Oxford University Press (OUP)

In this study we investigated the role of bone lining cells in the coordination of bone resorption and formation. Ultrastructural analysis of mouse long bones and calvariae revealed that bone lining cells enwrap and subsequently digest collagen fibrils protruding from Howship's lacunae that are left by osteoclasts. By using selective proteinase inhibitors we show that this digestion depends on matrix metalloproteinases and, to some extent, on serine proteinases. Autoradiography revealed that after the bone lining cells have finished cleaning, they deposit a thin layer of a collagenous matrix along the Howship's lacuna, in close association with an osteopontin-rich cement line. Collagenous matrix deposition was detected only in completely cleaned pits. In bone from pycnodysostotic patients and cathepsin K-deficient mice, conditions in which osteoclastic bone matrix digestion is greatly inhibited, bone matrix leftovers proved to be degraded by bone lining cells, thus indicating that the bone lining cell “rescues” bone remodeling in these anomalies. We conclude that removal of bone collagen left by osteoclasts in Howship's lacunae is an obligatory step in the link between bone resorption and formation, and that bone lining cells and matrix metalloproteinases are essential in this process.

In this study, we examined in vitro histogenesis by murine K8 osteosarcoma cells maintained in three-dimensional (3D) collagen sponges. We tested the hypothesis that perfusion of medium enhances cell viability and their biosynthetic activity as assessed by expression of the osteoblastic phenotype and mineral deposition. At intervals, samples were harvested and analyzed histologically, biochemically, and by Northern hybridization for type I collagen, osteopontin (OPN), osteocalcin (OC), and core binding factor alpha 1 (Cbfa1). Histologic evaluation showed greater viability, more alkaline phosphatase (ALP)-positive cells, and more mineralized tissue in the perfused sponges after 21 days. Immunohistological assessment of proliferating cell nuclear antigen revealed 5-fold more proliferating cells in the perfused sponges compared with the controls (p = 0.0201). There was 3-fold more ALP activity in the perfused sponges than the controls at 6 days and 14 days (p = 0.0053). The perfused sponges contained twice the DNA and eight times more calcium than the nonperfused controls after 21 days (p < 0.0001 for both). Northern hybridization analysis revealed more mRNA for collagen type I (2-fold) and 50% more for OC at 14 days and 21 days, whereas OPN and Cbfa1 mRNA expression remained unaffected by the medium perfusion. These results show that medium perfusion had beneficial effects on the proliferation and biosynthetic activity of this osteosarcoma cell line. This system mimics the 3D geometry of bone tissue and has the potential for revealing mechanisms of regulation of osteogenesis.

Interleukin-1 (IL-1) α and β and tumor necrosis factor (TNF) α and β are potent stimulators of bone resorption in vitro and in vivo. However, the mechanisms underlying this increased bone resorption have not been clearly defined. Increased bone resorption can result from increased activity of individual osteoclasts, increased numbers of osteoclasts, or both. Therefore, we have used a long-term human marrow culture system that forms multinucleated cells (MNC) with the characteristics of osteoclasts to examine the effects of IL-1 and TNF on osteoclast formation. Human recombinant IL-1α and IL-1β and human recombinant TNF-α and TNF-β stimulated MNC formation from 4- to 60-fold. IL-1α, IL-1β, TNF-α, and TNF-β significantly increased MNC formation at very low concentrations: 2.5 × 10−13 M for IL-1α and IL-1β, 10−11 M for TNF-α, and 10−10 M for TNF-β In addition, these cytokines enhanced MNC formation in the presence of 1,25-dihydroxyvitamin D3 [1,25-(OH)2D3], a potent osteotropic factor that stimulates MNC formation by stimulating fusion of mononuclear precursor cells. Simultaneous addition of IL-1 and TNF to the cultures resulted in a synergistic stimulation of MNC formation. These results suggest that: (1) IL-1 and TNF stimulate bone resorption in part by increasing osteoclast formation and (2) an extremely low concentration of these factors can synergistically increase osteoclast formation in the absence of other factors, such as 1,25-(OH)2D3. These data suggest that synergistic interactions among cytokines play an important role in maintaining bone cell activity in normal and pathologic states.

