ออสทีโอบลาสต์
เซลล์สร้างกระดูก (สีม่วง) ล้อมรอบกระดูกชิ้นเล็กๆ (สีชมพู - อยู่ด้านเฉียงของภาพ) ในเนื้อเยื่อที่ผ่านการตรึงและกำจัดแร่ธาตุในกระดูกออกตามปกติ เซลล์สร้างกระดูกจะหดตัวและแยกออกจากกันและจากเมทริกซ์ที่อยู่ด้านล่าง ในกระดูกที่มีชีวิต เซลล์เหล่านี้จะเชื่อมต่อกันด้วยจุดเชื่อมต่อแน่น (tight junctions)และจุดเชื่อมต่อช่องว่าง (gap junctions ) และรวมเข้ากับเซลล์กระดูก (osteocytes) และเมทริกซ์ที่อยู่ด้านล่าง ( ย้อมสี H&E )
ภาพประกอบแสดงเซลล์สร้างกระดูกเดี่ยว
รายละเอียด
ที่ตั้ง	กระดูก
การทำงาน	การสร้างเนื้อเยื่อกระดูก
ตัวระบุ
กรีก	ออสทีโอบลาสต์
เมช	D010006
ไทย	H2.00.03.7.00002
เอฟเอ็มเอ	66780
คำศัพท์ทางกายวิภาคศาสตร์ของจุลกายวิภาคศาสตร์

ออสทีโอบลาสต์ (มาจาก คำ ภาษากรีกที่รวมกันเป็นคำว่า " กระดูก " คือ ὀστέο-, osteo-และ βλαστάνω, blastanō "งอก") เป็นเซลล์ ที่มี นิวเคลียสเดียวที่สังเคราะห์กระดูกอย่างไรก็ตาม ในกระบวนการสร้างกระดูกออสทีโอบลาสต์จะทำงานเป็นกลุ่มเซลล์ที่เชื่อมต่อกัน เซลล์แต่ละเซลล์ไม่สามารถสร้างกระดูกได้ กลุ่มของออสทีโอบลาสต์ที่จัดระเบียบรวมกันกับกระดูกที่สร้างโดยหน่วยของเซลล์นั้น มักเรียกว่าออสทีออน

ออสทีโอบลาสต์เป็นผลิตภัณฑ์เฉพาะที่แยกตัวขั้นสุดท้ายของเซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ [ ^{1 ] พวก}มันสังเคราะห์คอลลาเจน ที่มีความหนาแน่นและเชื่อมโยง กัน รวมถึงโปรตีนเฉพาะในปริมาณที่น้อยกว่ามาก เช่นออสทีโอแคลซินและออสทีโอพอนตินซึ่งเป็นส่วนประกอบของเมทริกซ์อินทรีย์ของกระดูก

ในกลุ่มเซลล์ที่แยกออกจากกันอย่างเป็นระเบียบ ออสทีโอบลาสต์จะผลิต ไฮด รอกซีอะพาไทต์ซึ่ง เป็นแร่ ธาตุในกระดูก ที่ถูกสะสมอย่างเป็นระบบในเมทริกซ์อนินทรีย์ ก่อให้เกิดเนื้อเยื่อที่มีแร่ธาตุ แข็งแรงและหนาแน่น เมทริกซ์ที่มีแร่ธาตุ การปลูกถ่ายกระดูกที่เคลือบด้วยไฮดรอกซีอะพาไทต์มักมีประสิทธิภาพดีกว่าการปลูกถ่ายที่ไม่เคลือบด้วยวัสดุนี้ ตัวอย่างเช่น ในผู้ป่วยที่เป็นโรคไขมันพอกตับ การปลูกถ่ายไทเทเนียมที่เคลือบด้วยไฮดรอกซีอะพาไทต์จะมีประสิทธิภาพดีกว่าการปลูกถ่ายที่ไม่เคลือบด้วยวัสดุนี้^{[ 2 ]}โครงกระดูกที่มีแร่ธาตุเป็นส่วนสำคัญในการค้ำจุนร่างกายของสัตว์มีกระดูกสันหลังที่ หายใจด้วยอากาศ นอกจากนี้ยังเป็นแหล่งสะสมแร่ธาตุที่สำคัญสำหรับ การรักษา สมดุล ทางสรีรวิทยา รวมถึงสมดุลกรด-เบสและการบำรุงรักษาแคลเซียมหรือฟอสเฟต^{[ 3 ] [ 4 ]}

