4. Riparazione tissutale

Rigenerazione e riparazione

L'infiammazione serve anche a dare avvio ai processi di guarigione del tessuto leso. La guarigione è essenziale per la sopravvivenza dell'organismo e può avvenire secondo due processi, atti a circoscrivere e riparare il danno: la rigenerazione e la riparazione.

Rigenerazione

La rigenerazione consiste nella sostituzione delle cellule danneggiate con nuove cellule derivate da proliferazione delle cellule residue (non danneggiate) o da sostituzione con nuovi elementi cellulari derivati dalle stamani tessutali, per ripristinare integralmente il tessuto leso o perso. È una crescita compensatoria.

Riparazione

La riparazione ricostruisce il tessuto leso o perso solo parzialmente e spesso si associa ad alterazioni strutturali. È una combinazione di rigenerazione e cicatrizzazione. La cicatrizzazione si verifica quando il tessuto danneggiato non è in grado di rigenerarsi; la riparazione avviene quindi per deposizione di tessuto connettivo fibroso (fibre collageni), questo processo termina con la formazione di una cicatrice. I due processi dipendono dalla capacità rigenerativa del tessuto e dall'entità della lesione. Le ferite cutanee superficiali (1) guariscono per rigenerazione epiteliale, mentre quelle più gravi (2) (con ECM danneggiata) guariscono per cicatrizzazione.

Nei tessuti adulti, le dimensioni delle popolazioni cellulari sono determinate dall'equilibrio tra proliferazione, differenziamento e morte cellulare (apoptosi). Affinché si verifichi un aumento del numero di cellule si deve avere un'aumentata proliferazione o una ridotta apoptosi.

La proliferazione è controllata da segnali (solubili o contatto-dipendenti) che la stimolano o la inibiscono. Un eccesso di attivatori o un deficit di inibitori si traducono in una crescita netta. La proliferazione può essere stimolata da condizioni fisiologiche e patologiche. La capacità dei tessuti di rigenerare se stessi è fortemente influenzata dal loro potenziale proliferato. Sulla base di questo criterio si distinguono 3 gruppi. Tuttavia, questa è una classificazione storica che deve essere rivista alla luce delle recenti acquisizioni nel campo delle cellule staminali!

Tessuti e rigenerazione

• Tessuti proliferanti (labili): le cellule si moltiplicano per tutta la vita per sostituire gli elementi che vengono continuamente persi (es.: epiteli di rivestimento). Le cellule mature derivano da cellule staminali adulte dotate di enorme potenziale proliferativo, la cui progenie si differenzia in varie linee cellulari.
• Tessuti quiescenti (o stabili): le cellule hanno una bassa attività proliferativa ma si possono moltiplicare rapidamente se stimolate per ricostruire il tessuto di origine (es.: cellule parenchimali del fegato).
• Tessuti non proliferanti (perenni): cellule che sono uscite dal ciclo cellulare e non sono più in grado di dividersi (es.: cardiomiociti). Le gravi lesioni miocardiche (infarto) riparano per cicatrizzazione. I neuroni distrutti da processi patologici vengono sostituiti dalla proliferazione degli elementi di supporto: cellule gliali. Sembra però che esista una sorta di neurogenesi a partire dalle cellule staminali.

Rigenerazione dei tessuti

La rigenerazione dei tessuti è guidata da:

• Sostituzione di cellule a partire dalla differenziazione di cellule staminali;
• Proliferazione di cellule non danneggiate (residue) che entrano nel ciclo cellulare (regolato da stimolatori, inibitori e punti di controllo).

Cellule staminali

A. Cellule staminali

Le cellule staminali sono caratterizzate da due proprietà:

• Capacità di autorinnovarsi (per mantenere un certo numero di cellule nell'organismo per tutta la vita);
• Capacità di generare linee cellulari differenziate.

Con il differenziamento, le cellule pluripotenti danno origine a cellule con un potenziale differenziativo ridotto (multipotenti), che a loro volta generano cellule staminali "predestinate" che possono differenziarsi solo in determinate linee cellulari. L'autorinnovamento si realizza attraverso due meccanismi:

• La divisione asimmetrica obbligata (ogni divisione mitotica della cellula staminale genera due cellule diverse, una che conserva la capacità di replicarsi e l'altra non staminale che si differenzia);
• Il differenziamento stocastico (due divisioni cellulari simmetriche, una divisione che genera due cellule figlie che si replicano e l'altra divisione che genera cellule figlie non staminali che si differenziano).