Chronic immune responses and inflammatory reactions in rheumatoid arthritis (RA) often cause severe destruction of cartilage and bone, but its mechanism is still a matter of controversy. We reported that interleukin-6 (IL-6) alone does not induce osteoclast formation, but soluble interleukin-6 receptors (sIL-6R) triggered the formation in the presence of IL-6 in cocultures of murine osteoblastic cells and bone marrow cells. In this study, we examined the involvement of sIL-6R and IL-6 in joint destruction in patients with RA. Although the frequency of patients having osteoclast-like multinucleated cells in synovium derived from the knee joint was not significantly different between RA (65%) and osteoarthritis (OA) patients (43%), the number of osteoclast-like cells found in the synovium was greater in the former than in the latter. Multinucleated cells obtained from RA synovium expressed the osteoclast-specific phenotype such as tartrate-resistant acid phosphatase, carbonic anhydrase II, vacuolar proton-ATPase and vitronectin receptors at similar levels to those from a human giant cell tumor of bone. The concentration of both IL-6 and sIL-6R was significantly higher in the synovial fluids from patients with RA than with OA. The concentration of IL-6 and sIL-6R correlated well with the roentgenologic grades of joint destruction. Dose-response curves for human IL-6 and human sIL-6R in inducing osteoclast-like cell formation in cocultures indicated that the RA synovial fluids contained sufficient IL-6 and sIL-6R to induce osteoclastogenesis. When synovial fluids from RA and OA patients were added to the cocultures, some of the RA synovial fluids containing high levels of IL-6 and sIL-6R stimulated osteoclast-like cell formation, which was strikingly inhibited by adding anti-IL-6R antibody simultaneously. These results suggest that IL-6 in the RA synovial fluids is at least in part responsible for joint destruction in the presence of sIL-6R through osteoclastogenesis.

Osteonecrosis hàm mặt (ONJ) đã ngày càng bị nghi ngờ là một biến chứng tiềm tàng của liệu pháp bisphosphonate trong những năm gần đây. Do đó, ban lãnh đạo Hiệp hội Nghiên cứu Xương và Khoáng chất Hoa Kỳ (ASBMR) đã chỉ định một nhóm công tác đa ngành để giải quyết các câu hỏi chính liên quan đến định nghĩa ca bệnh, dịch tễ học, yếu tố nguy cơ, hình ảnh chẩn đoán, quản lý lâm sàng và các lĩnh vực nghiên cứu tương lai liên quan đến rối loạn này. Báo cáo này tóm tắt các phát hiện và khuyến nghị của nhóm công tác.

Giới thiệu: Việc nhận thức ngày càng tăng rằng việc sử dụng bisphosphonate có thể liên quan đến osteonecrosis hàm mặt (ONJ) đã dẫn đến việc ban lãnh đạo ASBMR chỉ định một nhóm công tác để giải quyết một số câu hỏi chính liên quan đến rối loạn này.

Vật liệu và Phương pháp: Một nhóm chuyên gia đa ngành đã xem xét tất cả dữ liệu đã được công bố liên quan đến ONJ do bisphosphonate. Các báo cáo về sự kiện bất lợi của thuốc từ Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ cũng đã được xem xét.

Kết quả và Kết luận: Một định nghĩa ca bệnh đã được phát triển để các nghiên cứu tiếp theo có thể báo cáo về cùng một tình trạng. Nhóm công tác đã định nghĩa ONJ là sự hiện diện của xương lộ ra trong vùng hàm mặt không lành lại trong vòng 8 tuần sau khi được nhận diện bởi một nhà cung cấp dịch vụ y tế. Dựa trên việc xem xét cả dữ liệu đã được công bố và chưa được công bố, nguy cơ ONJ liên quan đến liệu pháp bisphosphonate đường uống cho loãng xương dường như là thấp, được ước tính từ 1 trên 10.000 đến <1 trên 100.000 năm điều trị bệnh nhân. Tuy nhiên, nhóm công tác đã nhận thấy rằng thông tin về tỷ lệ mắc ONJ đang phát triển nhanh chóng và tỷ lệ thực tế có thể cao hơn. Nguy cơ ONJ ở bệnh nhân bị ung thư được điều trị bằng liều cao bisphosphonate truyền tĩnh mạch rõ ràng cao hơn, trong khoảng 1–10 trên 100 bệnh nhân (tùy thuộc vào thời gian điều trị). Trong tương lai, các phương pháp hình ảnh chẩn đoán cải tiến, chẳng hạn như chụp cộng hưởng từ quang học hoặc MRI kết hợp với tác nhân cản quang và việc điều chỉnh các mặt phẳng hình ảnh, có thể xác định được bệnh nhân ở giai đoạn tiền lâm sàng hoặc giai đoạn sớm của bệnh. Quản lý chủ yếu là hỗ trợ. Một chương trình nghiên cứu nhằm lấp đầy những khoảng trống đáng kể trong kiến thức liên quan đến rối loạn này cũng đã được phác thảo.

