Midollo osseo - Bone marrow
| midollo osseo | |
|---|---|
.jpg) Una sezione di tessuto del midollo osseo
( colorato con blu di Prussia) | |
| Particolari | |
| Sistema | Sistema ematopoietico Sistema immunitario Sistema linfatico |
| Identificatori | |
| latino | midollo osseo |
| Maglia | D001853 |
| TA98 | A13.1.01.001 |
| TA2 | 388 |
| FMA | 9608 |
| Terminologia anatomica | |
Il midollo osseo è un tessuto semisolido che si trova all'interno delle parti spugnose (anche note come spongiose) delle ossa . Negli uccelli e nei mammiferi, il midollo osseo è il sito principale di nuova produzione di cellule del sangue (o emopoiesi ). È composto da cellule ematopoietiche , tessuto adiposo del midollo e cellule stromali di supporto . Negli esseri umani adulti, il midollo osseo si trova principalmente nelle costole , nelle vertebre , nello sterno e nelle ossa del bacino . Il midollo osseo comprende circa il 5% della massa corporea totale negli esseri umani adulti sani, in modo tale che un uomo che pesa 73 kg (161 libbre) avrà circa 3,7 kg (8 libbre) di midollo osseo.
Il midollo umano produce circa 500 miliardi di cellule del sangue al giorno, che si uniscono alla circolazione sistemica tramite sinusoidi vascolari permeabili all'interno della cavità midollare . Tutti i tipi di cellule ematopoietiche, compresi i lignaggi mieloidi e linfoidi , vengono creati nel midollo osseo; tuttavia, le cellule linfoidi devono migrare verso altri organi linfoidi (es. timo ) per completare la maturazione.
I trapianti di midollo osseo possono essere condotti per trattare gravi malattie del midollo osseo, comprese alcune forme di cancro come la leucemia . Diversi tipi di cellule staminali sono legati al midollo osseo. Le cellule staminali ematopoietiche nel midollo osseo possono dare origine a cellule del lignaggio ematopoietico e le cellule staminali mesenchimali , che possono essere isolate dalla coltura primaria dello stroma del midollo osseo, possono dare origine a tessuto osseo , adiposo e cartilagineo .
Struttura
La composizione del midollo è dinamica, poiché la miscela di componenti cellulari e non cellulari (tessuto connettivo) cambia con l'età e in risposta a fattori sistemici. Nell'uomo, il midollo è colloquialmente caratterizzato come midollo "rosso" o "giallo" ( latino : medulla ossium rubra , latino : medulla ossium flava , rispettivamente) a seconda della prevalenza delle cellule ematopoietiche rispetto alle cellule adipose . Sebbene i meccanismi precisi alla base della regolazione del midollo non siano compresi, i cambiamenti compositivi si verificano secondo schemi stereotipati. Ad esempio, le ossa di un neonato contengono esclusivamente midollo "rosso" ematopoieticamente attivo e con l'età si verifica una progressiva conversione verso il midollo "giallo". Negli adulti, il midollo rosso si trova principalmente nello scheletro centrale , come il bacino , lo sterno , il cranio , le costole , le vertebre e le scapole , e si trova in modo variabile nelle estremità epifisarie prossimali delle ossa lunghe come il femore e l' omero . In circostanze di ipossia cronica, il corpo può riconvertire il midollo giallo in midollo rosso per aumentare la produzione di cellule del sangue.
Componenti emopoietiche
A livello cellulare, il principale componente funzionale del midollo osseo comprende le cellule progenitrici destinate a maturare in cellule ematiche e linfoidi. Il midollo umano produce circa 500 miliardi di cellule del sangue al giorno. Il midollo contiene cellule staminali ematopoietiche che danno origine alle tre classi di cellule del sangue che si trovano in circolazione: globuli bianchi (leucociti), globuli rossi (eritrociti) e piastrine (trombociti).
