Meccanismi di rigenerazione del tessuto osseo e prime applicazioni del gel di piastrine (PG)

I primi risultati pratici dello stimolo rigenerativo veicolato dal gel di piastrine (PG) sono stati osservati sul tessuto osseo.

Fattori locali, citochine e fattori di crescita, sono necessari per le comunicazioni intercellulari.

Una citochina può essere definita come un prodotto cellulare che influenza l'attività di altre cellule locali in modo paracrino; le citochine possono agire sulle loro stesse cellule di origine mediante un meccanismo autocrino, oppure mediante il rilascio nella circolazione, possono interessare le cellule in un sito distante, comportandosi come classici agenti endocrini.

Nei tessuti come quello osseo esiste un altro meccanismo di controllo, per cui i fattori di crescita prodotti localmente o quelli in circolo sono incorporati nella matrice minerale e sono rilasciati durante la dissoluzione della matrice da parte degli osteoclasti o dei condroclasti.

Alla formazione di tessuto osseo, nelle sedi di sintesi partecipano: le cellule osteoprogenitrici (fibroblasti, osteoblasti e condrociti), un’impalcatura o matrice osteoconduttiva, molecole di segnale rappresentate dai fattori di crescita osteoinduttivi (PDGF, TGF-beta, IGF I e II di derivazione piastrinica) e proteine ad attività morfogenetica (BPMS). Recentemente, è stato possibile dimostrare che le BPMS sono peptidi osteoinduttivi di derivazione piastrinica appartenenti al gruppo delle TGF-beta responsabili dell'organogenesi extracellulare, nonché dei processi di generazione e  rigenerazione dell'osso.

Schematicamente, è stato ipotizzato che nel sito di lesione osseo ci sia un rilascio iniziale di PDGF, TGF-beta e IGF I e II per effetto della degranulazione delle piastrine presenti in loco. Il PDGF stimola la mitosi delle cellule staminali midollari presenti nell’ osso mentre dall’altro, in virtù dell’effetto angiogenetico, determina la formazione dei nuovi capillari nelle sedi di lesione. Contemporaneamente si assiste ad una proliferazione di  fibroblasti e di proosteoblasti per effetto del TGF-beta. Successivamente lo stesso TGF-beta induce la differenziazione dei proosteoblasti verso le forme più mature. L’attività del TGF-beta si esplica anche su queste ultime (osteoblasti) che vengono stimolati a produrre matrice ossea, e sui fibroblasti che depositano la matrice di collagene destinata a sostenere la crescita vasale. La presenza nel sito delle piastrine veicolate dal torrente ematico rifornisce di continuo l’area di rigenerazione del tessuto osseo dei growth factors necessari al suo completo sviluppo. In  una fase più avanzata del processo, il rilascio di IGF I e II agisce sugli osteoblasti dell’endostio che iniziano a riempire le trabecole dell’osso spugnoso (1).

Meccanismi di rigenerazione del tessuto cutaneo

Benché il processo suddescritto riguardi il tessuto osseo, esso documenta in primo luogo l’esistenza di un sistema omeostatico di riparazione che, modulato da elementi cellulari  veicolati dal torrente ematico, può ritenersi ubiquitario. La guarigione delle lesioni cutanee è anch'essa modulata da mediatori solubili, dalla matrice extracellulare, dalle cellule parenchimali e dalle cellule ematiche; essa si sviluppa in tre fasi asincrone:

1. fase infiammatoria,

2. fase di formazione del tessuto di granulazione,

3. fase di rimodellamento tissutale.

Fase infiammatoria: Una lesione tissutale comporta un insulto vasale con fuoriuscita delle componenti ematiche. Le piastrine presenti da un lato formano un tappo emostatico e contemporaneamente secernono mediatori che innescano degli eventi a cascata che hanno finalità rigenerative: Il PDGF richiama e attiva macrofagi e fibroblasti, altri agenti chemiotattici (TGF beta, fragments of extracellular matrix protein, monocite attractant protein-1) richiamano  monociti nel sito di lesione dove si trasformano in macrofagi attivati che rilasciano, a loro volta, fattori di crescita come il PDGF (con autosostegno del meccanismo) e il VDGF (vascular derived growth factor). Anche l'aderenza alla matrice extracellulare stimola la trasformazione dei monociti in macrofagi oltre che il rilascio di CSF1 (colony-stimulating factor1), citochina  necessaria alla sopravvivenza degli stessi monociti e macrofagi. Altre citochine vengono espresse in questa cascata da monociti e macrofagi attivati come il: TGF alfa  (trasforming growth factor alfa), l'interleuchina 1, il TGF beta l'ILGF (insulin-like growth factor). I fattori di crescita di derivazione monocitaria e macrofagica si rivelano  indispensabili nella fase iniziale del processo di riparazione ed i macrofagi in special modo sembrano avere un ruolo pilota nella transizione tra infiammazione e riparazione.

