Cartilagine

La cartilagine è un tessuto connettivo forte e flessibile che protegge le articolazioni e le ossa agendo come un ammortizzatore in tutto il corpo. Fornisce un meccanismo per l’assorbimento degli urti, funge da superficie di scorrimento per le articolazioni e svolge un ruolo nello sviluppo e nella crescita delle ossa.

La cartilagine è costituita da cellule specializzate chiamate condrociti che producono grandi quantità di matrice extracellulare composta da fibre di collagene, proteoglicani e fibre di elastina ed è un esempio di tessuto formato prevalentemente da matrice extracellulare. Tra i glicosamminoglicani che una o più catene laterali dei proteoglicani vi sono il cheratan solfato, il condroitin-6-solfato, il condroitin-4-solfato, il dermatan solfato e l’acido ialuronico.

Qualsiasi lesione o danno alla cartilagine articolare provoca la degenerazione dell’articolazione che alla fine progredisce fino allo sviluppo di una condizione clinica chiamata osteoartrite, disturbo articolare diffuso, che colpisce una larga percentuale della popolazione anziana ed è caratterizzato da una degenerazione dolorosa e progressiva dell’intero tessuto articolare, tra cui la cartilagine articolare, la sinovia, i legamenti e l’osso subcondrale.

Esistono tre tipi, ognuno dei quali soddisfa esigenze funzionali diverse ovvero ialina, elastica e la fibrocartilagine.

Cartilagine ialina

È il tipo più comune ed è un tessuto altamente specializzato che consente lo scorrimento regolare delle superfici articolari con un basso coefficiente di attrito, pur essendo sufficientemente resistente da supportare carichi ripetuti.

Si sviluppa dalle cellule mesenchimali ovvero le cellule staminali presenti nel midollo osseo e non contiene vasi sanguigni o nervi, quindi è una struttura molto semplice che ottiene i suoi nutrienti tramite diffusione dei composti attraverso la membrana sinoviale dai tessuti circostanti.

Sebbene la cartilagine ialina sia quasi dura e densa come un osso al tatto, è significativamente più flessibile dell’osso a causa del materiale di base denso e gelatinoso e dei sottili filamenti di collagene nella sua matrice extracellulare.

I principali tipi di cellule presenti sono i condroblasti e i condrociti. I condroblasti si trovano attorno al perimetro della cartilagine ialina e secernono attivamente carboidrati e proteine ​​che induriscono la sostanza di base gelatinosa e proteine ​​che si assemblano in una rete di fibre di collagene estremamente sottili. I condrociti (cellule cartilaginee mature) si trovano centralmente all’interno. I condrociti si trovano in uno spazio minuscolo noto come lacuna dove continuano a secernere sostanze che supportano e mantengono una matrice cartilaginea sana.

La matrice densa  costituita prevalentemente da collagene di tipo II e proteoglicani fornisce un supporto rigido ma leggermente flessibile a strutture che possono essere vulnerabili agli impatti e devono flettersi leggermente per evitare danni o che devono essere dure ma in qualche modo flessibili per funzionare correttamente.

I punti del corpo umano che corrispondono a questa descrizione sono le grandi cartilagini superficiali della laringe, i supporti cartilaginei della trachea e dei bronchi e le cartilagini costali che collegano le costole allo sterno. La cartilagine ialina forma anche uno strato di imbottitura con una superficie liscia a basso attrito sulle estremità delle ossa dove si incontrano nelle articolazioni mobili. Questo sottile strato di cartilagine sulle estremità delle ossa è tecnicamente noto come cartilagine articolare.

Cartilagine elastica

È un tessuto cartilagineo strutturale per parti del corpo non portanti, come orecchie, naso, tromba di Eustachio ed epiglottide che in genere non subisce carichi meccanici elevati per periodi di tempo prolungati ed è tra i tre tipi l’unico che contiene elastina che esiste come fibra altamente ramificata.

