Un 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 aún más 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 ( en latín , hoyo ) 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 realizar división mitótica, participan activamente en el recambio rutinario de la matriz ósea, a través de diversos mecanismos mecanosensoriales. Destruyen el hueso mediante un mecanismo rápido y transitorio (en relación con los osteoclastos ) llamado osteólisis osteocítica . Alrededor de la célula se deposita hidroxiapatita , carbonato de calcio y fosfato de calcio.
Los osteocitos tienen forma estrellada, de aproximadamente 7 micrómetros de profundidad y ancho por 15 micrómetros de largo. [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 entre células de entre 20 y 30 micrómetros. [3] Un osteocito maduro contiene un solo núcleo que se ubica 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 se irradian en gran medida hacia las superficies óseas en laminillas 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 mineralizado tipo I, 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 entre 400 y 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 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 medida desconocido, pero se ha demostrado que las siguientes moléculas desempeñan un papel crucial en la producción de osteocitos sanos, ya sea en números correctos o en distribuciones específicas: metaloproteinasas de la matriz (MMP), proteína 1 de la matriz dentinaria (DMP -1), factor 45 de osteoblastos/osteocitos (OF45), Klotho , factor inducible por 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] Aquellos osteoblastos en la superficie del hueso que están destinados a ser enterrados como osteocitos ralentizan la producción de matriz y son enterrados por osteoblastos vecinos que continúan produciendo matriz activamente. [10]
Palumbo et al. (1990) distinguen tres tipos de células desde osteoblastos hasta osteocitos maduros: preosteocitos tipo I (osteocitos osteoblásticos), preosteocitos tipo II (osteocitos osteoides) y preosteocitos tipo III (parcialmente rodeados por matriz mineral). [10] El "osteoide-osteocito" incrustado debe realizar dos funciones simultáneamente: regular la mineralización y formar procesos conectivos dendríticos, lo que requiere la escisión del colágeno y otras moléculas de la matriz. [11] La transformación de osteoblasto móvil a osteocito atrapado toma aproximadamente 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 de osteocito maduro en comparación. al volumen original de osteoblastos. [12] La célula sufre una transformación dramática de una forma poligonal a una célula que extiende las dendritas hacia el frente de mineralización, seguidas de dendritas que se extienden hasta 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 en proteínas que son 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 el desuso. [13]
Aunque los osteocitos son células relativamente inertes, son capaces de realizar síntesis y modificación molecular, así como de transmitir señales a largas distancias, de forma similar al sistema nervioso. [6] Son el tipo de células más común en el hueso (31.900 por milímetro cúbico en el hueso bovino y 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 los osteocitos maduros. [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 los osteocitos fueron destruidos experimentalmente, los huesos mostraron un aumento significativo en la resorción ósea, una disminución de la formación ósea, pérdida de hueso 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 se produce 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 de hueso. [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 parte de 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 de hueso al unirse a los correceptores LRP5/LRP6 y mitigar la señalización Wnt. [15] [7] La esclerostina, el producto del gen SOST , es el primer mediador de la comunicación entre los osteocitos, los osteoblastos formadores de hueso y los osteoclastos que reabsorben el hueso, fundamental para la remodelación ósea. [19] Sólo los osteocitos expresan esclerostina, que actúa de forma paracrina para inhibir la formación de hueso. [19] La esclerostina es inhibida por la hormona paratiroidea (PTH) y la carga mecánica. [19] La esclerostina antagoniza la actividad de BMP (proteína morfogenética ósea), una citoquina que induce la formación de hueso y cartílago. [dieciséis]
La osteonecrosis se refiere al patrón clásico de muerte celular y procesos complejos de osteogénesis y resorción ósea. La necrosis de osteocitos (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 aparecen hasta aproximadamente 24 a 72 horas después de la hipoxia. La ON se caracteriza primero por picnosis de los núcleos, seguida de lagunas de osteocitos huecos. 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 transforma de manera incompleta el hueso muerto con el vivo. El hueso nuevo se superpone a las trabéculas muertas junto con una resorción fragmentaria del hueso muerto. La resorción ósea supera la formación, lo que resulta en una eliminación neta de hueso, deformación de la integridad estructural de las trabéculas subcondrales, incongruencia articular y fractura subcondral. [20]
Se ha descrito una investigación clínicamente importante de un modelo 3D in vitro basado en gel para la potencialidad osteocítica de células madre humanas CD34 +. Los resultados confirman que las células madre humanas CD34+ poseen un potencial de diferenciación osteogénica único y pueden usarse en la regeneración temprana del hueso lesionado. [21] Los osteocitos mueren como consecuencia de la senescencia , degeneración/necrosis, apoptosis (muerte celular programada) y/o hundimiento osteoclástico. [1] El porcentaje de osteocitos muertos en los huesos 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 una disminución de la mecanotransducción, lo que posiblemente conduce al desarrollo de 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 lacunocanalicular en el hueso, lo que mejora el intercambio y la difusión de oxígeno y nutrientes a los osteocitos. [23] Se ha demostrado que la descarga esquelética induce hipoxia de los osteocitos in vivo , esto es cuando los osteocitos sufren apoptosis y reclutan osteoclastos para reabsorber el hueso. [23] El microdaño en el hueso se produce 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 dirigida 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. -El LCR aumenta, lo que aumenta la resorción ósea, lo que conduce 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 de las células de los osteocitos puede ocurrir en asociación con condiciones patológicas como la osteoporosis y la osteoartritis , lo que conduce a una mayor fragilidad esquelética, relacionada con la pérdida de la capacidad de detectar microdaños y/o reparar señales. [11] [25] Se ha demostrado que la privación de oxígeno que se produce como resultado de la inmovilización (reposo en cama), el tratamiento con glucocorticoides y la retirada de oxígeno promueve la apoptosis de los osteocitos. [11] Ahora se reconoce que los osteocitos responden de diversas maneras a la presencia de biomateriales de implantes. [26]
