Riparazione

LA RIPARAZIONE

Come l'organismo ripara i danni e cerca di ricostituire l'omeostasi

FATTORI CHE CONDIZIONANO IL PROCESSO DI RIPARAZIONE

• Entità del danno

• Capacità proliferativa (tessuti labili, stabili, perenni e cellule staminali)

• I fattori di crescita e la matrice extracellulare

In seguito a un danno si possono verificare:

1) La ricostituzione del tessuto originario senza danni permanenti

2) La proliferazione e ricostruzione del tessuto con sostituzione degli elementi cellulari

(Rigenerazione)

3) La sostituzione del tessuto con tessuto connettivale (Riparazione) a cui possono seguire i

danni da perdita di tessuto funzionale e/o cicatrizzazione e rimodellamento.

Le fasi della riparazione

• Risoluzione dell'infiammazione

• Angiogenesi

• Migrazione e proliferazione dei fibroblasti

• Cicatrizzazione e rimodellamento

I protagonisti del processo di riparazione sono le cellule dei tessuti e le cellule staminali, la matrice

extra-cellulare, i fattori di crescita, le citochine, gli ormoni e altre molecole. I tessuti labili sono gli

epiteli di rivestimento (epitelio cutaneo e delle mucose), il tessuto emopoietico e la linea germinale

maschile; i tessuti perenni sono i neuroni del SNC, le cellule muscolari cardiache e la linea

germinale femminile; i tessuti o le cellule stabili sono quasi tutti i tessuti ghiandolari (come fegato,

tubuli renali, corteccia surrenale), le cellule dei tessuti connettivi (fibroblasti, osteociti, condrociti),

l’endotelio vascolare, le cellule muscolari lisce, le fibre muscolari scheletriche.

Il significato biologico della proliferazione cellulare negli organismi pluricellulari è:

• Moltiplicazione delle cellule al fine di consentire la diversificazione differenziativa (dallo

zigote all’embrione)

• Moltiplicazione delle cellule al fine dell’accrescimento dell’organismo, durante lo sviluppo

• Rinnovo delle cellule perdute, nell’adulto, principalmente a partire da cellule staminali. Si

può avere come processo costitutivo nei tessuti labili e come evento eccezionale nei tessuti

stabili.

Le cellule staminali sono cellule dette “immature” perché la loro principale caratteristica e quella

di potersi specializzare, cioè di diventare qualunque tessuto e organo del nostro corpo. Nello

stadio iniziale di sviluppo dell’embrione tutte le cellule sono in questo stato. Successivamente le

loro possibilità di evoluzione si restringono.

Le “istruzioni” su cosa un tessuto deve fare dopo che si e verificato un danno sono principalmente

legate a molecole prodotte dalle cellule coinvolte nel processo di riparazione, tra cui ritroviamo i

Fattori di crescita, ma anche Citochine e ormoni. I Fattori di crescita sono molecole di

segnalazione intercellulari che dirigono la sequenza di eventi necessaria affinché la riparazione

avvenga. Gran parte di questi fattori viene prodotta dai Macrofagi che sono i principali responsabili

della “orchestrazione” delle fasi della riparazione, che vedono la rigenerazione di nuovi vasi e la

deposizione di matrice extracellulare come elementi indispensabili per la ricostruzione della zona

lesa. Se le cellule del tessuto possono proliferare e le membrane basali sono state conservate, la

proliferazione cellulare sarà possibile e permetterà di ricostituire il tessuto precedente. Se invece ci

troviamo in un tessuto che non può proliferare e/o l'entità del danno è tale da avere cancellato la

struttura originaria del tessuto, sarà necessario riempire questo “vuoto” con un tessuto aspecifico,

il tessuto connettivo fibroso, fino alla formazione della CICATRICE. L'altra componente

indispensabile per poter portare a termine questo processo è la MATRICE EXTRACELLULARE,

composta da fibre e sostanza amorfa, ed è prodotta soprattutto dai fibroblasti. Le fibre della

matrice possono essere collagene, reticolari (entrambe costituite da proteine chiamate collageni)

ed elastiche (formate da proteine quali elastina e fibrillina). La sostanza amorfa è una struttura

tridimensionale macromolecolare molto viscosa nella quale sono immerse le fibre e le cellule. Ha

una quantità variabile di acqua legata a componenti macromolecolari. È attraversata da liquido

tissutale o interstiziale costituito da acqua in cui sono presenti ioni, micromolecole, ormoni ed

enzimi. La sostanza amorfa diminuisce con l’età. Le funzioni della matrice extracellulare (ECM)

sono: Supporto meccanico alle cellule

o Controllo della proliferazione e del differenziamento (integrine)

o Organizzazione della struttura del tessuto (impalcatura)

o Formazione di microambienti tissutali

o Accumulo e presentazione di molecole regolatrici

o

Le cellule del connettivo

Le cellule che compongono il connettivo sono diverse e si distinguono in:

1. Cellule fisse: fibroblasti (o fibrociti quando sono quiescenti),

condroblasti, osteoblasti, odontoblasti e cementociti, adipociti.

2. Cellule mobili: cellule del sangue, eritrociti, leucociti (granulociti, linfociti e monociti),

macrofagi, plasmacellule, mastociti (melanociti e cromatofori).

GUARIGIONE PER RIPARAZIONE

Avviene quando la rigenerazione non è possibile (area necrotica più o meno estesa con

distruzione del connettivo o tessuto impossibilitato a riprodursi). Si procede alla sostituzione del

tessuto originario con deposizione di tessuto connettivo. Si ha la formazione della CICATRICE a

cui segue il RIMODELLAMENTO CONNETTIVALE.

