Implant Tribune Italian Edition

Anno V n. 4 - Novembre 2011Italian Edition 29speciale regeneration IT pagina 28 sonocapacidiindurreossoencon- drale nel mammifero (Sampath et al. 1993). La Natura ha voluto mettere in atto un piano creato- re bellissimo; invece di creare e sagomare nuovi prodotti genici capaci di preparare l’emergen- za dei vertebrati e quindi dello scheletro, ha optato per qualcosa di differente, più evolutivo e più parsimonioso, certamente biolo- gicamente perfetto. La Natura parsimoniosa già costruì l’emer- genza dei vertebrati un miliardo di anni fa perché aveva creato morfogeni omologhi alle protei- ne morfogenetiche ossee (BMPs/ OPs), e infatti dpp e 60A prodotti genici del moscerino della frut- ta – che non hanno né osso né scheletro – inducono la forma- zione di nuovo osso encondrale nel mammifero, in roditori con scheletro. Di certo questo è uno dei tratti più salienti di questi ultimi anni di ricerca di biologia molecolare, che dimostra come il piano costruttore del vertebrato e del mammifero fosse già stato costruito da almeno un miliar- do di anni (Sampath et al. 1993; Ripamonti 2006). Nella nostra meravigliosa cavalcata nel regno dell’induzio- ne e morfogenesi abbiamo avuto il privilegio di scoprire e dimo- strare come il disegno geometri- co dell’impianto macroporoso sia assolutamente fondamentale per l’induzione ossea. “By serendipity again” ebbi il privilegio di sco- prire come la forma geometrica vincente sia la concavità (Figg. 2, 3, 5). Non solo, nella nostra cavalcata negli aspetti morfolo- gici di guarigione e rigenerazio- ne tissutale, scoprii anche nuovi morfogeni capaci di indurre la formazione dell’osso; altre protei- ne della superfamiglia dei fattori trasformanti di crescita-b (tran- sforming growth factor-b/TGF- b) sono capaci di indurre osso in tessuti eterotopici, cioè, dove non c’è osso, ma solo nei primati. Que- sta scoperta tolse la prerogativa unica dell’induzione ossea con- ferita alle proteine morfogeneti- che ossee – bone morphogenetic/ osteogenic proteins (BMPs/OPs). LeBMPs/OPs,sinoal1997,sicre- devano essere le uniche proteine capaci di indurre osso eterotopi- co nel sottocute o nel muscolo in animalidaesperimento,dovenon c’è osso (Ripamonti et al. 1997). È importante e opportuno ora definire cosa si intende per pro- teina, o fattore o matrice osteo- induttiva. Il test critico e unico scienti- camente valido per identificare e definirla come osteinduttiva, cioè capace di indurre osso di per sè, è l’impianto di tale proteina o matrice in sedi eterotopiche, dove non c’è osso (Urist 1965; Reddi and Huggins 1972; Ripamonti et al. 2008). L’impianto eterotopico evita l’ambiguità delle sedi ossee scheletriche, dove l’osso si può formare attraverso i fenomeni che chiamiamo di osteoconduzio- ne, parola che chiaramente indi- ca un processo per cui nuovo osso si forma a partire dalle superfici vitali di un difetto osseo pre- parato chirurgicamente. L’osso quindi si forma da quello tagliato e quello nuovo cresce per condu- zione solo quando una matrice osteoconduttiva è stata inseri- ta a contatto con osso vitale. La matrice conduttiva è una matrice quindi osteofilica, che favorisce la crescita di nuovo osso a parti- re da una ferita chirurgica ossea; la matrice osteoconduttiva non è induttiva però; la sua funzione risiede nella capacità di guidare e dirigere la crescita ossea all’inter- faccia della matrice macroporosa osteoconduttiva con l’osso vitale; per contro, una matrice o protei- na osteoinduttiva è una struttu- ra con capacità unica di indurre nuovo osso dove non c’è (Urist 1965; Reddi and Huggins 1972; Ripamonti and Duneas 1996; Ripamonti 2006; Ripamonti et al. 2008). Abbiamo quindi definito il “bioassay” per identificare pro- teine e/o matrici osteinduttive come definite da Urist (1965) e Reddi and Huggins (Reddi and Huggins 1972); questo bioassay nel tessuto sottocutaneo del rodi- tore (Reddi and Huggins 1972) è stato poi adattato nel