Chúng tôi đã phân tích tác động của một mũi tiêm FGF-23 trong điều kiện in vivo. FGF-23 gây ra sự giảm nồng độ 1,25-dihydroxyvitamin D trong huyết thanh bằng cách thay đổi các biểu hiện của các enzyme chính trong chuyển hóa vitamin D, dẫn đến tình trạng hạ phosphate huyết. Nghiên cứu này cho thấy FGF-23 là một bộ điều hòa mạnh mẽ của chuyển hóa vitamin D và phosphate.

Giới thiệu: Đóng góp sinh lý bệnh của FGF-23 trong các bệnh hạ phosphate đã được hỗ trợ bởi các nghiên cứu trên động vật, trong đó việc sử dụng lâu dài yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi tái tổ hợp-23 đã mô phỏng bệnh còi xương hạ phosphate với mức 1,25-dihydroxyvitamin D [1,25(OH)2D] huyết thanh thấp. Tuy nhiên, chưa có hiểu biết rõ ràng về cách mà FGF-23 gây ra những thay đổi này.

Nguyên liệu và Phương pháp: Để làm sáng tỏ các cơ chế phân tử của chức năng FGF-23, chúng tôi đã điều tra tác động ngắn hạn của một lần tiêm yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi tái tổ hợp FGF-23 ở động vật bình thường và động vật đã cắt tuyến cận giáp.

Kết quả: Một mũi tiêm FGF-23 tái tổ hợp đã gây ra sự giảm nồng độ phosphate huyết thanh và mức 1,25(OH)2D. Sự giảm phosphate huyết thanh được ghi nhận lần đầu tiên vào 9 giờ sau khi tiêm và đi kèm với sự giảm mRNA và protein ở thận cho cơ chất đồng vận chuyển natri-phosphate loại IIa (NaPi-2a). Không có sự gia tăng của hormone cận giáp (PTH) trong suốt cuộc thí nghiệm, và tình trạng hạ phosphate đã được tái tạo bởi FGF-23 trong chuột đã cắt tuyến cận giáp. Trước khi xảy ra tác động hạ phosphate, mức 1,25(OH)2D huyết thanh đã giảm xuống vào 3 giờ và đạt đỉnh điểm thấp nhất vào 9 giờ sau khi tiêm. FGF-23 đã giảm mức mRNA của renin 25-hydroxyvitamin D-1α-hydroxylase và tăng mức mRNA của 25-hydroxyvitamin D-24-hydroxylase bắt đầu từ 1 giờ. Thêm vào đó, một lần tiêm calcitriol vào chuột bình thường đã làm tăng mức FGF-23 trong huyết thanh trong vòng 4 giờ.

Kết luận: FGF-23 điều chỉnh NaPi-2a độc lập với PTH và mức 1,25(OH)2D huyết thanh bằng cách kiểm soát các biểu hiện của các enzyme chính trong chuyển hóa vitamin D ở thận. Tóm lại, FGF-23 là một bộ điều hòa mạnh mẽ của cân bằng phosphate và vitamin D.