Deriva il suo nome dall’elevata quantità di flessibilità presente nel tessuto dovuta al contenuto di elastina, ma si sviluppa nel feto da un precursore di quella ialina. All’interno dell’orecchio esterno, fornisce la base scheletrica del padiglione auricolare e si trova nelle pareti della parte mediale del canale uditivo

I condrociti sono situati tra una rete di fibre elastiche filiformi e l’abbondanza di fibre elastiche la rende flessibile e resiliente. Le fibre elastiche all’interno della matrice extracellulare sono responsabili della caratteristica elasticità. Composte da proteine ​​di elastina e fibrillina, possono allungarsi e ritrarsi, consentendo di tornare alla sua forma originale dopo la deformazione. Le fibre di collagene, d’altro canto, forniscono resistenza e supporto strutturale e sono presenti in tutti i tipi di cartilagine, inclusa quella elastica.

Fibrocartilagine

Può essere classificata in quattro diversi tipi:
intra-articolare presente nelle articolazioni dove la flessione e l’estensione sono associate allo scorrimento e agiscono come cuscinetti di spinta e aiutano a prevenire l’instabilità delle articolazioni;
di collegamento presente nelle articolazioni a movimento limitato,  come i dischi intervertebrali che agisce come un cuscino per distribuire le sollecitazioni;
stratiforme sotto forma di uno strato sottile sopra l’osso dove i tendini  possono scivolare), aiutando a ridurre al minimo l’attrito tra osso e tendine;
circonferenziale presente sotto forma di un anello senza centro per proteggere i margini articolari e migliorare l’adattamento osseo.

Rigenerazione e riparazione

La cartilagine danneggiata da un trauma ha una capacità limitata di rigenerarsi. Le lesioni della cartilagine articolare rappresentano quindi una sfida clinica significativa in campo ortopedico. L’elevata prevalenza di lesioni e la mancanza di capacità intrinseca di guarigione dei tessuti lasciano una popolazione relativamente giovane e sana sulla strada dell’osteoartrite degenerativa senza un adeguato intervento.

Gli approcci chirurgici possono essere suddivisi in tre categorie: stimolazione del midollo osseo, autoinnesti e alloinnesti e terapie basate sulle cellule.

Le procedure artroscopiche utilizzate per molti anni rivelano la presenza di lesioni condrali in oltre il 60% dei pazienti. L’intervento artroscopico più comune per le lesioni condrali è la condroplastica, o rimozione dei pezzi di questa forma specializzata di tessuto connettivo allentati.

Tuttavia se da un lato questo fornisce un sollievo sintomatico a breve termine, la cartilagine rimanente è più suscettibile all’usura e alla degenerazione accelerata.  La rigenerazione è una procedura innovativa per sostituire la cartilagine danneggiata o usurata nel ginocchio.

La procedura, chiamata impianto di condrociti autologhi, preleva cellule cartilaginee sane dal ginocchio danneggiato, le coltiva in laboratorio in una matrice di collagene per quattro o sei settimane e poi inietta le nuove cellule nell’articolazione danneggiata per la rigenerazione con la cartilagine circostante.

L’ingegneria tissutale nella riparazione di questa forma specializzata di tessuto connettivo può essere suddivisa in due categorie, approcci dipendenti e indipendenti da scaffold. Scaffold si riferisce a una varietà di biomateriali sintetici o naturali che costruiscono un ambiente adatto per la distribuzione cellulare, le interazioni cellula-matrice e cellula-cellula.

Gli scaffold possono essere realizzati con un’ampia gamma di materiali tra cui poliglicolidi, polilattidi, seta e matrice derivata da cartilagine decellularizzata. Gli scaffold a base di idrogel stanno diventando una delle strategie di trattamento più diffuse nella riparazione dei difetti della cartilagine. Gli idrogel iniettabili possono formare forme irregolari che riempiono meglio i difetti della cartilagine

Più di recente, i termogel iniettabili stati impiegati per riparare i difetti di questa forma specializzata di tessuto connettivo. Un termogel di copolimero triblocco (PLGA-PEG-PLGA) si dissolve in acqua a basse temperature, ma gelifica spontaneamente a temperature corporee.

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