Dental Tribune Italy

Cellule staminali in odontoiatria implantare

By André Antonio Pelegrine
February 11, 2014

Il corpo umano contiene oltre 200 differenti tipi di cellule, organizzati in tessuti e organi che svolgono tutte le attività necessarie a mantenere la vitalità del sistema, inclusa la riproduzione. In tessuti adulti sani, il numero di cellule presenti è il risultato di un delicato equilibrio tra cellule di proliferazione, differenziamento e cellule morte.

A seguito di un danno tissutale, ad esempio, le cellule di proliferazione iniziano a riparare i danni. Per raggiungere questo obiettivo, cellule quiescenti (cellule dormienti) nel tessuto diventano proliferative, o cellule staminali vengono attivate e si differenziano nel tipo di cellula appropriato necessario a riparare la parte danneggiata di tessuto.
La ricerca sulle cellule staminali cerca di comprendere come avviene la conservazione e riparazione dei tessuti in età adulta e il processo di derivazione di un notevole numero di tipi cellulari a partire da embrioni umani.
Da tempo è stato osservato che i tessuti si possono differenziare in un’ampia varietà di cellule, e nel caso di sangue, pelle e rivestimento gastrico il differenziamento dà origine a cellule che possiedono una breve emivita e sono incapaci di autorinnovarsi. Questo ha portato all’idea che alcuni tessuti possono essere conservati dalle cellule staminali, definite come cellule con un’enorme capacità di rinnovarsi (autoreplicazione), di generare cellule figlie insieme alla capacità differenziativa. Tali cellule, conosciute anche come cellule staminali adulte, produrranno soltanto quelle linee cellulari adeguate per il tessuto in cui risiedono (Fig. 1).

Le cellule staminali non solo possono essere isolate sia da tessuti adulti che da cellule embrionali, ma possono anche essere messe in coltura come cellule indifferenziate. Le cellule staminali embrionali hanno la capacità di produrre tutte le linee differenziate delle cellule di un adulto.
La loro potenza può dunque essere estesa oltre la convenzionale linea del mesoderma e includere la differenziazione in fegato, reni, muscoli, pelle, cellule cardiache e nervose (Fig. 2).

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Il riconoscimento della potenza delle cellule staminali ha dato via a una nuova era nel campo della medicina: l’età della medicina rigenerativa. Essa ha permesso di considerare la rigenerazione dei tessuti danneggiati o di un organo che altrimenti andrebbero persi. Poiché l’utilizzo di cellule staminali embrionali solleva per ovvie ragioni questioni etiche, la maggior parte degli studi scientifici si concentra sulle possibili applicazioni di cellule staminali adulte. Le cellule staminali adulte non vengono ritenute versatili come le cellule staminali embrionali, dal momento che sono considerate in gran parte multipotenti, cioè, in grado di dare origine a un solo determinato tipo specifico di cellule/tessuti, mentre le cellule staminali embrionali possono differenziarsi in qualsiasi tipo di cellule/tessuti. I progressi nella ricerca scientifica hanno stabilito che alcuni tessuti hanno maggiori difficoltà a rigenerarsi, quali per esempio il tessuto nervoso, laddove invece ossa e sangue, ad esempio, sono considerati più adatti per una terapia con cellule staminali.
In odontoiatria, la polpa da denti primari è stata studiata in modo accurato come una potenziale fonte di cellule staminali con risultati promettenti. Tuttavia, la rigenerazione di un intero dente, nota come terza dentizione, è un processo molto complesso che, nonostante alcuni risultati promettenti ottenuti con gli animali, resta molto lontano da un’applicabilità clinica. L'opposto è stato invece osservato nella zona di rigenerazione mandibolare, dove c'è un livello di evidenza scientifica per quanto riguarda le sue applicazioni cliniche. Attualmente, cellule staminali adulte sono state raccolte da midollo osseo e grasso, tra gli altri tessuti.

 

Il midollo osseo è ematopoietico, cioè capace di produrre tutte le cellule del sangue. Dal 1950, quando il premio Nobel Edward Donnall Thomas ha dimostrato la fattibilità dei trapianti di midollo osseo in pazienti con leucemia, molte vite sono state salvate utilizzando questo approccio per diverse malattie immunologiche ed ematopoietiche. Tuttavia, il midollo osseo contiene non solo numerose cellule staminali ematopoietiche (che danno origine a globuli rossi e bianchi, o alle piastrine, per esempio), ma è anche sede di cellule staminali mesenchimali (che diventeranno ossa, muscoli e tessuti grassi, ad esempio; Fig. 3).
La raccolta di midollo osseo viene effettuata in anestesia locale utilizzando un ago aspirato attraverso l’osso iliaco (pelvico).
A parte il fatto di richiedere un medico competente per eseguire tale procedimento, non è considerata come una procedura invasiva o eccessivamente complessa. Non viene neanche associata ad alti livelli di disagio intra o post-operatorio (Figg. 4a e 4b).
La ricostruzione ossea è una sfida in odontoiatria (come in ortopedia e oncologia) per la riparazione di difetti ossei causati da traumi, infezioni, tumori o estrazioni dentarie richiedenti innesto osseo. La mancanza di osso nella bocca può impedire il posizionamento di impianti dentali, così da influenzare negativamente la qualità di vita dei pazienti.
Per rimediare alla scarsità ossea, l’innesto osseo viene convenzionalmente preso dalla regione del mento o dall’angolo mandibolare.
Se la quantità richiesta è troppo grande, può essere utilizzato osso preso da cranio, gambe o bacino. A differenza del processo per la raccolta di midollo osseo, la procedura necessaria per ottenere grandi innesti ossei è spesso associata ad alti livelli di disagio e, a volte, a inevitabili sequele post-operatorie (Figg. 5a-5e).

