استخوان
استخوان‌ها، بخش ضروري سيستم جنبنده را تشكيل مي‌دهند و به عنوان دسته‌هاي اهرم طي حركت و مقاومت نيروي جاذبه عمل مي‌كنند. در ضمن استخوان‌ها بافت‌هاي هم جوار و اندام‌هاي بدن را محافظت و نگهداري مي‌كنند. علاوه بر عملكردهاي مكانيكي، آن‌ها عملكرد مهم شيميايي را هم بر عهده دارند كه آن تهيه منبع تعادل معدني است.

استخوان‌ها شامل چندين ناحيه مجزاي عملكردي مي‌باشند. در سطوح مفصلي داراي غضروف مفصلي است. پوشش كامل استخوان داراي ساختمان شامه‌اي يا پيرااستخوان است. پوشش ناحيه محصور غضروف (كپسول) مفصل‌ها و همچنين پوشش نيام‌هاي تاندون، غشاهاي مفصلي هستند كه غضروف مفصلي را هنگامي كه به عنوان ديواره حفاظتي عمل مي‌كند، تغذيه و نرم مي‌كنند. استخوان متصل به هم، تيغك مانند و مشبك در زير فيزيس درون يك استخوان برون لايه‌اي، فشرده و دگر بافتي قرار دارد كه حفره مغز استخوان را در ناحيه استخوان‌دار محصور كرده است.

سلول‌هاي استخواني
سه نوع اصلي سلول در استخوان‌ها وجود دارد: استخوان‌زاها، كيست‌هاي استخواني، و استخوان شكن‌ها. استخوان‌زاها به طور كلي سلول‌هاي گرد و درشتي هستند كه به همراه مقدار بسياري آندوپلاسم مي‌باشند. آنها مسئول بافت زايشي استخواني تركيب شده (استخوان مانند) هستند. اين سلول‌ها بر روي سطح نواحي استخوان‌سازي بافت مي‌شوند و به عنوان مجموعه كانال‌هاي هاورس شناخته شده‌اند كه درون استخوان يكپارچه بافت زايشي رگ‌هاي خوني را احاطه كرده‌اند.

استخوان زاها در پوشش معدني به استخوان‌هاي سخت بافت يا كيست استخواني تبديل مي‌شوند. استخوان‌هاي سخت بافت با پوشش مواد معدني از بين نمي‌روند در عوض از طريق فرايندهاي طولاني با ديگر سلول‌هاي پوشش دار معدني و سلول‌هاي غير پوشش‌دار ارتباط برقرار مي‌كنند. سلول‌هاي چند هسته‌اي بزرگ با لبه‌هاي چين‌خورده‌اي كه بر روي سطح بافت زايشي معدني شده قرار دارند، استخوان‌ شكن‌ها مي‌باشند. استخوان شكن‌ها سنسورهاي مكانيكي در بافت زايشي استخواني هستند. اين سلول‌هاي عظيم‌الجثه (۲۰ تا ۱۰۰   قطر) مستقيماً مسئول از بين بردن مواد معدني و بافت زايشي (جذب مجدد استخواني) هستند.

استخوان شكن‌ها از طريق ترشح اسيدها و سپس آنزيم‌ها (اسيد فسفات، كلاژن‌ها، كاتپسين‌ها، پروتئازهاي خنثي) مواد معدني را در خود حل مي‌كند و موجب كاهش بافت زايشي مي‌شود. در استخوان سالم، فعاليت‌هاي استخوان شكن و استخوان‌زاها در هم ادغام مي‌شود (از طريق پروتئيني كه از استخوان آزاد مي‌شود): در نتيجه با جذب مجدد تشكيل استخوان‌هاي جديد صورت مي‌گيرد. (۳۰) ليگاند استخوان پروتگرين (۵۱) نيز عامل حلالي است كه به عنوان كنشگر گيرنده فاكتور هسته‌اي KB ليگاند، فاكتور متمايز استخوان شكن و فاكتور فعاليت تومور مردگي بافت كه موجب سيتوكين مي‌شود، شناخته شده است و از طريق استخوان‌زاها توليد مي‌شود. ليگاند استخوان پروتوگرين موجب تشكيل استخوان شكن از سلول‌هاي قبلي مي‌شود و بوسيله ادغام با يك گيرنده حلال (استخوان پروتگرين) بر روي سطح استخوان شكن، استخوان شكن‌هاي رشد يافته را فعال مي‌سازد. ليگاند استخوان پروتگرين با نوع پوك آن، موجب گسترش پوكي استخوان مي‌شود اين بيماري نمايانگر افزايش غلظت استخوان در ارتباط با شكل‌دهي مجدد استخوان مياني استخوان شكن است. برخلاف انواع اشكال پوكي استخوان كه مي‌تواند با افزايش فاكتورهاي رشد يا سلول‌هاي مغز استخوان نجات يابند، ليگاند استخوان پروتگرين فقط مي‌تواند از طريق افزايش ليگاند استخوان پروتگرين نجات يابند و اين بدان معناست كه اين عامل براي تشكيل استخوان شكن ضروري است. (۵۱ و ۵۲)

