Osteocyt




Een osteocyt[1][2] is de meest voorkomende cel in botweefsel. Nadat een osteoblast vast komt te zitten tijdens het vormen van de botmatrix, transformeert hij tot een osteocyt. Hierbij is hij omgeven door gemineraliseerd bot en collageenvezels. De osteocyt bevindt zich dan in de botlacune. Osteocyten zijn met elkaar verbonden via lange canaliculi, die gebruikt worden voor het uitwisselen van mineralen, voedingsstoffen en afvalstoffen via gap junctions. Dit netwerk van kanalen is complex en heeft bij de mens naar schatting een totale lengte van 175000 km.[3] Daarnaast hebben deze een functie in het meten van de vloeistofschuifstroomkrachten door de kanalen.[2] Osteocyten zijn net als osteoblasten en zenuwcellen niet in staat tot mitotische deling. Toch is in vergelijking met zenuwcellen het osteocytennetwerk zeer dynamisch, dankzij de continue bothermodellering.[3] Het volwassen menselijk lichaam heeft er ongeveer 42 miljard..[4]
Structuur
[bewerken | brontekst bewerken]Osteocyten hebben een stervorm en zijn ongeveer 7 micrometer hoog en breed en 15 micrometer lang.[5] Het cellichaam varieert in grootte van 5-20 micrometer in diameter en bevat 40-60 celuitlopers per cel,[6] met een cel-tot-cel afstand tussen 20-30 micrometer.[5] Een volwassen osteocyt heeft een celmembraan en bevat een enkele kern die zich aan de vasculaire zijde bevindt.[7] De cel vertoont ook een kleiner endoplasmatisch reticulum, golgi-apparaat en minder mitochondriën. Het heeft celuitlopers die in concentrisch lopende lamellen grotendeels uitstralen naar de botoppervlakken of naar een kanaal van Havers en een buitenste cementlijn die typisch zijn voor osteonen in concentrisch lamellair bot.[7] Osteocyten vormen een uitgebreid lacunocanaliciculair netwerk binnen de gemineraliseerde collageen type I botmatrix, met cellichamen die zich in lacunae bevinden en cel-/dendritische uitlopers in kanalen die canaliculi worden genoemd.[8]
Functies
[bewerken | brontekst bewerken]- Reguleren van de balans tussen opbouw en afbraak van botweefsel via het meten van de vloeistofschuifstroomkrachten en hormonale factoren en osteocytische osteolyse.
- Zorgen voor de instandhouding van de botmatrix door het produceren van signaalstoffen.
- Bijdragen aan de homeostase door opbouw en afbraak van vooral calciumfosfaat in het mineraalreservoir.[9]
Osteocyten zijn in staat tot moleculaire synthese en modificatie, evenals tot transmissie van signalen over lange afstanden, op een manier die vergelijkbaar is met het zenuwstelsel.[8] Ze zijn het meest voorkomende celtype in bot (31.900 per kubieke millimeter in runderbot tot 93.200 per kubieke millimeter in rattenbot).[8] De meeste receptoractiviteiten die een belangrijke rol spelen in de botfunctie zijn aanwezig in de volgroeide osteocyt.[8]
Osteocyten zijn een belangrijke regelaar van botmassa.[10][11] Osteocyten bevatten glutaminezuurtransporters die zenuwgroeifactoren produceren na een botbreuk, het bewijs van een sensorisch en informatieoverdrachtssysteem.[8] Toen osteocyten experimenteel werden vernietigd, vertoonden de botten een significante toename in botresorptie, verminderde botvorming, trabeculair botverlies en verlies van respons op onbruik.[8]
Osteocyten zijn mechanosensorcellen die de activiteit van osteoblasten en osteoclasten[11] binnen een basismulticellulaire eenheid (BMU) controleren, een tijdelijke anatomische structuur waar bothermodellering plaatsvindt.[12] Osteocyten genereren een remmend signaal dat via hun celuitlopers wordt doorgegeven aan osteoblasten voor rekrutering, waardoor botvorming mogelijk wordt.[13]
Osteocyten zijn ook een belangrijke endocriene regulator in het metabolisme van mineralen zoals fosfaten.[10] Er is aangetoond dat osteocytspecifieke eiwitten zoals sclerostine functioneren in het mineraalmetabolisme, evenals andere moleculen zoals PHEX, DMP-1, MEPE en FGF23, die sterk door osteocyten tot expressie worden gebracht en fosfaat en biomineralisatie reguleren.[14][11] Osteocytregulatie kan worden gekoppeld aan ziekte. Lynda Bonewald stelde bijvoorbeeld vast dat osteocyten FGF23 aanmaken, dat via de bloedsomloop gaat om de afgifte van fosfor door de nieren te activeren. Zonder voldoende fosfor worden botten en tanden zachter en worden spieren zwak, zoals bij X-gebonden hypofosfatemie[10][15][11][16]. X-gebonden hypofosfatemie is een zeldzame erfelijke ziekte, waarbij er sprake is van een te lage fosfaatwaarde in het bloed, doordat er teveel fosfaat wordt uitgeplast.
