Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/36837
Title: Compartimento de remodelação óssea
Authors: Martins, João Filipe Brochado 
Orientador: Figueiredo, Maria Helena
Vale, Francisco
Keywords: Patologia clínica; Osso e ossos
Issue Date: 2017
Abstract: A remodelação óssea consiste num mecanismo de substituição ou reconstrução de áreas de tecido ósseo, de modo a otimizar a sua função ou prevenir a sua degradação, seguindo uma sequência imutável de etapas - ativação, reabsorção, inversão/reversão e formação. O conjunto de células responsáveis por estas diferentes atividades reúne uma equipa de células da linha osteoclástica (pré-osteoclastos e osteoclastos) e uma outra de células da linha osteoblástica (pré-osteoblastos, osteoblastos, osteócitos e células de revestimento). Desta unidade fazem também parte outras populações celulares que incluem células mesenquimatosas indiferenciadas e células do tecido conjuntivo, muitas delas pertencentes ao sistema imunitário, bem como um suplemento vascular especializado para o efeito. Esta complexa maquinaria celular está sujeita à ação de numerosos fatores de regulação, que exigem um rigoroso e apertado sistema de sinalização e comunicação, responsável pela ação concertada de todas estas células e pela coordenação e transição equilibrada das diferentes etapas da remodelação. Toda a atividade celular do ciclo de remodelação óssea está protegida no interior de uma estrutura anatómica, ainda que transitória, designada por Compartimento de Remodelação Óssea (BRC), permitindo a criação de um microambiente osteogénico favorável para que a transição da fase de reabsorção e a fase de formação possa ocorrer. Esta entidade só recentemente foi detetada e está ainda mal caracterizada. Deste modo, pretendemos com o presente trabalho contribuir para uma maior compreensão dos processos de remodelação óssea, proporcionando um melhor conhecimento das características histológicas dos compartimentos de remodelação. Decidimos ainda estender as observações para as áreas de dentina e de cemento, uma vez que são também tecidos mineralizados com capacidade de remodelação. O início do processo de remodelação óssea (fase de ativação) é induzido por citocinas, produzidas pelos osteócitos lesados, e caracterizado pelo recrutamento, maturação e ativação dos osteoclastos. Este processo é controlado pelas células da linha osteoblástica, através do eixo de regulação RANKL/RANK/OPG. Nesta fase, verifica-se uma retração e um destacamento das células de revestimento da área em questão, afastando-se da respetiva matriz óssea, dando início ao aparecimento de uma camada de células em forma de cúpula (canopy) e ao desenvolvimento de um espaço fechado correspondente ao BRC. Importa salientar, ainda, o desenvolvimento de uma rede de capilares sanguíneos e a sua aproximação às células da canopy, formando no seu conjunto uma plataforma de comunicação entre estruturas vasculares e compartimentos de remodelação. A intervenção do componente vascular, constituindo uma estrutura sempre presente, é determinante ao longo de todo o processo de remodelação. Na fase de reabsorção os osteoclastos cavam, no tecido ósseo esponjoso, lacunas de contornos muito irregulares denominadas por lacunas de Howship e no tecido ósseo compacto cavidades cilíndricas designadas por cones de reabsorção. A dimensão das áreas reabsorvidas é diretamente proporcional às áreas danificadas ou em sofrimento. No final desta etapa observa-se uma inversão ou reversão nesta sequência, verificando-se um conjunto de condições responsáveis pela chamada de células osteoprogenitoras e sua diferenciação, dando início ao processo de reparação óssea. Esta estimulação da atividade osteoblástica, como resposta ao processo de reabsorção osteoclástica, é habitualmente conhecido por coupling. A fase de reversão parece constituir uma das etapas mais delicadas do ciclo de remodelação, reunindo um conjunto de condições essenciais para a proliferação e diferenciação osteoblástica. Qualquer perturbação observada nesta etapa (nomeadamente a integridade na canopy) poderá provocar uma paragem irreversível no processo de remodelação. O preenchimento e reparação da cavidade de reabsorção é naturalmente decorrente da atividade secretora de osteoblastos maduros com origem nas células observadas durante a fase de reversão e que, entretanto, beneficiaram de um processo de proliferação, maturação e ativação. A fase de formação consiste, pois, na síntese de matriz osteóide e na sua posterior mineralização, tendo como resultado final a reconstrução da lacuna de Howship com novo tecido ósseo ou de um cone de reabsorção, dando origem ao aparecimento de um novo sistema de Havers. Os resultados apresentados neste estudo comprovam que o compartimento de remodelação óssea se apresenta como um espaço fechado que