بررسي مشكل و ساختمان استخوان در پروتونگاري‌ها و يا در بخش‌هاي پوششي استخواني، الگويي را آشكار مي‌سازد كه براي مقاومت در برابر فشار طراحي شده است. فشارها، در يك استخوان متحمل وزن الگوي راديوگرافي شده از ساختمان استخوان را متعادل مي‌كند. توانايي استخوان براي تنظيم شكل بيروني و نماي آن از طريق جذب مجدد و شكل‌دهي مجدد در واكنش به چنين فشارهايي، يكي از خصوصيات منحصر به فرد اين گونه بافت‌هاست.

تركيبات استخوان
تمام انواع استخوان‌ها، اعم از بلند، تخت، درون شامه‌اي، يكپارچه و فشرده، بر اساس اشكال بافت‌هاي پيوندي و شكل و عملكرد آن‌ها مشخص شده‌اند و مانند ديگر بافت‌هاي پيوندي به سازمندي و تعامل عناصر بافت زايشي برون ياخته‌اي بستگي دارند. مواد معدني بخشي از بافت زايشي استخوان برون ياخته‌اي است كه از ديگر بافت‌هاي پيوندي متمايز بوده و جهت اجراي عملكردي منحصر بفرد خود آن را توانمند مي‌سازد.

مواد معدني موجود دو استخوان، آنالوگي است كه بطور طبيعي هيدروكسيل آپرتيت معدني Ca10(Po4)6(OH)2 را بوجود مي‌آورد. كريستال‌هاي معدني استخوان، برخلاف كريستال‌هاي آپرتيب زمين‌شناسي (اندازه آن از سانتي متر به متر است)، بسيار كوچك مي‌باشند (بزرگترين ابعاد آن ۲۰ تا ۴۰ mm است). كريستال‌هاي ميكروسكپي در مواد معدني استخواني يافت مي‌شوند آنها به خاطر اندازه كوچك خود گرايش دارند تا بيش از آپرتيت‌هاي زمين‌شناسي حلال باشند و ناخالصي‌ها و همچنين خلل و فرج بيشتري نسبت به كريستال‌هاي هيدروكسيل آپرتيت خالص داشته باشند. مواد معدني استخواني هيدروكسيدي ناقص است و شامل مقادير متغير ولي قابل اندازه‌گيري كربنات، منيزيم، سديم، فلورايد و سيترات به علاوه ديگر ناخالصي‌ها است. 

اين مواد معدني به همراه كل بافت زايشي استخواني بطور مداوم بوسيله استخوان شكن‌ها از بين مي‌روند و بوسيله استخوان زاها مجدداً شكل مي‌گيرند و اين امر در واكنش به فشارهاي فيزيولوژيكي، بيوشيميايي و مكانيكي طبيعي صورت مي‌پذيرد. مواد معدني استخوان در تعادل مايعات بدن نقش دارد. كاني زدايي شدن استخوان هنگامي اتفاق مي‌افتد كه پذيرش يون‌هاي معدني   براي شكل‌دهي استخوان كافي باشد (مثل نرمي استخوان در اثر كمبود ويتامين D) و يا هنگامي كه كاهش شديد كلسيم بوجود آيد (مثل پاراتيروئيد پركار).

تعادل يوني مواد معدني
تنظيم غلظت سرم (خونابه) يون‌هاي مواد معدني (تعادل) اصولاً با سه هورمون كنترل مي‌شود: هورمون پاراتيروئيد، كلسي‌تونين و ويتامين D. هورمون پاراتيروئيد نوعي پپ‌تير است كه بوسيله غده پاراتيروئيدي توليد مي‌شود كه ميزان كلسيم در حال جريان را حفظ و افزايش مي‌دهد.

