Cellular and molecular screening of connective tissue dysplasia in adolescent athletes (pilot study)

The purpose of the study is to evaluate the cellular and molecular parameters of bone remodeling in the blood as potential markers of undifferentiated forms of connective tissue dysplasia

Materials and methods. The structural and functional status of cellular elements of in vitro culturing of mononuclear leukocytes of peripheral blood in adolescent athletes connected with phenotypic manifestations of undifferentiated connective tissue dysplasia (UCTD) were investigated. 25 pupils of sport schools from 10–14 years old (main disciplines: figure skating, gymnastics, athletics) were examined with the help of express analysis. The average age of the examined adolescents was (12,0 ± 1,7) years. Clinical examination of adolescents allowed ranking the UCTD signs on a scale of 4–11,5 points.

Results. A comparison of questionnaire survey results and an evaluation of bone remodeling distant markers allowed the revelation of 2 groups in the distribution of adolescent athletes: those with minimal signs of UCTD (scores lesser than 7 points – 10 pupils), and those with expressed UCTD phenotype (scores are equal or more than 7 points –15 pupils). Significant statistical decrease in the content of collagen type I degradation products (CrossLaps) (by 80%) and ionized calcium (by 5%) has been determined in the peripheral blood of adolescent athletes with expressed UCTD phenotype. In conditions of short-term 72-h cultivation of mononuclear leukocytes in the presence of a 3D matrix imitating the properties of the mineral substance of the regenerating bone tissue, morphofunctional features of cellular reaction in adolescent athletes with clinical manifestations of UCTD, as well the heterogeneity of the cell population associated with the appearance of cells with an osteoblast-like phenotype in the blood have been revealed. The results of investigation propose the use of distant cellular and molecular parameters of bone remodeling to screen the mechanisms and dynamics of dysplastic disorders in adolescent athletes. 

1. Баклунов В.В. Системная дисплазия соединительной ткани – один из важных факторов формирования рецидивирующего бронхита у детей // Современная педиатрия. 2006; 4: 193–195. Baklunov V.V. Sistemnaya displaziya soedinitel’noy tkani – odin iz vazhnykh faktorov formirovaniya retsidiviruyushchego bronkhita u detey // Sovremennaya pediatriya. 2006; 4: 193–195 (in Russian).

2. Дедова В.О., Доценко Н.Я., Боев С.С., Шехунова И.А., Герасименко Л.В. Распространенность дисплазии соединительной ткани (обзор литературы) // Медицина и образование в Сибири. 2011; (2): 6–17. Dedova V.O., Dotsenko N.Ya., Boev S.S., Shekhunova I.A., Gerasimenko L.V. Rasprostranennost’ displazii soedinitel’noy tkani (obzor literatury) [Prevalence of connective tissue dysplasia (Review)] // Meditsina i obrazovanie v Sibiri. 2011; (2): 6–17 (in Russian).

3. Клеменов А.В., Суслов А.С. Наследственные нарушения соединительной ткани: современный подход к классификации и диагностике (обзор) // Соврем. технол. мед. 2014; 6 (2): 127–132. Klemenov A.V., Suslov A.S. Nasledstvennye narusheniya soedinitel’noy tkani: sovremennyy podkhod k klassifikatsii i diagnostike (obzor) [Hereditary Connective Tissue Disorders: a Modern Approach to Classification and Diagnosis (Review)] // Sovrem. tekhnol. med. 2014; 6 (2): 127–132 (in Russian).

