Während der Embryonalentwicklung bilden sich die meisten Knochen über mesenchymale Kondensationen. Bei den Schädelknochen differenzieren sich diese Verdichtungen dann direkt in Knochenzellen, die als intramembranöse Ossifikation bezeichnet werden. Der lange Knochenprozess ist jedoch anders und ermöglicht das Wachstum bis zur Pubertät.
Lange Knochen wachsen auf einer Knorpelschablone, in einem Prozess, der endochondrale Ossifikation genannt wird. Zunächst differenzieren sich die mesenchymalen Kondensationen zu Knorpel, der von Zellen besiedelt wird, die als Chondrozyten bezeichnet werden. Die Schablone kondensiert dann und wird in der Mitte hypoxisch. Dies regt die Differenzierung der Zellen weiter an und induziert die Sekretion bestimmter Moleküle, die Blutgefäße und damit blutbildende Zellen anziehen. Der Knochen wird dann auf die Knorpelschablone gelegt. Der verbleibende Knorpel dehnt sich weiter aus und stirbt ab, wodurch die lange Knochenbildung vorangetrieben wird. Später in der Entwicklung tritt ein weiteres Ereignis der Blutinvasion am Ende der Knochen auf und es bildet sich ein sekundäres Zentrum der Ossifikation. Der Knorpel zwischen den beiden Verknöcherungszentren treibt die lange Knochenbildung bis zur Pubertät weiter an, wenn seine Aktivität nachlässt und die Knochenelemente miteinander verschmelzen.
Das folgende Diagramm veranschaulicht diesen Prozess unter Verwendung von Alcianblau (knorpelspezifische Färbung) und Alizarinrot (knochenspezifische Färbung) von sich entwickelnden Mäuseproben:
Interessante Tatsache: Knorpelgewebe ist nicht mineralisiert und zeigt sich nicht auf einem Röntgenbild. Sehen Sie, ob Sie den Unterschied zwischen dem jungen und dem erwachsenen Knie-Röntgenbild unten erkennen können:
Die Struktur, die für das lange Knochenwachstum verantwortlich ist, besteht vollständig aus Knorpel. es wird die Knorpelwachstumsplatte genannt. Die Wachstumsplatte besteht ausschließlich aus einem Zelltyp, der als Chondrozyt bezeichnet wird, jedoch entlang der Höhe der Wachstumsplatte, Chondrozyten existieren in verschiedenen Differenzierungsstadien, wie unten dargestellt.
Chondrozyten in der Ruhezone bilden einen Pool von Zellen für den Rest der Struktur. Wenn sie diese Zone verlassen, werden sie flacher und statischer, wodurch das lange Knochenwachstum vorangetrieben wird. Bei der Teilung richten sie sich entlang der Achse der Wachstumsplatte in die Säulen aus. Gegen Ende der Struktur vergrößern sich die Chondrozyten (Hypertrophie), beginnen einen anderen Cocktail von Molekülen abzusondern, die die Blutgefäßinvasion anziehen, und sterben schließlich ab, wobei ein Gerüst aus Proteinen zurückbleibt, auf dem sich der neue Knochen ablagert.
Wie Sie der obigen Geschichte entnehmen können, ist die endochondrale Ossifikation ein streng regulierter und komplexer Prozess. Aufgrund verschiedener Mutationen können viele Dinge schief gehen, was zu einer Gruppe von genetischen Erkrankungen führt, die zusammen als Skelettdysplasien bekannt sind.