Клеточные и молекулярные механизмы нарушения периимплантационной регенерации при сниженной минеральной плотности костной ткани: обзор литературы

УДК 576.5+611.018.4+616.71-007.234
DOI: 10.22138/2500-0918-2026-23-3-467-484

А.А. Марков

ФГБОУ ВО «Тюменский государственный медицинский университет», Тюмень, Российская Федерация

Резюме

В обзоре систематизированы клеточные и молекулярные механизмы нарушения периимплантационной регенерации при сниженной минеральной плотности костной ткани (МПК). Снижение МПК рассматривается не как самостоятельный молекулярный фенотип, а как возможный интегральный маркер предушествующей дисфункции регенераторной ниши костной ткани. Проанализированы изменения скелетных стволовых и прогениторных клеток, мезенхимальных стромальных клеток костного мозга (МСК-КМ; bone marrow mesenchymal stromal cells, BM-MSC), клеток остеобластического и остеоцитарного рядов, остеобластического и остеоцитарного дифферонов, RANKL/OPG-зависимого остеокластогенеза, макрофагальной пластичности, эффероцитоза, ангио-остеогенного сопряжения и механотрансдукции. Обсуждается концепция пространственно-временной десинхронизации репаративного процесса, при которой задержка разрешения воспаления и восстановления сосудистой ниши ограничивает рекрутирование остеогенных предшественников, формирование и минерализацию новообразованной кости и последующее механоадаптивное ремоделирование. Для эффероцитоза, Piezo1/YAP/TAZ-сигналинга и CD31hiEmcnhi сосудов отдельно обозначены ограничения прямой экстраполяции на периимплантационную регенерацию при сниженной МПК.

Ключевые слова: остеоинтеграция, остеопения, остеопороз, регенераторная ниша, имплантаты, металлоконструкции, остеоиммунология

Конфликт интересов отсутствует.

Контактная информация автора, ответственного за переписку

Марков Александр Анатольевич
alexdoktor@inbox.ru
Дата поступления: 07.09.2026

Образец цитирования

Марков А.А. Клеточные и молекулярные механизмы нарушения периимплантационной регенерации при сниженной минеральной плотности костной ткани: обзор литературы. [Электронный ресурс] Вестник уральской медицинской академической науки. 2026, Том. 23, №3, с. 467-484, DOI: 10.22138/2500-0918-2026-23-3-467-484

Финансирование

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства здравоохранения Российской Федерации (AMRU-2025-0005).