اين هورمون بر روي سه اندام اصلي فعاليت دارد: ۱- كليه، اين هورمون در كليه جذب مجدد يون كلسيم را افزايش داده و جذب مجدد فسفات را كاهش مي‌دهد. ۲- روده، اين هورمون در روده جذب كلسيم را افزايش مي‌دهد و ۳- استخوان، اين هورمون در استخوان موجب تحريك جذب مجدد (از طريق تحريك استخوان‌زاها تا ليگاند استخوان پروتگرين را توليد كند) مي‌شود. كلسي‌تونين به عنوان يك هورمون پپتيد تيروئيدي، هورموني متضاد هورمون پاراتيروئيد است كه بطور مستقيم مانع فعاليت استخوان شكن‌ها شده و از آزادسازي يون‌هاي كلسيم از استخوان‌ جلوگيري به عمل مي‌آورد. ويتامين D نيز يك هورمون است زيرا مي‌توان در يكي از بافت‌ها (بافت پوست) توليد شده و به بافت‌هاي ديگر (استخوان، روده، كليه) انتقال يابد اين هورمون در آنجا با گيرنده‌هاي خاص ادغام شده و سبب سنتز پروتئيني مي‌شود.

چندين نوع متابوليت ويتامين D نيز يك هورمون است زيرا مي‌تواند در يكي از بافت‌ها (بافت پوست) توليد شده و به بافت‌هاي ديگر (استخوان، روده، كليه) انتقال يابد. اين هورمون در آنجا با گيرنده‌هاي خاص ادغام شده و سبب سنتز پروتئين مي‌شود. چندين نوع متابوليت ويتامين D در سرم نرمال موجود مي‌باشد اما شكل‌گيري مجدد استخواني موجب فعاليت متابوليتي مي‌شود كه بصورت گسترده مي‌باشد، ۵/۱۲ هيدروكسيل كالي كلسيفرول است. اين هورمون با بسياري از سلول‌هاي خارج از سيستم استخوان عضله ادغام مي‌شود پديدار شدن اين هورمون در چنين سلول‌هايي كه در برخي بافت‌هاي استخوان عضله وجود دارند با ديفرانسيل و تعادل كلسيم مرتبط مي‌باشند. (۸) سنتز ۵/۱۲ هيدروكسيل كالي كلسيفرول از كلسترول اوليه در پوست بوسيله كبد و سپس بوسيله ۱- هيدروكسيل موجود در كليه آغاز مي‌شود.

فعاليت هيدروكسيل‌ها تا اندازه‌اي از طريق هورمون پاراتيروئيد كنترل مي‌شود. حيواناتي با بيماري كليه و يا حيوانات آنفريك داراي ميزان اندكي از هيدروكسل كالي كلسيفرول هستند و ناهنجاري‌هاي استخواني آن‌ها با مواد معدني كاهش يافته استخوان مانند (نرمي استخوان) و سخت شدگي ناقص غضروف (نرمي استخوان) مشخص مي‌شوند.

شكل‌گيري استخوان
استخوان‌ها در بيشترين بخش‌ها بوسيله تغيير شكل غضروف به ساختار استخواني رشد يافته و شكل مي‌گيرند. واكنش‌ سلول‌هاي ميان آگنه (منسنكين) در جنين نسبت به يك سري سيگنال‌هاي ژنتيكي- هم فشرده مي‌شوند تا مدل غضروفي را شكل دهند تا بعداً به استخوان تغيير شكل يابد. (۱ و ۲و ۲۳ و ۲۷ و ۴۸) سلول‌هاي اين مدل غضروفي به كندروبلاست تغيير مي‌يابد و بافت زايشي غضروفي را ترشح مي‌كند. (۷) تقسيم سلولي بوسيله كندروسيت‌ها كه به عنوان كندروبلاست‌ها رشد كرده‌اند درون بافت زايشي محصور مي‌شوند و آنها خودشان را ترشح مي‌كنند و مجاورت كندروسيت‌هاي ناشي از پيرا استخوان رشد اين استخوان ابتدايي را ميسر مي‌سازد.

