Bentillväxtfaktor
En bentillväxtfaktor är en tillväxtfaktor som stimulerar tillväxten av benvävnad .
Kända bentillväxtfaktorer inkluderar insulinliknande tillväxtfaktor-1 (IGF-1), insulinliknande tillväxtfaktor-2 (IGF-2), transformerande tillväxtfaktor beta (TGF-β), fibroblasttillväxtfaktorer (FGF), trombocyt- härledd tillväxtfaktor (PDGF), paratyreoideahormonrelaterad peptid (PTHrP), benmorfogenetiska proteiner (BMP) och vissa medlemmar av gruppen av proteiner med tillväxtdifferentieringsfaktor (GDF).
Det slutliga målet för bentillväxtfaktorer är osteoblaster , osteoklaster och fibroblaster . Humana fibroblaster och osteoblaster visades vara kapabla att producera bentillväxtfaktorer efter stimulering.
Viktiga hormoner som påverkar bentillväxt och -morfologi inkluderar tillväxthormon (GH), androgener som testosteron och dihydrotestosteron och östrogener som östradiol .
Typer
Transforming growth factor beta (TGF-β)
Transforming growth factor beta (TGF-β) är en fysiologisk regulator av osteoblastdifferentiering och fungerar som en central komponent i kopplingen av benbildning och dess resorption under benremodellering.
Benmorfogenetiska proteiner (BMP)
Benmorfogena proteiner (BMP) är proteiner som är gjorda av sura polypeptider och tillhör TGF-B-familjen. BMP främjar regenereringen av benvävnad och brosk. BMP uppvisar osteoinduktiv aktivitet. Osteoinduktiv aktivitet leder till benbildning, aktiverar mesenkymala celler för att omvandlas till osteoblaster som i slutändan ger benbildning. BMP riktar in sig på och binder till mesenkymala celler och aktiverar en transmembran serin/treoninkinasreceptor som kommer att leda till fosforylering av molekyler som kallas SMADS. SMADS är transkriptionsfaktorer som kommer att inducera osteoblasttillväxt.
Blodplättshärledd tillväxtfaktor (PDGF)
Majoriteten av substraten för blodplättshärledd tillväxtfaktor (PDGF) uppvisar liknande strukturer som Src Homology 2-domänen. Dessa substrat kommer att binda till PDGFR-receptorerna som kommer att dimerisera och autofosforylera. Denna fosforylering attraherade PLC-gamma (inducerar cellproliferation), Ras (som går igenom signalkaskad och fungerar som en transkriptionsfaktor), fosfatidylinositol 3-kinas (PI3K) som också främjar en signalkaskad som inducerar transkriptionsfaktorer, och stressfiberbildning, och inducerar STAT-vägen som aktiverar transkriptionsfaktorer.
Fibroblasttillväxtfaktor (FGF)
Blodplättshärledda tillväxtfaktorer (PDGF) är polypeptider som finns i olika vävnader, inklusive ben, där det ursprungligen antogs att det skulle kunna fungera som en autolog regulator av benremodellering. Detta protein har initialt isolerats i humana blodplättar och är sammansatt av två olika polypeptidkedjor A och B. Kombinationen av dessa polypeptider bildar de homodimera (AA) eller (BB), eller heterodimera (AB) kedjorna av PDGF. Fibroblasttillväxtfaktor (FGF) signaleringskaskad startas av bindningen av 2 tillväxtfaktorer till FGFR. Dimerisering äger rum och initierar transfosforyleringen av varje receptor. Dessa fosforyleringsställen fungerar som dockningsställen för proteiner så att de kan inducera nedströmssignalering. Dessa proteiner består av FRS2-alfa och PLC-gamma. FRS2-alfa fungerar som ett ställningsprotein för att hålla GAB1 och GRB2 som sedan binder proteiner till SHP2 och SOS. Dessa flera proteiner verkar tillsammans för att aktivera Ras-vägen (inducerar cellproliferation och differentiering) och PI3K-vägen (inducerar överlevnad och cellödebestämning). På andra sidan av de dimeriserade receptorerna aktiverar PLC-gamma DAG och IP3 som ger PKC och kalciumjoner. PKC och kalcium kommer i slutändan att inducera morfologi, migration och vidhäftning.
