Modern approaches to bone tissue vascularization
Authors: Ревокатова Д.П. , Зурина И.М. , Горкун А.А. , Сабурина И.Н. 
Published: October 2022

Восстановление структуры и функциональной активности костной ткани при переломах и системных заболеваниях скелета является актуальной проблемой, решение которой позволит улучшить качество и продолжительность жизни. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно увеличивается количество сложных случаев переломов, требующих хирургического вмешательства, а также пересадки костной ткани. Существующие методы алло-, ауто- и ксенотрансплантации обладают рядом побочных эффектов, плохо приживаются, вызывают иммунное отторжение, либо не подходят для замещения крупных дефектов. В связи с этим внимание исследователей фокусируется на создании искусственной костной ткани. Обзор литературы посвящен современным подходам к созданию васкуляризированных костных биоэквивалентов для трансплантации полученных конструктов с целью обеспечения эффективной регенерации костной ткани. Одним из ключевых условий успешного восстановления костной ткани является ангиогенез. В процессе эмбрионального развития остеогенез и ангиогенез тесно связанны. Многие факторы, секретируемые эндотелиальными клетками, запускают процесс остеогенной дифференцировки, воздействуя на ключевые транскрипционные факторы. В свою очередь остеопрогениторные клетки воздействуют на эндотелиальные клетки или их предшественники, стимулируя прорастание кровеносных сосудов в костную ткань. Положительная обратная связь осуществляется за счет взаимной регуляции множества транскрипционных факторов, факторов роста, цитокинов, компонентов внеклеточного матрикса, а также различных микроРНК. Это взаимодействие также играет критическую роль в процессе регенерации костной ткани и заживлении переломов, так как процесс во многом сходен с развитием кости в эмбриогенезе. В обзоре рассматривается ряд ключевых механизмов взаимодействия ангиогенеза и остеогенеза в процессе эмбриогенеза и регенерации, а также обсуждается проблема использования этих механизмов в тканевой инженерии для лечения переломов и создания васкуляризированных костных биоэквивалентов при восстановлении крупных дефектов кости.

Restoration of the structure and functional activity of bone tissue in fractures and systemic skeletal diseases is an important problem, the solution of which will improve quality and expectancy of life. According to the World Health Organization, the number of complicated fractures, that require surgical intervention and bone grafting, increases every year. The existing methods of allo-, auto- and xenotransplantation have several shortcomings, such as immune rejection or unsuitability for replacing large defects. For this reason, much attention is paid to creation of artificial bone tissue. This review addresses modern approaches to the development of vascularized bone bioequivalents that would provide effective bone tissue regeneration after transplantation of the obtained constructs. Angiogenesis is one of the critical conditions for the successful restoration of bone tissue. During embryonic development, osteogenesis and angiogenesis are closely interrelated. Many factors produced by endothelial cells trigger osteogenic differentiation by affecting the key transcription factors. In turn, osteogenic progenitors influence endothelial cells or their progenitors to stimulate blood vessel growth into the bone tissue. This positive feedback occurs due to the mutual regulation of transcription factors, cytokines, extracellular matrix components, and various microRNAs. This interaction also plays a critical role in bone tissue regeneration and fracture healing since this process is largely similar to the development of bones in embryogenesis. This review describes some of the key mechanisms of the interaction between angiogenesis and osteogenesis and provides examples of a possible use of these mechanisms in tissue engineering to create a vascularized bone bioequivalent to repair large bone defects.