โครงกระดูกเป็นอวัยวะขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นและสลายตัวไปตลอดชีวิตในสัตว์มีกระดูกสันหลังที่หายใจด้วยอากาศ โครงกระดูก ซึ่งมักเรียกว่าระบบโครงกระดูก มีความสำคัญทั้งในฐานะโครงสร้างค้ำจุนและการรักษาสมดุลของแคลเซียม ฟอสเฟต และกรด-เบสในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด^{[ 5 ]}ส่วนที่ทำหน้าที่ของกระดูก คือ เมทริกซ์กระดูกซึ่งอยู่นอกเซลล์ทั้งหมด เมทริกซ์กระดูกประกอบด้วยโปรตีนและแร่ธาตุโปรตีนก่อตัวเป็นเมทริกซ์อินทรีย์มันถูกสังเคราะห์ขึ้นแล้วจึงเติมแร่ธาตุเข้าไป เมทริกซ์อินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นคอลลาเจนซึ่งให้ความแข็งแรงในการรับแรงดึงเมทริกซ์จะถูกทำให้เป็นแร่ธาตุโดยการสะสมของไฮดรอกซีอะพาไทต์ (ชื่ออื่นคือ ไฮดรอกซีอะพาไทต์) แร่ธาตุนี้แข็งและให้ความแข็งแรงในการรับแรงอัดดังนั้น คอลลาเจนและแร่ธาตุรวมกันจึงเป็นวัสดุผสมที่มีความแข็งแรงในการรับแรงดึงและแรงอัดที่ดีเยี่ยม ซึ่งสามารถโค้งงอภายใต้แรงดึงและคืนรูปทรงเดิมได้โดยไม่เสียหาย เรียกว่าการเสียรูปยืดหยุ่นแรงที่เกินความสามารถของกระดูกในการยืดหยุ่นอาจทำให้เกิดความล้มเหลว โดยทั่วไปคือกระดูก หัก

กระดูกเป็นเนื้อเยื่อที่มีพลวัตซึ่งถูกปรับเปลี่ยนรูปร่างอยู่ตลอดเวลาโดยเซลล์สร้างกระดูก (osteoblasts ) ซึ่งผลิตและหลั่งโปรตีนเมทริกซ์และลำเลียงแร่ธาตุเข้าสู่เมทริกซ์ และเซลล์สลายกระดูก (osteoclasts)ซึ่งทำลายเนื้อเยื่อ

เซลล์สร้างกระดูก (Osteoblasts) เป็นส่วนประกอบหลักของกระดูก เซลล์สร้างกระดูกเกิดขึ้นจาก เซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ ( Mesenchymal Stem Cellsหรือ MSC) MSC สามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์สร้างกระดูก เซลล์ไขมัน ( Adipocytes ) และเซลล์กล้ามเนื้อ (Myocytes) รวมถึงเซลล์ชนิดอื่นๆ ปริมาณของเซลล์สร้างกระดูกนั้นสัมพันธ์แบบผกผันกับปริมาณของเซลล์ไขมันในไขกระดูก ซึ่งประกอบเป็น เนื้อเยื่อไขมัน ในไขกระดูก (Marrow Adipose Tissue หรือ MAT)เซลล์สร้างกระดูกพบได้เป็นจำนวนมากใน เยื่อหุ้มกระดูกชั้นนอก (Periosteum ) ซึ่งเป็นชั้นเนื้อเยื่อเกี่ยวพันบางๆ ที่อยู่บนพื้นผิวด้านนอกของกระดูก และใน เยื่อหุ้มกระดูกชั้นใน (Endosteum )

โดยปกติแล้ว ใน สัตว์มีกระดูกสันหลังที่หายใจด้วยอากาศ เนื้อเยื่อกระดูกเกือบทั้งหมดจะถูกสร้างขึ้นโดยเซลล์สร้างกระดูก (osteoblasts) ก่อนที่เนื้อเยื่ออินทรีย์จะถูกสร้างขึ้น เราเรียกว่าออสทีออยด์ (osteoid ) เซลล์สร้างกระดูกที่ฝังอยู่ในเนื้อเยื่อเรียกว่าออสทีโอไซต์ (osteocytes ) ในระหว่างการสร้างกระดูก ชั้นผิวของเซลล์สร้างกระดูกจะประกอบด้วยเซลล์รูปทรงลูกบาศก์ เรียกว่า เซลล์สร้างกระดูกที่ทำงานอยู่ (active osteoblasts )เมื่อหน่วยสร้างกระดูกไม่ได้สร้างกระดูกอย่างแข็งขัน เซลล์สร้างกระดูกที่ผิวจะแบนราบลงและเรียกว่า เซลล์สร้างกระดูก ที่ไม่ทำงาน (inactive osteoblasts ) ออสทีโอไซต์ยังคงมีชีวิตอยู่และเชื่อมต่อกับชั้นผิวของเซลล์สร้างกระดูกด้วยกระบวนการของเซลล์ ออสทีโอไซต์มีหน้าที่สำคัญในการบำรุงรักษาโครงกระดูก

