Meccanobiologia del disco intervertebrale

Raimondi Manuela Teresa

LaBS, Laboratorio di Meccanica delle Strutture Biologiche -Dipartimento di Bioingegneria – Politecnico di Milano

Il disco intervertebrale collega i piatti di due vertebre adiacenti formando tra le stesse una

articolazione. Esso è formato dal nucleo polposo, costituito principalmente da fibre di collagene, e da un

anello periferico di strati fibrosi a obliquità incrociata. Il nucleo si trova così in un alloggiamento

elastico costantemente tenuto in pressione dai due piatti vertebrali adiacenti.

Nel disco intervertebrale, il tessuto cartilagineo è formato in prevalenza da cellule specializzate, i

condrociti, e da matrice extracellulare da essi prodotta. Non sono presenti capillari sanguigni e

terminazioni nervose.

Per questi motivi quando un danno a questo tessuto compromette la sua integrità strutturale non viene

messo in atto dall’organismo alcun meccanismo di riparazione, come avviene invece per altri tessuti

come quello osseo, la cute, il muscolo e altri.

La conseguenza di questo fenomeno è che il tessuto cartilagineo danneggiato continua ad essere esposto

a sollecitazioni meccaniche che ne peggiorano il danno fino a compromettere l’integrità dell’intero disco.

Questa condizione clinica compromette le funzionalità dell’articolazione e richiede un intervento

chirurgico radicale, in molti casi con la sostituzione dell’articolazione mediante una protesi artificiale.

Al momento attuale altri interventi, sia chirurgici che farmacologici, sono di scarsa efficacia e riescono

solo a mitigare il dolore ma non risolvono il problema che è destinato a degenerare col tempo.

L’importanza clinica di questa patologia è in continua espansione per due motivi, da una parte

l’invecchiamento della popolazione ne aumenta l’incidenza e la necessità di curare questi pazienti in

modo cronico, dall’altra per il continuo aumento di traumi che sono conseguenza dell’attività sportiva

anche in soggetti giovani.

Senescenza e processi degenerativi del disco intervertebrale sono la conseguenza di eventi biologici e

meccanici che destabilizzano il normale equilibrio tra sintesi e degrado di matrice extracellulare. Anche

se studi recenti hanno aumentato la conoscenza sugli eventi molecolari e cellulari coinvolti nel processo

di rimodellamento della matrice, la biologia e patogenesi delle cellule del disco intervertebrale è ancora

poco conosciuta. Per cercare di migliorare la conoscenza si stanno studiando metodologie innovative per

indurre la crescita dei condrociti in vitro con opportune miscele di fattori di crescita e mediante la

coltura di queste cellule in sistemi tridimensionali sottoposti a sollecitazioni meccaniche che

riproducono quelle a cui normalmente sono sottoposte le cellule del disco.

In natura il disco intervertebrale è sottoposto a sforzi meccanici statici e dinamici anche di intensità

rilevante durante le quotidiane attività fisiche. Tali stimoli alterano l’equilibrio biomeccanico in cui si

trovano le cellule e ne influenzano pesantemente l’attività sintetica. Questo avviene perché lo sforzo

meccanico deforma la matrice extracellulare, i cui spostamenti sono rilevati dai recettori delle cellule,

oppure deforma direttamente la membrana e il nucleo delle cellule, innescando nuovi processi

biochimici di sintesi. Gli sforzi meccanici giocano pertanto un ruolo importante nella produzione e

rigenerazione della cartilagine così come nei processi omeostatici del tessuto. In particolare, per quanto

riguarda l’omeostasi si può dire che il rimodellamento della cartilagine è decretato dal tipo di

condizionamento meccanico cui è sottoposta, e, in merito a ciò, si rileva una distinzione tra stimoli

statici e stimoli dinamici ciclici. I primi a lungo andare provocano una diminuzione dell’attività sintetica

così come una degradazione della matrice, mentre i secondi agiscono in maniera opposta. È quindi

assodato che la tipologia di stimolo meccanico più efficace per la produzione di cartilagine è quella

dinamica.