riparazione, rigenerazione, guarigione

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
Le cellule staminali
Hanno alcune proprieta’:
1) la capacita’ di autorinnovarsi
2) la capacita’ di generare linee cellulari differenziate
3) elevato potenziale replicativo
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
Linfociti T
Linfociti B
↓
Plasmacellule
Cellula staminale mielopoietica
Cellula staminale unipotente
Precursori
eritroidi
CFU-GM
Reticolociti
Granulociti
Monociti
Eritrociti
Neutrofili
Eosinofili
Basofili
Megacariociti
Piastrine
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
3- “checkpoints”
alterazione
del DNA
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
e riparazione
processi difensivi
rigenerazione
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
PROCESSI RIPARATIVI:
1- PROLIFERAZIONE CELLULARE
Ruolo dei fattori di crescita:
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 tipi di 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’ una
combinazione di riparazione e rigenerazione ed il
contributo delle due componenti dipende da:
1) capacita’ proliferativa del tessuto danneggiato
2) dall’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
RIPARAZIONE PER FIBROSI:
il tessuto di granulazione
■ queste prime fasi del processo di riparazione
portano alla formazione di un particolare tessuto
detto
TESSUTO DI GRANULAZIONE
■ il nome deriva dall’aspetto granulare che
conferisce alla superficie della ferita
■ compare già a 3-5 giorni dall’inizio del processo
flogistico
■ 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 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
disidratazione
escara
epidermide:
cellule staminali rigenerazione
derma:
fibroblasti stabili fibrosi
GUARIGIONE PER PRIMA INTENZIONE
prime 24 ore
coagulo infiltrato
da neutrofili
24 - 48 ore
proliferazione cellule
strati profondi
epidermide a partire
dai margini
3°giorno
5°giorno
- macrofagi
- tessuto di granulazione
- deposizione di collagene
- incisione riempita da
tessuto di granulazione
- collagene deposto
perpendicolarmente
reazione flogistica per
- eliminare i detriti
- evitare infezione
- iniziare processi riparativi
formazione primo
strato epiteliale di
copertura, sotto
l’escara
prosegue proliferazione
cellule epiteliali
- regrassione infiltrato
flogistico e angiogenesi
- differenziazione
epidermide cheratinizzazione
GUARIGIONE PER PRIMA INTENZIONE
successive
settimane
prosegue
- proliferazione fibroblasti
- deposizione di collagene
regressione completa
- infiltrato flogistico
- componente vascolare
30° giorno
> 30° giorno
completato il processo
di cicatrizzazione
proseguono i processi di
consolidamento =
rimodellamento tessuto fibroso
- avvicinamento margini
- aumento resistenza
Tessuto
- ipopigmentato
- cheratinizzato
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 7080%
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