Thập kỷ qua đã cung cấp một lượng dữ liệu khổng lồ về sinh học phân tử và chức năng của tế bào xương (osteocyte). Khác xa với hình ảnh “vị trí tạm bợ trong xương”, tế bào này đã được phát hiện có nhiều chức năng, như là một người điều phối quá trình tái cấu trúc xương thông qua việc điều chỉnh hoạt động của cả tế bào hủy xương (osteoclast) và tế bào tạo xương (osteoblast), đồng thời cũng hoạt động như một tế bào nội tiết. Tế bào osteocyte là nguồn cung cấp các yếu tố tan trong môi trường không chỉ đến các tế bào mục tiêu trên bề mặt xương mà còn đến các cơ quan xa, chẳng hạn như thận, cơ và các mô khác. Tế bào này đóng vai trò trong cả chuyển hóa phosphate và sự sẵn có của canxi, cũng như có khả năng tái cấu trúc ma trận quanh lacuna của nó. Osteocyte chiếm từ 90% đến 95% tổng số tế bào xương trong xương người lớn và là loại tế bào xương sống lâu nhất, có thể tồn tại hàng thập kỷ trong môi trường khoáng hóa của nó. Khi chúng ta già đi, những tế bào này chết đi, để lại những lacuna trống mà thường xuyên bị vi mô khoáng hóa. Trong xương già, chẳng hạn như xương hoại tử (osteonecrotic), lacuna trống thường liên quan đến việc giảm tái cấu trúc. Các yếu tố viêm như yếu tố hoại tử khối u và glucocorticoid được sử dụng để điều trị bệnh viêm làm chết tế bào osteocyte, nhưng qua các cơ chế khác nhau với các kết quả tiềm tàng khác nhau. Do đó, tế bào osteocyte khỏe mạnh và còn sống là cần thiết cho chức năng đúng đắn của xương và các cơ quan khác. © 2011 Hiệp hội Nghiên cứu Xương và Khoáng chất Hoa Kỳ.

Nhiều nghiên cứu đã báo cáo rằng nguy cơ gãy xương ở hông, cột sống và các vị trí khác tăng lên ở những người có tiền sử gãy xương đã được chẩn đoán lâm sàng, hoặc có bằng chứng hình ảnh về gãy xương đốt sống. Tuy nhiên, vẫn có sự khác biệt về quy mô của các mối liên hệ giữa các nghiên cứu. Chúng tôi đã tóm tắt tài liệu và thực hiện một cuộc tổng hợp thống kê về nguy cơ gãy xương trong tương lai, dựa trên tiền sử gãy xương trước đó. Mối liên hệ mạnh nhất được quan sát giữa các trường hợp gãy xương đốt sống trước và sau. Phụ nữ có gãy xương đốt sống trước đó (được phát hiện lúc bắt đầu bằng phương pháp đo hình học đốt sống) có nguy cơ gãy xương đốt sống tiếp theo tăng khoảng gấp 4 lần so với những người không có tiền sử gãy xương. Nguy cơ này tăng lên theo số lượng gãy xương đốt sống trước đó. Hầu hết các nghiên cứu báo cáo nguy cơ tương đối khoảng 2 cho các kết hợp khác nhau của các vị trí gãy xương trước và trong tương lai (hông, cột sống, cổ tay, hoặc bất kỳ vị trí nào). Phương pháp hồ sơ độ tin cậy đã được sử dụng để tạo ra một ước tính tổng hợp duy nhất từ các nghiên cứu cung cấp đủ dữ liệu cho các sự kết hợp khác nhau giữa các vị trí gãy xương trước và sau. Các nghiên cứu về phụ nữ tiền mãn kinh và mãn kinh có gãy xương trước đó có nguy cơ gãy xương tiếp theo gấp 2.0 (95% CI = 1.8, 2.1) lần so với phụ nữ không có tiền sử gãy xương. Đối với các nghiên cứu khác (bao gồm cả nam và nữ ở mọi độ tuổi), nguy cơ này tăng lên gấp 2.2 (1.9, 2.6) lần. Chúng tôi kết luận rằng tiền sử gãy xương tại bất kỳ vị trí nào là một yếu tố nguy cơ quan trọng cho các gãy xương trong tương lai. Do đó, bệnh nhân có tiền sử gãy xương nên nhận thêm đánh giá về loãng xương và nguy cơ gãy xương.

