Appunti di Biologia Cellulare: Cartilagine e Patologie Articolare (PDF)

Lezione 1/03/2021 materiali sintetici biocompatibili modulo A. (prof. Borghetti paolo) PRINCIPI GENERALI Cartilagine: tessuto duro anche da riparare, insieme all’osso, è complesso difficile. Perché è importante parlare di patologia? Importanza clinica e sociale della patologia articolare in medicin...

Lezione 1/03/2021 materiali sintetici biocompatibili modulo A. (prof. Borghetti paolo) PRINCIPI GENERALI Cartilagine: tessuto duro anche da riparare, insieme all’osso, è complesso difficile. Perché è importante parlare di patologia? Importanza clinica e sociale della patologia articolare in medicina umana e veterinaria. L’OSTEOARTRITE è la più comune patologia articolare degenerativa; maggior causa di disabilità in età anziana. Patologia post-traumatica nell’uomo e negli animali atleti, tipo il cavallo, ne invalida l’attività agonista. È una patologia multifattoriale: è dovuta da più cause. È difficile la sua diagnosi precoce: poter avere dei marker che permettano di distinguere la patologia. È una patologia autodelibitante: causa una serie di processi a cascata. Difficile la terapia: ha assunto connotazioni diverse, inizialmente era solo medica o chirurgica con l’utilizzo di farmaci per tempi prolungati (iniezione di acido ialuronico). Grazie alla medicina riparativa si è stati in grado di applicare la medicina chirurgica come terapia, dato che si presentava con tecniche meno drastiche. Problematiche nella gestione terapeutica della patologia articolare degenerativa: - Osteoartrite - Osteocondrosi: porta a delle grosse problematiche a livello articolare, saltano si staccano dei pezzi di cartilagine e di osseo, definito frammento osteocondrale Inizi anni 90: si sono sviluppate le biotecnologie applicate alla terapia farmacologica e cellulare al fine di creare la rigenerazione/riparazione (rigenerazione ricostruire il tessuto) Problema principale: poter riprodurre un tessuto il più vicino a quello originale. Cos’è la cartilagine a livello cellulare è necessario avere una conoscenza ben definita del metabolismo condrocitario e dei meccanismi molecolari nella patogenesi del danno articolare. Sono infatti stati identificati markers utili per: LA DIAGNOSI PRECOCE: permette di risolvere la problematica; VALUTAZIONE del DANNO e della PROGNOSI: si stanno studiando dei markers di molecole che si possono dosare nel liquido sinoviale o nel siero che possono dare un’idea per fare una diagnosi precoce, in che fase si trova la patologia se c’è una lieve o elevata problematica; VALUTAZIONE della EFFICIENZA della TERAPIA: se bisogna studiare un farmaco per migliore la riparazione e la rigenerazione per la cartilagine è necessario un marker. Per questo si è posta l’attenzione sullo studio di farmaci condro protettori che potenziano l’attività anabolica del condrocita e che riducono la degradazione della matrice (stanno studiando farmaci che possono avere questa funzionalità). Modelli di studio in vitro e in vivo sul mantenimento e sull’induzione del differenziamento condrocitario per: - il trapianto di condrociti e cellule staminali; - differenziamento delle cellule staminali; - tissue engineering in vitro; - studio di biomateriali; - studio di bioreattori per la tissue engineering: i bioreattori sono sistemi di diversa natura in cui si ricreano delle condizioni ideali che servono per stimolare la mia cellula a diventare cartilagine. Per il momento è orientata a creare bioreattori che stimolano le cellule dal punto di vista meccanico, che riproducano la natura della cartilagine, adattata a rispondere a forze meccaniche come in natura. Le forze meccaniche modulano il suo metabolismo, di conseguenza è necessario ricreare sistemi che simulino le forze meccaniche che si realizzano in vivo. Questo permette di avere condizioni perfette delle cellule in modo tale che in un biomateriale diventino condrociti. (L’associazione biomateriali e cellule fa entrare nell’ingegneria tissutale). CONOSCENZE BIOLOGICHE CELLULARI E MOLECOLARI: - Tipi di cartilagine; - Sviluppo e differenziamento (condrogenesi); - Struttura, funzione e metabolismo del tessuto cartilagineo articolare. Si riscontrano diversi tipi di cartilagine. 1. LA CARTILAGINE IALINA: è il tipo più diffuso di cartilagine. Ialino significa lucido, lucente. - Riveste le superfici articolari (cartilagine articolare) nelle articolazioni sinoviali, costituisce le cartilagini costali, gli anelli tracheali, la maggioranza delle cartilagini laringee e bronchiali e le cartilagini del naso. - Nella cartilagine ialina, la matrice extracellulare (ECM) è formata da una componente fibrosa (collagene di tipo II) e una componente amorfa caratterizzata da grandi complessi molecolari costituiti da proteoglicani aggregati a lunghe catene di acido ialuronico e leganti grandi quantità di acqua. Queste caratteristiche differenziano questo tipo di cartilagine dalle altre. 