Insulinliknande tillväxtfaktorer (IGF)
Insulinliknande tillväxtfaktorer (IGF) hjälper bentillväxt i kroppen. IGF är enkelkedjiga polypeptider som är lika strukturerade som insulin. Det finns 2 IGF: insulinliknande tillväxtfaktor 1 (IGF-1) och insulinliknande tillväxtfaktor 2 (IGF-2). IGF-1 induceras av tillväxthormon (GH) och riktar sig mot brosk, vilket stimulerar cellbenscellsproliferation. Studier utförda av Yakar S, Rosen CJ har visat i djurmodeller att IGF-1 kan förbättra längsgående tillväxt, periosteal omkrets och bentäthet. IGF-1 är ansvarig för att öka den totala kroppsstorleken, den längsgående benstorleken och höjden , särskilt under puberteten .
Paratyreoideahormonrelaterat protein (PTHrP) är viktigt för endokondral benbildning. Martin (2005) fann att PTHrP stimulerar benbildning genom att öka osteoblastdifferentieringen och minska osteoblastapoptos. Detta orsakar en ökning av osteoblaster vilket gör att nya benceller kan bildas. PTHrP reglerar också osteoklastbildning, vilket ytterligare möjliggör bentillväxt.
Hormoner
Östrogener gör att höfterna vidgas och blir rundade under puberteten hos kvinnor, och androgener gör att axlarna vidgas hos män. Östrogener förmedlar epifysslutning hos både män och kvinnor. Andra hormoner som är inblandade i kontroll av bentillväxt inkluderar sköldkörtelhormon , bisköldkörtelhormon , kalcitonin , glukokortikoider som kortisol och D-vitamin ( kalcitriol ). Enligt menoPAUSE, en blogg från University of Rochester, orsakar östrogen att kvinnor får sitt fett fördelat i sina bröst, lår och längs bäckenområdet, vilket innebär att fettet kan användas som energikälla för framtida graviditeter. För män ökar androgener (som testosteron) mäns muskel-till-fett-förhållande. Woods J. "Vad har östrogen med magfett att göra?" .
Klinisk signifikans
Potentiell behandling för osteoporos
Osteoporos är en bensjukdom där benmassan är mindre än genomsnittet och kan öka frakturerna. Några orsaker som leder till osteoporos är hur gammal du är och minskande mängd östrogen, varför det främst förekommer hos äldre kvinnor (men det kan också påverka män också).
Under en nyligen genomförd studie utförd vid Children's Medical Center Research Institute vid UT Southwestern, har Bone Growth Factor Osteolectin (Clec11a) också visat regenerativa egenskaper. Äggstockar avlägsnades från möss för att simulera osteoporos hos postmenopausala kvinnor. Resultaten baserades på dagliga injektioner av Osteolectin för att fastställa effekterna. Denna forskning visade en ökning av benvolymen hos möss med benförlust efter att deras äggstockar tagits bort.
För att vara mer specifik, för att hjälpa personer med osteoporos, används medicin tillsammans med behandling av benfrakturer. Clec11a är ett glykoprotein som benmärg uttrycker vilket Elifesciences uppger.
Senbehandling
Flera studier har visat ett samband mellan administrering av bentillväxtfaktorer och förbättring av senan -till-benläkning. Fokus för dessa studier låg i första hand på det främre korsbandet (ACL) beläget i knät, på grund av den höga volymen av incidenser [ stavning ? ] av skador som ådragits av idrottare. University of Dammam, King Fahd Hospital i Saudiarabien kunde visa att tillsatsen av SHMSP-bentillväxtfaktor via pulver underlättade processen för sentransplantatläkning hos kaniner. Jämförelse av denna SHMSP-testgrupp med kontrollgruppen illustrerade en högre nivå av bildning och organisation i knät.
Hospital for Special Surgery i New York genomförde en liknande studie, där en kollagensvamp innehållande benprotein implanterades i ACL hos kaniner. I detta fall innehöll benproteinet som isolerats från bovina lårben flera benmorfogenetiska proteiner , som är en del av ett viktigt signalsystem som hjälper till med benstrukturen. Liksom med appliceringen av SHMSP sågs införandet av benprotein i kollagensvampen förbättra läkningsprocessen, jämfört med kontrollgrupper med svampen ensam eller ingen svamp.
I en separat studie som också genomfördes av Hospital for Special Surgery samt University of California, använde behandlingen av det främre korsbandet det rekombinanta humana benmorfogena proteinet rhBMP-2 i två faser. I fas ett kalibrerades doserna av noggin , ett regulatorprotein, såväl som rhBMP-2 korrekt, och i fas två injicerades dessa proteiner som bärs på syntetisk kalciumfosfatmatris (CPM) i ACL-regionen. Resultaten av denna procedur visade också en förbättring av kollagenfiberbildningen mellan senan och benet. Därför sågs alla tre behandlingarna förbättra effektiviteten av sena-till-benläkning via de olika bentillväxtfaktorerna: SHMSP, benprotein och rhBMP-2.