Rola BMP9 w eksperymentalnej regeneracji stawów maziowych
Keywords:
BMP9, regeneracja chrząstki, modele przedkliniczne, choroba zwyrodnieniowa stawów, mezenchymalne komórki macierzysteSynopsis
Ograniczony potencjał regeneracyjny chrząstki szklistej stanowi jedną z głównych barier w skutecznym leczeniu i profilaktyce zmian zwyrodnieniowych stawów maziowych. Obecnie dostępne terapie mają charakter głównie objawowy i nie pozwalają na trwałą odbudowę uszkodzonej tkanki, co sprawia, że choroba zwyrodnieniowa stawów (artroza) pozostaje jedną z najczęstszych przyczyn niepełnosprawności ruchowej. Celem niniejszego rozdziału jest przedstawienie aktualnych danych na temat możliwości wykorzystania białka morfogenetycznego kości 9 (BMP9) w regeneracji chrząstki szklistej w modelach przedklinicznych. Na podstawie analizy wybranych prac badawczych omówiono wpływ BMP9 na dwie populacje komórkowe: fibroblasty oraz mezenchymalne komórki macierzyste pochodzenia tłuszczowego (ADMSCs). W mysim modelu amputacyjnym wykazano, że pod wpływem BMP9 niektóre fibroblasty obecne w ranie ulegają reprogramowaniu do stanu zbliżonego do progenitorów chondrocytów, co prowadzi do tworzenia tkanki o właściwościach przypominających chrząstkę szklistą. W warunkach in vitro zaobserwowano, że nadekspresja BMP9 w ADMSCs zwiększa ekspresję kluczowych markerów chondrogenezy, takich jak kolagen typu II i agrekan. Analogiczny efekt wykazano również in vivo - u myszy z przewlekłym zapaleniem stawu kolanowego. Wewnątrzstawowe podanie ADMSCs z nadekspresją BMP9 w tym modelu skutkowało odbudową chrząstki poprzez aktywację szlaku sygnałowego Notch1/Jagged1, co wskazuje na potencjalny mechanizm działania regeneracyjnego tego białka. Zastosowanie BMP9 może w przyszłości stanowić obiecującą strategię w inżynierii tkankowej chrząstki i terapii regeneracyjnej stawów, szczególnie w kontekście terapii komórkowych. Wyniki badań przedklinicznych sugerują, że BMP9 może odgrywać istotną rolę w reaktywacji endogennych szlaków regeneracyjnych, które – według analiz filogenetycznych – mogły u ssaków ulec ewolucyjnej supresji oraz epigenetycznemu wyciszeniu.
References
Liu X, Du M, Wang Y, Liu S, Liu X. BMP9 overexpressing adipose-derived mesenchymal stem cells promote cartilage repair in osteoarthritis-affected knee joint via the Notch1/Jagged1 signaling pathway. Exp Ther Med. 2018;16(6):4623-4631. doi:10.3892/etm.2018.6754
Hunter DJ, Bierma-Zeinstra S. Osteoarthritis. Lancet. 2019;393(10182):1745-1759. doi:10.1016/S0140-6736(19)30417-9
Ho J, Mak CCH, Sharma V, To K, Khan W. Mendelian randomization studies of lifestyle-related risk factors for osteoarthritis: A PRISMA review and meta-analysis. Int J Mol Sci. 2022;23(19):11906. doi:10.3390/ijms231911906
GBD 2021 Osteoarthritis Collaborators. Global, regional, and national burden of osteoarthritis, 1990-2020 and projections to 2050: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2021. Lancet Rheumatol. 2023;5(9):e508-e522. doi:10.1016/S2665-9913(23)00163-7
Molnar V, Matišić V, Kodvanj I, et al. Cytokines and chemokines involved in osteoarthritis pathogenesis. Int J Mol Sci. 2021;22(17):9208. doi:10.3390/ijms22179208
Tang S, Zhang C, Oo WM, et al. Osteoarthritis. Nat Rev Dis Primers. 2025;11(1):10. doi:10.1038/s41572-025-00594-6
Sophia Fox AJ, Bedi A, Rodeo SA. The basic science of articular cartilage: structure, composition, and function. Sports Health. 2009;1(6):461-468. doi:10.1177/1941738109350438
