Implant Tribune Italian Edition

Italian EditionAnno V n. 4 - Novembre 2011 28 speciale regeneration IT pagina 27 Non solo, visto l’avidità di attacco delle BMPs/OPs, partico- larmente della proteina osteoge- nica-1 (osteogenic protein-1 OP-1, conosciuta anche come BMP-7), con sequenze specifiche della laminina, cosi come di altri mor- fogeni come il TGF-b1, e anche fattori angiogenici come il basic fibroblast growth factor (FGF) (Folkman et al. 1988; Paralkar et al. 1991; Ripamonti 2006), l’as- setto sopramolecolare completo dell’induzione ossea utilizza la membrana basale dell’endotelio costruttore, e quindi morfoge- netico, come banca biologica per depositare e mantenere fattori sia morfogenetici ossei che angio- genici, scatenando quindi il pro- cesso osteogenico in angiogenesi (Ripamonti 2006; Ripamonti et al. 2006; Ripamonti et al. 2007). Non c’è formazione di osso senza invasionevascolare(Trueta1963). Un esperimento molto impor- tante che ha portato al disegno di impianti dentali geometrici è stato realizzato all’interno di uno studio eseguito nei primi anni Novanta alla Bone Cell Biolo- gy Section di H.A. Reddi, NIH Bethesda, USA, dove insieme a Laura Yeates, ho usato matrici di idrossiapatiti Interpore come biomateriale per crescere cel- lule pre-osteoblastiche in vitro, con l’idea di creare un impianto prefabbricato o bio-reattore con capacità induttive creato in vitro e poi, ex vivo, in sede intramusco- lare eterotopica per il trapianto autogeno in difetto osseo cranio- facciale. Crescendo cellule pre- osteoblastiche in vitro su matrici macroporose Interpore, lo studio dimostrò come la geometria del substrato bioceramico è critica per l’attacco, l’orientazione e l’as- semblaggio delle cellule, e come questa crescita e differenziazione sia altamente controllata dalle concavità della matrice biomi- metica (Fig. 3). L’importanza della concavi- tà era stata già evidenziata in vivo dopo l’impianto di Inter- pore nel muscolo retto addomi- nale di Papio ursinus (Fig. 2); l’analisi istologica meravigliosa di Barbara van den Heever, che riuscì a tagliare le idrossipatiti con i tessuti neoformati a 4 μm come blocchi non demineraliz- zati, è presentata nelle Figure 2i, 2j, 2k. Le immagini digitali dimostrano come l’osso si formi dopo condensazioni collageniche all’interfaccia con l’idrossiapatite, e come nella concavità si svilup- pa il meccanismo per il quale il tessuto viene invaso da cellule staminali pre-osteoblastiche a cui segue la differenziazione di osteoblasti con mineralizzazione dell’osso neoformato nella con- cavità del biomateriale (Fig. 2k) (Ripamonti et al. 1993). Lo studio in vitro fatto per pre- parare un ex vivo bio-reattore per il trapianto in roditori (Fig. 3), non venne mai pubblicato se non recentemente (Ripamonti et al. 2011). Si rivelò però fondamenta- le per trapiantare un bio-reattore induttivo costruito nel muscolo toracico in paziente affetto da difetto osseo mandibolare. Infat- ti, abbiamo creato un innesto pre-fabbricato nel torace usando INTEROPRE 500 μm sagomata aformadimandibolaattivatacon proteina osteogenica-1, ricom- binante umana trapiantata con lembo arterio-muscolare nel difetto osseo mandibolare (Fig. 4). La scintigrafia del torace (Fig. 4b) dimostra come il bio-reattore costruito nel muscolo del torace stia attivamente producendo osso (Heliotis et al. 2006). Da notare che il corallo Gonio- pora ha una struttura simile alla struttura dell’osso osteonico per cui l’idea di Interpore era di pre- parare una matrice macroporosa che replicava la struttura oste- onica dell’osso corticale. Dopo altri esperimenti e pubblicazioni (Ripamontietal.1993;vanEeden and Ripamonti 1994; Ripamonti 1996), la serie di immagini digi- tali presentate nelle Figure 2, 3 e 5 crearono la visione dell’impian- to dentale sagomato da una serie di concavità ripetitive formate sulla superficie del titanio. Ma come si forma l’osso, quali sono i segnali molecolari essen- ziali per la sua formazione? E ancora, come si può formarlo in biomateriali macroporosi inseriti dovenonc’èosso,comenelmusco- lo retto addominale del primate non umano e senza l’aggiunta di segnali solubili molecolari che sono responsabili per iniziare l’induzione ossea? O come Urist e poi Reddi definirono: “Bone: For- mation by autoinduction”? (Urist 1965; Reddi and Huggins 1972). I nostri studi sull’induzione ossea sin dagli anni Ottanta sono sta- ti una cavalcata inebriante tra i processi induttivi: segnali cellu- lari e molecolari, proteine capaci di fare, creare, indurre, costruire, scolpire e plasmare, la grande visione di Turing (Turing 1952), che vide, anche senza dimostra- re, i morfogeni, sostanze capaci di generare forma con funzione, capaci quindi di scolpire la mor- fogenesi tissutale (Fig. 6). Turing fu grande poiché, non solo ipo- tizzò, ma convinse il lettore dei suoi studi a vedere il morfogeno in azione, capace cioè di indurre la morfogenesi tissutale (Turing 1952), come la struttura creata dal segnale molecolare solubile (Reddi 2000) (Figg. 5 e 6). Ma i tessuti, le varie ossa, i tessuti parodontali, la dentina, il cemento, come si formano? Come si formano i vari tessuti e organi? Esiste un piano costrut- tore, regolatore morfogenetico comune? L’emergenza di organi e tessuti e strutture biologiche anche totalmente diverse è rego- lata e modulata da prodotti genici generanti forma; le proteine mor- fogenetiche, capaci di indurre e generare la morfogenesi tissutale (Fig. 6). Morfogeni che già esiste- vano quasi un miliardo di anni fa, nella Drosophila melanoga- ster – il moscerino della frutta – decapentaplefic (dpp) e 60A, IT pagina 29 Fig. 2 - Eventi biologici sequenziali 30, 60 e 90 giorni dopo l’impianto di Interpore nel muscolo retto addominale di Papio ursinus. A, B: Sezioni istologiche non decalcificate che dimostrano la presenza e differenziazione di cellule osteoblastiche a contatto con le superfici della matrice biomimetica (frecce blu); B, C: Capillare morfogenetico come sorgente continua di cellule staminali paravascolari (frecce magenta) che migrano dal compartimento cellulare paravascolare al compartimento cellulare differenziativo sulla superficie della matrice biomimetica macroporosa (frecce blu) impiantata nel muscolo retto addominale di Papio ursinus. Fig. 3 - Bioreattori prefabbricati in vitro con blocchetti di Interpore 500 µm coltivati con linee cellulari di fibroblasti NIH3T3 e pre-osteoblasti MC3T3-EI. Le cellule crescono e si differenziano con orientazione bipolare, caratteristica dell’osteoblasta nelle concavità del substrato biomimetico. Fig. 4 - Lembo vasculo-muscolo-cutaneo di bioreattore costruito con blocchi macroporosi Interpore (A) ricostituita con proteina ricombinante umana OP-1. A: Inserzione dei blocchi nel muscolo del torace del paziente. B: Scintigrafia toracica che dimostra attività osteogenica nella mandibola neoformata e prefabbricata nell’umano. C, D, E, F: lembo mio-vascolarizzato con l’impianto prefabbricato inserito nel difetto mandibolare (Heliotis et al. 2006).