ЛИТЕРАТУРА

  1. Kondo T., Yamada M., Egusa H. Innate immune regulation in dental implant osseointegration. Journal of Prosthodontic Research. 2024;68(4): 511-521. doi: 10.2186/jpr.JPR_D_23_00198
  2. Lennerås M., Palmquist A., Norlindh B., Emanuelsson L., Thomsen P., Omar O. Oxidized Titanium Implants Enhance Osseointegration via Mechanisms Involving RANK/RANKL/OPG Regulation. Clinical Implant Dentistry and Related Research. 2015;17(Suppl 2): e478-e490. doi: 10.1111/cid.12276
  3. Song Z., Cheng Y., Chen M., Xie X. Macrophage polarization in bone implant repair: A review. Tissue and Cell. 2023;82: 102112. doi: 10.1016/j.tice.2023.102112
  4. Hankenson K.D., Gagne K., Shaughnessy M. Extracellular signaling molecules to promote fracture healing and bone regeneration. Advanced Drug Delivery Reviews. 2015;94: 3-12. doi: 10.1016/j.addr.2015.09.008
  5. Meng H.W., Chien E.Y., Chien H.H. Dental implant bioactive surface modifications and their effects on osseointegration: a review. Biomarker Research. 2016;4: 24. doi: 10.1186/s40364-016-0078-z
  6. Shibli J.A., Naddeo V., Cotrim K.C., Kalil E.C., de Avila E.D., Faot F., et al. Osteoporosis' effects on dental implants osseointegration and survival rate: a systematic review of clinical studies. Quintessence International. 2025;56(3): 206-216. doi: 10.3290/j.qi.b5927487
  7. Grisa A., Veitz-Keenan A. Is osteoporosis a risk factor for implant survival or failure? Evidence-Based Dentistry. 2018;19(2): 51-52. doi: 10.1038/sj.ebd.6401307
  8. Ambrosi T.H., Marecic O., McArdle A., Sinha R., Gulati G.S., Tong X., et al. Aged skeletal stem cells generate an inflammatory degenerative niche. Nature. 2021;597(7875): 256-262. doi: 10.1038/s41586-021-03795-7
  9. Li C., Xiao Y., Sun Y., He W., Liu L., Huang M., et al. Senescent immune cells release grancalcin to promote skeletal aging. Cell Metabolism. 2021;33(10): 1957-1973.e6. doi: 10.1016/j.cmet.2021.08.009
  10. Iantomasi T., Romagnoli C., Palmini G., Donati S., Falsetti I., Miglietta F., et al. Oxidative Stress and Inflammation in Osteoporosis: Molecular Mechanisms Involved and the Relationship with microRNAs. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(4): 3772. doi: 10.3390/ijms24043772
  11. Srivastava R.K., Dar H.Y., Mishra P.K. Immunoporosis: Immunology of Osteoporosis—Role of T Cells. Frontiers in Immunology. 2018;9: 657. doi: 10.3389/fimmu.2018.00657
  12. Peng Y., Wu S., Li Y., Crane J.L. Type H blood vessels in bone modeling and remodeling. Theranostics. 2020;10(1): 426-436. doi: 10.7150/thno.34126
  13. Rachner T.D., Khosla S., Hofbauer L.C. Osteoporosis: now and the future. The Lancet. 2011;377(9773): 1276-1287. doi: 10.1016/S0140-6736(10)62349-5
  14. Ali D.S., Khan A.A., Morrison A., Tetradis S., Mirza R.D., El Rabbany M., et al. Antiresorptive Therapy to Reduce Fracture Risk and Effects on Dental Implant Outcomes in Patients With Osteoporosis: A Systematic Review and Osteonecrosis of the Jaw Taskforce Consensus Statement. Endocrine Practice. 2025;31(5): 601-612. doi: 10.1016/j.eprac.2025.02.016
  15. Wu F., Song C., Zhen G., Jin Q., Li W., Liang X., et al. Exosomes derived from BMSCs in osteogenic differentiation promote type H blood vessel angiogenesis through miR-150-5p mediated metabolic reprogramming of endothelial cells. Cellular and Molecular Life Sciences. 2024;81: 344. doi: 10.1007/s00018-024-05371-4
  16. Gao L., Chen W., Li L., Sun X., Zhang W., Zhou Z., et al. Targeting soluble epoxide hydrolase promotes osteogenic–angiogenic coupling via activating SLIT3/HIF-1α signalling pathway. Cell Proliferation. 2023;56(7): e13403. doi: 10.1111/cpr.13403