4. Кадурина Т.И., Гнусаев С.Ф., Аббакумова Л.Н., Алимова И.Л., Антонова Н.С., Апенченко Ю. С., ... Кудинова Е.Г. Наследственные и многофакторные на- рушения соединительной ткани у детей алгоритмы диагностики. Тактика ведения проект российских рекомендаций разработан комитетом ýкспертов педиатрической группы «Дисплазия соединительной ткани» при российском научном обществе терапевтов // Медицинский вестник Северного Кавказа. 2015; 10 (1 (37)). Kadurina T.I., Gnusaev S.F., Abbakumova L.N., Alimova I.L., Antonova N.S., Apenchenko Yu.S., ... Kudinova E.G. Nasledstvennye i mnogofaktornye narusheniya soedinitel’noy tkani u detey algoritmy diagnostiki. Taktika vedeniya proekt rossiyskikh rekomendatsiy razrabotan komitetom ekspertov pediatricheskoy gruppy «Displaziya soedinitel’noy tkani» pri rossiyskom nauchnom obshchestve terapevtov [Hereditary And Multivariate Connective Tissue Disorders in Children Algorithm of Diagnosis. Management Tactics Draft Russian Recommendations Developed by The Expert Committee Of Pediatric Group «Connective Tissue Dysplasia» at The Russian Scientific Society of Physicians] // Meditsinskiy vestnik Severnogo Kavkaza. 2015; 10 (1 (37)) (in Russian).

5. Яковлев В.М., Нечаева Г.И. Системные дисплазии соединительной ткани: актуальность проблемы в клинике внутренних болезней // Сибирский медицинский журнал. 2011; 26 (3–2): 9–12. Yakovlev V.M., Nechaeva G.I. Sistemnye displazii soedinitel’noy tkani: aktual’nost’ problemy v klinike vnutrennikh bolezney [Systemic Dysplasia Of Connective Tissue: The Clinical Significance Of The Problem For Internal Diseases] // SMZh. 2011, 26 (3–2): 9–12 (in Russian).

6. Птицына И.А. Возможные механизмы возникновения дисплазии соединительной ткани // Научные итоги года: достижения, проекты, гипотезы. 2015; (5): 64–69. Ptitsyna I.A. Vozmozhnye mekhanizmy vozniknoveniya displazii soedinitel’noy tkani // Nauchnye itogi goda: dostizheniya, proekty, gipotezy. 2015; (5): 64–69 (in Russian).

7. Indumati V., Patil V.S. Biochemical markers of bone remodelling in osteoporosis // J. Clinical Diagnostic Res. 2010; (3): 2089–2097.

8. Malemud C.J. Matrix metalloproteinases (MMPs) in health and disease: an overview // Front Biosci. 2006; 11 (1): 1696–1701. DOI: 10,2741 / 1915.

9. Allen-Brady K., Norton P., Farnham J., Teerlink C., Cannon-Albright L. Significant linkage evidence for a predisposition gene for pelvic floor disorders on chromosome 9q21 // The American Journal of Human Genetics. 2009; 84 (5): 678–682. DOI: 10.1016/j.ajhg.2009.04.002.

10. Zweers M., Dean W., van Kuppevelt T., Bristow J., Schalkwijk J. Elastic fiber abnormalities in hypermobility type Ehlers-Danlos syndrome patients with tenascin-X mutations // Clinical Genetics. 2005; 67 (4): 330–334. DOI: 10.1111/j.1399-0004.2005.00401.x.

11. Анастасьева В.Г., Белан Ю.Б., Бржеский В.В., Викторова И.А., Верещагина Г.Н., Высокогорский В.Е., ... Громова O.A. Наследственные нарушения соединительной ткани. Российские рекомендации // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2009; (3): 24. Anastas’eva V.G., Belan Yu.B., Brzheskiy V.V., Viktorova I.A., Vereshchagina G.N., Vysokogorskiy V.E., ... Gromova O.A. Nasledstvennye narusheniya soedinitel’noy tkani. Rossiyskie rekomendatsii // Kardiovaskulyarnaya terapiya i profilaktika. 2009; (3): 24 (in Russian).