Sclerostine
[bewerken | brontekst bewerken]Osteocyten synthetiseren sclerostine, een uitgescheiden eiwit dat botvorming remt door binding aan LRP5/LRP6-coreceptoren en het afzwakken van Wnt-signalering.[11][17] Sclerostine, het product van het SOST-gen, is de eerste bemiddelaar van communicatie tussen osteocyten, botvormende osteoblasten en botafbrekende osteoclasten, cruciaal voor bothermodellering.[18] Alleen osteocyten maken sclerostine, dat op paracriene wijze werkt om botvorming te remmen.[18] Sclerostine wordt geremd door parathyroïdhormoon (PTH) en mechanische belasting.[18] Sclerostine antagoniseert de activiteit van BMP, een cytokine dat bot- en kraakbeenvorming induceert.[12]
Ontwikkeling
[bewerken | brontekst bewerken]Uit fossiele gegevens blijkt dat osteocyten aanwezig waren in botten van kaakloze vissen van 400 tot 250 miljoen jaar geleden.[17] Er is aangetoond dat de grootte van osteocyten covarieert met de grootte van het genoom; en deze relatie is gebruikt in paleogenomisch onderzoek.[19]
Tijdens de botvorming wordt een osteoblast achtergelaten en ingesloten in de botmatrix, die contact onderhoudt met andere osteoblasten via uitgebreide cellulaire uitlopers.[20] Het proces van osteocytogenese is grotendeels onbekend, maar de volgende moleculen blijken een cruciale rol te spelen in de productie van gezonde osteocyten, hetzij in de juiste aantallen of specifieke verspreiding: matrixmetalloproteïnasen (MMP's), dentinematrixproteïne 1 (DMP-1), osteoblast/osteocytfactor 45 (OF45), Klotho, TGF-β-induceerbare factor (TIEG), lysofosfatidinezuur (LPA), E11-antigeen en zuurstof.[8] 10-20% van de osteoblasten differentiëren tot osteocyten.[6] Die osteoblasten op het botoppervlak die bestemd zijn voor insluiting als osteocyten vertragen de botmatrixproductie en worden ingesloten door naburige osteoblasten die actief matrix blijven produceren.[21]
Palumbo et al. (1990) onderscheiden drie celtypen van osteoblast tot volwassen osteocyt:
- type I preosteocyt (osteoblastische osteocyt),
- type II preosteocyt (osteoïde osteocyt) en
- type III preosteocyt (gedeeltelijk omgeven door minerale matrix).[21]
De ingesloten "osteoïde-osteocyt" moet twee functies tegelijk uitvoeren: mineralisatie reguleren en verbindende dendritische uitlopers vormen, waarvoor splitsing van collageen en andere matrixmoleculen nodig is.[11] De transformatie van beweeglijke osteoblast naar ingesloten osteocyt duurt ongeveer drie dagen, en gedurende deze tijd produceert de cel een volume extracellulaire matrix dat drie keer zo groot is als zijn eigen celvolume, wat resulteert in een volumereductie van 70% in het volwassen osteocytcellichaam vergeleken met het oorspronkelijke osteoblastvolume.[22] De cel ondergaat een dramatische transformatie van een polygonale vorm naar een cel met dendrieten naar het mineraliserende gedeelte, gevolgd door dendrieten die zich uitstrekken naar de vasculaire ruimte of het botoppervlak.[14] Terwijl de osteoblast overgaat in een osteocyt, wordt alkalische fosfatase verminderd en caseïnekinase II verhoogd, evenals osteocalcine.[14]
Osteocyten lijken verrijkt te zijn met eiwitten die resistent zijn tegen hypoxie, wat te wijten lijkt te zijn aan hun ingebedde locatie en beperkte zuurstoftoevoer.[16] Zuurstofspanning kan de differentiatie van osteoblasten tot osteocyten reguleren, en osteocythypoxie kan een rol spelen bij door inactiviteit veroorzaakte botresorptie.[16]
Pathofysiologie
