Rigenerazione, riparazione e guarigione
L omeostasi tissutale Essa dipende dal bilancio tra proliferazione e morte apoptosica. I tessuti sono classificati in tre gruppi in base al loro potenziale proliferativo: 1) tessuti proliferanti (labili): epiteli, mucose, sistema emopoietico Le cellule mature derivano da cellule staminali adulte (mantengono il patrimonio cellulare del tessuto) 2) tessuti quiescenti (stabili): hanno una bassa attivita proliferativa, ma le cellule possono moltiplicarsi in risposta a vari stimoli: parenchimi (fegato, rene, pancreas), osso, fibroblasti, cellule muscolari liscie, cellule dell endotelio vasale, 3) tessuti non proliferanti (perenni): neuroni, miociti del muscolo scheletrico, cardiomiociti
Hanno alcune proprieta : 1) la capacita di autorinnovarsi 2) la capacita di generare linee cellulari differenziate 3) elevato potenziale replicativo Le cellule staminali Le cellule staminali embrionali sono pluripotenti cioe possono dare origine a tutti i tessuti dell organismo, da esse derivano cellule staminali multipotenti dotate di un potenziale differenziativo ridotto, a loro volta danno origine a cellule staminali predestinate Nell adulto sono state identificate cellule staminali somatiche dotate di un potenziale differenziativo limitato Gli studi piu innovativi riguardano le cellule staminali embrionali che in futuro potrebbero essere utilizzate per riparare i tessuti danneggiati e la riprogrammazione delle cellule differenziate in cellule staminali pluripotenti (clonazione riproduttiva).
LA CELLULA STAMINALE Cellula staminale pluripotente Cellula staminale linfopoietica Cellula staminale mielopoietica Linfociti T Linfociti B Plasmacellule Precursori eritroidi Cellula staminale unipotente CFU-GM Megacariociti Reticolociti Granulociti Monociti Piastrine Eritrociti Neutrofili Eosinofili Basofili
Le cellule staminali Le cellule staminali piu importanti e piu studiate nell uomo sono: 1. le cellule staminali emopoietiche del midollo osseo da cui derivano tutte le cellule del sangue e sono molto usate nella cura delle malattie ematologiche 2. le cellule midollari stromali che possono differenziarsi in vari tipi di precursori ad es. condrociti, osteoblasti, mioblasti, cellule endotelieli 3. le cellule staminali epatiche che possono generare sia epatociti che cellule dei dotti biliari, si attivano solo con stimoli particolari ad es. dopo un epatite fulminante, cirrosi epatica avanzata 4. le cellule staminali neuronali ancora in corso di studio, ancora non si conosce la fuzione della neurogenesi adulta, offre pero molte speranze. 5. le cellule staminali cutanee, dell epitelio intstinale, del muscolo scheletrico (cellule satelliti), della cornea.
Il ciclo cellulare Ha un ruolo chiave nell omeostasi tissutale cosi come nei processi di rigenerazione e riparazione. FASE Go: FASE G1 FASE S FASE G2 FASE M la cellula e quiescente o presintetica durante la quale avviene la duplicazione del DNA o premitotica o mitotica Esistono vari meccanismi di controllo che arrestano il ciclo cellulare in caso di danno soprattutto a carico del DNA e dei cromosomi: check point.
PROLIFERAZIONE CELLULARE CELLULE: - LABILI - STABILI - PERENNI
REGOLAZIONE DELLA PROLIFERAZIONE CELLULARE Fattori di crescita La proliferazione cellulare e controllata dai fattori di crescita che sono polipeptidi che interagiscono con recettori specifici sulle cellule bersaglio attivando geni specifici che controllano l avvio del ciclo cellulare. I fattori di crescita sono molteplici (attivi su piu tipi cellulari o specifici per un solo tipo cellulare): - fattore di crescita epidermico, epatocitario, endoteliale vascolare, piastrine derivato, fibroblastici, fattore di crescita trasformante beta (TGF Beta) Hanno diverse funzioni: regolano la proliferazione (effetto mitogenico) cellulare, hanno funzioni chemiotattiche, stimolano l angiogenesi, la contrazione delle ferite, la fibrogenesi.
REGOLAZIONE DELLA PROLIFERAZIONE CELLULARE Segnali proliferativi I fattori di crescita si legano a recettori specifici sulla cellula stessa che li ha prodotti o su cellule adiacenti o su cellule distanti tramite il circolo sanguigno attivano vie di trasduzione del segnale (autocrina, paracrina o endocrina) le quali modulano la trascrizione e l espressione genica.