I vari tipi di staminali descritti possono essere riassunti in due tipologie:

1. Cellule staminali embrionali (ES, Embryonic Stem cells)
2. Cellule staminali adulte: potenziale differenziativo limitato (si trovano in molti tessuti).

Le cellule staminali embrionali (ES) derivano dalla massa cellulare interna della blastocisti che si forma nella prima fase dello sviluppo embrionale. Sono le staminali più indifferenziate e possono essere indotte a differenziarsi in cellule di tutti e tre i foglietti germinativi: dai cardiomiociti agli epatociti.

Impatto biomedico

• Sono state utilizzate per studiare i segnali e le fasi del differenziamento tissutale durante lo sviluppo embrionale;
• Topi transgenici (knockout, inattivazione o delezione di un gene nelle cellule ES in coltura che viene poi iniettata nella blastocisti da impiantare nell'utero di una madre surrogata; knockin, con difetti genetici specifici che possono essere attivati o disattivati nell'animale adulto);
• Riparazione degli organi danneggiati.

Riprogrammazione delle cellule differenziate: cellule staminali pluripotenti indotte (iPS)

Le cellule differenziate dei tessuti adulti possono essere riprogrammate e convertite in cellule pluripotenti trasferendo il loro nucleo in un oocita enucleato. Queste cellule potrebbero essere utilizzate nella clonazione terapeutica: per esempio usando il nucleo di un fibroblasto di un paziente e generando in coltura vari tipi cellulari che potrebbero essere ritrasferiti al paziente per ricostituire gli organi malati. Nonostante l'utilizzo delle iPS in terapia sia promettente, le tecniche sono ancora inefficienti. Vi è tuttavia un acceso dibattito sui problemi etici connessi all'uso di ES derivate da blastocisti umane! È stato visto recentemente che la pluripotenzialità delle cellule ES murine dipende dall'espressione di quattro fattori di trascrizione. Una via alternativa, per evitare problemi etici, consisterebbe nel riprogrammare le cellule del paziente in cellule pluripotenti mediante transfezione con i geni dei quattro fattori di trascrizione (si evita in questo modo l'uso dell'embrione).

(Transfezione = processo di introduzione di materiale genetico esogeno in cell. Eucariotiche, più frequentemente di materiale genetico)

Cellule staminali adulte

Le cellule staminali adulte (somatiche) sono meno indifferenziate e si trovano tra le cellule differenziate all'interno di un organo o tessuto. Sono presenti nei tessuti che si rinnovano continuamente (midollo osseo, cute, mucosa gastroenterica) ed in tessuti quiescenti, presenti in organi come fegato, pancreas e tessuto adiposo. Il potenziale di differenziamento è ristretto solo ad alcune cellule differenziate del tessuto o dell'organo nel quale sono localizzate. Le cellule staminali somatiche sono localizzate in speciali microambienti detti nicchie staminali (ad esempio nelle fossette gastriche). Le cellule staminali adulte sono coinvolte nell'omeostasi tissutale.

Il Midollo osseo contiene:

• Cellule staminali emopoietiche (HSC): può dare origine a tutte le linee cellulari del sangue. Si possono isolare dal midollo osseo, dal sangue del cordone ombelicale e dal sangue periferico dopo aver trattato il paziente con citochine (fattore stimolante la crescita di colonie granulocito-macrofagiche). Possono ricostruire il midollo osseo depleto da malattie o dall'irradiazione (terapia delle malattie ematologiche come leucemie e linfomi).
• Staminali mesenchimali (MSC): sono cellule multipotenti e possono generare vari tipi di precursori (osteoblasti, adipociti, ecc.) in base al tessuto in cui migrano. Le MSC migrano nei tessuti danneggiati e generano cellule stromali o di altro tipo ma non partecipano all'omeostasi tissutale.

Nel Fegato sono presenti le cellule ovali che originano da cellule staminali e sono progenitor...