Rigenerazione

Rigenerazione

Viene definita rigenerazione la capacità di molti organismi di ricostruire o riparare parti perdute o danneggiate. Alcune specie sono in grado di ricostruire l'intero organismo anche a partire da frammenti originatisi in seguito a trauma. La capacità di rigenerazione, generalmente, tende a ridursi, sia fra gli animali sia fra i vegetali, via via che si sale la scala evolutiva; i vegetali peraltro mostrano una maggiore facilità nella rigenerazione (basti pensare alla talea). In biologia animale vengono distinte una rigenerazione riparativa, vale a dire la ricostruzione di tessuti od organi dopo un evento traumatico, e una rigenerazione fisiologica che si verifica, per es., nei fenomeni di muta. È possibile inoltre distinguere: la morfallassi, nella quale da un frammento di un individuo se ne riforma un altro per intero; l'epimorfosi, che consiste nella ricostituzione di intere parti perdute (come nell'organogenesi); la rigenerazione tessutale, con la quale viene ristabilita in modo perfetto la continuità dei tessuti; la riparazione, in cui si ha la formazione di tessuto connettivo che maturerà in tessuto cicatriziale.

1. Rigenerazione negli eucarioti unicellulari, morfallassi ed epimorfosi

I processi di rigenerazione negli eucarioti unicellulari evidenziano il ruolo del nucleo cellulare. Infatti in molte specie di Protozoi, quando un individuo viene tagliato in frammenti, quello contenente il nucleo è in grado di rigenerare un intero individuo, mentre gli altri degenerano. La funzione del nucleo in questo processo è stata studiata particolarmente nell'alga unicellulare Acetabularia, che è composta di tre parti: un ombrello, un gambo e un rizoide che la ancora al substrato e contiene il nucleo. Se Acetabularia viene divisa in più parti, solo il frammento composto dal rizoide rigenera completamente, mentre la parte apicale del gambo forma solo l'ombrello. Questo esperimento, condotto nel 1934, fece ipotizzare al biologo danese J. Hammerling, quasi 30 anni prima della scoperta dell'RNA, che le informazioni utili per formare l'ombrello, provenienti dal nucleo, fossero immagazzinate all'apice dello stelo. Nelle planarie (Platelminti), nelle idre (Celenterati), nelle stelle di mare (Echinodermi) e nei lombrichi (Anellidi) è particolarmente frequente la morfallassi, per la quale le cellule di un frammento si riorganizzano in un nuovo individuo, che successivamente si accresce raggiungendo le sue dimensioni tipiche. Questo processo è reso possibile dalla presenza di un tipo cellulare molto malleabile che preesiste nell'adulto e può venire rispecificato. Un classico esempio di morfallassi è fornito da Hydra, nella quale si distinguono due estremità, una prossimale, il disco basale, che fissa l'organismo al substrato, e una distale, l'ipostoma, costituita da una bocca circondata da tentacoli: se Hydra viene tagliata in numerosi pezzi perpendicolarmente all'asse del corpo, ciascun pezzo rigenera alle estremità sia il disco basale sia l'ipostoma, ma l'ipostoma si formerà solo nella porzione di frammento che nell'animale intatto guardava verso l'estremità distale. Inoltre, trapiantando in una data regione di un'idra ospite anelli di tessuto prelevati a diverse altezze, si osserverà che più l'anello trapiantato era originariamente vicino all'ipostoma, maggiore è la frequenza di trapianti che danno origine a ipostomi. Ciò sta a significare che sono presenti gradienti che partono dai due poli e che un fattore responsabile della formazione dell'ipostoma è via via più concentrato verso l'estremità distale. Anche nella planaria, per es. Dugesia, si osserva che la superficie del frammento rivolta verso il capo formerà il capo e la superficie rivolta verso la coda la coda, indicando così la presenza di un gradiente che indirizza la formazione delle diverse parti. Inoltre, se il frammento è molto piccolo, esso darà luogo a due teste alle due estremità, probabilmente perché il gradiente anteroposteriore non è sufficientemente delineato. La rigenerazione è dovuta ad alcune cellule relativamente indifferenziate, i neoblasti, che migrano verso la superficie del frammento differenziandosi in nuove strutture. In senso lato, la morfallassi che avviene in seguito a un evento traumatico potrebbe essere considerata una forma di riproduzione asessuata (frammentazione), permane però la perplessità relativa al fatto che essa è conseguenza di un evento esterno. A differenza della morfallassi, l'epimorfosi è caratterizzata dalla formazione del blastema, una massa di cellule muscolari o connettivali che perdono il loro differenziamento formando un gruppo di cellule totipotenti al di sotto del neoformato tessuto epiteliale. La rigenerazione degli arti negli Anfibi è uno dei modelli di epimorfosi più studiati, in quanto tale sistema è in grado di mostrare come, in seguito a un'amputazione, le cellule rimanenti non solo siano in grado di ricostituire l'arto perduto, ma ricordino anche la loro posizione. Infatti non viene mai rigenerata una struttura completa nel posto sbagliato: per es., se l'amputazione viene effettuata a livello del gomito, la rigenerazione darà origine a un nuovo gomito e non, per errore, a un polso. Immediatamente dopo l'amputazione si forma il 'cappuccio ectodermico apicale', costituito da cellule epidermiche che migrano a ricoprire l'estremità del moncone. Al di sotto di esso inizia il processo di perdita di differenziamento delle cellule dell'osso, del muscolo e della cartilagine che diventano una massa di cellule indistinguibili e proliferanti, costituendo il blastema di rigenerazione. Tali cellule si differenziano nelle nuove strutture dell'arto senza ricordare la loro provenienza: il nuovo tessuto osseo o muscolare non deriva, infatti, dal blastema formatosi rispettivamente dal preesistente tessuto osseo o muscolare; bensì, una cellula muscolare che è andata a far parte del blastema può, in seguito al nuovo processo di differenziamento, far parte del tessuto osseo. Affinché avvenga la rigenerazione è comunque necessaria la presenza di una quantità minima di fibre nervose. La denervazione del moncone inibisce, infatti, la formazione del blastema proliferante e quindi l'attività mitotica.