2. LA CARTILAGINE ELASTICA costituisce il sostegno conferendo caratteristiche di rigidità e di elasticità assieme. Si trova a livello dell’orecchio esterno, della laringe e dell’epiglottide Dotata di una rete di fibre elastiche (elastina) disperse in più direzioni nella matrice, che conferiscono elevata flessibilità (capacità di tornare alla forma originaria dopo uno stiramento). La componente fibrosa è costituita da collagene di tipo II mentre l’ECM è meno abbondante e con un minor contenuto di proteoglicani rispetto alla cartilagine ialina. È meno interessata di patologia degenerativa. 3. LA CARTILAGINE FIBROSA è simile al tessuto connettivo denso in quanto la componente di collagene è caratterizzata dalla preponderante presenza di grossi fasci fibrosi (collagene di tipo I) immersi in una scarsa matrice amorfa con piccole quantità di proteoglicani. Questo tipo di cartilagine si trova a livello dell’osso. Poco comprimibile, molto dura e molto resistente a forze di pressione e tensione anche elevate per cui è presente in zone soggette a notevoli pressioni (es. dischi intervertebrali soggetti a patologie, una minor capacità di elasticità di questi dischi che fuoriescono dai loro schemi e causano i nervi, i menischi, la mandibola). L’ ECM consiste approssimativamente per il 60-70% di collagene di tipo I, per l’8-9% di altre proteine non collagene e per circa l’1% di proteoglicani come peso secco. LE ARTICOLAZIONI si sviluppano dalla formazione di un modello embrionale iniziale costituito da cellule staminale che si differenziano in cellule che a loro volta andranno a costituire sia le cellule cartilaginee dell’osseo ma anche le cellule che andranno a formare l’osso stesso. Sono strutture anatomiche che uniscono le ossa scheletriche. Alcune sono dotate di ampio movimento mentre altre rappresentano semplicemente mezzi di saldatura tra ossa vicine. Le articolazioni possono essere classificate sulla base della loro architettura (strettamente collegata alle loro caratteristiche funzionali) in due grandi categorie: sinartrosi e diartrosi (articolazioni complesse che devono sopportare dei movimenti complessi all’interno della quale abbiamo la cartilagine articolare). LE SINARTROSI sono articolazioni per continuità̀, nelle quali due elementi ossei sono saldati tra loro per mezzo di tessuto fibroso o fibrocartilagineo interposto, in base al quale vengono a loro volta classificate. Questo tipo di articolazione si riscontra a livello di suture (fibroso), sinfisi, dischi intervertebrali (fibrocartilagine). In questi tipi di articolazioni è totalmente impedito lo scorrimento reciproco dei due elementi ossei🡪 sono movimenti più ristretti non c’è scorrimento. LE DIARTROSI O ARTICOLAZIONI SINOVIALI sono strutture complesse che connettono due o più̀ ossa scheletriche, con interposizione di cartilagine ialina che riveste le superfici ossee e ne permette lo scorrimento. Questo tipo di articolazione è rivestita da una capsula sinoviale che rende chiusa l’articolazione; da questo il nome. È dotata di ampi movimenti ed è coinvolta nella statica e dinamica locomotoria. Viene considerata come la più̀ importanti sede di patologia. Sono soggette a condizioni sia statiche che meccaniche importanti. Le forze meccaniche che convergono nell’articolazione sono fondamentali per il loro stesso mantenimento, ma l’eccesso causa patologie. La cartilagine ammortizza le forze meccaniche a cui è soggetta, le altre si vanno a dissipare ulteriormente a livello dell’osso. Le forze meccaniche importanti per la cartilagine ma anche per l’osso. Immagine dell’articolazione della caviglia del cavallo  CAVITÀ ARTICOLARE: spazio più o meno virtuale tra le due superfici di cartilaginee articolari, all’interno vi è il liquido sinoviale. È la sede di presenza delle cellule staminali. La sua funzione principale è quella di ridurre le sue forze. OSSO SUBCONDRALE: zona in cui si possono creare condizione per la generazione di patologie. PERIOSTEO: membrana che racchiude il tutto. MEMBRANA SINOVIALE: parte più interna avvolta da capsula fibrosa, produce macrofagi, cellule che producono liquido sinoviale, cellule indifferenziate, condroprogenitrici, cellule staminali che sono in grado potenzialmente di trasformarsi in condrociti. LA CONDROGENESI è il più precoce evento nello sviluppo del sistema scheletrico. Nell’embrione le articolazioni e le ossa lunghe si formano da un modello intermedio costituito da cartilagine immatura, da delle cellule staminali che sono simili ai condrociti definiti condroblasti che hanno un’elevata attività proliferativa. Si parte da nuclei di cellule staminali mesenchimali e progressivamente, attraverso questo processo di differenziamento, si forma la cartilagine come modello intermedio. Successivamente questo modello accresce e va incontro a un fenomeno di ossificazione endocondrale con la formazione dell’osso scheletrico. Viene definito fenomeno di ossificazione endocondrale quel processo in cui la cartilagine viene sostituita progressivamente da osso grazie al fatto che dal modello cartilagineo intermedio prendono origine i segmenti scheletrici degli arti.