REGOLAZIONE DELLA PROLIFERAZIONE CELLULARE I recettori possono essere di vario tipo: recettori con attivita tirosin-chinasica, recettori transmembrana associati alle proteine G e altri Fattori inibenti - citochine: es: TGFbeta - carenza di nutrienti - inibizione da contatto
REGOLAZIONE DEL CICLO CELLULARE Regolazione del ciclo cellulare: 1- dimeri cicline-kinasi 2- inibitori delle kinasi alterazione del DNA 3- checkpoints attivazione della p53 induzione degli inibitori delle kinasi arresto del ciclo in fase G1
REGOLAZIONE DEL CICLO CELLULARE
REGOLAZIONE DEL CICLO CELLULARE ruolo del tumor suppressor gene p53
PROCESSI RIPARATIVI Lesioni cellulari processi difensivi rigenerazione e riparazione flogosi dopo 24 h inizio proliferazione di fibroblasti e cellule endoteliali dopo 3-5 gg comparsa del tessuto di granulazione I processi riparativi iniziano precocemente, ma prevalgono e si completano una volta che la reazione flogistica è terminata e la noxa è stata neutralizzata
PROCESSI RIPARATIVI Rigenerazione: ripristina integralmente il tessuto leso, si verifica nei tessuti ad alto potenziale replicativo (cute, midollo osseo) Riparazione: ricostruisce solo parzialmente il tessuto leso e si associa ad alterazioni strutturali per fibrosi e cicatrizzazione A seconda del tipo di danno e del tessuto in cui si verifica 2 componenti proliferazione cellulare interazioni fra cellule e matrice extracellulare
Ruolo dei fattori di crescita: PROCESSI RIPARATIVI: 1- PROLIFERAZIONE CELLULARE prodotti dalle cellule infiammatorie e dai fibroblasti agiscono: - stimolando proliferazione e differenziazione cellulare - regolando angiogenesi possono essere più o meno specifici per un determinato tipo cellulare TGF-β: - azione autocrina - prodotto da quasi tutte le cellule (epiteliali, dei connettivi, endotelio, neuroni, sistema emopoietico) che hanno recettori per questo GF vascular endothelial GFs: - specifici per cellule endoteliali dei vasi ematici e linfatici - inducono angiogenesi in corso di riparazione tissutale, neoplasie, flogosi cronica
PROCESSI RIPARATIVI: 2- Ruolo della matrice extracellulare La rigenerazione e la riparazione sono regolate oltre che dai fattori di crescita anche dalle interazioni intercellulari e da quelle cellule-matrice extracellulare. La matrice si rimodella continuamente (degradazione e sintesi) ed e parte integrante della morfogenesi, della rigenerazione, riparazione, guarigione delle ferite, della fibrosi cronica, dell invasivita e metastatizzazione dei tumori.
PROCESSI RIPARATIVI: 2- Ruolo della matrice extracellulare E composta da tre tipidi macromolecole: - le proteine strutturali fibrose come il collagene e l elastina che danno resistenza ed elasticita ai tessuti - le glicoproteine di adesione che uniscono gli elementi della matrice tra loro e alle cellule: caderine, integrine, selettine, Ig CAM - I proteoglicani e l acido ialuronico che conferi-scono resistenza meccanica e hanno un effetto lubrificante Queste molecole vengono assemblate a formare: la matrice interstiziale e le membrane basali.