I problemi legati all’innesto osseo hanno incoraggiato l’uso di sostituti ossei (materiali sintetici e ossa provenienti da donatori umani o bovini, per esempio). Tuttavia, tali materiali mostrano risultati di qualità inferiore rispetto agli innesti ossei autologhi (provenienti dal paziente stesso), dal momento che sono privi di proteine autologhe. Pertanto, in caso di difetti ossei critici, cioè quelli che richiedono una terapia specifica per il recupero del loro profilo originale, sta guadagnando sempre più terreno una procedura di trattamento più moderna, una nuova idea per evitare l’innesto autologo, che prevede l’uso ridotto di materiale osseo combinato con cellule staminali dello stesso paziente.
Di conseguenza, a scapito dell’innesto osseo tradizionale (con tutti i problemi correlati), questo nuovo metodo di combinare le cellule staminali con materiali mineralizzati utilizza un innesto praticabile con cellule prese dal paziente stesso, senza la necessità di un prelievo osseo chirurgico. Fino a poco tempo fa, nessuno studio aveva mai confrontato i diversi metodi disponibili per l’utilizzo di cellule staminali di midollo per la ricostruzione ossea. Nei paragrafi seguenti, riassumerò uno studio condotto dal nostro gruppo di ricerca, che ha comportato la creazione di difetti ossei critici nei conigli e successivamente l’applicazione di tutti e quattro i metodi principali di procedure con cellule staminali utilizzati universalmente, al fine di confrontarne l’efficacia in termini di guarigione ossea1:
_ midollo osseo fresco (senza alcun tipo di trasformazione);
_ concentrato di cellule staminali di midollo osseo;
_ coltura di cellule staminali di midollo osseo;
_ coltura di cellule staminali del tessuto adiposo (Figg. 6, 7).

In un quinto gruppo di animali, è stato utilizzato un metodo di terapia cellulare (gruppo di controllo). I migliori risultati a livello di rigenerazione ossea sono stati riscontrati nei gruppi in cui sono stati usati un concentrato di cellule staminali di midollo osseo e una cultura di cellule staminali di midollo osseo; il gruppo di controllo ha mostrato i risultati peggiori.
Di conseguenza, si è dedotto che le cellule staminali del midollo osseo sarebbero più adatte rispetto a quelle del tessuto adiposo per la ricostruzione ossea, e che un semplice procedimento per un concentrato di cellule staminali (che richiede alcune ore) permetterebbe di ottenere risultati simili a quelli ottenuti utilizzando complesse procedure di coltura cellulare (che richiedono in media 3-4 settimane, Figg. 8a, 8b).
Studi simili condotti sull’uomo hanno confermato che le cellule staminali del midollo osseo migliorino la riparazione di difetti ossei causati da traumi, estrazioni dentali o tumori.
Le immagini istologiche seguenti illustrano la quantità di materiale osseo risparmiato in combinazione con le cellule staminali per la ricostruzione ossea (Fig. 9). È evidente che il livello di tessuto mineralizzato sia significativamente più elevato nelle zone in cui sono state applicate le cellule staminali (Figg. 10a, 10b).
Evidentemente, anche se le tecniche effettuate con le cellule staminali del midollo per la ricostruzione ossea sono ormai di routine per l’uso clinico, si deve comunque usare molta cautela prima di effettuare una tale procedura.
Questo metodo, infatti, richiede un team chirurgico e di laboratorio adeguatamente formato, nonché la disponibilità di risorse necessarie (Figg. 11a-11h, prese durante la manipolazione in laboratorio di cellule staminali di midollo presso la scuola odontoiatrica São Leopoldo Mandic in Brasile).

Bibliografia
1. André Antonio Pelegrine, Antonio Carlos Aloise, Allan Zimmermann et al., “Repair of critical-size bone defects using bone marrow stromal cells: A histomorphometric study in rabbit calvaria. Part I: Use of fresh bone marrow or bone marrow mononuclear fraction”, Clinical Oral Implants Research, 00 (2013):1-6.
2. André Antonio Pelegrine, Antonio Carlos Aloise & Carlos Eduardo Sorgi da Costa, Células Tronco em Implantodontia (São Paulo: Napoleão, 2013).

L'articolo è stato pubblicato sul numero 1 di Implants Italy 2014

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