Dicembre 2011

Processi rigenerativi e riparativi in endodonzia.

Il fine ideale del trattamento di patologie conclamate come la pulpite irreversibile e la periodontite periapicale è ottenere la guarigione della ferita. Ciò può avvenire per riparazione o per rigenerazione. Ovviamente l’obbiettivo è quello di ripristinare correttamente la struttura originaria e la funzione biologica dei tessuti o degli organi colpiti. Nella vita post-natale qualsiasi ferita guarisce per riparazione o al massimo con una combinazione di riparazione e rigenerazione, in virtù del fatto che si rendono necessari il reclutamento e la differenziazione di cellule staminali, le cui funzionalità sono evidentemente dipendenti dall’età a causa del peggioramento della qualità dei segnali che modulano la funzione delle suddette cellule.

Inoltre, dato che l’infezione da parte di agenti eziologici esterni induce inevitabilmente una risposta immuno-infiammatoria che risulta in una successiva distruzione tissutale, il potenziale di rigenerazione tissutale risulta compromesso in queste circostanze. Per questa ragione, la prevenzione, la diagnosi precoce ed il trattamento delle patologie infettive e infiammatorie nell’ambito endodontico e parodontale possono considerevolmente aumentare le possibilità di rigenerazione e minimizzare la riparazione di questi tessuti.

Introduzione

La causa principale della patologia pulpare e della malattia parodontale è l’infezione da parte di agenti eziologici più meno ben identificati. L’obiettivo che il clinico si pone è quello di ottenere una guarigione che ripristini la struttura tissutale originaria. Ciò si può ottenere grazie ai soli meccanismi di difesa dell’ospite o con la combinazione di questi ed il trattamento terapeutico. L’obiettivo di questa review è quello di ricercare e analizzare le metodologie di riparazione e rigenerazione in endodonzia dal punto di vista della biologia molecolare, considerando differenti modalità di trattamento sia su polpa vitale, che su polpa non vitale. Una migliore e più approfondita conoscenza degli aspetti biomolecolari della guarigione del complesso pulpo-dentinario e del complesso dei tessuti pulpari e periapicali permetterà, infatti, in futuro di ottenere una migliore guarigione nel trattamento delle patologie che affettano questi tessuti, ottimizzando la rigenerazione e riducendo al minimo la riparazione. In questo senso si presupporre che il controllo dell’infezione giochi il ruolo più importante nella guarigione delle ferite in ambito pulpare e periapicale.

Riparazione e rigenerazione

La guarigione delle ferite è la risposta programmata di ogni organismo vivente ai danni che esso subisce. Questo complesso meccanismo agisce riproducendo similmente lo sviluppo dei tessuti embrionali, risultando in riparazione o rigenerazione. Nel primo caso si tratta di sostituire i tessuti danneggiati con tessuti differenti (fibrosi, tessuto di cicatrizzazione) con la evidente possibilità che la precedente funzione biologica venga perduta. Nel secondo caso, invece, assistiamo alla sostituzione del tessuto danneggiato con cellule identiche a quelle patologicamente distrutte, con il ripristino della normale funzione biologica. Entrambi questi meccanismi sono regolati da un sistema di cross-talk cellula-cellula o cellula-matrice extracellulare attraverso la secrezione di fattori di crescita e citochine in differenti momenti e differenti localizzazioni. Queste molecole bioattive sono in grado di stimolare la crescita cellulare, la proliferazione, la differenziazione, l’attività metabolica e possono svolgere anche il ruolo di segnali chemiotattici.
La qualità della guarigione delle ferite può variare a seconda di numerosi fattori tra cui il livello di evoluzione biologica, il potenziale rigenerativo delle cellule di ogni tessuto, la risposta immunitaria, le funzioni di geni specifici coinvolti in questo meccanismo e così via. A seconda della qualità di questo procedimento, la guarigione delle ferite risulta nel ripristino dell’integrità del tessuto, però in ogni ferita post-natale questo genererà una cicatrice con successiva perdita di funzione biologica. Tutti i tipi di danno che intercorrono nella vita post-natale infatti (per la precisione dopo le prime 24 settimane) guariranno generando come minimo la formazione di una cicatrice, e ciò ovviamente accade anche per la pulpite irreversibile, la necrosi pulpare e la periodontite periapicale successive al trattamento endodontico.