  17. Сухоруков В.С., Егорова А.В., Романенко А.С., Рябова М.С., Красильникова А.П. Митофагия при возраст-зависимой нейродегенерации. Acta Naturae. 2025;17(4): 64-71. doi: 10.32607/actanaturae.27674
  18. Wang L., Pang Y., Tang Y., Wang X., Zhang D., Zhang X., et al. A biomimetic piezoelectric scaffold with sustained Mg2+ release promotes neurogenic and angiogenic differentiation for enhanced bone regeneration. Bioactive Materials. 2023;25: 399-414. doi: 10.1016/j.bioactmat.2022.11.004
  19. Chen X., Wang Z., Duan N., Zhu G., Schwarz E.M., Xie C. Osteoblast–osteoclast interactions. Connective Tissue Research. 2018;59(2): 99-107. doi: 10.1080/03008207.2017.1290085
  20. Robling A.G., Bonewald L.F. The Osteocyte: New Insights. Annual Review of Physiology. 2020;82: 485-506. doi: 10.1146/annurev-physiol-021119-034332
  21. Jeffery E.C., Mann T.L.A., Pool J.A., Zhao Z., Morrison S.J. Bone marrow and periosteal skeletal stem/progenitor cells make distinct contributions to bone maintenance and repair. Cell Stem Cell. 2022;29(11): 1547-1561.e6. doi: 10.1016/j.stem.2022.10.002
  22. Saxena Y., Routh S., Mukhopadhaya A. Immunoporosis: Role of Innate Immune Cells in Osteoporosis. Frontiers in Immunology. 2021;12: 687037. doi: 10.3389/fimmu.2021.687037
  23. Zhao J., Chen A., Wang R., Qiu D., Chen H., Li J., et al. Bmi-1 Epigenetically Orchestrates Osteogenic and Adipogenic Differentiation of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells to Delay Bone Aging. Advanced Science. 2024;11(46): e2404518. doi: 10.1002/advs.202404518
  24. Lian M., Qiao Z., Qiao S., Zhang X., Lin J., Xu R., et al. Nerve Growth Factor-Preconditioned Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosome-Functionalized 3D-Printed Hierarchical Porous Scaffolds with Neuro-Promotive Properties for Enhancing Innervated Bone Regeneration. ACS Nano. 2024;18(10): 7504-7520. doi: 10.1021/acsnano.3c11890
  25. Масютина А.М., Пащенков М.В., Пинегин Б.В. Клеточное старение: механизмы и клиническое значение. Иммунология. 2024;45(2): 221-234. doi: 10.33029/1816-2134-2024-45-2-221-234
  26. Масютина А.М., Есипова Д.Д., Ходжава М.В., Пащенков М.В., Пинегин Б.В. Модели клеточного старения. Иммунология. 2025;46(3): 356-367. doi: 10.33029/1816-2134-2025-46-3-356-367
  27. Li M., Yu Y., Xue K., Li J., Son G., Wang J., et al. Genistein mitigates senescence of bone marrow mesenchymal stem cells via ERRα-mediated mitochondrial biogenesis and mitophagy in ovariectomized rats. Redox Biology. 2023;61: 102649. doi: 10.1016/j.redox.2023.102649
  28. Dudakovic A., Samsonraj R.M., Paradise C.R., Galeano-Garces C., Mol M.O., Galeano-Garces D., et al. Inhibition of the epigenetic suppressor EZH2 primes osteogenic differentiation mediated by BMP2. Journal of Biological Chemistry. 2020;295(23): 7877-7893. doi: 10.1074/jbc.RA119.011685
  29. Xiang K., Ren M., Liu F., Li Y., He P., Gong X., et al. Tobacco toxins trigger bone marrow mesenchymal stem cells aging by inhibiting mitophagy. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2024;277: 116392. doi: 10.1016/j.ecoenv.2024.116392
  30. Marini F., Giusti F., Palmini G., Brandi M.L. Role of Wnt signaling and sclerostin in bone and as therapeutic targets in skeletal disorders. Osteoporosis International. 2023;34(2): 213-238. doi: 10.1007/s00198-022-06523-7
  31. Ciosek Z., Kot K., Kosik-Bogacka D., Lanocha-Arendarczyk N., Rotter I. The Effects of Calcium, Magnesium, Phosphorus, Fluoride, and Lead on Bone Tissue. Biomolecules. 2021;11(4): 506. doi: 10.3390/biom11040506