Fase di formazione del tessuto di granulazione: Questa fase è caratterizzata da processi di fibroplasia ed angiogenesi,  mediati dal rilascio di fattori di crescita da parte dei macrofagi (comuni a quelli delle piastrine); i fibroblasti producono la nuova matrice extracellulare destinata a supportare l'accrescimento delle cellule, mentre i vasi neoformati trasportano l'ossigeno necessario a garantire il metabolismo cellulare. GFs piastrinici ed in special modo il PDGF e il TGF beta 1 stimolano la proliferazione dei fibroblasti del tessuto posto ai margini della lesione. I fibroblasti cominciano a produrre matrice extracellulare le cui molecole (fibrina, fibronectina e acido ialuronico) costituiscono l'impalcatura necesaria perché avvenga la  migrazione cellulare nel sito di lesione. La matrice extracellulare provvisoria viene gradualmente trasformata in matrice collagena forse per intervento del TGF beta 1 piastrinico. Quando un'abbondante quota di matrice collagena è stata prodotta, i fibroblasti ne interrompono la produzione e il tessuto di granulazione viene rimpiazzato da una cicatrice relativamente acellulare. Probabilmente i fibroblasti nel sito di lesione vanno incontro ad apoptosi per un segnale (ancora non caratterizzato) e a questo punto la cicatrice è pienamente formata. Disregolazioni di questo processo sono alla base di disordini come il cheloide, la morfea e la sclerodermia. La formazione di nuovi vasi si accompagna e sostiene lo sviluppo del tessuto di granulazione. L’angiogenesi  avviene per effetto di fattori di crescita quali l’acid or basic fibroblast growth factor (a or b BCGF)   e il vascular endothelial growth factor (VEGF prodotto da macrofagi e cellule endoteliali) ed il TGFbeta (di derivazione piastrinica). Il BCGF sembra modulare l’angiogenesi durante i primi tre giorni del processo di riparazione mentre l’attività del VEGF interverrebbe successivamente. Lo stimolo appropriato per il rilascio del BCGF è il danno tissutale, mentre l’ipossia sembra stimolare le cellule epidermiche a rilasciare il VEGF. Enzimi proteolitici presenti nel tessuto leso degradano le proteine della matrice extracellulare producendo frammenti ad attività chemiotattica sui  monociti del sangue periferico i quali, trasformandosi in macrofagi nel sito di lesione  rilasciano fattori angiogenetici. Il BFGF stimola anche le cellule endoteliali al rilascio di attivatori del plasminogeno e procollagenasi i quali attivati digeriscono la membrana basale. La frammentazione della membrana basale permette alle cellule endoteliali stimolate dai GF di migrare e formare nuovi vasi nell’area di lesione. Quando l’area di lesione è ricoperta da tessuto di granulazione la crescita vasale si arresta e subisce un rimaneggiamento con la distruzione di alcuni vasi neoformati determinata da enzimi come la trombospondina 1 e 2 e da fattori anti-angiogenetici (angiostatina, endostatina ed angiopoietina).

Fase di rimodellamento tissutale: Questa fase successiva del processo di riparazione (fase di contrazione e rimodellamento) si caratterizza sul piano morfologico per la comparsa nei fibroblasti di microfilamenti contenenti actina disposti sul versante citoplasmatico della membrana. Taluni di essi si organizzano a costituire ponti di sostanza disposti tra cellula e cellula e fra cellula e matrice collagena. Tali aspetti morfologici che sottintendono al rimodellamento del tessuto sono sotto il profilo funzionale mediati da GFs quali il TGF beta 1 e 2 e il PDGF di derivazione piastrinica. Il rimodellamento del tessuto  collageno si sviluppa nel lasso di tempo che va dalla formazione del tessuto di granulazione  alla formazione della cicatrice ed è caratterizzato dal susseguirsi di fasi alternate di sintesi e di degradazione del collageno che procedono a piccoli passi. La fase di degradazione è sotto il controllo di metalloproteinasi secrete da macrofagi, cellule epidermiche endoteliali e fibroblasti. Attraverso il susseguirsi di fasi funzionali dominate ora dalle metalloproteinasi, ora dagli inibitori delle metalloproteinasi si perviene alla contrazione e al rimodellamento dell’area di lesione (2).

Bibliografia

1. Michael Slater et al. Involvement of platelets in stimulating Osteogenic Activity. J orthop Res. vol 13. No 5 1995

2. Adam J. Et al. Cutaneous wound healing. N. Engl. J Med 1999 ; 341 : 738-746.