och biträdande professor Emilio Satoshi Hara från Okayama University Graduate School of Medicine, Tandläkare och farmaceutiska vetenskaper studerade benbildning i lårbenets epifys (det vill säga den rundade änden av benet) hos möss under sekundär förbening under de första postnatala dagarna.

I en första studie, forskarna observerade att kondrocyter sprack nära det mineraliserade området, som de föreslår kan vara en rymdskapande mekanism för mineral expansion. Utrymmet som skapas efter att cellen sprack stämmer väl överens med det som senare upptogs av mineralerna i slutet av processen, vilket visas av time-lapse-bilder av den initiala benbildningsprocessen. För att demonstrera kopplingen mellan burst och mineralbildning och expansion, Professor Matsumoto och kollegor använde yttre stimuli för att framkalla utbrottet och manipulera benvävnadsbildning. Särskilt, två externa faktorer var kopplade till att utlösa sprängningen:mekaniskt och osmotiskt tryck. Verkligen, ex vivo odling av lårbenets epifys i hypotont tillstånd eller under mekaniskt tryck förstärkt mineralbildning, och in vivo undersökningar av det mekaniska tryckets roll visade att reducerat tryck på lederna resulterar i undertryckt benbildning i lårbenets epifys.

I den forskning som presenterades i den andra artikeln, forskarna använde en mängd olika tekniker för att observera de dynamiska förändringarna i organiskt och oorganiskt material i brosket på ett tids- och stadiumspecifikt sätt, bekräftar att de tidiga stegen av mineralisering är baserade på aktiviteten hos kondrocyter. En noggrann analys av nanofragment observerade nära det mineraliserade området visade att de var nanofragment av kondrocytmembran, och kan vara kärnbildningsställena för amorft kalciumfosfat, som sedan omvandlades till apatitkristaller. Fosfolipiderna i fragmenten kan ge det fosfat som behövs för denna process. Forskarna syntetiserade också konstgjorda cellnanofragment, och visade att de främjar mineralbildning in vitro.

Att kontrollera kondrocytbrist med hjälp av externa stimuli kan resultera i nya metoder för brosk- och benvävnadsteknik. Dessutom, eftersom nanofragment från cellmembran tillhandahåller kärnbildningsställen för mineralbildning, dessa kan användas för att manipulera biomineralisering, som författarna kommenterar:"manipulation av kondrocytbrist med externa mekanokemiska stimuli kan vara ett ytterligare tillvägagångssätt för brosk- och benvävnadsteknik, "och" i framtiden, cellmembranfragmentbaserade material kan också utvecklas och appliceras vid benvävnadsteknik och regenerering ".

Det finns två typer av ossifikationscentra, primärt och sekundärt. Primärt ossifikationscentrum uppträder under prenatal utveckling, medan sekundärt ossifikationscentrum uppträder under de postnatala och tonåren. I långa ben, det primära ossifieringscentret förekommer i den centrala delen av benet, det sekundära förbeningscentrumet i ändarna.

Två processer resulterar i bildandet av benvävnad:vid intramembranös förbening, ben läggs ner direkt i den primitiva bindväven. Vid endokondral ossifikation, den som studeras i den forskning som diskuteras här, brosk fungerar som en prekursor, och bryts gradvis ned och ersätts av ben.

Eftersom denna forskning avslöjar två sätt att inducera burst av kondrocyter (som i sin tur styr benbildning genom att göra plats för mineraliserad vävnad), genom att använda mekaniskt och osmotiskt tryck, det öppnar vägen för nya metoder för att konstruera benvävnad. Avslöjandet av membranfragmentens roll som kärnbildningscentrum för benbildning ger en ny väg för utveckling av biomaterial för benvävnadsteknik och regenerering. Båda resultaten öppnar nya möjligheter för bioteknik av benvävnad.