recobre as zonas de matriz mineralizada que estão a ser alvo de um processo de remodelação. Este espaço encontra-se revestido por uma canopy formada por células extremamente achatadas. De referir ainda a existência de uma abundante rede capilar localizada em estreita associação de proximidade à canopy, que reveste os compartimentos de remodelação, sendo mesmo possível verificar a presença de inúmeros pontos de contacto entre os capilares e as células de revestimento que a compõem. Ainda que não nos tivesse sido possível realizar estudos quantitativos, foi por demais evidente que o número e variedade de imagens correspondentes a compartimentos de remodelação óssea, que apresentamos nos resultados, demonstram bem a intensidade e frequência de aparecimento destes processos no osso alveolar. De modo semelhante ao que observamos nas regiões do tecido ósseo alveolar também nas zonas de remodelação do cemento e dentina foi possível identificar estruturas com uma constituição histológica em tudo idêntica ao compartimento de remodelação óssea, porém em muito menor número e com uma constituição muito menos completa. A grande densidade de capilares observada junto às canopies, seguindo um percurso paralelo, representa uma ampla interface entre estas duas entidades. Esta situação permite uma grande superfície de contacto entre capilares e canopies, constituindo certamente um local privilegiado de comunicação entre estruturas vasculares e compartimentos de remodelação. A parede dos capilares apresenta, em redor da camada de células endoteliais, uma bainha de células consideradas como pericitos, que durante as fases de remodelação se encontram expostos a uma alta concentração de fatores de crescimento provenientes, quer do compartimento de remodelação, quer sintetizados pelas células endoteliais. Estas células apresentam inúmeras capacidades de diferenciação, mostrando nomeadamente um forte potencial osteogénico. Os pericitos parecem, assim, representar um importante reservatório de células osteoprogenitoras que podem facilmente ser recrutadas para a canopy ou para o interior do compartimento e, consequentemente, colonizar as superfícies ósseas em remodelação. Para além dos pericitos, as células endoteliais assumem também uma importância crucial na ativação e manutenção dos processos de remodelação óssea. Foi também detetado um alto índice de proliferação celular, acompanhando as regiões adjacente às áreas de remodelação, ou seja, nos locais de convergência entre capilares e compartimentos. De facto, uma vez iniciada a formação do compartimento de remodelação, as células da canopy parecem encontrar-se numa posição ideal, no que respeita à exposição de fatores mitogénicos e osteogénicos provenientes, quer do interior do BRC, quer das regiões adjacentes. Por outro lado, as células da canopy, ainda que derivadas das células de revestimento ósseo, parecem ter regredido para um estádio precoce de diferenciação, mostrando inclusive um índice de proliferação superior a 10 %, constituindo também verdadeiros reservatórios de células osteoprogenitoras. O BRC irá fornecer um ambiente propício para o recrutamento destas células pré-osteoblásticas para o local deixado pelas células osteoclásticas, promovendo, ao mesmo tempo, a sua proliferação e maturação no sentido de osteoblastos maduros. Recentemente, a possibilidade de identificação de célula osteoprogenitoras na circulação periférica, com recurso a meios tecnológicos mais sofisticados (citometria de fluxo e cell sorter analysis), permitiu encontrar e caracterizar uma expressiva percentagem de células da linha osteoblástica no sangue periférico. Este facto vem reforçar a possibilidade de acesso destas células aos BRCs, resultante da estreita relação entre capilares e células da canopy. Em síntese pode pois afirmar-se que vasos sanguíneos, regiões perivasculares e canopies parecem realmente funcionar em conjunto, constituindo uma importante unidade de apoio, nutrição e abastecimento celular e metabólico ao compartimento de remodelação óssea. O desenvolvimento e otimização de soluções terapêuticas relacionadas com o metabolismo ósseo nunca serão bem-sucedidos se não se verificarem as condições logísticas necessárias que assegurem o recrutamento e proteção das células osteoprogenitoras e dos seus fatores de regulação, ou seja, a integridade do BRC. Como nota final sublinhamos, mais uma ve,z como nos parece importante um conhecimento pormenorizado da constituição histológica do compartimento de remodelação óssea, de modo a permitir uma melhor interpretação da fisiologia e patologia do ciclo de remodelação óssea. A preservação desta estrutura anatómica e suas relações topográficas com o microambiente em seu redor, nomeadamente os vasos sanguíneos, é crucial para a vitalidade e eficácia dos processos de remodelação óssea.
