Bone repair and key signalling pathways for cell-based bone regenerative therapy: A review

Abstract

المخلص: إن التقدم في العلاج التجديدي القائم على الخلايا يخلق فرصا جديدة في علاج الاضطرابات والإصابات المرتبطة بالعظام، من خلال تحسين المرحلة التعويضية لشفاء العظام. بصرف النظر عن النهج الكلاسيكي لتطعيم العظام، اكتسب تطبيق العلاجات القائمة على الخلايا، وخاصة الخلايا الجذعية، الكثير من الاهتمام في السنوات الأخيرة. تلعب الخلايا الجذعية دورا مهما في العلاج التجديدي، نظرا لخصائصها الممتازة للتمايز إلى خلايا مكونة للعظام. يتم تنظيم تجديد العظام الجديدة من خلال مجموعة متنوعة من جزيئات الإشارات والشبكات داخل الخلايا المسؤولة عن تنسيق العمليات الخلوية. تشارك سلسلة الإشارات المنشطة بشكل كبير في بقاء الخلايا وانتشارها وموت الخلايا المبرمج والتفاعل مع البيئة المحيطة وأنواع الخلايا الأخرى داخل موقع الشفاء. على الرغم من الأدلة المتزايدة التي تم جمعها من الدراسات التي أجريت على مسارات الإشارات المرتبطة بتكوين العظام، فإن الآلية الدقيقة التي ينطوي عليها التحكم في مرحلة التمايز للخلايا المزروعة ليست مفهومة جيدا. قد يسمح تحديد المسار الرئيسي المنشط المتضمن في تجديد العظام بالتلاعب الدقيق بجزيئات الإشارة ذات الصلة داخل مجموعة الخلايا السلفية لتسريع عملية الشفاء. ستكون المعرفة المتعمقة بالآليات الجزيئية مفيدة في تحسين كفاءة الطب الشخصي والعلاج المستهدف في الطب التجديدي. في هذه المراجعة، نقدم بإيجاز نظرية آلية إصلاح العظام وهندسة أنسجة العظام تليها نظرة عامة على مسارات الإشارات ذات الصلة التي تم تحديدها لتلعب دورا مهما في العلاج التجديدي للعظام القائم على الخلايا. Abstract: Advances in cell-based regenerative therapy create new opportunities for the treatment of bone-related disorders and injuries, by improving the reparative phase of bone healing. Apart from the classical approach of bone grafting, the application of cell-based therapies, particularly stem cells (SCs), has gained a lot of attention in recent years. SCs play an important role in regenerative therapy due to their excellent ability to differentiate into bone-forming cells. Regeneration of new bone is regulated by a wide variety of signalling molecules and intracellular networks, which are responsible for coordinating cellular processes. The activated signalling cascade is significantly involved in cell survival, proliferation, apoptosis, and interaction with the microenvironment and other types of cells within the healing site. Despite the increasing evidence from studies conducted on signalling pathways associated with bone formation, the exact mechanism involved in controlling the differentiation stage of transplanted cells is not well understood. Identifying the key activated pathways involved in bone regeneration may allow for precise manipulation of the relevant signalling molecules within the progenitor cell population to accelerate the healing process. The in-depth knowledge of molecular mechanisms would be advantageous in improving the efficiency of personalised medicine and targeted therapy in regenerative medicine. In this review, we briefly introduce the theory of bone repair mechanism and bone tissue engineering followed by an overview of relevant signalling pathways that have been identified to play an important role in cell-based bone regenerative therapy.

Keywords

• Bone
• Cell-based therapy
• Regeneration
• Signalling pathway
• Stem cells