ออสทีโอคลาสต์เป็นเซลล์ที่มีนิวเคลียสหลายอันซึ่งได้มาจากเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดในไขกระดูกซึ่งให้กำเนิดโมโนไซต์ในเลือดส่วนปลายด้วย^{[ 6 ]}ออสทีโอคลาสต์จะทำลายเนื้อเยื่อกระดูก และร่วมกับออสทีโอบลาสต์และออสทีโอไซต์สร้างส่วนประกอบโครงสร้างของกระดูก ในโพรงภายในกระดูกมีเซลล์ชนิดอื่นๆ อีกมากมายในไขกระดูกส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับการสร้างกระดูกของออสทีโอบลาสต์ ได้แก่ เซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ (สารตั้งต้นของออสทีโอบลาสต์) และหลอดเลือดที่ให้ออกซิเจนและสารอาหารสำหรับการสร้างกระดูก กระดูกเป็นเนื้อเยื่อที่มีหลอดเลือดจำนวนมาก และการสร้างเซลล์หลอดเลือดอย่างแข็งขัน ซึ่งมาจากเซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์เช่นกัน เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อสนับสนุนกิจกรรมการเผาผลาญของกระดูก ความสมดุลของการสร้างกระดูกและการสลายกระดูกมักจะเป็นลบเมื่ออายุมากขึ้น โดยเฉพาะในสตรีวัยหมดประจำเดือน^{[ 7 ]}ซึ่งมักนำไปสู่การสูญเสียกระดูกอย่างรุนแรงจนทำให้เกิดกระดูกหัก ซึ่งเรียกว่าโรคกระดูกพรุน

กระดูกเกิดขึ้นจากกระบวนการสองอย่างคือการสร้างกระดูกแบบเอนโดคอนดรัลหรือการสร้างกระดูกแบบอินทราเมมบรานัสการสร้างกระดูกแบบเอนโดคอนดรัลเป็นกระบวนการสร้างกระดูกจากกระดูกอ่อน ซึ่งเป็นวิธีการปกติ รูปแบบการพัฒนาของกระดูก นี้ เป็นรูปแบบที่ซับซ้อนกว่า โดยเริ่มจากการสร้างโครงกระดูกอ่อน ชุดแรก โดยเซลล์คอนโดรไซต์ซึ่งจะถูกกำจัดออกไปและแทนที่ด้วยกระดูกที่สร้างโดยเซลล์ออสทีโอบลาสต์ การสร้างกระดูกแบบอินทราเมมบรานัสเป็นการสร้างกระดูกโดยตรงจากเนื้อเยื่อเกี่ยวพันเช่นที่เกิดขึ้นระหว่างการสร้างกระดูกเยื่อหุ้มของกะโหลกศีรษะและกระดูกอื่นๆ^{[ 8 ]}

ในระหว่างการสร้างเซลล์สร้างกระดูกเซลล์ต้นกำเนิดที่กำลังพัฒนาจะแสดงออกถึงปัจจัยการถอดรหัส ควบคุม Cbfa1/Runx2ปัจจัยการถอดรหัสที่จำเป็นตัวที่สองคือปัจจัยการถอดรหัส Sp7 ^{[ 9 ]}เซลล์ต้นกำเนิดกระดูกอ่อนและกระดูกจะเกิดการเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของปัจจัยการเจริญเติบโตแม้ว่าเซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ที่แยกได้ในวัฒนธรรมเนื้อเยื่ออาจสร้างเซลล์สร้างกระดูกได้ภายใต้สภาวะที่เอื้ออำนวยซึ่งรวมถึงวิตามินซีและสารตั้งต้นสำหรับอัลคาไลน์ฟอสฟาเตส ซึ่งเป็น เอนไซม์สำคัญที่ให้ความเข้มข้นของฟอสเฟตสูงที่บริเวณการสะสมแร่ธาตุ^{[ 1 ]}ในทางกลับกัน เซลล์สร้างกระดูกอาจก่อให้เกิดเซลล์กระดูกในกระบวนการที่ขึ้นอยู่กับกล้ามเนื้อหลอดเลือดของหลอดเลือดในกระดูก^{[ 10 ]}

ปัจจัยสำคัญในการเจริญเติบโตของกระดูกแบบเอนโดคอนดรัล ได้แก่โปรตีนสร้างกระดูก (BMPs) ซึ่งเป็นตัวกำหนดอย่างมากว่าเซลล์กระดูกอ่อนจะเกิดการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์กระดูกอ่อนที่ใด และจะมีช่องว่างระหว่างกระดูกอยู่ที่ใด ระบบการทดแทนกระดูกอ่อนด้วยกระดูกมีระบบควบคุมที่ซับซ้อนBMP2ยังควบคุมการสร้างแบบแผนของโครงกระดูกในระยะเริ่มต้นด้วย ปัจจัยการเจริญเติบโตแบบเปลี่ยนแปลงเบต้า (TGF-β) เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มโปรตีนขนาดใหญ่ที่รวมถึง BMPs ซึ่งมีองค์ประกอบการส่งสัญญาณร่วมกันในเส้นทางการส่งสัญญาณของ TGF-β TGF-β มีความสำคัญอย่างยิ่งใน การเปลี่ยนแปลง ของกระดูกอ่อนซึ่งโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นก่อนการสร้างกระดูกสำหรับการสร้างกระดูกแบบเอนโดคอนดรัล กลุ่มปัจจัยควบคุมที่สำคัญอีกกลุ่มหนึ่งคือปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์ (FGFs) ซึ่งเป็นตัวกำหนดว่าองค์ประกอบของโครงกระดูกจะเกิดขึ้นที่ใดเมื่อเทียบกับผิวหนัง