PROCESSI RIPARATIVI: 2- Ruolo della matrice extracellulare Le sue funzioni comprendono: - fornire il supporto meccanico per l ancoraggio e la migrazione cellulare - controllare la proliferazione attraverso i recettori della famiglia delle integrine - mantenere il differenziamento cellulare - impalcatura per la rigenerazione - accumulare e presentare alle cellule bersaglio molecole regolatorie (fattori di crescita)
LA MATRICE EXTRACELLULARE: ASPETTI PATOLOGICI alterazioni delle proteine strutturali scorbuto = deficit di vitamina C vit C = coenzima per sintesi del collagene clinica: - alterazioni cute e mucose - inappropriata guarigione delle ferite s. di Ehlers-Danlos difetti congeniti degli enzimi per sintesi collagene clinica: - cute abnormemente deformabile, elastica, vulnerabile ai traumi - iperestensibilità articolare - fragilità organi profondi: rotture intestino e grossi vasi ernie diaframmatiche s. di Marfan malattia ereditaria, autosomica dominante mutazione gene che codifica per fibrillina = glicoproteina elastica clinica: anomalie scheletriche: arti e dita molto lunghi, lassità legamenti Aneurismi, prolasso mitrale, IAo
GUARIGIONE per riparazione, cicatrizzazione e fibrosi Danno cellulare esteso o cronico Guarigione per riparazione: fibrosi con formazione di cicatrici. Mentre la rigenerazione ricostruisce la struttura propria del tessuto, la riparazione e una risposta fibroproliferativa che per cosi dire rattoppa il tessuto. Cicatrice non solo per le ferite cutanee, ma in qualsiasi tessuto, nel cuore in caso di infarto miocardico
MODALITA DI RIPARAZIONE: FIBROSI riparazione per sostituzione del tessuto danneggiato da parte di tessuto connettivo, con formazione di una cicatrice permanente caratteristica a) tessuti composti prevalentemente da cellule incapaci di proliferare: cellule differenziate terminalmente (perennni) b) di lesioni che abbiano distrutto ampie porzioni di MEC
MODALITA DI RIPARAZIONE: combinazione di rigenerazione + fibrosi alla riparazione contribuiscono: sia le cellule labili/stabili sane circostanti la lesione sia la componente connettivale del parenchima = fibroblasti La maggior parte dei processi riparativi e e una combinazione di riparazione e rigenerazione ed il contributo delle due componenti dipende da: 1) capacita proliferativa del tessuto danneggiato 2) dall integrita integrita della matrice extracellulare 3) dalla risoluzione o cronicizzazione della lesione
MODALITA DI RIPARAZIONE: FIBROSI E caratterizzata da: - Infiammazione - Angiogenesi - Migrazione e proliferazione dei fibroblasti - Cicatrizzazione - Rimodellamento connettivale
FIBROSI: ANGIOGENESI Processo attraverso il quale i vasi ematici emettono delle protuberanze da cui prendono origine nuovi vasi processo fisiologico formazione di circoli collaterali flogosi cronica riparazione delle ferite fasi del ciclo mestruale processo patologico neoplasie apporto al tessuto in formazione di O2, sostanze nutritive, fattori di crescita
RIPARAZIONE PER FIBROSI: ANGIOGENESI Degradazione locale della MEC Migrazione delle cellule endoteliali in direzione dello stimolo angiogenetico Proliferazione delle cellule endoteliali Maturazione delle cellule endoteliali = - stop proliferazione - organizzazione spaziale a formare il lume Completamento parete = - periciti - cell. musc. lisce
ANGIOGENESI
RIPARAZIONE PER FIBROSI: ANGIOGENESI Le fasi dell angiogenesi sono controllate dall interazione fra: 1- fattori di crescita e citochine stimolano migrazione e proliferazione delle cellule endoteliali e la maturazione della struttura vasale 2- cellule endoteliali 3- MEC fornisce la base su cui avviene la migrazione cellulare e l organizzazione della struttura vasale
RIPARAZIONE PER FIBROSI: formazione di tessuto fibrotico FIBROSI = 2 componenti: migrazione e proliferazione dei fibroblasti sotto il controllo di fattori di crescita prodotti da - piastrine - cellule della flogosi - cellule endoteliali sintesi e deposizione della MEC
queste prime fasi del processo di riparazione portano alla formazione di un particolare tessuto detto TESSUTO DI GRANULAZIONE il nome deriva dall aspetto aspetto granulare che conferisce alla superficie della ferita compare già a 3-53 5 giorni dall inizio del processo flogistico RIPARAZIONE PER FIBROSI: il tessuto di granulazione tessuto delicato, fragile e facilmente sanguinante
RIPARAZIONE PER FIBROSI: Il tessuto di granulazione cellule del tessuto di granulazione - cellule endoteliali angiogenesi - mastociti sostanze vasoattive - fibroblasti sintesi matrice extracellulare - macrofagi - fagocitosi - attivazione sistema immunitario - fattori di crescita - neutrofili fagocitosi detriti cellulari +/- germi - linfociti fattori di crescita, citochine
RIPARAZIONE PER FIBROSI: formazione di tessuto fibrotico fasi iniziali: prevalenza dei fenomeni proliferativi TGFβ induce migrazione e proliferazione dei fibroblasti fasi successive: prevalenza dei fenomeni biosintetici fibroblasti sintesi macromolecole della MEC fino ad arrivare alla cicatrice iniziale che diverrà definitiva attravarso il rimodellamento tissutale
RIPARAZIONE PER FIBROSI: rimodellamento tissutale progressiva transizione da tessuto di granulazione = tessuto a elevato indice proliferativo riccamente vascolarizzato a cicatrice = tessuto stabilizzato - con popolazione fibroblastica stabile - quasi privo di vasi = avascolare rimodellamento della MEC L insieme di questi processi porta alla cicatrice definitiva che conferisce resistenza all area area sede di lesione.