[bewerken | brontekst bewerken]Avasculaire necrose verwijst naar het klassieke patroon van celdood en complexe osteogenese en botresorptieprocessen. Het is het gevolg van tijdelijk of permanent verlies van bloedtoevoer naar het bot. Osteocytennecrose (ON) begint met hematopoëtische en adipocytische cellulaire necrose samen met interstitieel beenmergoedeem. ON treedt op na ongeveer 2 tot 3 uur hypoxie; histologische tekenen van osteocytische necrose worden pas zichtbaar ongeveer 24 tot 72 uur na hypoxie. ON wordt eerst gekenmerkt door pyknose van celkernen, gevolgd door holle osteocytlacunae. Capillaire revascularisatie en reactieve hyperemie vinden licht plaats aan de periferie van de necroseplaats, gevolgd door een reparatieproces dat zowel botresorptie als -productie combineert en dood bot onvolledig verandert in levend bot. Nieuw bot overlapt dode trabeculae samen met fragmentarische resorptie van dood bot. De botresorptie is beter dan de botvorming, wat resulteert in een netto verwijdering van bot, een vervormde structurele integriteit van de subepifyse trabeculae, gewrichtsincongruentie en een subepifyse botbreuk.[23]
Klinische betekenis
[bewerken | brontekst bewerken]Klinisch belangrijk onderzoek naar een gelgebaseerd in vitro 3D-model voor de osteocytische potentie van menselijke CD34+-stamcellen is beschreven. De resultaten bevestigen dat de menselijke CD34+-stamcellen een uniek osteogeen differentiatiepotentieel bezitten en kunnen worden gebruikt bij de vroege regeneratie van beschadigd bot.[24] Osteocyten sterven als gevolg van veroudering, degeneratie/necrose, apoptose (geprogrammeerde celdood) en/of osteoclastische insluiting.[25] Het percentage dode osteocyten in bot neemt toe met de leeftijd van minder dan 1% bij de geboorte tot 75% na de leeftijd van 80.[26] Er wordt gedacht dat osteocytenapoptose verband houdt met verminderde mechanotransductie, wat mogelijk leidt tot de ontwikkeling van osteoporose.[27] Apoptotische osteocyten geven apoptotische bolvormige lichaampjes af die RANKL tot expressie brengen om osteoclasten te rekruteren.[14]
Mechanische belasting verhoogt de levensvatbaarheid van osteocyten in vitro en draagt bij aan het transport van opgeloste stoffen door het lacuno-canaliculair systeem in bot, wat de uitwisseling van zuurstof en voedingsstoffen en de diffusie naar osteocyten verbetert.[27] Er is aangetoond dat bij het ontbreken van skeletbelasting in vivo osteocyten hypoxie induceert, dit is wanneer osteocyten apoptose ondergaan en osteoclasten rekruteren om bot te resorberen.[27] Microschade in bot treedt op als gevolg van herhaaldelijke gebeurtenissen van cyclische belasting en lijkt verband te houden met de dood van osteocyten door apoptose, die een signaal lijken af te scheiden naar osteoclasten om hermodellering uit te voeren op een beschadigde plaats.[27] Onder normale omstandigheden scheiden osteocyten grote hoeveelheden TGF-β uit en onderdrukken zo botresorptie, maar wanneer bot ouder wordt, nemen de expressieniveaus van TGF-β af en neemt de expressie van osteoclaststimulerende factoren, zoals RANKL en M-CSF, toe, waarna de botresorptie wordt versterkt, wat leidt tot netto botverlies.[27]
Mechanische stimulatie van osteocyten resulteert in het openen van hemikanalen om PGE2 (een prostaglandine en ATP vrij te maken, naast andere biochemische signaalmoleculen, die een cruciale rol spelen bij het handhaven van de balans tussen botvorming en -resorptie.[28] Een hemikanaal is een membraankanaal dat bestaat uit zes subeenheden.[29] Een hemikanaal wordt gedefinieerd als de helft van een gap junction-kanaal.[30] Hemikanalen bestaan uit connexinen.[29]
Celdood van osteocyten kan optreden in verband met pathologische aandoeningen zoals osteoporose en artrose, wat leidt tot verhoogde kwetsbaarheid van het skelet, gekoppeld aan het verlies van het vermogen om microschade te detecteren en/of reparatie te signaleren.[14][31] Uit onderzoek is gebleken dat zuurstofgebrek als gevolg van immobilisatie (bedrust), behandeling met glucocorticoïden en zuurstofonttrekking allemaal de apoptose van osteocyten bevorderen.[14] Het is nu bekend dat osteocyten op verschillende manieren reageren op de aanwezigheid van implantaatbiomaterialen.[32]
![]() |
![]() |
Zie ook
[bewerken | brontekst bewerken]Dit artikel of een eerdere versie ervan is een (gedeeltelijke) vertaling van het artikel Osteocyte op de Engelstalige Wikipedia, dat onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding/Gelijk delen valt. Zie de bewerkingsgeschiedenis aldaar.