شكل‌گيري بدنه استخواني سخت شده (پيرا استخوان) پس از هجوم عروقي صورت مي‌گيرد كه در نتيجه شكل‌گيري مركز استخوان ثانويه جهت تبديل به بدنه استخوان و متافيزيس استخوان انجام مي‌پذيرد. اپي‌فيزيل (سر استخوان) و يا صفحه رشد از منطقه سلولي ساكن يا ذخيره به منطقه غضروف سخت شده گسترش مي‌يابد. در اين منطقه سلولي ساكن يا ذخيره، سلول‌ها بطور وسيعي فضا را اشغال كرده و نسبت به سلول‌هاي ديگر صفحه رشد، ميتوزهاي متناوب كمتري را نشان مي‌دهند. هر يك از اين سلول‌ها جهت تشكيل بدنه سلول ديگر و يك سلول در حال تكثير، تقسيم مي‌شوند. سلول‌هاي در حال تكثير بسرعت تقسيم مي‌گردند و ستون‌هاي بلندي را فرا مي‌گيرند. ستون‌هاي سلولي بوسيله پارتيشن‌هاي پهن بافت زايشي غضروفي جدا مي‌شوند و در واقع محصول تركيبي و غير واقعي اين سلول‌ها مي‌باشد.

در حاليكه ستون‌هاي سلول‌ها به منطقه متافيزيل نزديك مي‌شوند، بزرگتر مي‌شوند و رشد شديد سلول‌ها را شكل مي‌دهند. در نيمه زيرين منطقه سلول داراي رشد بسيار بالا، سخت شدن غضروفي آغاز شد مي‌شود و سپس سلول‌ها دستخوش مرگ سلولي (اپوپتوزيس) برنامه‌ريزي شده مي‌شوند و بوسيله استخوان متافيزيس زيرين جايگزين مي‌گردد.

پيشرفت سلولي از حالت سكون به رشد شديد تقريباً بسرعت انجام مي‌گيرد، براي مثال در مورد موش در حال رشد فقط ده طول مي‌كشد. (۲۳) پس از سخت شدن غضروف ورود ناگهاني رگهاي خوني به همراه انتقال غضروف سخت شده و رسوب استخوان به هم بافته (اسفنجي ابتدايي) مي‌باشد. استخوان به هم يافته متعاقباً جهت باروري استخوان پوسته‌اي به همراه حفره مغز استخوان رشد يافته مجدداً شكل مي‌گيرد. رشد طولي از طريق استخوان اندوكوندرال و تبديل غضروف رو به رشد با سرعت بالا در فيزيس (ناحيه ميان مراكز استخواني اوليه و ثانويه) به غضروف سخت شده واستخوان صورت مي‌گيرد.

دگرگون سازي كندروسيت‌ها از حالت سكون به رشد شديد بوسيله يك سري عوامل رشد، هورمون‌ها و گيرنده‌هاي آن‌ها تنظيم مي‌شود كه تمامي اين عوامل شامل هورمون پاراتيروئيدي عامل اصلي رشد فيبروبلاست و هورمون پاراتيروئيد مرتبط با پيتيد، عامل بتاي رشد تغيير شكل‌دهي و پروتئين‌هاي مورفوژنتيك استخواني مربوطه، تيغه ميله‌اي مانند و پروتئين‌هاي مرتبط با تيغه و همچنين پروستاگلاندين مي‌باشد. هورمون پاراتيروئيد مرتبط با پيتيد و تيغه ميله‌اي مانند تكثير و تنوع‌سازي كندروسيت را بوسيله پروتئين‌هاي مورفوژنتيك استخواني تنظيم مي‌كند.

برخي از استخوان‌ها (پري كندريوم (شامه غضروف پوش)، استخوان‌هاي درون غشايي اسكلت صورت و جمجمعه بطور مستقيم و بدون انجام فرآيند استخوان‌سازي اندوكندرال، شكل مي‌گيرند. در شكل‌گيري مستقيم استخوان، استخوان زاها نوعي بافت زايشي درون سلولي تار لخته‌اي سريع‌الانتشار را تشكيل مي‌دهد كه بسرعت سخت شده و مكان‌هايي را ايجاد مي‌كند. بر روي اين مكان‌ها استخوان‌هاي اضافه رسوب مي‌كنند. سلول‌ها بيشترين اهميت را در كنترل رشد استخوان‌ها دارا مي‌باشند.