  32. Tikhilov R., Shubnyakov I., Denisov A., Konev V., Gofman I., Starchik D., et al. The experimental study of tissue integration into porous titanium implants. Hip International. 2022;32(3): 386-390. doi: 10.1177/1120700020943481
  33. Sun W., Chi S., Li Y., Ling S., Tan Y., Xu Y., et al. The mechanosensitive Piezo1 channel is required for bone formation. eLife. 2019;8: e47454. doi: 10.7554/eLife.47454
  34. Li X., Han L., Nookaew I., Mannen E., Silva M.J., Almeida M., Xiong J. Stimulation of Piezo1 by mechanical signals promotes bone anabolism. eLife. 2019;8: e49631. doi: 10.7554/eLife.49631
  35. Mei F., Guo Y., Wang Y., Zhou Y., Heng B.C., Xie M., et al. Matrix stiffness regulates macrophage polarisation via the Piezo1-YAP signalling axis. Cell Proliferation. 2024;57(8): e13640. doi: 10.1111/cpr.13640
  36. Qin W., Li L., Niu W., Wang W.R., Wu D.W., Song C.G., et al. Effects of Electric Field-Modulated Conductive Hydrogel on Osseoperception and Osseointegration of Dental Implants. Advanced Functional Materials. 2024;34(31): 2400256. doi: 10.1002/adfm.202400256
  37. Liu Y., Hu J., Liu B., Jiang X., Li Y. The effect of osteoprotegerin on implant osseointegration in ovariectomized rats. Archives of Medical Science. 2017;13(2): 489-495. doi: 10.5114/aoms.2017.65468
  38. Zhao T., Chu Z., Ma J., Ouyang L. Immunomodulation Effect of Biomaterials on Bone Formation. Journal of Functional Biomaterials. 2022;13(3): 103. doi: 10.3390/jfb13030103
  39. Munao S., Armeli A., Bonfiglio D., Iaconis A., Calabrese G. Immune-Guided Bone Healing: The Role of Osteoimmunity in Tissue Engineering Approaches. International Journal of Molecular Sciences. 2025;26(23): 11642. doi: 10.3390/ijms262311642
  40. Shen Y., Zhang Y., Zhou Z., Wang J., Han D., Sun J., et al. Dysfunction of macrophages leads to diabetic bone regeneration deficiency. Frontiers in Immunology. 2022;13: 990457. doi: 10.3389/fimmu.2022.990457
  41. Schilperoort M., Ngai D., Katerelos M., Power D.A., Tabas I. PFKFB2-mediated glycolysis promotes lactate-driven continual efrectosis by macrophages. Nature Metabolism. 2023;5(3): 431-444. doi: 10.1038/s42255-023-00736-8
  42. Toita R., Kang J.H., Tsuchiya A. Phosphatidylserine liposome multilayers mediate the M1-to-M2 macrophage polarization to enhance bone tissue regeneration. Acta Biomaterialia. 2022;154: 583-596. doi: 10.1016/j.actbio.2022.10.024
  43. Zhivodernikov I.V., Markina Y.V., Kirichenko T.V., Popov M.A., Markin A.M. Exosomes as a potential therapeutic approach in osteoimmunology. Frontiers in Immunology. 2023;14: 1309015. doi: 10.3389/fimmu.2023.1309015
  44. Kim T.S., Silva L.M., Theofilou V.I., Greenwell-Wild T., Li L., Williams D.W., et al. Neutrophil extracellular traps and extracellular histones potentiate IL-17 inflammation in periodontitis. Journal of Experimental Medicine. 2023;220(9): e20221751. doi: 10.1084/jem.20221751
  45. Charles E., Dumont B.L., Bonneau S., Neagoe P.E., Villeneuve L., Rakel A., et al. Angiopoietin 1 release from human neutrophils is independent from neutrophil extracellular traps (NETs). BMC Immunology. 2021;22(1): 51. doi: 10.1186/s12865-021-00442-8
  46. Kusumbe A.P., Ramasamy S.K., Adams R.H. Coupling of angiogenesis and osteogenesis by a specific vessel subtype in bone. Nature. 2014;507(7492): 323-328. doi: 10.1038/nature13145
  47. Wang L., Zhou F., Zhang P., Wang H., Qu Z., Jia P., et al. Human type H vessels are a sensitive biomarker of bone mass. Cell Death & Disease. 2017;8: e2760. doi: 10.1038/cddis.2017.36