- ↑ Everdingen, J.J.E. van, Eerenbeemt, A.M.M. van den (2012). Pinkhof Geneeskundig woordenboek (12de druk). Houten: Bohn Stafleu Van Loghum.
- ↑ a b L. Bonewald, 'The Amazing Osteocyte', Journal of Bone and Mineral Research, 2011, Nr. 26(2), 229-238.
- ↑ a b P. Buenzli en N. Sims, Bone, 2015, Nr. 75, 144-50.
- ↑ Buenzli, Pascal R., Sims, Natalie A. (1 juni 2015). Quantifying the osteocyte network in the human skeleton. Bone 75: 144–150. ISSN: 1873-2763. PMID 25708054. DOI: 10.1016/j.bone.2015.02.016.
- ↑ a b Sugawara, Y, Kamioka, H, Honjo, T, Tezuka, K, Takano-Yamamoto, T (2005). Three dimensional reconstruction of chick calvarial osteocytes and their cell processes using confocal microscopy. Bone 36 (5): 877–83. PMID 15820146. DOI: 10.1016/j.bone.2004.10.008.
- ↑ Tanaka-amioka, K, Kamioka, H, Ris, H, Lim, SS (1998). Osteocyte shape is dependent on actin filaments and osteocyte processes are unique actin-rich projections. J. Bone Miner. Res. 13 (10): 1555–68. PMID 9783544. DOI: 10.1359/jbmr.1998.13.10.1555.
- ↑ a b Dudley, HR, Spiro, D (1961). The fine structure of bone cells. The Journal of Biophysical and Biochemical Cytology 11 (3): 627–649. PMID 19866598. PMC 2225143. DOI: 10.1083/jcb.11.3.627.
- ↑ a b c d e f g Noble, SN (2008). The osteocyte lineage. Archives of Biochemistry and Biophysics 473 (2): 106–111. PMID 18424256. DOI: 10.1016/j.abb.2008.04.009.
- ↑ M. Kerschnitzki, J Bone Miner Res., 2013, Nr. 28(8), 1837-45.
- ↑ a b c Dance, Amber (23 February 2022). Fun facts about bones: More than just scaffolding. Knowable Magazine. DOI: 10.1146/knowable-022222-1. Geraadpleegd op 8 March 2022.
- ↑ a b c d e Robling, Alexander G., Bonewald, Lynda F. (10 February 2020). The Osteocyte: New Insights. Annual Review of Physiology 82 (1): 485–506. ISSN: 0066-4278. PMID 32040934. PMC 8274561. DOI: 10.1146/annurev-physiol-021119-034332. Geraadpleegd op 8 March 2022.
- ↑ a b ran Bezooijen Rl, Ran, Papapoulos, SE, Hamdy, NA, ten Dijke, P, Lowik, C (2005). Control of Bone Formation by Osteocytes. BoneKEy-Osteovision 2 (12): 33–38.
- ↑ Marotti, G, Ferretti, M, Muglia, MA, Palumbo, C, Palazzani, SA (1992). A quantitative evaluation of osteoblast-osteocyte relationships on growing endosteal surface of rabbit tibiae. Bone 13 (5): 363–368. PMID 1419377. DOI: 10.1016/8756-3282(92)90452-3.
- ↑ a b c d e f Bonewald, L (2011). The Amazing Osteocyte. Journal of Bone and Mineral Research 26 (2): 229–238. PMID 21254230. PMC 3179345. DOI: 10.1002/jbmr.320.
- ↑ Soft and weak bones? Have you heard of X-linked hypophosphatemia (XLH)? Learn more about this disease and its symptoms.. XLHLink. Geraadpleegd op 9 March 2022.
- ↑ a b c Dallas, SL, Bonewald, L (2010). Dynamics of the Transition from Osteoblast to Osteocyte. Ann N Y Acad Sci 1192 (1): 437–443. PMID 20392270. PMC 2981593. DOI: 10.1111/j.1749-6632.2009.05246.x.