ระบบควบคุมอื่นๆ อีกมากมายมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนจากกระดูกอ่อนเป็นกระดูกและการบำรุงรักษากระดูก ฮอร์โมนควบคุมกระดูกที่สำคัญอย่างยิ่งคือฮอร์โมนพาราไทรอยด์ (PTH) ฮอร์โมนพาราไทรอยด์เป็นโปรตีนที่สร้างโดย ต่อม พาราไทรอยด์ภายใต้การควบคุมของกิจกรรมแคลเซียมในซีรั่ม^{[ 4 ]} PTH ​​ยังมีหน้าที่สำคัญในระบบต่างๆ รวมถึงการรักษาระดับความเข้มข้นของแคลเซียมในซีรั่มให้คงที่เกือบตลอดเวลาโดยไม่คำนึงถึงปริมาณแคลเซียมที่รับประทาน การเพิ่มแคลเซียมในอาหารส่งผลให้แคลเซียมในเลือดเพิ่มขึ้นเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่กลไกสำคัญที่สนับสนุนการสร้างกระดูกโดยออสทีโอบลาสต์ ยกเว้นในกรณีที่มีแคลเซียมในอาหารต่ำ นอกจากนี้ แคลเซียมในอาหารที่สูงผิดปกติยังเพิ่มความเสี่ยงต่อผลกระทบต่อสุขภาพที่ร้ายแรงซึ่งไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับมวลกระดูก รวมถึงโรคหัวใจวายและโรคหลอดเลือดสมอง [ ^{11 ] การ}กระตุ้น PTH เป็นระยะๆ จะเพิ่มกิจกรรมของออสทีโอบลาสต์ แม้ว่า PTH จะมีสองหน้าที่และเป็นตัวกลางในการย่อยสลายเมทริกซ์กระดูกที่ความเข้มข้นสูงขึ้นก็ตาม

โครงกระดูกยังได้รับการดัดแปลงเพื่อการสืบพันธุ์และเพื่อตอบสนองต่อความเครียดทางโภชนาการและฮอร์โมน อื่นๆ โดยตอบสนองต่อสเตียรอยด์รวมถึงเอสโตรเจนและกลูโคคอร์ติคอยด์ซึ่งมีความสำคัญในการสืบพันธุ์และการควบคุมการเผาผลาญพลังงาน การหมุนเวียนของกระดูกเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานจำนวนมากสำหรับการสังเคราะห์และการสลายตัว โดยเกี่ยวข้องกับสัญญาณเพิ่มเติมมากมาย รวมถึง ฮอร์โมนจาก ต่อมใต้สมองสองในนั้นคือฮอร์โมนอะดรีโนคอร์ติโคโทรปิก (ACTH) ^{[ 12 ]}และฮอร์โมนกระตุ้นฟอลลิเคิล [ ^{13 ]}บทบาททางสรีรวิทยาของการตอบสนองต่อฮอร์โมนเหล่านี้และ ฮอร์โมน ไกลโคโปรตีน อื่นๆ อีกหลาย ^ชนิดยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ แม้ว่ามีแนวโน้มว่า ACTH จะมีสองหน้าที่เช่นเดียวกับ PTH โดยสนับสนุนการสร้างกระดูกด้วย ACTH ที่พุ่งสูงขึ้นเป็นระยะ แต่ทำให้เกิดการทำลายกระดูกในความเข้มข้นสูง ในหนู การกลายพันธุ์ที่ลดประสิทธิภาพของการผลิตกลูโคคอร์ติคอยด์ที่เกิดจาก ACTH ในต่อมหมวกไตทำให้โครงกระดูกมีความหนาแน่นมากขึ้น ( กระดูกแข็ง ) ^{[ 14 ] [ 15 ]}