  48. Li X.L., Zhao Y.Q., Miao L., An Y.X., Wu F., Han J.Y., et al. Strategies for promoting neurovascularization in bone regeneration. Military Medical Research. 2025;12(1): 9. doi: 10.1186/s40779-025-00596-1
  49. Maïmoun L., Brennan T.C., Badoud I., Dubois-Ferriere V., Rizzoli R., Ammann P. Strontium ranelate improves implant osseointegration. Bone. 2010;46(5): 1436-1441. doi: 10.1016/j.bone.2010.01.379
  50. Li X., Si Y., Liang J., Li M., Wang Z., Qin Y., et al. Enhancing bone regeneration and immunomodulation via gelatin methacryloyl hydrogel-encapsulated exosomes from osteogenic pre-differentiated mesenchymal stem cells. Journal of Colloid and Interface Science. 2024;672: 179-199. doi: 10.1016/j.jcis.2024.05.209
  51. Fadeeva I.S., Teterina A.Y., Smirnov I.V., Minaychev V.V., Shlykov M.A., Kobyakova M.I., et al. Differential Immune Response to Hydroxyapatite Precursors Under Inflammatory Pressure: In Vitro and In Vivo Studies. Cells. 2026;15(2): 101. doi: 10.3390/cells15020101
  52. Yu W., Sun T.W., Ding Z., Qi C., Zhao H., Chen F., et al. Copper-doped mesoporous hydroxyapatite microspheres synthesized by a microwave-hydrothermal method using creatine phosphate as an organic phosphorus source: application in drug delivery and enhanced bone regeneration. Journal of Materials Chemistry B. 2017;5(5): 1039-1052. doi: 10.1039/C6TB02747D
  53. Zhao Y., Cai Y., Wang W., Bai Y., Liu M., Wang Y., et al. Periosteum-bone inspired hierarchical scaffold with endogenous piezoelectricity for neuro-vascularized bone regeneration. Bioactive Materials. 2025;44: 339-353. doi: 10.1016/j.bioactmat.2024.10.020
  54. Timin A.S., Muslimov A.R., Zyuzin M.V., Peltek O.O., Karpov T.E., Sergeev I.S., et al. Multifunctional scaffolds with improved antimicrobial properties and osteogenicity based on piezoelectric electrospun fibers decorated with bioactive composite microcapsules. ACS Applied Materials & Interfaces. 2018;10(41): 34849-34868. doi: 10.1021/acsami.8b09810
  55. Phuoc H.D., Hoang P.N., Yang S., Fraser D., Nguyen V.T. Osseointegrability of 3D-printed porous titanium alloy implant on tibial shaft bone defect in rabbit model. PLoS ONE. 2023;18(9): e0282457. doi: 10.1371/journal.pone.0282457
  56. Davies J.E. Understanding peri-implant endosseous healing. Journal of Dental Education. 2003;67(8): 932-949. doi: 10.1002/j.0022-0337.2003.67.8.tb03681.x
  57. Terheyden H., Lang N.P., Bierbaum S., Stadlinger B. Osseointegration—communication of cells. Clinical Oral Implants Research. 2012;23(10): 1127-1135. doi: 10.1111/j.1600-0501.2011.02327.x
  58. Schlundt C., El Khassawna T., Serra A., Dienelt A., Wendler S., Schell H., van Rooijen N., Radbruch A., Lucius R., Hartmann S., Duda G.N., Schmidt-Bleek K. Macrophages in bone fracture healing: Their essential role in endochondral ossification. Bone. 2018;106: 78-89. doi: 10.1016/j.bone.2015.10.019
  59. Salvi G.E., Bosshardt D.D., Lang N.P., Abrahamsson I., Berglundh T., Lindhe J., Ivanovski S., Donos N. Temporal sequence of hard and soft tissue healing around titanium dental implants. Periodontology 2000. 2015;68(1): 135-152. doi: 10.1111/prd.12054
  60. Loi F., Córdova L.A., Pajarinen J., Lin T.H., Yao Z., Goodman S.B. Inflammation, fracture and bone repair. Bone. 2016;86: 119-130. doi: 10.1016/j.bone.2016.02.020

Автор

Марков Александр Анатольевич
ФГБОУ ВО «Тюменский государственный медицинский университет»
 К.м.н., директор университетского научно-исследовательского института медицинских биотехнологий и биомедицины
alexdoktor@inbox.ru
ORCID ID: 0000-0001-7471-4792
Тюмень, Российская Федерация

 
 
 

Авторизация