Tuttavia esistono alcuni vertebrati, come la salamandra, con una notevole capacità di rigenerare grandi porzioni dei propri tessuti, cosa che negli esseri umani non può accadere, con l’unica eccezione a quanto postulato che costituisce il tessuto epatico.
La domanda che quindi sorge spontanea è: qual è il meccanismo specifico che hanno le salamandre e non gli esseri umani per regolare la capacità rigenerativa dei tessuti feriti durante la guarigione?

Potenziale rigenerativo della polpa e dei tessuti periapicali

La polpa dentale è costituita da diversi tipi di cellule come odontoblasti, fibroblasti, macrofagi, cellule endoteliali, cellule dendritiche, linfociti, cellule di Schwann e cellule staminali. Alcune di queste, come fibroblasti, macrofagi, linfociti e cellule di Schwann hanno una ridotta capacità mitotica, calcolabile come limite di Hayflick. Tale parametro prende in considerazione il numero di volte che una normale popolazione di cellule si divide prima di andare incontro a morte. Ciò dipende dalla lunghezza dei telomeri, ripetitive sequenze di DNA poste alla fine dei cromosomi per permettere l’attacco degli enzimi replicativi così che il genoma codificante possa essere riprodotto nella sua interezza. Tuttavia mitosi dopo mitosi i telomeri vanno accorciandosi, finchè, raggiunto un punto critico, la cellula smette di moltiplicarsi, entrando in una fase che prende il nome di senescenza replicativa.
Gli odontoblasti invece sono cellule post mitotiche senza capacità di dividersi. Quando queste cellule vengono danneggiate o distrutte da eventi come carie, traumi, insulti chimici, le cellule staminali presenti nella polpa dentale sono in grado di differenziarsi in cellule simil-odontoblasti, dopo essere state stimolate dalle appropriate molecole segnale.

Il tessuto periapicale consiste invece di cemento, legamento periodontale e osso alveolare. Il legamento periodontale contiene fibroblasti, cellule epiteliali, cementoblasti, osteoblasti, macrofagi, cellule endoteliali, cellule di Schwann e cellule staminali sotto forma di cellule mesenchimali non differenziate. Eccetto queste ultime, tutte le altre hanno una vita limitata e una capacità di scarsa di andare incontro a divisione cellulare.

Quando i cementoblasti primari vengono distrutti o danneggiati da traumi o da malattia parodontale, le cellule staminali presenti nel tessuto sono in grado di differenziarsi in cellule simil-cementoblasti, adipociti e cellule secretrici di collagene.
Nell’osseo alveolare, le cellule provenienti dal midollo sono ugualmente capaci di differenziarsi in osteoblasti, condrociti e adipociti, sempre se stimolate dalle appropriate molecole segnale.