فرآيند استخوان‌سازي اندوكندرال كه طي سالم‌سازي نقايص از فعاليت مجدد دست مي‌كشد، مي‌تواند به راحت‌ترين شكل ممكن به معناي تغييرات صفحه رشد سر استخوان (اپي فيز) درك شود. در منطقه در حال تكثير، تقسيم مداوم سلولي مشاهده مي‌شود و سلول‌ها در شبكه اندپلاسمي سخت، غني شده و فعاليت تمديد متابوليكي خود را به نمايش مي‌گذارند. ميتوكندرياي كندروسيت‌ها در منطقه تكثير، شامل تعداد زيادي گرانول‌هاي فسفات كلسيم با تراكم الكتروني مي‌باشد واين در حالي است كه همين سلول‌ها در منطقه دورتر سخت‌شدگي موقت حاوي تعداد بسيار كم گرانول است. زوال فسفات كلسيم از ميتوكندريا در زماني است كه كريستال‌هاي معدني براي اولين بار در بافت زايشي برون هسته‌اي ظاهر شده و ارتباطي معمولي ميان رسوبات درون هسته‌اي و برون هسته‌اي ايجاد مي‌كند.

در حالي كه سلول‌ها رشد شديد دارند، حجم آنها به طور اساسي افزايش مي‌يابد و اندامك‌هاي آن‌ها از يكديگر جدا مي‌گردند. اين امر در نيمه بخش زيرين منطقه رشد بالا كه در واقع مرحله سخت شدگي نيز است، آغاز مي‌شود. بيشتر مقدار مواد معدني اوليه خارج از كندروسيت‌ها ظاهر مي‌گردند و در ارتباط با اندام‌هاي ناحيه غشايي به نام حفره‌هاي بافت زايشي برون هسته‌اي مي‌باشند. اين حفره‌ها كه در جايي ديگر مورد بررسي قرار گرفت، در دامنه وسيعي از آنزيم‌ها غني مي‌شوند. (۵۸) آنزيم‌هايي كه مي‌توانند تركيب بافت زايشي را تنظيم كرده و رسوب مواد معدني اوليه را در صفحه رشد و ديگر بافت‌هاي رو به معدني شدن تسهيل نمايد.

به همراه تغييرات مورفولوژيكي، تناوباتي در تركيب بافتي زايشي صفحه رشد صورت مي‌گيرد كه ممكن است در ارتباط با سخت شدگي اوليه باشد. فشار اكسيژن حركت از منطقه ذخيره به منطقه سلولي يا رشد شديد را كاهش مي‌دهد و در واقع نوعي انتقال از اكسيده شدن به گليكوليز جاندار هوازي صورت مي‌گيرد. تلويد تري فسفات ادنوسين كاهش يافته ممكن است با رشد بالاي سلولي و مرگ سلولي برنامه‌ريزي شده مرتبط شود و بتواند تاثيري بر روي سخت شدگي سلول مياني بگذارد. كلاژن نوع بطور منحصر بفردي بوسيله سلول‌هاي رشد بالا و به همراه پروتئين بافت زايشي اندك غضروفي توليد شود. اين پروتئين‌ها در محل استخوان‌سازي اوليه جاي گرفته‌اند مجموع پروتئين گليكان، از نظر اندازه كوچك مي‌شوند و فضاي ميان مونومرهاي تكي بر روي اسيد هيالورونيك داير كرده، ستون فقرات افزايش يافته و از منطقه ذخيره رو به سوي منطقه رشد شديد روان مي‌شود.

(۵) پيش از فعاليت شديد رشد سلولي و آن، مجموع محتواي پروتئين گليكان در هر وزن بافت كاهش مي‌يابد. در بعضي حيوانات، نوعي تغيير از بافت زايشي غني شده در كندروتين فسفات ۴ به بافت زايشي ديگر كه در كندروتين فسفات ۶ غني شده است صورت مي‌گيرد.