Việc đánh giá gãy đốt sống bằng chụp X-quang thông thường đã được tinh chỉnh và cải tiến bằng cách sử dụng các tiêu chí bán định lượng hoặc định lượng. Biến thiên giữa các người quan sát và trong các lần quan sát đã được xác định đối với một phương pháp trực quan bán định lượng mà chúng tôi thường sử dụng trong các nghiên cứu lâm sàng để đánh giá gãy đốt sống hiện tại và gãy mới. Ngoài ra, phương pháp bán định lượng đã được so sánh với một phương pháp định lượng hình thái. Tỷ lệ gãy đốt sống đã được xác định ở 57 phụ nữ mãn kinh (tuổi 65–75) bởi ba người quan sát độc lập. Cơ sở hình ảnh của các định nghĩa về gãy và nguồn gốc của các lỗi diễn giải đã được minh họa. Kết quả cho thấy sự đồng nhất cao trong quan sát giữa các nhà quan sát và sự đồng nhất tốt giữa các người quan sát cho kỹ thuật bán định lượng. Chúng tôi kết luận rằng phương pháp bán định lượng có thể được áp dụng một cách đáng tin cậy trong việc đánh giá gãy đốt sống khi được thực hiện bằng các tiêu chí được xác định rõ ràng.

Sự sử dụng hình ảnh chụp cắt lớp vi mô (µCT) độ phân giải cao để đánh giá hình thái xương kiểu xốp và xương vỏ đã phát triển đến mức độ lớn. Hiện có một số hệ thống µCT thương mại, mỗi hệ thống có cách tiếp cận khác nhau đối với việc thu nhận hình ảnh, đánh giá và báo cáo kết quả. Sự thiếu nhất quán này khiến cho việc giải thích các kết quả đã báo cáo trở nên khó khăn và cũng làm cho việc so sánh các phát hiện từ các nghiên cứu khác trở nên phức tạp. Bài báo này đề cập đến nhu cầu cấp thiết về thuật ngữ chuẩn hóa và báo cáo nhất quán các thông số liên quan đến việc thu nhận và phân tích hình ảnh, cũng như các đánh giá kết quả chính, đặc biệt là trong phân tích ex vivo các mẫu động vật gặm nhấm. Do đó, các hướng dẫn trong bài viết này cung cấp các khuyến nghị liên quan đến (1) thuật ngữ và đơn vị tiêu chuẩn, (2) thông tin cần bao gồm trong việc mô tả phương pháp cho một thí nghiệm nhất định, và (3) một tập hợp những biến số kết quả tối thiểu nên được báo cáo. Mặc dù mục tiêu nghiên cứu cụ thể sẽ xác định thiết kế thí nghiệm, các hướng dẫn này nhằm đảm bảo việc báo cáo chính xác và nhất quán về đo lường hình thái học và mật độ xương thu được từ µCT. Cụ thể, phần phương pháp cho các bài báo trình bày kết quả dựa trên µCT phải bao gồm các chi tiết về các khía cạnh quét sau: (1) thu nhận hình ảnh, bao gồm môi trường quét, điện áp ống X-quang và kích thước voxel, cũng như mô tả rõ ràng về kích thước và vị trí của thể tích quan tâm và phương pháp được sử dụng để phân định các vùng xương kiểu xốp và xương vỏ, và (2) xử lý hình ảnh, bao gồm các thuật toán được sử dụng để lọc hình ảnh và phương pháp được sử dụng cho việc phân đoạn hình ảnh. Các phân tích hình thái học nên dựa trên các thuật toán 3D mà không dựa vào những giả định về cấu trúc cơ bản bất cứ khi nào có thể. Khi báo cáo kết quả µCT, tập hợp các biến số tối thiểu cần được sử dụng để mô tả hình thái học xương kiểu xốp bao gồm phân số thể tích xương và số lượng, độ dày và khoảng cách của xương kiểu xốp. Tập hợp các biến số tối thiểu cần được sử dụng để mô tả hình thái học xương vỏ bao gồm diện tích mặt cắt tổng, diện tích xương vỏ, phân số diện tích xương vỏ và độ dày xương vỏ. Các biến số khác cũng có thể thích hợp tùy thuộc vào câu hỏi nghiên cứu và chất lượng kỹ thuật của phép quét. Thuật ngữ chuẩn hóa, được trình bày trong bài viết này, nên được tuân theo khi báo cáo kết quả.