Medvedeva EV, Grebenik EA, Gornostaeva SN, et al. Repair of damaged articular cartilage: Current approaches and future directions. Int J Mol Sci. 2018;19(8):2366. doi:10.3390/ijms19082366
Wang Y, Wei L, Zeng L, He D, Wei X. Nutrition and degeneration of articular cartilage. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2013;21(8):1751-1762. doi:10.1007/s00167-012-1977-7
Muthu S, Korpershoek JV, Novais EJ, Tawy GF, Hollander AP, Martin I. Failure of cartilage regeneration: emerging hypotheses and related therapeutic strategies. Nat Rev Rheumatol. 2023;19(7):403-416. doi:10.1038/s41584-023-00979-5
Yu L, Lin YL, Yan M, et al. Hyaline cartilage differentiation of fibroblasts in regeneration and regenerative medicine. Development. 2022;149(2). doi:10.1242/dev.200249
Yao Q, Wu X, Tao C, et al. Osteoarthritis: pathogenic signaling pathways and therapeutic targets. Signal Transduct Target Ther. 2023;8(1):56. doi:10.1038/s41392-023-01330-w
Im GI, Henrotin Y. Regenerative medicine for early osteoarthritis. Ther Adv Musculoskelet Dis. 2023;15:1759720X231194813. doi:10.1177/1759720X231194813
Zhang H, Dang Z, Wang X, Wang C, Zhang H, Zhang Y. BMP9 enhances osteogenic differentiation in rheumatoid arthritis: a potential therapeutic approach. J Transl Med. 2025;23(1):241. doi:10.1186/s12967-025-06309-5
Du C, Cheng Q, Zhao P, et al. LncRNA H19 mediates BMP9-induced angiogenesis in mesenchymal stem cells by promoting the p53-Notch1 angiogenic signaling axis. Genes Dis. 2023;10(3):1040-1054. doi:10.1016/j.gendis.2022.04.013
Morgan BJ, Bauza-Mayol G, Gardner OFW, et al. Bone morphogenetic protein-9 is a potent chondrogenic and morphogenic factor for articular cartilage chondroprogenitors. Stem Cells Dev. 2020;29(14):882-894. doi:10.1089/scd.2019.0209
Yu L, Dawson LA, Yan M, et al. BMP9 stimulates joint regeneration at digit amputation wounds in mice. Nat Commun. 2019;10(1):424. doi:10.1038/s41467-018-08278-4
Yu L, Han M, Yan M, Lee J, Muneoka K. BMP2 induces segment-specific skeletal regeneration from digit and limb amputations by establishing a new endochondral ossification center. Dev Biol. 2012;372(2):263-273. doi:10.1016/j.ydbio.2012.09.021
Komaki M, Iwasaki K, Morita I. Bone and Stem Cells. Mesenchymal stem cells and bone regeneration. Clin Calcium. 2014;24(4):565-573. doi:CliCa1404565573
Endo I, Mastumoto T. Bone and Stem Cells. Regulatory mechanism of mesenchymal stem cell differentiation to osteoblasts. Clin Calcium. 2014;24(4):555-564. doi:CliCa1404555564
Nishimura R, Nakamura E, Kida J, Yagi H, Hata K. Bone and stem cells. Regulation of chondrocyte differentiation from mesenchymal stem cells. Clin Calcium. 2014;24(4):509-516. doi: clica1404509516. PMID: 24681496.
Hamam D, Ali D, Vishnubalaji R, et al. microRNA-320/RUNX2 axis regulates adipocytic differentiation of human mesenchymal (skeletal) stem cells. Cell Death Dis. 2014;5(10):e1499. doi:10.1038/cddis.2014.462
Sanz AR, Carrión FS, Chaparro AP. Mesenchymal stem cells from the oral cavity and their potential value in tissue engineering. Periodontol 2000. 2015;67(1):251-267. doi:10.1111/prd.12070
Park JS, Suryaprakash S, Lao YH, Leong KW. Engineering mesenchymal stem cells for regenerative medicine and drug delivery. Methods. 2015;84:3-16. doi:10.1016/j.ymeth.2015.03.002
Wang Y, Yuan M, Guo QY, Lu SB, Peng J. Mesenchymal stem cells for treating articular cartilage defects and osteoarthritis. Cell Transplant. 2015;24(9):1661-1678. doi:10.3727/096368914X683485
Published
August 24, 2025
Copyright (c) 2025 Maja Dreger, Marcin Rojek
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