จากการศึกษาในกระดูกที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างดีด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ที่กำลังขยายสูง พบว่าเซลล์สร้างกระดูกแต่ละเซลล์เชื่อมต่อกันด้วยจุดเชื่อมต่อแน่น (tight junctions ) ซึ่งป้องกัน การผ่าน ของของเหลวภายนอกเซลล์จึงสร้างช่องกระดูกที่แยกออกจากของเหลวภายนอกเซลล์โดยทั่วไป^{[ 16 ]}เซลล์สร้างกระดูกยังเชื่อมต่อกันด้วยจุดเชื่อมต่อช่องว่าง (gap junctions ) ซึ่งเป็นรูพรุนขนาดเล็กที่เชื่อมต่อเซลล์สร้างกระดูก ทำให้เซลล์ในกลุ่มเดียวกันสามารถทำงานเป็นหน่วยเดียวกันได้^{[ 17 ]}จุดเชื่อมต่อช่องว่างยังเชื่อมต่อเซลล์ชั้นลึกกับเซลล์ชั้นผิว ( เซลล์กระดูกเมื่อถูกล้อมรอบด้วยกระดูก) ซึ่งได้รับการพิสูจน์โดยตรงโดยการฉีดสีย้อมเรืองแสงที่มีน้ำหนักโมเลกุล ต่ำ เข้าไปในเซลล์สร้างกระดูก และแสดงให้เห็นว่าสีย้อมแพร่กระจายไปยังเซลล์โดยรอบและเซลล์ชั้นลึกในหน่วยสร้างกระดูก^{[ 18 ]}กระดูกประกอบด้วยหน่วยเหล่านี้จำนวนมาก ซึ่งถูกคั่นด้วยโซนที่ไม่สามารถซึมผ่านได้ซึ่งไม่มีการเชื่อมต่อของเซลล์ เรียกว่าเส้นซีเมนต์ (cement lines)

ส่วนประกอบอินทรีย์ (ที่ไม่ใช่แร่ธาตุ) เกือบทั้งหมดของกระดูกคือคอลลาเจนชนิดที่ 1 ที่มีความหนาแน่นสูง ^{[ 19 ]}ซึ่งก่อตัวเป็นเชือกที่เชื่อมโยงกันอย่างหนาแน่นซึ่งทำให้กระดูกมีความแข็งแรงในการรับแรงดึง ด้วยกลไกที่ยังไม่ชัดเจน ออสทีโอบลาสต์จะหลั่งคอลลาเจนที่มีทิศทางเป็นชั้น โดยชั้นที่ขนานกับแกนยาวของกระดูกจะสลับกับชั้นที่ตั้งฉากกับแกนยาวของกระดูกทุกๆ สองสามไมโครเมตรความบกพร่องในคอลลาเจนชนิดที่ 1 ทำให้เกิดความผิดปกติทางพันธุกรรมของกระดูกที่พบบ่อยที่สุด เรียกว่า โรคกระดูกเปราะ(osteogenesis imperfecta ) ^{[ 20 ]}

โปรตีนขนาดเล็กจำนวนเล็กน้อยแต่สำคัญ รวมถึงออสทีโอแคลซินและออสทีโอพอนตินจะถูกหลั่งออกมาในเมทริกซ์อินทรีย์ของกระดูก^{[ 21 ]}ออสทีโอแคลซินจะไม่ถูกแสดงออกในความเข้มข้นที่มีนัยสำคัญ ยกเว้นในกระดูก ดังนั้นออสทีโอแคลซินจึงเป็นเครื่องหมายเฉพาะสำหรับการสังเคราะห์เมทริกซ์กระดูก^{[ 22 ]}โปรตีนเหล่านี้เชื่อมโยงส่วนประกอบอินทรีย์และแร่ธาตุของเมทริกซ์กระดูก^{[ 23 ]}โปรตีนเหล่านี้จำเป็นต่อความแข็งแรงของเมทริกซ์สูงสุดเนื่องจากตำแหน่งที่อยู่ระหว่างแร่ธาตุและคอลลาเจน

อย่างไรก็ตาม ในหนูที่การแสดงออกของออสทีโอแคลซินหรือออสทีโอพอนตินถูกกำจัดออกไปโดยการรบกวนยีนที่เกี่ยวข้อง ( หนูน็อคเอาท์ ) การสะสมของแร่ธาตุไม่ได้รับผลกระทบอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งบ่งชี้ว่าการจัดระเบียบของเมทริกซ์ไม่ได้เกี่ยวข้องกับการขนส่งแร่ธาตุอย่างมีนัยสำคัญ^{[ 24 ] [ 25 ]}

โครงกระดูกดั้งเดิมคือกระดูกอ่อนซึ่งเป็นเนื้อเยื่อแข็งที่ไม่มีหลอดเลือด (ไม่มีเส้นเลือด) โดยมีเซลล์ที่หลั่งสารเมทริกซ์กระดูกอ่อนแต่ละเซลล์ หรือคอนโดรไซต์อยู่ภายใน คอนโดรไซต์ไม่มีการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์และไม่ได้ประสานงานกันเป็นหน่วย กระดูกอ่อนประกอบด้วยเครือข่ายของคอลลาเจนชนิดที่ 2 ที่ยึดไว้ด้วยแรงตึงโดยโปรตีนที่ดูดซับน้ำ ไฮโดร ฟิลิก โปรตีโอไกลแคน [ ^{26 ] นี่}คือโครงกระดูกของปลาที่มีกระดูกอ่อนเช่นฉลามและจะพัฒนาเป็นโครงกระดูกเริ่มต้นในสัตว์ที่มีวิวัฒนาการสูง กว่า