12. Демидов Р.О., Лапшина С.А., Якупова С.П., Мухина Р.Г. Дисплазия соединительной ткани: современные подходы к клинике, диагностике и лечению // ПМ. 2015; 4–2: 37–40. Demidov R.O., Lapshina S.A., Yakupova S.P., Mukhina R.G. Displaziya soedinitel’noy tkani: sovremennye podkhody k klinike, diagnostike i lecheniyu [Connective tissue dysplasia: current approaches to the clinic, diagnosis and treatment] // PM. 2015; 4–2: 37–40 (in Russian).

13. Дворниченко М.В., Сизикова А.Е., Дмитриева Л.А., Хмель А.А., Саприна Т.В., Хлусов И.А. Характеристика маркеров нормального и патологического ремоделирования костной ткани в крови детей и под- ростков // Бюллетень сибирской медицины. 2016; 15 (3): 24–32. DOI: 10.20538/1682-0363-2016-3-24-32. Dvornichenko M.V., Sizikova A.E., Dmitrieva L.A., Khmel’ A.A., Saprina T.V., Khlusov I.A. Kharakteristika markerov normal’nogo i patologicheskogo remodelirovaniya kostnoy tkani v krovi detey i podrostkov [Age-related features of peripheral blood markers in children and young adults with normal and pathological remodeling of bone tissue] // Byulleten’ sibirskoy meditsiny. 2016; 15 (3): 24–32 (in Russian). DOI: 10.20538/1682-0363-2016-3-24-

14. World Medical Association (WMA). Declaration of Helsinki. Ethical Principles for Medical Research Involving Human Subjects // Jahrbuch für Wissenschaft und Ethik. 2009;14 (1). DOI: 10.1515/9783110208856.233.

15. Khlusov I.A., Ryazantseva N.V., Vengerovskii A.I., Nechaev K.A., Yakushina V.D., Dvornichenko M.V., Sharkeev Yu.P., Legostayeva E.V., Novitskii V.V. Modulating effect of matrices with calcium phosphate coating on cytotoxicity of strontium ranelate and ibandronic Acid in vitro // Bull. Exp. Biol. Med. 2014; 157 (2): 215–219. DOI: 10.1007/s10517-014-2528-7.

16. Sharkeev Y., Legostaeva E., Eroshenko Y., Khlusov I., Kashin O. The structure and physical and mechanical properties of a novel biocomposite material, nanostructured Titanium–Calcium-Phosphate Coating // Composite Interfaces. 2009; 16 (4–6): 535–546. DOI: 10.1163/156855409x447174.

17. Тиц Н. Клиническое руководство по лабораторным тестам. М.: Лабинформ, 2006: 960. Tits N. Klinicheskoe rukovodstvo po laboratornym testam // M.: Labinform Publ., 2006: 960 (in Russian).

18. Mukaka M.M. A guide to appropriate use of correlation coefficient in medical research // Malawi Medical Journal. 2012; 24: 69–71.

19. Мохан Р., Глессон М., Гринхафф П.Л. Биохимия мышечной деятельности и физической тренировки: пер. с англ. Киев: Олимпийская литература, 2001: 296. Mokhan R., Glesson M., Grinkhaff P.L. Biokhimiya myshechnoy deyatel’nosti i fizicheskoy trenirovki: per. s angl. Kiev: Olimpiyskaya literatura Publ., 2001: 296 (in Russian).

20. Хлусов И.А., Нечаев К.А., Шевцова Н.М., Хлусова М.Ю., Дворниченко M.B., Зайцев К.В., Колокольцова Т.Д., Больбасов Е.Н., Шаркеев Ю.П., Легостаева Е.В., Сабурина И.Н. К вопросу о фибробластоподобных клетках в периферической крови человека // Гены и клетки. 2010; 5 (4): 72–78. Khlusov I.A., Nechaev K.A., Shevtsova N.M., Khlusova M.Yu., Dvornichenko M.B., Zaytsev K.V., Kolokol’tsova T.D., Bol’basov E.N., Sharkeev Yu.P., Legostaeva E.V., Saburina I. N. K voprosu o fibroblastopodobnykh kletkakh v perifericheskoy krovi cheloveka [As to a problem of fibroblast-like cells in human peripheral blood] // Geny i kletki. 2010; 5 (4): 72–78 (in Russian).