RIPARAZIONE DELLE FERITE CUTANEE
Guarigione delle ferite cutanee Comprende tre fasi: 1) Infiammazione 2) proliferazione 3) maturazione
FERITE CUTANEE RIPARAZIONE PER PRIMA INTENZIONE Ferite: - piccole - lembi giustapposti - scarsa perdita di materiale PER SECONDA INTENZIONE Ferite: - estese - ampia perdita di materiale Ferite: - piccole, ma complicate Il tipo di ferita condiziona il tipo di processo riparativo
Guarigione per prima intenzione Guarigione per seconda intenzione
GUARIGIONE PER PRIMA INTENZIONE ferita da taglio formazione del coagulo = fibrina + piastrine epidermide: cellule staminali rigenerazione disidratazione derma: fibroblasti stabili fibrosi escara
GUARIGIONE PER PRIMA INTENZIONE prime 24 ore coagulo infiltrato da neutrofili reazione flogistica per - eliminare i detriti - evitare infezione - iniziare processi riparativi 24-48 ore proliferazione cellule strati profondi epidermide a partire dai margini formazione primo strato epiteliale di copertura, sotto l escara 3 giorno - macrofagi - tessuto di granulazione - deposizione di collagene prosegue proliferazione cellule epiteliali 5 giorno - incisione riempita da tessuto di granulazione - collagene deposto perpendicolarmente - regrassione infiltrato flogistico e angiogenesi - differenziazione epidermide cheratinizzazione
GUARIGIONE PER PRIMA INTENZIONE successive settimane prosegue - proliferazione fibroblasti - deposizione di collagene - avvicinamento margini - aumento resistenza regressione completa - infiltrato flogistico - componente vascolare Tessuto - ipopigmentato - cheratinizzato 30 giorno completato il processo di cicatrizzazione > 30 giorno proseguono i processi di consolidamento = rimodellamento tessuto fibroso
EVOLUZIONE TEMPORALE DEL PROCESSO DI GUARIGIONE
GUARIGIONE PER SECONDA INTENZIONE ferite estese = perdita consistente di tessuto rigenerazione insufficiente a ripristinare integrità tissutale distruzione MEC perdita architettura tissutale caratteristiche ferite estese maggiori quantità di detriti cellulari da eliminare con: - afflusso di maggior numero di fagociti - reazione flogistica più intensa formazione di maggiori quantità di tessuto di granulazione contrazione della ferita miofibroblasti avvicinano i lembi della ferita
Resistenza delle ferite Dovuta a fattori diversi nelle varie fasi del processo di riparazione: prima settimana: deposizione fibre collagene sia parallelamente che perpendicolarmente alla linea di taglio - resistenza pari al 10% della resistenza finale - sufficiente per poter spuntare la ferita primo mese: proliferazione fibroblasti e aumento collagene con rapido aumento della resistenza - fenomeni biosintetici > fenomeni degradativi 2 e 3 mese : rimodellamento del tessuto cicatriziale con lento, ma persistente aumento della resistenza per modificazione della struttura del collagene: - aumento del diametro delle fibre - formazione di legami crociati > 3 mese : raggiungimento della resistenza finale che è pari al 70-80% della resistenza del tessuto di partenza, sano
ANOMALIE NEL PROCESSO DI RIPARAZIONE fattori che interferiscono con il processo di riparazione: tipo, sede, dimensioni della ferita es: ferita chirurgica vs trauma es: vascolarizzazione del tessuto capo vs piede carente apporto di ossigeno es: vasculopatia cronica aterosclerotica es: stasi venosa sovrapposizione infettiva presenza di corpi estranei deficit nutrizionali e vitaminicii fattori metabolici e ormonali: diabete, ipotiroidismo, terapia cronica con glucocorticoidi, ecc
ANOMALIE NEL PROCESSO DI RIPARAZIONE Deiscenza = rottura difetto cicatrizzazione + aumento pressione intraddominale Cheloidi = esuberanza componente collagene Iperpigmentazione Esuberanza tessuto di granulazione Desmoidi Deformazioni secondarie alla contrazione della ferita: soprattutto palmo mano, pianta piede,parete toracica anteriore