ในสัตว์มีกระดูกสันหลังที่หายใจด้วยอากาศ กระดูกอ่อนจะถูกแทนที่ด้วยกระดูกที่มีเซลล์ เนื้อเยื่อเปลี่ยนผ่านคือกระดูกอ่อน ที่มีแร่ธาตุ กระดูกอ่อนจะมีแร่ธาตุโดยการแสดงออกของเอนไซม์ที่สร้างฟอสเฟตจำนวนมาก ซึ่งทำให้เกิดความเข้มข้นของแคลเซียมและฟอสเฟตในบริเวณนั้นสูง และตกตะกอน^{[ 26 ]}กระดูกอ่อนที่มีแร่ธาตุนี้ไม่หนาแน่นหรือแข็งแรง ในสัตว์มีกระดูกสันหลังที่หายใจด้วยอากาศ มันถูกใช้เป็นโครงสร้างสำหรับการสร้างกระดูกที่มีเซลล์ซึ่งสร้างโดยออสทีโอบลาสต์ จากนั้นมันจะถูกกำจัดโดยออสทีโอคลาสต์ซึ่งเชี่ยวชาญในการย่อยสลายเนื้อเยื่อที่มีแร่ธาตุ

ออสทีโอบลาสต์สร้างเมทริกซ์กระดูกชนิดขั้นสูงซึ่งประกอบด้วยผลึกไฮดรอกซีอะพาไทต์ ที่หนาแน่นและไม่สม่ำเสมอ อัดแน่นอยู่รอบเส้นใยคอลลาเจน^{[ 27 ]}นี่คือวัสดุคอมโพสิตที่แข็งแรงซึ่งช่วยให้โครงกระดูกมีรูปร่างส่วนใหญ่เป็นท่อกลวง การลดกระดูกยาวให้เป็นท่อช่วยลดน้ำหนักในขณะที่ยังคงความแข็งแรงไว้ได้

กลไกการสร้างแร่ธาตุยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ สารประกอบเรืองแสงที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ เช่นเตตราไซคลินหรือแคลซีนจะจับกับแร่ธาตุในกระดูกอย่างแน่นหนาเมื่อให้ในระยะเวลาสั้นๆ จากนั้นจะสะสมเป็นแถบแคบๆ ในกระดูกใหม่^{[ 28 ]}แถบเหล่านี้ทอดยาวข้ามกลุ่มเซลล์สร้างกระดูกที่อยู่ติดกัน เกิดขึ้นที่แนวการสร้างแร่ธาตุที่แคบ (ระดับไมโครเมตร ย่อย ) พื้นผิวของกระดูกส่วนใหญ่ไม่แสดงการสร้างกระดูกใหม่ ไม่มีการดูดซึมเตตราไซคลิน และไม่มีการสร้างแร่ธาตุ สิ่งนี้ชี้ให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการขนส่งแบบอำนวยความสะดวกหรือแบบแอคทีฟที่ประสานงานกันในกลุ่มเซลล์สร้างกระดูกมีส่วนเกี่ยวข้องในการสร้างกระดูก และมีเพียงการสร้างแร่ธาตุที่เกิดจากเซลล์เท่านั้นที่เกิดขึ้น กล่าวคือ แคลเซียมในอาหารไม่ได้สร้างแร่ธาตุโดยการกระทำของมวล

กลไกการสร้างแร่ธาตุในกระดูกนั้นแตกต่างอย่างชัดเจนจาก กระบวนการที่ มีวิวัฒนาการเก่าแก่กว่าซึ่งกระดูกอ่อนได้รับการทำให้เป็นแร่ธาตุ: เตตราไซคลินไม่ได้ติดฉลากกระดูกอ่อนที่เป็นแร่ธาตุในแถบแคบๆ หรือในตำแหน่งที่เฉพาะเจาะจง แต่กระจายไปทั่ว ซึ่งสอดคล้องกับกลไกการทำให้เป็นแร่ธาตุแบบพาสซีฟ^{[ 27 ]}

ออสทีโอบลาสต์แยกกระดูกออกจากของเหลวนอกเซลล์ด้วยรอยต่อแน่น^{[ 16 ]}โดยการขนส่งที่ควบคุมได้ ต่างจากในกระดูกอ่อนฟอสเฟตและแคลเซียมไม่สามารถเคลื่อนที่เข้าหรือออกโดยการแพร่แบบพาสซีฟได้ เนื่องจากรอยต่อแน่นของออสทีโอบลาสต์แยกพื้นที่การสร้างกระดูกออก แคลเซียมถูกขนส่งผ่านออสทีโอบลาสต์โดยการขนส่งแบบอำนวยความสะดวก (นั่นคือ โดยตัวขนส่งแบบพาสซีฟ ซึ่งไม่ได้ปั๊มแคลเซียมสวนทางกับความชัน) ^{[ 27 ]}ในทางตรงกันข้าม ฟอสเฟตถูกผลิตขึ้นอย่างแข็งขันโดยการรวมกันของการหลั่งสารประกอบที่มีฟอสเฟต รวมถึงATPและโดยฟอสฟาเทสที่แยกฟอสเฟตเพื่อสร้างความเข้มข้นของฟอสเฟตสูงที่แนวหน้าของการสร้างแร่ธาตุอัลคาไลน์ฟอสฟาเทสเป็นโปรตีนที่ยึดติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งเป็นเครื่องหมายลักษณะเฉพาะที่แสดงออกในปริมาณมากที่ด้านปลาย (ด้านหลั่ง) ของออสทีโอบลาสต์ที่ทำงานอยู่