Cellule staminali e guarigione delle ferite

La guarigione delle ferite è strettamente correlata al reclutamento e alla differenziazione di cellule staminali in cellule somatiche del tessuto ferito.
Ciò avviene grazie alla stimolazione da parte di fattori di crescita, citochine, biomolecole attive, matrice extracellulare e molecole mediatrici dell’adesione, benchè non sia ancora stata fatta totale chiarezza su tutti questi complessi passaggi.
Ciò che sicuramente sappiamo è che le cellule staminali sono in grado di auto rinnovarsi e differenziarsi in differenti linee cellulari. Le cellule staminali sopperiscono ai limiti imposti dai telomeri grazie a un enzima, la telomerasi, in grado di rimpiazzare le parti telomeriche che vengono perdute durante la replicazione cellulare, in modo tale da prolungare la durata della proprio vita. Tuttavia non tutte le cellule staminali si autorinnovano nell’età adulta, piuttosto tendono a rimanere quiescenti fino a che non vengano stimolate dalle necessità di rigenerazione o rimodellamento tissutale. La loro attività viene regolata mediante l’attivazione o la soppressione di alcuni geni che permettono alle cellule staminali di lasciare la propria nicchia, raggiungere il sito danneggiato tramite la circolazione e iniziare a proliferare e differenziare. Ovviamente anche le cellule staminali presenti nei singoli tessuti giocano un ruolo importante nella guarigione degli stessi, ma la loro relativa bassa frequenza e il potenziale rigenerativo limitato non le rendono sufficientemente adatte a portare a termine una massiva rigenerazione in tessuti ampliamente compromessi, che richiede quindi inevitabilmente l’apporto di altre cellule staminali dai tessuti vicini attraverso il flusso sanguigno.
Un altro aspetto da considerare è che l’attività delle cellule staminali è correlata all’età dell’ospite, dato che con il passare degli anni si registra una perdita di potenziale replicativo e differenziativo. Questo è evidente anche dal punto di vista clinico, in quanto l’esito di una terapia su polpa vitale non solo dipende dalla quantità di sangue che irrora la ferita, bensì anche dall’età del paziente. In conclusione si può affermare che le cellule staminali della polpa, del legamento periodontale e del midollo dell’osso alveolare risultano fondamentali nei tessuti pulpari e periapicali per sostituire le cellule postmitotiche danneggiate o le cellule con un potenziale di divisione limitato.

Incappucciamento pulpare indiretto

L’incappucciamento pulpare indiretto è una procedura nella quale un biomateriale è posizionato sulla sottile porzione rimanente di dentina cariata, la quale, se rimossa, potrebbe esporre la polpa in denti permanenti immaturi. Infatti una recente review suggerisce che non sia necessario rimuovere tutto il tessuto cariato, in particolare in prossimità della polpa, per conseguire un adeguato controllo della lesione cariosa.
Tuttavia una volta che la dentina è stata danneggiata da eventi cariosi o traumatici, l’integrità del complesso pulpo-dentinale è compromessa in quanto la dentina non può più essere rigenerata dagli odontoblasti primari. L’incappucciamento pulpare indiretto si rende necessario per proteggere quindi gli odontoblasti dal progredire della lesione, in quanto promuove la formazione di dentina reattiva a livello della giunzione pulpo-dentinale. A seconda dell’entità della lesione, qualche odontoblasto potrebbe essere stato distrutto (anche senza esposizione pulpare è sufficiente che la lesione cariosa arrivi a 0.5mm dal sistema pulpare per provocare una considerevole infiammazione pulpare), così che venga formata dentina riparativa unitamente a quella reattiva.

La dentina reattiva ha più matrice e meno tubuli regolari rispetto alla dentina primaria o secondaria e viene formata solo in quelle zone dove i tubuli dentinali sono in comunicazione con il pavimento cavitario. La produzione della dentina reattiva è solitamente causata da danni e/o stimoli di moderata entità a livello del complesso pulpo-dentinale, come carie a lenta progressione, preparazioni cavitarie e biomateriali usati nell’incappucciamento indiretto della polpa. Questa dentina viene secreta dagli odontoblasti stimolati dagli opportuni fattori di crescita, i quali agiscono come segnali extracellulari legandosi ai recettori di superficie degli odontoblasti e causando di conseguenza la regolazione dell’espressione genica. Ci suono buone ragioni per credere che molti fattori di crescita attivi sugli odontoblasti siano inseriti nella matrice della dentina così che vengano rilasciati, in seguito alla demineralizzazione della stessa causata da un danno al complesso pulpo-dentinale. Quindi le lesioni cariose, le preparazioni cavitarie e l’uso di biomateriali per mordenzare e incappucciare il sistema pulpare causano il rilascio dei suddetti fattori di crescita. Tra i biomateriali l’idrossido di calcio e i cementi vetro-ionomerici sono stati utilizzati con successo a questo scopo. L’estensione della dentina reattiva inoltre dipenderà dallo spessore della dentina residua. Infine è necessario precisare che la dentina reattiva non è un fenomeno né di riparazione né di rigenerazione; infatti, benchè formata da odontoblasti primari e molto simile alla dentina primaria e secondaria, viene deposta a livello del bordo pulpo-dentinale dove sono presenti tubuli dentinali coinvolti dal processo carioso, e non, quindi, dove la dentina originaria era stata distrutta.