Bone remodelling represents the most notable response of the bone tissue, as it is supported by complex cellular machinery which is under the influence of numerous regulation factors. Furthermore, bone remodeling is a strictly localized process. Bone remodeling is a continuous process during adulthood, which preserves the bone strength through a constant renewal of the bone. This process is conducted by numerous tightly regulated bone remodeling units (BRUs), which include four sequential events taking place on the bone surface: activation of the precise area of bone which needs to be repair, bone resorption by osteoclasts (OCs), a reversal phase, and bone formation by osteoblasts (OBs). This way, it is plausible to state that bone resorption and formation are events which are closely attached, as the beginning of the first one stimulates the repairing activity of the second, in the way that the resorption of a certain amount os bone tissue shall be replaced by the same amount of new bone. Truthfully, considering the fact that in the sequence of bone remodeling the formation phase (performed by osteoblastos) is always preceded by a resorption phase (performed by osteoclastos), the way in which the transition ou reversion takes placed is still widely unknown. Can osteoclastos trigger osteoblast differentiation, representingan essential factor for osteoblástica differentiation There are multiple possibilities of answers to this question, namely: a) the presence of growth factors produced by osteoclastos will have a paracrine effect on osteoblastos; b) the action of growth factors and cytokines with osteogenic potential present within the bone matrix are released with the beginning os osteoclástica resorption and c) a direct cell-to-cell contact between osteoclastos and osteoblastos. Despite the alignment and association between bone resorption and formation is rarely affected, the final balance concerning the level of bone mass can vary considerably. As it is conventionally accepted, with the aging process and in situation of bone disease, such as osteoporosis, the final balance between bone resorption and formation tends to be negative. Furthermore, mosto of inflammatory and metabolic diseases that hit bone tissue usually manifest themselves by disturbances in the dynamics of the remodeling process, resulting almos invariably in a decrease in bone mass, associated with osteoclástic resorption. It is also important to stress out that all cellular activity within the bone remodeling cycle has to be protected by a specific structure created for that matter. Hauge et al (2001) were the first investigators to point out the existence os a bone remodeling compartment as a real and temporary entity, demonstrating its existence histologically. The cells which forme the canopy expresse the majority os the markers characteristic of the osteoblástica phenotype (alkaline phosphatase, osteocalcine and osteonectine), most likely being bone linning cells. These investigations also raised the hypothesis that this compartment may very well form a specialized vascular structure Later on, numerous investigations demonstrated as well that there is a strict association between blood capillaries and the bone remodeling compartment’s canopy, concluding that the integrity of the BRC itself is also a pre-requirement fundamental for bone remodeling and formation. The marrow microenviroment surrounding the BRC is one of the main sources of cells that form the BMU. In spite of this, it is important to state that the bone marrow is not the only origin of these cells. In fact, multiple blood capillaries penetrate the BRC canopy and serve as a method of transportation of the cells needed to the functioning of the BMU. The blood vessel is a structure strategically present e located in all BMU’s, once the formations of new blood vessels in intimately related with the processes of osteogenesis and ossification. In another perspective, it is ever more evident the existence os a common lineage between vascular endothelial cells and osteoblástica cells. Furthermore, the osteoblasts are always located near endothelial cells and vascular invasion is a pre-requirement for bone formation, remodeling and regeneration. Concerning the osteoblástica cells, merely a low number of cells from this lineage has been detected in the peripheral circulation until recently. However, with the possibility of identifying these cells through technologically more sophisticated methods (flow citometry and cell sorter analysis) allowed investigators to find a describe an expressive percentage of osteoblástica cells on the peripheral blood. In summary, these recent studies demonstrated that bone remodeling (both in cortical and trabecular bone tissue) takes place in specialized vascular structures – the bone remodeling compartment. According to this model, osteoblastic precursor cells arrive in the BRC not only from the bone marrow, but also via blood capillaries which invade the BRC. Furthermore, osteoblastic lineage cells may enter the BRC through the bloog circulation (afferent capillary), they may be originated from perivascular structures (perycites) and also from the endothelial cells themselves. This way, the possibility of performing the identification e harvesting of these cells and the subsequent expansion through culture represents a promising tool for the formulation of future therapeutics of diseases related to bone tissue metabolism.
Description: Dissertação de mestrado em Medicina (Patologia Experimental), apresentado á Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/36837
Rights: openAccess
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