- ↑ a b Divieti Pajevic, P (2009). Regulation of Bone Resorption and Mineral Homeostasis by Osteocytes. IBMS BoneKEy 6 (2): 63–70. DOI: 10.1138/20090363.
- ↑ a b c Bellido, T (2007). Osteocyte Apoptosis Induces Bone Resorption and Impairs the Skeletal Response to Weighlessness. BoneKEy-Osteovision 4 (9): 252–256. DOI: 10.1138/20070272.
- ↑ Organ, C. L., Shedlock, A. M., Meade, A., Pagel, M., Edwards, S. V. (2007). Origin of avian genome size and structure in nonavian dinosaurs. Nature 446 (7132): 180–184. PMID 17344851. DOI: 10.1038/nature05621.
- ↑ Palumbo, Carla, Palazzini, Silvana, Zaffe, Davide, Marotti, Gastone (1990). Osteocyte Differentiation in the Tibia of Newborn Rabbit: An Ultrastructural Study of the Formation of Cytoplasmic Processes. Cells Tissues Organs 137 (4): 350–358. PMID 2368590. DOI: 10.1159/000146907.
- ↑ a b Franz-Odendaal, T, Hall, B, Witten, PE (2006). Buried Alive: How Osteoblasts Become Osteocytes. Developmental Dynamics 235 (1): 176–190. PMID 16258960. DOI: 10.1002/dvdy.20603.
- ↑ Palumbo, C (1986). A three dimensional ultrastructural study of osteoid-osteocytes in the tibia of chick embryos. Cell and Tissue Research 246 (1): 125–131. PMID 3779795. DOI: 10.1007/bf00219008.
- ↑ Nahian, Ahmed, AlEssa, Ahmed M. (2021). Histology, Osteocytes (StatPearls Publishing). PMID 32644416. Geraadpleegd op 24 juni 2021.
- ↑ Srikanth, Lokanathan, Sunitha, Manne Mudhu, Kumar, Pasupuleti Santhosh, Chandrasekhar, Chodimella, Vengamma, Bhuma (November 2016). Gel based in vitro 3D model exploring the osteocytic potentiality of human CD34+ stem cells. Molecular Biology Reports 43 (11): 1233–1242. ISSN: 1573-4978. PMID 27497820. DOI: 10.1007/s11033-016-4053-4.
- ↑ Tate, M. L., Adamson, J. R., Tami, A. E., Bauer, T. W. (2004). Cells in Focus, The osteocyte. International Journal of Biochemistry & Cell Biology 36 (1): 1–8. PMID 14592527. DOI: 10.1016/S1357-2725(03)00241-3.
- ↑ Tomkinson, A, Reeve, J, Shaw, RW, Noble, BS (1997). The death of osteocytes via apoptosis accompanies estrogen withdrawal in human bone. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism 82 (9): 3128–3135. PMID 9284757. DOI: 10.1210/jcem.82.9.4200.
- ↑ a b c d e Heino, TJ, Kurata, K, Higaki, H, Vaananen, K (2009). Evidence of the role of osteocytes in the initiation of targeted remodeling. Technology and Health Care 17 (1): 49–56. PMID 19478405. DOI: 10.3233/THC-2009-0534.
- ↑ Burra, S, Nicolella, DP, Jiang, JX (2011). Dark horse in osteocyte biology. Communicative and Integrative Biology 4 (1): 48–50. PMID 21509177. PMC 3073269. DOI: 10.4161/cib.13646.
- ↑ a b Retamal MA (2014). Connexin and Pannexin hemichannels are regulated by redox potential. Frontiers in Physiology 5: 80. PMID 24611056. PMC 3933782. DOI: 10.3389/fphys.2014.00080.
- ↑ Spray DC, Ye ZC, Ransom BR (November 2006). Functional connexin "hemichannels": a critical appraisal. Glia 54 (7): 758–73. PMID 17006904. DOI: 10.1002/glia.20429.
- ↑ Carpentier, VT, Wong, J, Yeap, Y, Gan, C, Sutton-Smith, P (2012). Increased proportion of hypermineralized osteocyte lacunae in osteoporotic and osteoarthritic human trabecular bone: Implications for bone remodeling. Bone 50 (3): 688–694. PMID 22173055. DOI: 10.1016/j.bone.2011.11.021.
- ↑ Shah, F.A., Thomsen, P., Palmquist, A. (4 June 2018). A Review of the Impact of Implant Biomaterials on Osteocytes. Journal of Dental Research 97 (9): 977–986. PMID 29863948. PMC 6055115. DOI: 10.1177/0022034518778033.