Incappucciamento pulpare diretto

L’incappucciamento pulpare diretto consiste nell’apposizione di un biomateriale direttamente su tessuto pulpare vitale esposto, sigillando la ferita con idrossido di calcio o MTA (Mineral Trioxide Aggregate) per facilitare la formazione di dentina riparativa e mantenere vitale la polpa. Recenti studi hanno eletto MTA come materiale ideale per questo tipo di procedura, considerando l’alta percentuale di successi terapeutici fatta registrare, benchè non siano ancora disponibili dati clinici controllati e di alta qualità per poterlo stabilire con certezza. Nel sito dell’esposizione pulpare gli odontoblasti primari vengono distrutti e l’infiammazione ha inizio. Se questa nella polpa coronare rimane sotto controllo, le cellule dei tessuti danneggiati (eccetto gli odontoblasti) possono rigenerare. La dentina riparativa ha più matrice e meno tubuli della dentina primaria e secondaria, include residui di altre cellule e l’organizzazione dei tubuli è irregolare. La dentinogenesi di questo particolare tipo di dentina richiede il reclutamento delle cellule staminali dal sottostante tessuto pulpare vitale e non infetto e la loro differenziazione in cellule simil-odontoblasti che possano produrre dentina di riparazione o tessuto di cicatrizzazione simil-dentina o osteodentina. L’idrossido di calcio e l’MTA inducono la formazione di dentina riparativa tramite un meccanismo indiretto, ovvero causando il rilascio degli opportuni fattori di crescita (TGF-1,TGF-3,BMP-2,IGF-1, e altri) dalla matrice dentinale.

La formazione di dentina riparativa è un processo di riparazione del complesso pulpo-dentinale in quanto non viene secreta da odontoblasti primari (come quelli che sono stati perduti), ma da cellule simil-odontoblasti che si sono differenziate da cellule staminali della polpa.

Pulpotomia

La pulpotomia è la rimozione chirurgica della porzione coronale di polpa vitale con lo scopo di preservare la vitalità della restante porzione radicolare.
La polpa non infetta viene sigillata con idrossido di calcio o MTA, con il fine di favorire la formazione di ponti di dentina attraverso il rilascio di fattori di crescita presenti nella matrice dentinale. I ponti di dentina, da un punto di vista istologico, sono simili alla dentina riparativa. Essi si formano attraverso il tessuto pulpare radicolare rimanente, senza però essere completamente impermeabili ed isolanti.
Durante le procedure di pulpotomia gli odontoblasti primari e molte altre cellule vengono distrutte, per questa ragione l’entità del danno tissutale e dell’infiammazione successiva a tale procedura risultano essere considerevolmente maggiori rispetto a quanto avviene in seguito a incappucciamento pulpare diretto.
Ciò richiederà un maggior reclutamento e differenziazione di cellule staminali dai tessuti non infetti rimanenti in cellule simil-odontoblasti. Il processo che porta alla formazioni di ponti di dentina è simile alla dentinogenesi riparativa e risulta essere un processo riparativo del complesso pulpo-dentinale.