Uno dei fattori neurotrofici che sembra essere fondamentale per l'attività del blastema è il fattore di crescita gliale (GGF, Glial growth factor) che viene a mancare in seguito alla denervazione; quando il GGF viene aggiunto al blastema denervato si ha la ripresa dell'attività mitotica. Il blastema non solo possiede l'informazione relativa a quali strutture dell'arto si debbano formare relativamente alla posizione lungo l'asse prossimale-distale, ma anche relativamente all'asse pollice-mignolo e dorso-palmo in accordo con gli assi del moncone. In tale modello, quindi, si ritrova nell'adulto non solo la plasticità tipica dell'embrione riguardo alla capacità del blastema di differenziarsi nuovamente, ma si rinnovano anche i meccanismi relativi allo sviluppo degli assi di crescita degli arti. In definitiva, si ritrovano proprietà tipiche dello sviluppo embrionale in individui adulti. Nel corso dell'epimorfosi si possono a volte verificare fenomeni definiti di iper-rigenerazione, come nel caso della lucertola, che quando perde la coda talvolta ne rigenera due, o di endomorfosi, cioè di un non perfetto ripristino della forma originale, oppure anche di eteromorfosi, in cui viene ricostituito qualcosa di totalmente diverso (per es. nel crostaceo Palaemon, se si asporta l'occhio si rigenererà un'antenna).