| Gruppo | Tipo di cella | Frazione media |
Gamma di riferimento |
|---|---|---|---|
|
Cellule mielopoietiche |
mieloblasti | 0.9 | 0,2–1,5 |
| Promielociti | 3,3% | 2.1–4.1 | |
| Mielociti neutrofili | 12,7% | 8.2–15,7 | |
| Mielociti eosinofili | 0,8% | 0.2–1.3 | |
| Metamielociti neutrofili | 15,9% | 9.6–24.6 | |
| Metamielociti eosinofili | 1,2% | 0,4–2,2 | |
| Cellule a banda neutrofila | 12,4% | 9,5–15,3 | |
| Cellule a banda eosinofila | 0,9% | 0,2–2,4 | |
| Neutrofili segmentati | 7,4% | 6.0–12.0 | |
| Eosinofili segmentati | 0,5% | 0.0–1.3 | |
| Basofili segmentati e mastociti | 0,1% | 0.0–0.2 | |
|
Cellule eritropoietiche |
pronormoblasti | 0,6% | 0.2–1.3 |
| normoblasti basofili | 1,4% | 0,5–2,4 | |
| normoblasti policromi | 21,6% | 17,9–29,2 | |
| normoblasto ortocromatico | 2,0% | 0,4–4,6 | |
| Altri tipi di cellule |
Megacariociti | < 0,1% | 0.0-0.4 |
| Cellule al plasma | 1,3% | 0.4-3.9 | |
| Cellule reticolari | 0,3% | 0.0-0.9 | |
| linfociti | 16,2% | 11.1-23.2 | |
| monociti | 0,3% | 0.0-0.8 |
Stroma
Lo stroma del midollo osseo comprende tutto il tessuto non direttamente coinvolto nella funzione primaria di emopoiesi del midollo . Le cellule stromali possono essere indirettamente coinvolte nell'emopoiesi, fornendo un microambiente che influenza la funzione e la differenziazione delle cellule ematopoietiche. Ad esempio, generano fattori stimolanti le colonie , che hanno un effetto significativo sull'emopoiesi . I tipi di cellule che costituiscono lo stroma del midollo osseo includono:
- fibroblasti ( tessuto connettivo reticolare )
- macrofagi , che contribuiscono soprattutto alla produzione di globuli rossi , poiché forniscono ferro per la produzione di emoglobina .
- adipociti (cellule adipose)
- osteoblasti (sintetizzare l'osso)
- osteoclasti (riassorbono l'osso)
- cellule endoteliali , che formano i sinusoidi . Questi derivano da cellule staminali endoteliali , presenti anche nel midollo osseo.
Funzione
Cellule staminali mesenchimali
Lo stroma del midollo osseo contiene cellule staminali mesenchimali (MSC), note anche come cellule stromali del midollo. Queste sono cellule staminali multipotenti che possono differenziarsi in una varietà di tipi di cellule. È stato dimostrato che le MSC si differenziano, in vitro o in vivo , in osteoblasti , condrociti , miociti , adipociti del midollo e cellule delle isole beta-pancreatiche .
Barriera del midollo osseo
I vasi sanguigni del midollo osseo costituiscono una barriera che impedisce alle cellule ematiche immature di lasciare il midollo. Solo le cellule ematiche mature contengono le proteine di membrana , come l' acquaporina e la glicoforina , necessarie per legarsi e far passare l' endotelio dei vasi sanguigni . Le cellule staminali ematopoietiche possono anche attraversare la barriera del midollo osseo e possono quindi essere raccolte dal sangue.
Ruolo linfatico
Il midollo osseo rosso è un elemento chiave del sistema linfatico , essendo uno degli organi linfoidi primari che generano linfociti da cellule progenitrici ematopoietiche immature . Il midollo osseo e il timo costituiscono i tessuti linfoidi primari coinvolti nella produzione e selezione precoce dei linfociti. Inoltre, il midollo osseo svolge una funzione valvolare per impedire il riflusso del fluido linfatico nel sistema linfatico.
compartimentazione
La compartimentazione biologica è evidente all'interno del midollo osseo, in quanto alcuni tipi di cellule tendono ad aggregarsi in aree specifiche. Ad esempio, eritrociti , macrofagi e loro precursori tendono a radunarsi intorno ai vasi sanguigni , mentre i granulociti si raccolgono ai bordi del midollo osseo.
come cibo
Il midollo osseo degli animali è stato utilizzato nella cucina di tutto il mondo per millenni, come il famoso Ossobuco milanese .
Significato clinico
Malattia
La normale architettura del midollo osseo può essere danneggiata o spostata da anemia aplastica , tumori maligni come il mieloma multiplo o infezioni come la tubercolosi , portando a una diminuzione della produzione di cellule del sangue e piastrine. Il midollo osseo può essere colpito anche da varie forme di leucemia , che attacca le sue cellule progenitrici ematologiche. Inoltre, l'esposizione a radiazioni o chemioterapia ucciderà molte delle cellule del midollo osseo che si dividono rapidamente e quindi risulterà in un sistema immunitario depresso . Molti dei sintomi dell'avvelenamento da radiazioni sono dovuti a danni subiti dalle cellule del midollo osseo.
