El osteocito , un tipo de célula ósea de forma achatada con procesos dendríticos, es la célula que se encuentra con mayor frecuencia en el hueso maduro. Puede vivir tanto como el propio organismo. [1] El cuerpo humano adulto tiene alrededor de 42 mil millones de ellos. [2] Los osteocitos no se dividen y tienen una vida media promedio de 25 años. Se derivan de células osteoprogenitoras, algunas de las cuales se diferencian en osteoblastos activos (que pueden diferenciarse a su vez en osteocitos). [1] Los osteoblastos/osteocitos se desarrollan en el mesénquima .
En los huesos maduros, los osteocitos y sus procesos residen dentro de espacios llamados lagunas ( del latín " fosa" ) y canalículos , respectivamente. [1] Los osteocitos son simplemente osteoblastos atrapados en la matriz que secretan. Están conectados entre sí a través de largas extensiones citoplasmáticas que ocupan pequeños canales llamados canalículos, que se utilizan para el intercambio de nutrientes y desechos a través de uniones en hendidura .
Aunque los osteocitos tienen una actividad sintética reducida y (al igual que los osteoblastos) no son capaces de división mitótica, participan activamente en el recambio rutinario de la matriz ósea, a través de varios mecanismos mecanosensoriales. Destruyen el hueso a través de un mecanismo rápido y transitorio (en relación con los osteoclastos ) llamado osteólisis osteocítica . La hidroxiapatita , el carbonato de calcio y el fosfato de calcio se depositan alrededor de la célula.
Los osteocitos tienen forma estelar, de aproximadamente 7 micrómetros de profundidad y ancho por 15 micrómetros de longitud. [3] El cuerpo celular varía en tamaño de 5 a 20 micrómetros de diámetro y contiene de 40 a 60 procesos celulares por célula, [4] con una distancia de célula a célula de entre 20 y 30 micrómetros. [3] Un osteocito maduro contiene un solo núcleo que se encuentra hacia el lado vascular y tiene uno o dos nucléolos y una membrana. [5] La célula también exhibe un retículo endoplasmático de tamaño reducido, aparato de Golgi y mitocondrias, y procesos celulares que irradian en gran medida hacia las superficies óseas en láminas circunferenciales, o hacia un canal de Havers y una línea de cemento externa típica de las osteonas en el hueso laminar concéntrico. [5] Los osteocitos forman una extensa red lacunocanalicular dentro de la matriz de colágeno tipo I mineralizado, con cuerpos celulares que residen dentro de lagunas y procesos celulares/dendríticos dentro de canales llamados canalículos. [6]
El registro fósil muestra que los osteocitos estaban presentes en los huesos de peces sin mandíbula hace 400 a 250 millones de años. [7] Se ha demostrado que el tamaño de los osteocitos covaría con el tamaño del genoma; y esta relación se ha utilizado en la investigación paleogenómica. [8]
Durante la formación ósea, un osteoblasto queda abandonado y enterrado en la matriz ósea como un "osteocito osteoide", que mantiene contacto con otros osteoblastos a través de procesos celulares extendidos. [9] El proceso de osteocitogénesis es en gran parte desconocido, pero se ha demostrado que las siguientes moléculas desempeñan un papel crucial en la producción de osteocitos sanos, ya sea en cantidades correctas o en distribuciones específicas: metaloproteinasas de matriz (MMP), proteína de matriz dentinaria 1 (DMP-1), factor osteoblasto/osteocito 45 (OF45), Klotho , factor inducible TGF-beta (TIEG), ácido lisofosfatídico (LPA), antígeno E11 y oxígeno. [6] Entre el 10 y el 20 % de los osteoblastos se diferencian en osteocitos. [6] Los osteoblastos de la superficie ósea que están destinados a ser enterrados como osteocitos ralentizan la producción de matriz y son enterrados por osteoblastos vecinos que continúan produciendo matriz de forma activa. [10]