อย่างน้อยก็มีกระบวนการขนส่งที่มีการควบคุมอีกอย่างน้อยหนึ่งกระบวนการที่เกี่ยวข้องสัดส่วนทางเคมีของแร่ธาตุในกระดูกโดยพื้นฐานแล้วคือไฮ ดรอก ซีอะพาไทต์ที่ตกตะกอนจากฟอสเฟต แคลเซียม และน้ำที่ค่า pH เป็นด่างเล็กน้อย : ^{[ 29 ]}

6 HPO2−4+ 2 H ₂ O + 10 Ca ²⁺ ⇌ Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ + 8 H ⁺

ในระบบปิด เมื่อแร่ธาตุตกตะกอน กรดจะสะสมตัว ทำให้ค่า pH ลดลงอย่างรวดเร็ว และหยุดการตกตะกอนต่อไป กระดูกอ่อนไม่มีสิ่งกีดขวางการแพร่กระจาย ดังนั้นกรดจึงแพร่กระจายออกไป ทำให้การตกตะกอนดำเนินต่อไปได้ ในออสทีออน ซึ่งเมทริกซ์ถูกแยกออกจากของเหลวภายนอกเซลล์ด้วยรอยต่อแน่น สิ่งนี้จึงไม่สามารถเกิดขึ้นได้ ในช่องที่ปิดสนิทและควบคุมได้ การกำจัด H ⁺จะกระตุ้นการตกตะกอนภายใต้สภาวะภายนอกเซลล์ที่หลากหลาย ตราบใดที่มีแคลเซียมและฟอสเฟตอยู่ในช่องเมทริกซ์^{[ 30 ]}กลไกที่กรดเคลื่อนผ่านชั้นกั้นยังคงไม่แน่นอน ออสทีโอบลาสต์มีความสามารถในการแลกเปลี่ยน Na ⁺ /H ⁺ผ่านตัวแลกเปลี่ยน Na/H ที่ซ้ำซ้อน NHE1 และ NHE6 ^{[ 31 ]} การแลกเปลี่ยน H ⁺ นี้ เป็นองค์ประกอบสำคัญในการกำจัดกรด แม้ว่ากลไกที่ H ⁺ถูกขนส่งจากพื้นที่เมทริกซ์เข้าไปในออสทีโอบลาสต์ที่เป็นชั้นกั้นจะยังไม่เป็นที่ทราบ

ในการกำจัดกระดูก กลไกการขนส่งแบบย้อนกลับจะใช้กรดที่ส่งไปยังเมทริกซ์ที่มีแร่ธาตุเพื่อผลักดันไฮดรอกซีอะพาไทต์ให้ละลาย^{[ 32 ]}

การตอบสนองจากกิจกรรมทางกายภาพช่วยรักษามวลกระดูก ในขณะที่การตอบสนองจากออสทีโอไซต์จำกัดขนาดของหน่วยสร้างกระดูก^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}กลไกเพิ่มเติมที่สำคัญคือการหลั่งสเคลอโรสตินโดยออสทีโอไซต์ซึ่งฝังอยู่ในเมทริกซ์โปรตีนนี้จะยับยั้งเส้นทางที่รักษาการทำงานของออสทีโอบลาสต์ ดังนั้น เมื่อออสทีออนมีขนาดถึงขีดจำกัด การสังเคราะห์กระดูกจะหยุดลง^{[ 36 ]}

การย้อมสี ฮีมาทอกซิลินและอีโอซิน (H&E) แสดงให้เห็นว่าไซโตพลาซึมของเซลล์สร้างกระดูกที่ทำงานอยู่มี ลักษณะ เป็นเบส เล็กน้อย เนื่องจากมี เอน โดพลาสมิกเรติคูลัมแบบหยาบจำนวนมาก เซลล์สร้างกระดูกที่ทำงานอยู่จะผลิตคอลลาเจนชนิดที่ 1 จำนวนมาก ประมาณ 10% ของเมทริกซ์กระดูกเป็นคอลลาเจน ส่วนที่เหลือเป็นแร่ธาตุ^{[ 29 ]}นิวเคลียสของเซลล์สร้างกระดูกมีรูปร่างทรงกลมและมีขนาดใหญ่ เซลล์สร้างกระดูกที่ทำงานอยู่มีลักษณะทางสัณฐานวิทยาที่โดดเด่นด้วยเครื่องมือ Golgiซึ่งปรากฏในเนื้อเยื่อวิทยาเป็นบริเวณใสที่อยู่ติดกับนิวเคลียส ผลิตภัณฑ์ของเซลล์ส่วนใหญ่จะถูกขนส่งไปยังออสทีออยด์ ซึ่งเป็นเมทริกซ์ที่ไม่มีแร่ธาตุ เซลล์สร้างกระดูกที่ทำงานอยู่สามารถติดฉลากได้ด้วยแอนติบอดีต่อคอลลาเจนชนิดที่ 1หรือใช้แนฟทอลฟอสเฟตและ สีย้อมไดอะ โซเนียมฟาสต์บลูเพื่อแสดง กิจกรรม ของเอนไซม์ อัลคาไลน์ฟอสฟาเตส โดยตรง