FASI DELLA GUARIGIONE PER RIPARAZIONE

1. Infiammazione

2. Angiogenesi

3. Migrazione e proliferazione dei fibroblasti

4. Cicatrizzazione

5. Rimodellamento

Una delle prime “molle” che fanno scattare il meccanismo della RIPARAZIONE è il fatto che in

conseguenza della necrosi la vascolarizzazione è assente e la pressione parziale di ossigeno cala:

si crea cioè una situazione di IPOSSIA. L'ipossia innesca immediatamente meccanismi

compensatori nelle cellule vicine e in particolare porta alla produzione di fattori di trascrizione, tra

cui gli HIFs, Hypoxia Inducible Factors, capaci di attivare la trascrizione di numerosi geni bersaglio,

per Fattori di crescita, Fattori angiogenetici, molecole capaci di portare alla degradazione e al

rimodellamento della Matrice Extracellulare. L'attivazione di HIFs si verifica anche in condizioni di

INFIAMMAZIONE CRONICA, ed è legata alla presenza di citochine infiammatorie quali Tumoral

Growth Factor-a e b, Platelet Derived Growth Factor che vengono prodotte dai macrofagi, le cellule

più importanti nel processo di infiammazione cronica. Le cellule che circondano la zona lesa, in

presenza di ipossia, rilasciano un fattore detto Vascular Endotelial Growth Factor (VEGF) che

porta alla rottura delle giunzioni endoteliali e la produzione di Monossido d'azoto (NO) da parte di

macrofagi e cellule endoteliali, che aumenta la permeabilità vascolare e induce vasodilatazione. La

rottura delle giunzioni endoteliali apre la strada alla fase successiva, la neoformazione di vasi.

Angiogenesi: formazione di nuovi vasi nell'organismo

adulto per ramificazione ed estensione dai vasi

esistenti o per reclutamento delle cellule precursore

endoteliali dal midollo osseo. La vasculogenesi invece

avviene nell'embrione e genera ex-novo i vasi.

Partecipano al processo di angiogenesi anche

progenitori delle cellule endoteliali che sono presenti

nel midollo e che vengono reclutati in seguito alla

liberazione di citochine, fattori di crescita e ipossia.

Le fasi dell’angiogenesi:

1. Digestione della lamina basale ed invasione della matrice circostante

2. Migrazione nel tessuto connettivo

3. Proliferazione nella zona del tessuto dove si necessita la formazione di nuovi vasi

4. Differenziamento e formazione di nuovi vasi

In questa fase iniziale succedono 3 cose:

• Le cellule endoteliali proliferano

• Si ha degradazione della membrana basale e della matrice extracellulare e al tempo stesso

produzione di molecole che permettono l'attacco delle cellule endoteliali neoformate alla

matrice

• Si ha l'organizzazione dei vasi neoformati

L'innesco del processo angiogenetico è fortemente legato all'ipossia che attiva gli HIF, la cui attività

come fattori di trascrizione induce la sintesi di fattori angiogenetici: VEGF, angiopoietine, recettori

per l'attivatore del plasminogeno di tipo urochinasico (u-PAR) e l'inibitore dell'attivatore del

Plasminogeno 1 (PAI-1), che hanno funzioni complementari. Le cellule endoteliali vengono

stimolate a proliferare anche dal Fibroblast Growth Factor, FGF, capace di legare eparina e

componenti della matrice extra-cellulare. L'attivatore del plasminogeno di tipo urochinasico (u-

PAR) è una glicoproteina in cui si riconoscono 3 domini: il dominio 1 lega l'attivatore del

plasminogeno (PA) che trasforma il plasminogeno in plasmina e la rende capace di degradare la

matrice extracellulare. I domini 2 e 3 legano vitronectina e integrine e diventano capaci di favorire

l'invasività cellulare e l'adesività delle cellule necessaria per il movimento (adesione a vitronectina

e integrine). Perché questo accada è anche necessario che si rompano le giunzioni fra le cellule

endoteliali e ci siano vasodilatazione e aumento della permeabilità (mediane da VEGF). Vengono

attivate anche altre proteasi: metallo proteasi (MMPs e gli inibitori TIMPs) ed eparinasi. La

migrazione procede di pari passo con la proliferazione e l'organizzazione tridimensionale dei nuovi

vasi neoformati. La stabilizzazione del vaso e delle sue giunzioni avviene grazie a i periciti, cellule

contrattili dalla morfologia stellata, che rispondono contraendosi a sollecitazioni meccaniche e

umorali che avvengono nell’ambiente circostante.

MOLECOLE COINVOLTE NELLE DIVERSE FASI DELL'ANGIOGENESI

VEGF (Fattore di crescita Endoteliale Vascolare) a, b, c, d

Famiglia di molecole di origine proteica, di cui VEGFa è quella maggiormente coinvolta

nell'angiogenesi, viene espressa dalla maggior parte dei tessuti dell'organismo in scarsa quantità.

Può essere indotta dall'ipossia (e la sua sintesi stimolata da HIF, fattore di trascrizione indotto

dall'ipossia) e da molecole come TGFα e β (polipeptide prodotto da molte cellule come macrofagi,

fibroblasti e cheratinociti, viene conservato nella matrice extra-cellulare e influenza i processi di

rigenerazione tissutale) e PGDF (prodotto dalle piastrine, stimola la chemiotassi di monociti-

macrofagi e dei fibroblasti). Richiede recettori specifici.

Aumenta la permeabilità vascolare

o Stimola la rottura delle giunzioni tra cellule endoteliali, la migrazione e la

o proliferazione delle cellule endoteliali

Induce l'espressione endoteliale dell'attivatore del plasminogeno di tipo

o urochinasic