L’osso come un neonato. Così nasce e si sviluppa all’interno della cellula madre

Lo studio

L’osso come un neonato. Così nasce e si sviluppa all’interno della cellula madre

bone.jpg

La scoperta potrebbe avere ricadute enormi nel campo della bioingegneria medica e della medicina rigenerativa.  
di redazione

È po’ come per un bambino: nasce e cresce nel grembo materno fino ad acquisire tutte le caratteristiche che lo renderanno idoneo alla vita per poi completare il suo sviluppo nel mondo esterno. 

Allo stesso modo l’osso: i primi “granelli” nascono dentro le cellule e già dopo dieci giorni hanno una composizione chimica e strutturale pressoché identica a quella dell’osso pienamente formato.

È questa scoperta compiuta da ricercatori dell’Università di Bologna che sovverte quanto fino a oggi si era pensato sull’origine delle ossa, cioè che il processo di formazione dell’osso avverrebbe esternamente alla cellula staminale deputata alla sua produzione e non al suo interno. 

La scoperta, pubblicata sulla rivista ACS Central Science, sembra un dettaglio da poco; in realtà potrebbe avere ricadute enormi nel campo della bioingegneria medica e della medicina rigenerativa.  

Il mistero della nascita

Il tessuto osseo è in gran parte composto da un minerale a base di calcio chiamato idrossiapatite che si forma durante la biomineralizzazione, il processo che permette ai sistemi viventi di creare strutture di cristalli minerali. Questo processo è costante nel corso di tutta la vita e permette non solo la formazione ma anche la riparazione e la ridefinizione delle nostre ossa.

Fino a oggi, gran parte degli studi dedicati alla biomineralizzazione si era concentrata sulle fasi intermedie e sulle fasi finali della formazione dell’osso, lasciando aperti molti interrogativi su come e soprattutto dove iniziano a nascere i primi “granelli” ossei.

Un’esame prenatale su scala atomica

Per cercare risposte a queste domande, i ricercatori sono partiti dalle cellule staminali mesenchimali: particolari cellule presenti soprattutto nel midollo osseo che sono in grado di generare diverse tipologie specializzate di cellule che compongono il tessuto scheletrico. L’obiettivo era stimolare le cellule staminali in modo da indurre il differenziamento in cellule specializzate nella formazione del tessuto osseo - gli osteoblasti – e osservare quindi dal principio il processo di biomineralizzazione. 

Riuscire però a visualizzare un fenomeno simile con un livello di dettaglio adeguato non è affatto semplice. 

«Abbiamo utilizzato raggi X generati da luce di sincrotrone, una tecnologia d’avanguardia che permette di realizzare osservazioni ad altissima risoluzione», dice Emil Malucelli, ricercatore dell’Università di Bologna, tra gli autori dello studio. «Sfruttando questo strumento e integrando i risultati ottenuti con altri approcci analitici, siamo riusciti a realizzare un’indagine su scala atomica del fenomeno, guardando cosa succede sia all’interno di ogni singola cellula sia nell’ambiente extracellulare».

L’“embrione” osseo 

I ricercatori hanno quindi indotto le cellule staminali a generare osteoblasti osservando da vicinissimo le diverse fasi del processo. Già dopo quattro giorni è arrivata la prima sorpresa: all’interno delle cellule sono stati individuati nuclei minerali. Una scoperta che smentisce l’ipotesi fatta fino ad oggi secondo cui la biomineralizzazione avverrebbe nell’ambiente esterno alle cellule. E che è stata confermata anche da una seconda osservazione fatta dopo dieci giorni: alcuni nuclei minerali si trovavano a questo punto nell’ambiente extracellulare, ma altri restavano ancora all’interno delle cellule.

«Grazie a queste osservazioni abbiamo potuto dimostrare che i primi nuclei di germinazione dell’osso originano all’interno della cellula, prima ancora che questa si sia completamente differenziata in osteoblasto», conferma Malucelli. «E dopo dieci giorni, la composizione chimica e strutturale di questi primi granelli di osso primigenio è già pressoché identica a quella dell’osso maturo pienamente formato». Inoltre, aggiunge il ricercatore, «all’interno di questi primi nuclei minerali abbiamo individuato calcio, fosforo ma anche zinco: un elemento che fino ad ora non era stato osservato, ma che gioca invece un ruolo molto importante nel processo di cristallizzazione della idrossiapatite».