21. Хлусов И.А., Саприна Т.В., Нечаев К.А., Дворниченко М.В., Шевцова Н. М., Зайцев К.В., Попков А.В Морфофункциональные особенности культуры мононуклеарных клеток крови у больных несовершенным остео- генезом: клинико-диагностическое наблюдение // Бюллетень сибирской медицины. 2010; 9 (6): 71–79. Khlusov I.A., Saprina T.V., Nechaev KA., Dvornichenko M.V., Shevtsova N.M., Zaytsev K.V., Popkov A.V. Morfofunktsional’nye osobennosti kul’tury mononuklearnykh kletok krovi u bol’nykh nesovershennym osteogenezom: kliniko-diagnosticheskoe nablyudenie [Morphophunctional features of blood mononuclear cells culture in patients with osteogenesis imperfecta: clinicodiagnostic observation] // Byul. sib. meditsiny. 2010; 9 (6): 71–79 (in Russian).

22. Khlusov I., Khlusova M., Zaitsev K. et al. Pilot in vitro study of the parameters of artificial niche for osteogenic differentiation of human stromal stem cell pool // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2011; 150 (4): 535–542. DOI: 10.1007/s10517-011-1184-4.

23. Хлусов И.А., Шевцова Н.М., Хлусова М.Ю., Зайцев К.В., Шаркеев Ю.П., Пичугин В.Ф., Легостаева Е.В. Концепция «ниша-рельеф» для стволовых клеток как основа биомиметического подхода к инженерии костной и кроветворной тканей // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2011; 6 (2): 55–64. Khlusov I.A., Shevtsova N.M., Khlusova M.Yu., Zaytsev K.V., Sharkeev Yu.P., Pichugin V.F., Legostaeva E.V. Kontseptsiya “nisha-rel’ef” dlya stvolovykh kletok kak osnova biomimeticheskogo podkhoda k inzhenerii kostnoy i krovetvornoy tkaney [“Niche – relief” conception for stem cells as a basis of biomimetic approach to bone and hemopoietic tissues engineering] // Kletochnaya transplantologiya i tkanevaya inzheneriya. 2011; 6 (2): 55–64 (in Russian).

24. Бозо И.Я., Деев Р.В., Пинаев Г.П. Фибробласт-специализированная клетка или функциональное состояние клеток мезенхимного происхождения // Цитология. 2010; 52 (2): 99–109.

25. Bozo I.Ya., Deev R.V., Pinaev G.P. Fibroblast–spetsializirovannaya kletka ili funktsional’noe sostoyanie kletok mezenkhimnogo proiskhozhdeniya [Is «fibroblast» a specialized cell or a functional condition of mesenchymal cells derivatives?] // Tsitologiya. 2010, 52 (2): 99–109 (in Russian).

26. Quan T., Cowper S., Wu S., Bockenstedt L., Bucala R. Circulating fibrocytes: collagen-secreting cells of the peripheral blood //The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 2004; 36 (4): 598–606. DOI: 10.1016/j.biocel.2003.10.005.

27. Herzog E., Bucala R. Fibrocytes in health and disease // Experimental Hematology. 2010; 38 (7): 548–556. DOI: 10.1016/j.exphem.2010.03.004.

28. Kuznetsov S., Mankani M., Leet A., Ziran N., Gronthos S., Robey P. Circulating Connective Tissue Precursors: Extreme Rarity in Humans and Chondrogenic Potential in Guinea Pigs // Stem Cells. 2007; 25 (7): 1830–1839. DOI: 10.1634/stemcells.2007-0140.

29. Metz C. Fibrocytes: a unique cell population implicated in wound healing // Cellular and Molecular Life Sciences (CMLS). 2003; 60 (7): 1342–1350. DOI: 10.1007/ s00018-003-2328-0.