در ضمن توزيع مجدد پروتئين گليكان در منطقه رشد بالا انجام مي‌گيرد. اين گونه تغييرات جزئي در ارتباط با ساختار و ويژگي‌هاي پروتئين گليكان احتمالاً بايد در نتيجه تناوبات تركيبات و ركود پروتئين‌هاي گليكان در منطقه رشد شديد باشد. علاوه بر تغييرات فعاليت پروتئين آنزيم‌ها، افزايشي در سلول و فعاليت فسفات آلكالين حفره بافت زايشي در منطقه سلولي با رشد بالا مشاهده مي‌شود.
استخوان سازي غضروفي اوليه با شكل‌گيري حفره‌هاي بافت زايشي برون هسته‌اي كه با فسفات آلكالين غني شده است تغييرات جزئي بافت زايشي غني شده با پروتئين گليكان، افزايش محصول يوني   برون هسته‌اي و تعامل پروتئين‌هاي بافت زايشي با شكل‌گيري جديد مواد معدني، در ارتباط مي‌باشد. بعضي از پروتئين‌هاي بافت زايشي، مواد معدني را همساز كرده و اندازه و شكل كريستال‌ها تنظيم مي‌كنند. جزئيات دقيق اين اتفاقات پي‌در پي كه به معدني شدن غضروف، استخوان، عاج و ديگر بافت‌هاي پيوندي منجر مي‌شود با تلاش فراوان توسط مطالعات روش حل آن‌ها و تجزيه و تحليل ترانس ژنيك و حيوانات بي‌هوش (۴۳) مورد بررسي قرار گرفته است و تعاملات لازم ميان سلول‌ها و پروتئين‌هاي بافت زايشي، ميان پروتئين‌هاي بافت زايشي و كوچكترين كريستال معدني (هسته‌ها) و ميان پروتئين‌هاي بافت زايشي و كريستال‌هاي معدني رو به رشد، شناخته شده است. (۱۶)
 
بافت زايشي هادي استخواني غير بيولوژيكي
دامنه وسيعي از حامل‌هاي زيست فروپاش به عنوان حامل‌هاي عوامل رشد مورد استفاده قرار مي‌گيرند. ميكروسفرهاي (ريز كره‌ها) اسيدي پلي لاكتيك و پلي گليكوليك با پروتئين مورفوژنتيك ۲ تركيب شده كه به همان اندازه بافت زايشي استخواني بدون مواد معدني در تحريك تشكيل استخوان جديد موثر مي‌باشند. اگرچه اين مواد مي‌توانند در اشكال منفذ‌دار توليد شوند اما رشد دروني استخواني بسيار مطلوب نيست و اين مواد داراي مقدار اندكي پتانسيل هادي استخواني هستند. (۱۵) آنها به عنوان حامل‌هاي دارو و يا عوامل رشد داراي بيشترين ارزش مي‌باشند.

پيوند تكه كوچك استخوان مصنوعي بيوگلاس، نوعي بيواكتيو سراميكي است كه در درمان نقص لثوي استخواني و محل‌هاي بعد از دندان كشيدن براي حفظ ارتفاع و پهناي شيار لثه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. راديوگرافي تكميلي در مورد ۳۶ سگ و ۵ گربه نشان دهنده پرشدگي قابل توجه استخوان است. (۱۸) بر اساس آگاهي‌ها، اين ماده براي كاربرد ماده پيوند استخواني در استخوان‌هاي بلند سگ‌ها مورد ارزيابي قرار نگرفته است.

روكش‌ها و سطوح فلزي منفذ‌دار مانند دانه‌هاي كبالت – كروميوم، آلياژهاي تيتانيوم، نانتال منفذ‌دار و پلاسمهاي اسپري شده بر روي سطوح نيز در تقويت رشد دروني استخواني براي جايگزيني اتصال پراستتيك (جايگزيني اندامي) استفاده مي‌شود. (۱۵) روكش‌هاي هيدروكس آپرتيت بر روي سطوح فلزي، رشد دروني و پيوند استخوان را به سطح فلزي منفذدار افزايش مي‌دهد.

ديگر موارد
كاربرد زنوگرافت (بيگانه پيوند) مرتبط با نقاصي استخواني مورد بررسي قرار گرفته است. استخوان پوسته‌اي گاوي به عنوان جايگزين پيوندهاي استخواني و جايگزيني استخوان مصنوعي پيشنهاد مي‌شود زيرا ممكن است كه با اين عمل مزاياي آلوگرافت‌ها (استحكام و قدرت بالا) و مواد مصنوعي (ميزان ذخيره بالا، خطر عدم پذيرش، اندام جابجا شده و انتقال بيماري) در هم ادغام شوند. (۱۲) در مطالعه‌اي، ويژگي‌هاي مكانيكي كششي و بهم فشردگي و فراساختارهاي سالم در مقابل استخوان ‌هاي پوسته‌اي با گرمايي معادل ۳۵۰ درجه سانتي‌گراد مورد ارزيابي قرار گرفته‌اند. استخوان گرما داده شده داراي ضريب كششي تراكم و فشار شبيه به استخوان سالم است.