2. Rigenerazione e riparazione nell'uomo

Nell'uomo, come in tutti i Mammiferi, avvengono processi di rigenerazione tessutale che fanno parte di fenomeni tipici della rigenerazione fisiologica, cioè del normale rinnovamento dei tessuti. Così assistiamo, per es., al continuo rinnovamento delle cellule del sangue, degli strati superficiali dell'epidermide e, periodicamente, della mucosa uterina (endometrio) durante il ciclo mestruale. Mentre il processo di rigenerazione è legato al concetto di sostituzione di cellule morte con cellule dello stesso tipo, che riconduce il tessuto alle condizioni iniziali, il concetto di riparazione è legato a un evento traumatico o infiammatorio che, se particolarmente intenso, porta alla formazione di tessuto connettivo che sostituisce il tessuto morto per diventare tessuto cicatriziale. I processi di rigenerazione e riparazione spesso contribuiscono insieme alla guarigione, cioè al completo o parziale ripristino tanto della struttura quanto della funzione di un organo. Nel processo rigenerativo o riparativo il destino dell'area danneggiata, innescato dall'infiammazione provocata dalla lesione, dipende dall'intensità del trauma e dalla capacità proliferativa delle cellule poste intorno alla regione lesa. Le cellule perenni, che ne sono prive, sono sostituite in un processo chiamato organizzazione, grazie al quale il tessuto connettivo prende interamente il posto del tessuto morto prima della cicatrizzazione. Le cellule labili (o rinnovabili), che sono le protagoniste della rigenerazione fisiologica, possono invece ripopolare rapidamente le aree danneggiate. Posizione intermedia hanno le cellule stabili (o potenzialmente rinnovabili) che attuano la loro capacità di replicarsi sistematicamente in seguito a una lesione. La rigenerazione di un organo danneggiato, infine, dipende anche dall'integrità dello stroma di sostegno, requisito che permette la sostituzione ordinata delle cellule. La distruzione delle membrane basali genera la proliferazione casuale delle cellule epiteliali che formeranno strutture assai diverse da quella originaria e che convivranno con il processo di organizzazione. Un classico esempio di guarigione nella quale la rigenerazione e la riparazione si complementano è quella delle ferite della cute e del tessuto sottocutaneo. In questo caso osserviamo la rigenerazione dell'epidermide e la formazione di tessuto cicatriziale (v. cicatrizzazione). I neuroni del sistema nervoso centrale (cellule perenni) dopo la nascita non possono essere più sostituiti e i processi rigenerativi riguardano soltanto gli assoni (fibre). Il corpo delle cellule (pirenoforo) cui è stato leso l'assone inizia a produrre una notevole quantità di proteine a livello del reticolo endoplasmatico ruvido e si riduce la produzione di neurotrasmettitori. Nel sistema nervoso periferico, in cui il fenomeno della rigenerazione è molto più evidente rispetto a quello centrale, si osserva la degenerazione della porzione assonica a valle della lesione e la proliferazione delle cellule di Schwann con formazione di un fascio di neuriti dei quali uno o più prenderanno contatto con l'organo interessato. Gli epatociti, cellule stabili o potenzialmente rinnovabili, sono in grado di dare quello che in molti casi viene descritto come modello di risposta rigenerativa. L'attività rigenerante del fegato è nota da moltissimo tempo, tanto da vivere nel mito greco di Prometeo che, avendo rubato il segreto del fuoco, fu condannato ad avere ogni giorno il fegato divorato da un'aquila. Il fegato, che veniva rigenerato durante la notte, garantiva il nutrimento per l'aquila e perpetuava la tortura per Prometeo. Nel ratto si possono rinnovare fino a 2/3 del fegato e la risposta proliferativa riguarda il lobo residuo e non il tessuto residuo dei lobi sezionati. Pertanto, la rigenerazione innescata dall'epatectomia parziale non è associata direttamente al danno e alla conseguente risposta infiammatoria. La massa che il fegato rigenerante deve raggiungere è regolata in modo preciso in relazione alla massa corporea. Invece i processi di riparazione, che sono innescati da una continua esposizione a sostanze tossiche (tetracloruro di carbonio, alcol) o da fattori come l'epatite B, prevedono la formazione di tessuto connettivo che, se in eccesso, porta alla cirrosi.

bibliografia

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