Palumbo et al. (1990) distinguen tres tipos de células desde el osteoblasto hasta el osteocito maduro: preosteocito tipo I (osteocito osteoblástico), preosteocito tipo II (osteocito osteoide) y preosteocito tipo III (parcialmente rodeado de matriz mineral). [10] El "osteoide-osteocito" incrustado debe realizar dos funciones simultáneamente: regular la mineralización y formar procesos dendríticos conectivos, lo que requiere la escisión del colágeno y otras moléculas de la matriz. [11] La transformación de osteoblasto móvil a osteocito atrapado lleva alrededor de tres días, y durante este tiempo, la célula produce un volumen de matriz extracelular tres veces su propio volumen celular, lo que resulta en una reducción del volumen del 70% en el cuerpo celular del osteocito maduro en comparación con el volumen original del osteoblasto. [12] La célula sufre una transformación dramática de una forma poligonal a una célula que extiende dendritas hacia el frente mineralizante, seguido de dendritas que se extienden hacia el espacio vascular o la superficie ósea. [11] A medida que el osteoblasto pasa a ser un osteocito, la fosfatasa alcalina se reduce y la caseína quinasa II se eleva, al igual que la osteocalcina . [11]
Los osteocitos parecen estar enriquecidos con proteínas resistentes a la hipoxia, lo que parece deberse a su ubicación incrustada y al suministro restringido de oxígeno. [13] La tensión de oxígeno puede regular la diferenciación de los osteoblastos en osteocitos, y la hipoxia de los osteocitos puede desempeñar un papel en la resorción ósea mediada por desuso. [13]
Aunque los osteocitos son células relativamente inertes, son capaces de síntesis y modificación molecular, así como de transmisión de señales a largas distancias, de forma similar al sistema nervioso. [6] Son el tipo de célula más común en el hueso (31.900 por milímetro cúbico en el hueso bovino frente a 93.200 por milímetro cúbico en el hueso de rata). [6] La mayoría de las actividades de los receptores que desempeñan un papel importante en la función ósea están presentes en el osteocito maduro. [6]
Los osteocitos son un importante regulador de la masa ósea. [14] [15] Los osteocitos contienen transportadores de glutamato que producen factores de crecimiento nervioso después de una fractura ósea, evidencia de un sistema de detección y transferencia de información. [6] Cuando se destruyeron experimentalmente los osteocitos, los huesos mostraron un aumento significativo en la resorción ósea, una disminución en la formación ósea, pérdida ósea trabecular y pérdida de respuesta a la descarga. [6]
Los osteocitos son células mecanosensoras que controlan la actividad de los osteoblastos y osteoclastos [15] dentro de una unidad multicelular básica (UMB), una estructura anatómica temporal donde ocurre la remodelación ósea. [16] Los osteocitos generan una señal inhibidora que se transmite a través de sus procesos celulares a los osteoblastos para su reclutamiento y permitir la formación ósea. [17]
Los osteocitos también son un regulador endocrino clave en el metabolismo de minerales como los fosfatos. [14] Se ha demostrado que las proteínas específicas de los osteocitos, como la esclerostina, funcionan en el metabolismo mineral, así como otras moléculas como PHEX , DMP-1 , MEPE y FGF-23 , que son altamente expresadas por los osteocitos y regulan el fosfato y la biomineralización. [11] [15] La regulación de los osteocitos puede estar relacionada con la enfermedad. Por ejemplo, Lynda Bonewald determinó que los osteocitos producen FGF23, que viaja a través del torrente sanguíneo para desencadenar la liberación de fósforo por los riñones. Sin suficiente fósforo, los huesos y los dientes se ablandan y los músculos se debilitan, como en la hipofosfatemia ligada al cromosoma X. [14] [18] [15] [13]
Los osteocitos sintetizan esclerostina , una proteína secretada que inhibe la formación ósea al unirse a los correceptores LRP5/LRP6 y atenuar la señalización de Wnt. [15] [7] La esclerostina, producto del gen SOST , es el primer mediador de la comunicación entre los osteocitos, los osteoblastos formadores de hueso y los osteoclastos reabsortivos de hueso, fundamental para la remodelación ósea. [19] Solo los osteocitos expresan esclerostina, que actúa de manera paracrina para inhibir la formación ósea. [19] La esclerostina es inhibida por la hormona paratiroidea (PTH) y la carga mecánica. [19] La esclerostina antagoniza la actividad de la BMP (proteína morfogenética ósea), una citocina que induce la formación de hueso y cartílago. [16]
