I PROCESSI DI GUARIGIONE

La guarigione dei tessuti avviene:

1) con un processo di riparazione;
2) mediante rigenerazione.

Il risultato finale del processo di riparazione è un cicatrice fibrosa, mentre il prodotto finale delle rigenerazione è un tessuto con caratteristiche indistinguibili dal materiale originale.
Purtroppo, i processi naturali di guarigione portano spesso alla cicatrizzazione o alla riparazione piuttosto che alla rigenerazione.
Ora, il problema con il tessuto cicatriziale è che non permette il ripristino delle normali proprietà (ad esempio quelle meccaniche) e della funzione fisiologica del tessuto o dell'organo che è stato danneggiato.
Oggi, grazie all'ingegneria tessutale è possibile rigenerare i tessuti dell'organismo, avvalendosi dell'impiego di appropriati mediatori cellulari e specifiche matrici.
Il termine ingegneria tessutale è stato originariamente coniato per indicare la costruzione in laboratorio di un dispositivo contenente cellule vitali e peptidi (fattori di crescita e proteine morfogenetiche) in una matrice sintetica o biologica che potrebbe essere impiantata nei pazienti per facilitare la rigenerazione di particolari tessuti.
In conclusione, si può pensare all'ingegneria tessutale come a quella scienza che utilizza tutti i fattori necessari per poter ottenere una guarigione completa e rapida.
A questo proposito si rende però necessario fare una distinzione tra biomimetica ed ingegneria tessutale.
Infatti, con il termine biomimetica si intende quella disciplina che studia i meccanismi di guarigione che l'organismo mette in atto per la riparazione di un tessuto e/o un organo e, in particolare, prova a ricostruire o a mimare processi naturali con l'aspettativa che seguirà un fenomeno rigenerativo.
L'ingegneria tessutale per facilitare i processi iniziali di guarigione si avvale dell'impiego di polimeri sintetici che, nella maggior parte dei casi, sono destinati al bioassorbimento e verranno sostituiti da tessuti naturali, fisiologici.
E' così possibile realizzare la ricostituzione in laboratorio di matrici cellulari sulle quali si può indurre lo sviluppo di una ben determinata serie cellulare.
E', quindi, probabile che in futuro l'ingegneria tessutale possa essere in grado di fornire alcune componenti cellulari che sono andate perse e che si dovranno semplicemente aggiungere.
Tutto questo ha, conseguentemente, portato ad un superamento del concetto di innesto osseo, nel senso che non si deve più ragionare in termini di volume osseo: si innesta l'osso dove manca e, successivamente, verranno messi gli impianti.

Ora, si deve iniziare a ragionare in termini di ingegneria tessutale che ha suddiviso l'innesto osseo in tre componenti fondamentali (figura 1.1):

1) le cellule osteoprogenitrici (fibroblasti, osteoblasti, condrociti) che sono in grado di produrre osso;
2) una matrice osteoconduttiva che rappresenta l'impalcatura che deve sostenere, durante il processo di guarigione, l'innesto; svolge, quindi questo ruolo di osteoconduzione, anche perché è la struttura attraverso la quale si formano i nuovi vasi;
3) i fattori di crescita osteoinduttivi (PDGF, TGF-β, IGF) che sembrano svolgere un ruolo critico nella guarigione dell'osso.

Figura 1.1. L'ingegneria tessutale utilizza tre elementi fondamentali: l'impalcatura (matrici), le molecole di segnale (fattori di crescita) e le cellule. Dalla combinazione di questi elementi si può spesso ottenere la rigenerazione tessutale (modificato da Marx)

I FATTORI DI CRESCITA NEGLI INNESTI OSSEI

E' oramai universalmente riconosciuto che i fattori di crescita e le proteine morfogenetiche svolgono un ruolo di primaria importanza nel rimodellamento, nella rigenerazione e nelle fasi di guarigione sia dei tessuti molli che di quelli duri.
Dati di letteratura hanno dimostrato che le proteine morfogenetiche sono peptidi osteoinduttivi, appartenenti alla superfamiglia del TGF-β e svolgono una funzione pleiomorfica che va dall'organogenesi extracellulare e scheletrica alla generazione dell'osso e alla rigenerazione.
Nel caso specifico della chirurgia implantare, le proteine morfogenetiche sembrano in grado di stimolare la formazione di nuovo osso nel sito dell'impianto.
I fattori di crescita (PDGF, TGF-β, IGF, FGF), di contro, regolano la proliferazione e l'espressione di fenotipi differenziati per molte popolazioni cellulari, comprendendo condrociti, osteoblasti e i precursori degli osteoclasti.
Queste molecole di segnale possono cambiare l'entità della crescita dell'osso preesistente.
In ogni caso, sia le proteine morfogenetiche che i fattori di crescita agiscono come fattori trascrizionali che regolano la proliferazione e la differenziazione delle cellule mesenchimali.
Sulla base di queste osservazioni, si capisce che per ottenere una guarigione completa e rapida di un innesto, è fondamentale avere un buon meccanismo di guarigione.
I meccanismi attraverso i quali avviene la guarigione degli innesti ossei sono tre:

l'osteogenesi: processo di formazione e sviluppo dell'osso;
l'osteoinduzione: processo che stimola l'osteogenesi;
l'osteoconduzione: processo biologico che fornisce una matrice fisica od una impalcatura rigida di sostegno alle nuove cellule osse.

Le capacità osteogenetiche del midollo osseo sono oramai note a tutti fin dal 1964 grazie alle osservazioni di Boujou, come riportato da Burcell.
Il midollo osseo contiene cellule osteoprogenitrici nell'ordine di 1 su 50.000 cellule nucleate nei giovani e 1 su 2.000.000 negli anziani.
Tutto questo ci fa capire che l'osteogenesi va potenziata con mediatori chimici.
In effetti, grazie a certe tecniche di concentrazione è stato possibile aumentare il numero delle cellule osteoprogenitrici di 5 volte.

Nella tabella 1.1 vengono riassunte le funzioni principali dei fattori di crescita che si ritiene coinvolti nei processi di guarigione e di rigenerazione ossea.

Il PDGF è mitogeno per le cellule staminali che sono presenti nell'innesto osseo; inoltre, è un fattore angiogenetico che stimola la crescita delle cellule endoteliali, permettendo così di ottenere una neovascolarizzazione dell'innesto.
Infine, diversi studi hanno dimostrato che il PDGF si comporta anche come un fattore chemiotattico verso i fibroblasti e i condroblasti, che vengono così richiamati in sede osteogenica e, conseguentemente, indotti a produrre osso. L'IGF I e II sono esempi di altri fattori di crescita capaci di sintetizzare matrice ossea e, quindi, importanti nel processo di guarigione dell'osso.
Infatti, stimolano gli osteoblasti che sono presenti nell'endostio, che è noto avere una grande capacità osteogenica.
Recentemente, grande interesse è rivolto allo studio del TGF-β che, probabilmente, rappresenta, il fattore di crescita più indagato nella biologia dell'osso.
E' stato dimostrato che il TGF-β esogeno può stimolare la riparazione dell'osso grazie alla sua capacità osteoinduttiva, del tutto paragonabile a quella delle proteine morfogenetiche.
Il TGF-β potrebbe addirittura potenziare le attività osteoinduttive delle proteine morfogenetiche. Il processo di guarigione e di rigenerazione ossea comporta una complessa interazione di molti fattori di regolazione locali e sistemici.
Questa complessa interazione di mediatori locali, che è il risultato di meccanismi autocrini e paracrini, stimola le cellule mesenchimali indifferenziate a migrare, proliferare e differenziare in sede di innesto.
La fase iniziale della rigenerazione è caratterizzata dal rilascio, in sede di innesto, di PDGF, TGF-β e IGF-I e II, mediante degranulazione delle piastrine.
Il PDGF da un lato stimola la proliferazione delle cellule staminali midollari presenti nell'innesto osseo, così da aumentare il loro numero di diversi ordini di grandezza, dall'altro grazie alla sua azione angiogenetica determina la formazione di nuovi capillari nell'innesto.
Nello stesso tempo, il TGF-β che è mitogeno per i fibroblasti e per i preosteoblasti, aumenta specificatamente il numero di queste cellule.
Successivamente, il TGF-β promuove la differenziazione dei preosteoblasti verso forme più mature.
La secrezione continua di TGF-β influenza, da un lato gli osteoblasti a rilasciare matrice ossea, dall'altra i fibroblasti a depositare matrice di collagene necessaria a supportare la crescita dei capillari1.
L'IGF I e II agiscono sugli osteoblasti dell'endostio che possono così iniziare a tracciare le trabecole dell'osso spugnoso innestato.
In conclusione, questa iniziale ventata di attività cellulari non è altro che il risultato diretto della complessa interazione di questi 3 fattori di crescita, il cui target è quello di determinare un rapido aumento del numero delle cellule staminali capaci di accellerare i processi di guarigione e di rigenerazione e, che purtroppo, in un organismo adulto sono presenti in numero limitato.

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