• 
  เซลล์สร้างกระดูก (ย้อมสีไรท์ จีมซา, กำลังขยาย 100 เท่า)
• 
  ภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงของ กระดูกฟองน้ำ ที่ผ่านกระบวนการกำจัดแคลเซียมแสดงให้เห็นเซลล์สร้างกระดูก (osteoblasts) ที่กำลังสังเคราะห์เนื้อเยื่อกระดูกอ่อน (osteoid) อย่างแข็งขัน โดยมีเซลล์กระดูก (osteocytes) สองเซลล์อยู่ภายใน
• 
  ภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงของเนื้อเยื่อที่ไม่ผ่านการกำจัดแคลเซียม แสดงให้เห็นเซลล์สร้างกระดูกที่กำลังสังเคราะห์เนื้อเยื่อกระดูกอ่อนอย่างแข็งขัน (ตรงกลาง)
• 
  ภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงของเนื้อเยื่อที่ไม่ผ่านการกำจัดแคลเซียม แสดงให้เห็นเซลล์สร้างกระดูก (osteoblasts) กำลังสังเคราะห์เนื้อเยื่อกระดูกขั้นต้นอย่างแข็งขัน (ตรงกลาง)
• 
  เซลล์สร้างกระดูกที่เรียงตัวอยู่ตามกระดูก (ย้อมสี H&E)

1. เทคนิคการแยกครั้งแรกโดยวิธีไมโครดิสเซกชันได้รับการอธิบายครั้งแรกโดย Fell et al. ^{[ 37 ]}โดยใช้กระดูกแขนขาไก่ซึ่งแยกออกเป็นเยื่อหุ้มกระดูกและส่วนที่เหลือ เธอได้รับเซลล์ที่มีลักษณะการสร้างกระดูกจากเนื้อเยื่อที่เพาะเลี้ยงโดยใช้กระดูกแขนขาไก่ซึ่งแยกออกเป็นเยื่อหุ้มกระดูกและส่วนที่เหลือ เธอได้รับเซลล์ที่มีลักษณะการสร้างกระดูกจากเนื้อเยื่อที่เพาะเลี้ยง
2. การย่อยด้วยเอนไซม์เป็นหนึ่งในเทคนิคขั้นสูงที่สุดสำหรับการแยกประชากรเซลล์กระดูกและการได้รับออสทีโอบลาสต์ Peck et al. (1964) ^{[ 38 ]}ได้อธิบายวิธีการดั้งเดิมซึ่งปัจจุบันนักวิจัยหลายคนใช้กัน
3. ในปี พ.ศ. 2517 Jones และคณะ^{[ 39 ]}พบว่าเซลล์สร้างกระดูกเคลื่อนที่ไปด้านข้างในร่างกายและนอกร่างกายภายใต้เงื่อนไขการทดลองที่แตกต่างกัน และได้อธิบายวิธีการอพยพโดยละเอียด อย่างไรก็ตาม เซลล์สร้างกระดูกปนเปื้อนด้วยเซลล์ที่อพยพมาจากช่องเปิดของหลอดเลือด ซึ่งอาจรวมถึงเซลล์บุผนังหลอดเลือดและไฟโบรบลาสต์

• รายชื่อประเภทเซลล์ของมนุษย์ที่ได้มาจากชั้นเนื้อเยื่อต้นกำเนิด
• รายชื่อเซลล์ประเภทต่างๆ ในร่างกายมนุษย์ผู้ใหญ่

• วิลเลียม เอฟ. นอยแมนและ มาร์กาเร็ต ดับเบิลยู. นอยแมน (1958). พลวัตทางเคมีของแร่ธาตุในกระดูก. ชิคาโก: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยชิคาโก. ISBN 0-226-57512-8.
• เน็ตเตอร์, แฟรงค์ เอช. (1987). ระบบกระดูกและกล้ามเนื้อ: กายวิภาคศาสตร์ สรีรวิทยา และความผิดปกติทางเมตาบอลิซึม . ซัมมิท, นิวเจอร์ซีย์: บริษัท ซิบา-ไกจีISBN 0-914168-88-6.