La osteonecrosis se refiere al patrón clásico de muerte celular y procesos complejos de osteogénesis y resorción ósea. La necrosis osteocítica (ON) se inicia con necrosis celular hematopoyética y adipocítica junto con edema de médula intersticial. La ON ocurre después de aproximadamente 2 a 3 horas de anoxia; los signos histológicos de necrosis osteocítica no se muestran hasta aproximadamente 24 a 72 horas después de la hipoxia. La ON se caracteriza primero por picnosis de núcleos, seguida de lagunas osteocíticas huecas. La revascularización capilar y la hiperemia reactiva tienen lugar ligeramente en la periferia del sitio de necrosis, seguidas de un proceso de reparación que combina tanto la resorción como la producción ósea que cambia de manera incompleta el hueso muerto por el vivo. El hueso Nouveau se superpone a las trabéculas muertas junto con la reabsorción fragmentaria del hueso muerto. La reabsorción ósea supera a la formación, lo que da como resultado una eliminación neta de hueso, integridad estructural deformada de las trabéculas subcondrales, incongruencia articular y fractura subcondral. [20]
Se ha descrito una investigación clínicamente importante del modelo 3D in vitro basado en gel para el potencial osteocítico de las células madre humanas CD34 +. Los resultados confirman que las células madre humanas CD34+ poseen un potencial de diferenciación osteogénica único y se pueden utilizar en la regeneración temprana del hueso lesionado. [21] Los osteocitos mueren como consecuencia de la senescencia , la degeneración/necrosis, la apoptosis (muerte celular programada) y/o la absorción osteoclástica. [1] El porcentaje de osteocitos muertos en el hueso aumenta con la edad desde menos del 1% al nacer hasta el 75% después de los 80 años. [22] Se cree que la apoptosis de los osteocitos está relacionada con la disminución de la mecanotransducción, lo que posiblemente conduce al desarrollo de la osteoporosis . [23] Los osteocitos apoptóticos liberan cuerpos apoptóticos que expresan RANKL para reclutar osteoclastos. [11]
La carga mecánica aumenta la viabilidad de los osteocitos in vitro y contribuye al transporte de solutos a través del sistema lacuno-canalicular en el hueso, lo que mejora el intercambio de oxígeno y nutrientes y la difusión a los osteocitos. [23] Se ha demostrado que la descarga esquelética induce hipoxia de los osteocitos in vivo , esto es cuando los osteocitos experimentan apoptosis y reclutan osteoclastos para reabsorber el hueso. [23] El microdaño en el hueso ocurre como resultado de eventos repetitivos de carga cíclica y parece estar asociado con la muerte de los osteocitos por apoptosis, que parecen secretar una señal para dirigirse a los osteoclastos para realizar la remodelación en un sitio dañado. [23] En condiciones normales, los osteocitos expresan altas cantidades de TGF-β y, por lo tanto, reprimen la resorción ósea, pero cuando el hueso envejece, los niveles de expresión de TGF-β disminuyen y la expresión de factores estimuladores de osteoclastos, como RANKL y M-CSF aumenta, lo que mejora la resorción ósea, lo que lleva a una pérdida ósea neta. [23]
La estimulación mecánica de los osteocitos da como resultado la apertura de hemicanales para liberar PGE2 y ATP, entre otras moléculas de señalización bioquímica, que desempeñan un papel crucial en el mantenimiento del equilibrio entre la formación y la resorción ósea. [24] La muerte celular de los osteocitos puede ocurrir en asociación con condiciones patológicas como la osteoporosis y la osteoartritis , lo que conduce a una mayor fragilidad esquelética, vinculada a la pérdida de la capacidad de detectar microdaños y/o señalar la reparación. [11] [25] Se ha demostrado que la privación de oxígeno que ocurre como resultado de la inmovilización (reposo en cama), el tratamiento con glucocorticoides y la retirada de oxígeno promueven la apoptosis de los osteocitos. [11] Ahora se reconoce que los osteocitos responden de diversas formas a la presencia de biomateriales de implantes. [26]