اين نوع استخوان قدرت قابل ملاحظه‌اي در مورد تراكم دارد اما در برابر فشار ضعيف مي‌باشد. استخوان  گرما داده شده، زيست سازگار و هادي استخواني است. در هر حال استخوان  پوسته‌اي گاوي گرما داده شده ممكن است جايگزين استخواني با قدرت تحمل بار شود كه فقط در مورد فشردگي و تراكم داراي ارزش است و از ويژگي‌هاي فرسودگي قابل پذيرش برخوردار است.

به اجرا گذاشتن و ارتقاء واكنش درماني استخوان
براي به اجرا گذاشتن و ارتقاء استخوان درماني، تحقيقات صورت گرفته در جهت درك مكانيسم درمان استخوان، تاثير واكنش ايمني و نقش عوامل رشد اندوژني (درون‌زاد) مي‌باشد. قدرت استخواني بوسيله توازن شكل‌گيري استخوان استخوان‌زايي و جذب مجدد استخوان شكني است. فشار مكانيكي افزايش يافته، اين توازن را به سوي شكل‌گيري تغيير مي‌دهد و حالات عدم استفاده و بيماري‌هاي مزمن آن را به طرف جذب مجدد تغيير جهت مي‌دهد. اين دو مكانيزم مبنايي براي تنظيم شكل‌گيري استخوان و جذب مجدد قرار دارد بدين ترتيب كه: تنظيم سيستماتيك توسط هورمون كلسيم و فسفات تنظيمي (براي مثال: هورمون پاراتيروئيد، ويتامين D، كلسي تونين) و تنظيم موضعي صورت مي‌گيرد. چندين ماده بهبود رشد در تنظيم موضعي سهيم مي‌باشند كه در محل شكستگي‌ها مورد شناسايي قرار مي‌گيرد. اين مواد مي‌توانند به دو گروه تقسيم شوند: مولكول‌هاي علامتي پپ‌تيد (بطور كلي به عوامل رشد اشاره دارد) و سيتوكين‌هاي مدوله شده ايمني مانند اينترلوكين ۱ و اينترلوكين 

عوامل پلي پپ‌تيد از طريق تاثيرات بسيار آن بر روي سلول‌ها هم بصورت موضعي و هم بصورت سيستماتيك مورد شناسايي قرار مي‌گيرد. اين عوامل شامل پروتئين‌هاي مورفوژنتيك استخواني، عامل بتا رشد در حال تغيير شكل، عامل رشد پلاكتي، عوامل رشد فيبروپلاست، عوامل رشد انسولين مانند ۱ و ۲، پپ تيد رشد مواد استخواني و دامنه وسيعي از عوامل خون‌سازي شامل ليمفوكين‌ها و مونولين‌ها مي‌باشد. (۴۹) تكنولوژي بازتركيبي به عوامل توليدي و بيگانه انفرادي در جهت كاربرد رسانايي استخواني و القاء استخواني اجازه فعاليت مي‌دهد تا درمان نقايص استخواني را ارتقاء دهند.

پروتئين مورفوژنتيك استخواني
پروتئين‌هاي مورفوژنتيك استخوان‌ها شامل گروهي بيش از ۱۲ در ارتباط با پروتئين‌ها هستند كه از طريق حضورشان در استخراجات القاء استخواني در استخوان‌هاي بدون مواد معدني مورد شناسايي قرار مي‌گيرند. آنها بر اساس بافت زايشي استخواني فاقد مواد معدني، جز فعال و اصلي محسوب مي‌شوند و به عنوان بخشي از گروه عامل بتا رشد در حال تغيير شكل (به استثناي پروتئين مورفوژنتيك ۱) مي‌باشند. (۲۲) (۱۰۵) عملكرد اصلي انها موجب تغيير شكل سلول‌هاي مسنكيمال (ميان آگنه) غير متفاوت درون كندروسيت‌ها و استخوان‌زاها طي رويان‌زايي،رشد، بلوغ ودرمان مي‌شود. (۴۹)(۱۰۰) هر پروتئين مي‌تواند به طور مداوم موجب تشكيل غضروف و استخوان  در ويوو و ويتو مي‌شود. 

پروتئين مورفوژنتيك استخوان  نوعي افزايشي مفيد براي پيوندهاي استخوان  اوتالوگوس (بدست آمده از خود اندام) و جايگزين‌هاي پيوند استخوان است.