Per diagnosticare malattie che coinvolgono il midollo osseo, a volte viene eseguita un'aspirazione del midollo osseo . Ciò comporta in genere l'utilizzo di un ago cavo per acquisire un campione di midollo osseo rosso dalla cresta dell'ileo in anestesia generale o locale .
Applicazione delle cellule staminali in terapia
Le cellule staminali derivate dal midollo osseo hanno una vasta gamma di applicazioni nella medicina rigenerativa.
Imaging
L'imaging medico può fornire una quantità limitata di informazioni sul midollo osseo. I raggi X su pellicola normale passano attraverso i tessuti molli come il midollo e non forniscono la visualizzazione, sebbene possano essere rilevati eventuali cambiamenti nella struttura dell'osso associato. L' imaging TC ha una capacità leggermente migliore di valutare la cavità midollare delle ossa, sebbene con bassa sensibilità e specificità. Ad esempio, il normale midollo grasso "giallo" nelle ossa lunghe degli adulti è di bassa densità (da -30 a -100 unità di Hounsfield), tra grasso sottocutaneo e tessuto molle. I tessuti con una maggiore composizione cellulare, come il normale midollo "rosso" o le cellule cancerose all'interno della cavità midollare, misureranno una densità variabile più alta.
La risonanza magnetica è più sensibile e specifica per valutare la composizione ossea. La risonanza magnetica consente la valutazione della composizione molecolare media dei tessuti molli e fornisce quindi informazioni sul contenuto di grasso relativo del midollo. Negli esseri umani adulti, il midollo grasso "giallo" è il tessuto dominante nelle ossa, in particolare nello scheletro appendicolare (periferico) . Poiché le molecole di grasso hanno un'elevata relassività in T1, le sequenze di imaging pesate in T1 mostrano il midollo grasso "giallo" come luminoso (iperintenso). Inoltre, il midollo grasso normale perde segnale sulle sequenze di saturazione del grasso, in modo simile al grasso sottocutaneo.
Quando il midollo grasso "giallo" viene sostituito da tessuto con più composizione cellulare, questo cambiamento è evidente come una diminuzione della luminosità sulle sequenze pesate in T1. Sia il midollo normale "rosso" che le lesioni patologiche del midollo (come il cancro) sono più scure del midollo "giallo" sulle sequenze di peso T1, sebbene possano spesso essere distinte dal confronto con l'intensità del segnale MR dei tessuti molli adiacenti. Il normale midollo "rosso" è tipicamente equivalente o più luminoso del muscolo scheletrico o del disco intervertebrale nelle sequenze pesate in T1.
Il cambiamento del midollo grasso, l'inverso dell'iperplasia del midollo rosso , può verificarsi con il normale invecchiamento, sebbene possa essere osservato anche con alcuni trattamenti come la radioterapia . L'ipointensità T1 diffusa del midollo senza aumento di contrasto o discontinuità corticale suggerisce una conversione del midollo rosso o una mielofibrosi . Un midollo falsamente normale in T1 può essere visto con mieloma multiplo diffuso o infiltrazione leucemica quando il rapporto acqua/grasso non è sufficientemente alterato, come si può vedere con tumori di grado inferiore o in una fase iniziale del processo patologico.
Istologia
L'esame del midollo osseo è l'analisi patologica di campioni di midollo osseo ottenuti tramite biopsia e aspirazione del midollo osseo. L'esame del midollo osseo viene utilizzato nella diagnosi di una serie di condizioni, tra cui leucemia, mieloma multiplo, anemia e pancitopenia . Il midollo osseo produce gli elementi cellulari del sangue, comprese le piastrine , i globuli rossi e i globuli bianchi . Mentre molte informazioni possono essere raccolte testando il sangue stesso (prelevato da una vena mediante flebotomia ), a volte è necessario esaminare la fonte delle cellule del sangue nel midollo osseo per ottenere maggiori informazioni sull'emopoiesi; questo è il ruolo dell'aspirazione e della biopsia del midollo osseo.
Il rapporto tra serie mieloidi e cellule eritroidi è rilevante per la funzione del midollo osseo, e anche per malattie del midollo osseo e del sangue periferico , come leucemia e anemia. Il normale rapporto mieloide-eritroide è di circa 3:1; questo rapporto può aumentare nelle leucemie mieloidi , diminuire nelle policitemie e regredire nei casi di talassemia .