muscolo retto addominale per studiare l’induzione ossea iniziata da varie proteine e matrici intrinsicamen- te osteoinduttive nel primate non umano Papio ursinus (Ripamon- ti 1991; Ripamonti et al. 2001; Ripamonti 2004; Ripamonti 2006; Ripamonti 2009). Usando questo bioassay nel muscolo retto addominale di Papio ursinus, abbiamo pubbli- cato in rapida successione articoli importanti riguardo all’induzio- ne di osso encondrale da parte dei fattori trasformanti di cre- scita-b, fattore trasformante di crescita-b1, che per la prima volta fu definito induttivo (Ripamonti et al. 1997), fattore trasforman- te di crescita-b2 (Ripamonti et al. 2000), fattore trasformante di crescita-b3 (Ripamonti et al. 2008) e poi ancora fattore trasfor- mante di crescita-b2 (Ripamon- ti and Roden 2010). Di grande interesse clinico per ricostruzioni ossee nel paziente umano, i fatto- ri trasformanti di crescita TGF- b1, -b2 e -b3 non sono induttivi in nessuna specie animale se non il primate (Ripamonti et al. 1997; Ripamonti et al. 2009). Abbia- mo poi scoperto che l’attività del fattore transformante TGF-b3 è una attività induttiva potente e rapida, con la genesi di grandi ossicoli creati nel muscolo retto addominale di Papio ursinus, ma non solo, una capacità induttiva strabiliante nel rigenerare difetti mandibolari a tutto spessore nel primatePapioursinusconrestitu- tio ad integrum dopo soli 30 gior- ni dalla osteotomie mandibolari (Ripamonti 2006: The Marshall Urist Awarded Lecture). IT pagina 30 Fig. 5 - Induzione ossea geometrica spontanea da parte di una serie ripetitiva di concavità della matrice biomimetica Interpore 500 µm. Tessuti operatori preparati da Barbara Van den Heever tagliati a 4 µm nel 1988 (Ripamonti 1990; Ripamonti 1991). A: Le frecce (frecce blu) indicano la formazione di osso nelle concavità della matrice; B: osso neoformato (freccia blu) in una concavità di Interpore granulare; da notare come l’osso neoformato sia sempre a contatto con capillari che penetrano le concavità della matrice biomimetica. C: Frecce blu dimostrano come l’osso neoformato si formi sempre nelle concavità della matrice biomimetica del corallo Goniopora anche se inserito nel muscolo retto addominale del primate Papio ursinus. Fig. 6 - Induzione e morfogenesi come ricapitolazione di eventi differenziativi che controllano lo sviluppo embrionale. A, B: Immagini digitali dell’arto superiore di embrione (A) e feto (B) umano con sviluppo encondrale del radio (R) e ulna (U). Nel mammifero e nell’uomo, l’osso si forma con la differenziazione di struttura cartilaginea chiamata cartilagine anlage (frecce blu in A); durante lo sviluppo embrionale e fetale (B) la cartilagine anlage (freccia magenta) si differenzia in cartilagine ipertrofica a cui segue la penetrazione vascolare (freccia blu in B); la penetrazione vascolare nella cartilagine anlage è responsabile della condrolisi, o morte della cartilagine; a questo evento di condrolisi segue poi la differenziazione di osteoblasti che iniziano a secernere osso neoformato; è importante notare quindi che la cartilagine, la struttura anlage non è trasformata in osso ma in tessuto fibrovascolare che sarà poi il midollo osseo dell’osso neoformato. C, D, E: Induzione di cartilagine dopo l’impianto di matrice collagenica con frazioni osteogeniche altamente purificate da estratti di matrici ossee del primate Papio ursinus. D, E: Invasione vascolare (freccia blu) e migrazione e traffico di cellule staminali nel compartimento osteoblastico a contatto con la matrice collagenica; F, G, H, I: Immagini digitali che dimostrano la relazione unica, squisita e intima tra i capillari penetranti la matrice neoformata (frecce blu). Da notare la relazione intima tra le cellule endoteliali che sembrano come toccare, certamente molecolarmente parlare, con le cellule osteoblastiche (frecce magenta) che hanno differenziato sulla matrice collagenica impiantata nella sottocute del roditore (Ripamonti et al. 1992).