تحقيقات بسياري بر روي پروتئين مورفوژنتيك استخواني ۲ به عمل امده است اين پروتئين داراي بيشترين مقدار القاء استخواني است. (۱۰۵) ارتقاء درمان از طريق القا استخواني باپروتئين مورفوژنتيك استخواني به نمايش درآمده است.(۴۵و۳۸ و۳۷ و۳۴).

پروتئين شماره ۲ مورفوژنتيك استخوان باز تركيبي انساني به عنوان جانشيني براي پيوندهاي خود‌به خودي مشبك مورد بررسي قرار گرفته است و داراي القاء استخواني قابل مقايسه با پيوندي خود بخودي مشبك مي‌باشد. (۴۴ و ۴۵) اختلاف گونه‌ها به هر حال وجود دارد. سگها نسبت به تاثيرات القاء استخواني پروتئين مورفوژنتيك استخواني شماره ۲ مقاوم‌تر از موش‌ها هستند، و يا ميزان پروتئين مورفوژنتيك استخواني شماره ۲ كه در بافت زايشي استخوان  بدون مواد معدني بافت مي‌شود ممكن است براي القاء استخواني در سگ‌ها ناكافي باشد. تحقيقات بسياري در مورد حامل بهينه براي پروتئين مورفوژنتيك استخواني صورت گرفته است كه موجب شده پراكندگي از محل‌هاي الزامي به تعويق افتاده و از فروكشي بيماري غير مشخص در امان بماند. برخي حامل‌هايي كه مورد ارزيابي قرار گرفته‌اند شامل تري فسفات كلسيم بتا، هيدروكسي آپرتيت، گچ باريس، فيبرين انساني، كلاژن و حامل‌هاي پلي‌مر هستند. 

عامل رشد دگرساني بتا
عامل رشد دگرساني بتا، عامل رشد چند عملكردي است كه موجب وساطت ميان فيزيولوژي سلولي نرمال و رويان‌زايي بافتي مي‌شود. بزرگترين منبع عامل رشد دگرساني بتا بافت زايشي برون ياخته‌اي استخوان  است و پلاكت‌ها دومين منبع عظيم مي‌باشند.

عامل رشد دگرساني بتا در دامنه وسيعي از واكنش‌ها در ارتباط با التهابات و بازسازي‌ها شركت دارد. اين فاكتور داراي گستردگي فعاليت‌هاي سلولي است كه شامل كنترل تكثير و فعاليت متابويكي سلولهاي مسنكيمال (ميان آگنه) اسكلتي مانند كندروسيت‌ها، استخوان‌زاها و استخوان شكن‌هاست در ضمن براي درشت خوارها عامل كيموتاكتيك (كشش شيميايي) قوي به حساب مي‌آيد. (۸۵) چنين امري امكان‌پذير است كه عامل رشد دگرساني بتا نقش بسيار مهمي در تنظيم تنوع بافت در درمان شكستگي در زمان‌هاي مختلف و طي تناوب خود باز مي‌كند. 

عامل رشد انسولين مانند
به همراه پروتئين مورفوژنتيك استخواني و عامل رشد دگرساني بتا، عوامل رشد انسولين مانند ۱ و ۲ تاثيرات آنابوليك بر روي استخوان مي‌گذارند. عامل رشد انسولين مانند موجب تكثير و افزايش فعاليت متابوليكي استخوان‌زاها مي‌شود. در نتيجه آن باعث افزايش توليد كلسين استخواني مي‌گردد. كلسين استخواني بيشترني مقدار پروتئين غير كلاژني در بدن را داراست و رشد استخوان و همچنين معدني شدن بافت زايشي استخوان را تنظيم مي‌كند.

در ويترو، عامل رشد انسولين مانند شماره ۱ بوسيله سلول‌هاي مشتق شده استخواني تركيب مي‌شوند و اين فرآيند از طريق هورمون رشد، استروژن، هورمون پاراتيروئيد و ويتامين D3 تحت تاثير قرار مي‌گيرد. (۳۹) عامل رشد انسولين مانند شماره يك پروتئين‌هاي مورفوژنتيك استخواني شماره ۲ و ۴ در ويترو را افزايش مي‌دهد. (۶۰) بر خلاف تنظيم موضعي پروتئين مورفوژنتيك استخواني و عامل رشد دگرساني بتا، تاثيرات هورمون رشد و عامل رشد انسولين مانند بطور سيستماتيك در ميان نقش دارند.