Donazione e trapianto
In un trapianto di midollo osseo , le cellule staminali ematopoietiche vengono rimosse da una persona e infuse in un'altra persona ( allogenico ) o nella stessa persona in un secondo momento ( autologo ). Se il donatore e il ricevente sono compatibili, queste cellule infuse viaggeranno nel midollo osseo e avvieranno la produzione di cellule del sangue. Il trapianto da una persona all'altra viene condotto per il trattamento di gravi malattie del midollo osseo, come difetti congeniti, malattie autoimmuni o tumori maligni. Il midollo stesso del paziente viene prima ucciso con farmaci o radiazioni , quindi vengono introdotte le nuove cellule staminali. Prima della radioterapia o della chemioterapia nei casi di cancro , alcune delle cellule staminali ematopoietiche del paziente vengono talvolta raccolte e successivamente reinfuse al termine della terapia per ripristinare il sistema immunitario.
Le cellule staminali del midollo osseo possono essere indotte a diventare cellule neurali per il trattamento di malattie neurologiche e possono anche essere potenzialmente utilizzate per il trattamento di altre malattie, come le malattie infiammatorie intestinali . Nel 2013, a seguito di una sperimentazione clinica, gli scienziati hanno proposto che il trapianto di midollo osseo potesse essere utilizzato per trattare l' HIV in combinazione con farmaci antiretrovirali ; tuttavia, è stato successivamente scoperto che l'HIV è rimasto nei corpi dei soggetti del test.
Raccolta
Le cellule staminali sono tipicamente raccolte direttamente dal midollo rosso nella cresta iliaca , spesso in anestesia generale . La procedura è minimamente invasiva e non richiede punti di sutura in seguito. A seconda della salute del donatore e della reazione alla procedura, il prelievo effettivo può essere una procedura ambulatoriale o può richiedere 1-2 giorni di ricovero in ospedale.
Un'altra opzione è quella di somministrare alcuni farmaci che stimolano il rilascio di cellule staminali dal midollo osseo nel sangue circolante. Un catetere endovenoso viene inserito nel braccio del donatore e le cellule staminali vengono quindi filtrate dal sangue. Questa procedura è simile a quella utilizzata nella donazione di sangue o piastrine. Negli adulti, il midollo osseo può essere prelevato anche dallo sterno , mentre la tibia viene spesso utilizzata per prelevare campioni dai neonati. Nei neonati, le cellule staminali possono essere prelevate dal cordone ombelicale .
Reperti fossili
La prima prova fossile di midollo osseo è stata scoperta nel 2014 in Eusthenopteron , un pesce con pinne lobate che visse durante il periodo Devoniano circa 370 milioni di anni fa. Scienziati dell'Università di Uppsala e dell'European Synchrotron Radiation Facility hanno utilizzato la microtomografia di sincrotrone a raggi X per studiare l'interno fossilizzato dell'omero dello scheletro , trovando strutture tubolari organizzate simili al moderno midollo osseo dei vertebrati. Eusthenopteron è strettamente correlato ai primi tetrapodi , che alla fine si sono evoluti nei mammiferi terrestri e nelle lucertole dei giorni nostri.
Guarda anche
- National Marrow Donor Program , un'organizzazione senza scopo di lucro che gestisce un registro di donatori volontari di cellule ematopoietiche e unità di sangue del cordone ombelicale negli Stati Uniti
- Gift of Life Marrow Registry , un registro americano dei trapianti di midollo osseo
Riferimenti
Ulteriori letture
- Nature Bone Marrow Transplantation ( Nature Publishing Group ) – rivista scientifica specializzata con articoli sulla biologia del midollo osseo e usi clinici.
- Cooper, B (2011). "Le origini del midollo osseo come semenzaio del nostro sangue: dall'antichità ai tempi di Osler" . Atti del centro medico della Baylor University . 24 (2): 115-8. doi : 10.1080/08998280.2011.11928697 . PMC 3069519 . PMID 21566758 .
- Wang J, Liu X, Lu H, Jiang C, Cui X, Yu L, Fu X, Li Q, Wang J (2015). "La sottopopolazione CXCR4 (+) CD45 (-) BMMNC è superiore ai BMMNC non frazionati per la protezione dopo l'ictus ischemico nei topi" . Comportamento cerebrale. Immun . 45 : 98-108. doi : 10.1016/j.bbi.2014.12.015 . PMC 4342301 . PMID 25526817 .