Pulpectomia

La pulpectomia è la completa rimozione chirurgica di tessuto pulpare vitale. Insieme con il controllo dell’infezione e ad un adeguato sigillo canalare è uno dei passi fondamentali nei trattamenti endodontici: negli elementi dentari con pulite irreversibile o polpa necrotica senza periodontite periapicale possiamo così prevenire la reinfezione dei canali radicolari, invece, negli elementi dentari che mostrano anche periodontite periapicale o ascessi, tramite il trattamento endodontico favoriamo la guarigione della ferita.
Il meccanismo di riparazione delle ferite periapicali è biologicamente molto complesso, in quanto richiede il reclutamento di cellule staminali da tessuti differenti, come il legamento periodontale, l’ endostio, il midollo osseo e possibilmente anche il periosto, al fine di potersi differenziare in linee cellulari differenti tra cui fibroblasti PDL, cellule simil-cementoblasti e osteoblasti, così da poter riprodurre il legamento parodontale, il cemento e l’osso alveolare.
Questo processo, in seguito al trattamento canalare, permette ai tessuti periapicali feriti di ristabilire quasi del tutto la loro struttura originaria dal punto di vista radiografico. Ciò che ancora non è chiaro, è come sia possibile che le strutture periapicali vengano ricostruite con un ordine tanto preciso, come se gli appena differenziati cementoblasti, fibrobalsti ed osteoblasti avessero una sorta di memoria spaziale specifica nell’area periapicale. La terapia endodontica quindi favorisce primariamente un processo rigenerativo con esiti fibrotici e cicatriziali minimi, ma comunque inevitabili: si tratta pur sempre di una ferita post-natale e quindi risulta impossibile ottenere una completa rigenerazione tissutale.

Apexogenesi

L’apexogenesi è una procedura, simile alla pulpotomia, eseguita con polpa vitale, volta a favorire il fisiologico sviluppo e formazione della porzione finale di una radice in un dente permanente immaturo. Il biomateriale d’elezione per l’apexogenesi è l’idrossido di calcio, che favorisce la formazione di ponti di dentina nella rimanente porzione di polpa vitale. La formazione dei suddetti ponti di dentina è un processo riparativo del complesso pulpo dentinale, mentre lo sviluppo della parte apicale della radice è la semplice continuazione di un normale processo fisiologico.

Apecificazione

L’apecificazione è un metodo per indurre una barriera calcifica in una radice o per promuovere lo sviluppo della porzione apicale di una radice incompleta in denti con polpa non vitale. Durante questa procedura la polpa necrotica viene rimossa tramite pulizia meccanica e irrigazione chimica antisettica fino a livello apicale. La barriera che viene a formarsi quindi non può essere formata da dentina riparativa, bensì è costituita da tessuto simil-cemento o osteodentina. I materiali più utilizzati rimangono l’idrossido di calcio e l’MTA, il quale, in particolare, è in grado di stimolare la cementogenesi, tuttavia è ancora poco chiaro come questi materiali comunichino con le cellule staminali del legamento parodontale o dell’osso alveolare per indurle a differenziarsi in cellule simil-cementoblasti e produrre una barriera di tessuto cementoide o osteoide. Probabilmente questi biomateriali sono in grado di generare il rilascio di altri fattori di crescita dalla matrice dentinale, diversi da quelli che liberano in luogo dell’incappucciamento pulpare e della pulpotomia.
Per quanto riguarda invece lo sviluppo di radici incomplete è stato ipotizzato che le cellule HERS possano sopravvivere durante una periodontite apicale in un dente permanente immaturo con polpa necrotica dopo le procedure di apecificazione. La sopravvivenza di queste cellule rende possibile reclutare cellule staminali dal legamento periodontale e stimolarle a differenziarsi in cellule simil- cementoblasti in grado di produrre tessuto simil-cemento per completare lo sviluppo radicolare. Questa porzione radicolare neoformata a partire dalla barriera di tessuto duro cementoide o osteoide ha una struttura istologica normale, con polpa vitale dentina e cemento regolarmente ripartiti. La formazione di tale barriera di tessuto duro osteoide o cementoide conseguente alle procedure di apecificazione è un processo riparativo del compesso pulpo-dentinale.

Rivascolarizzazione

La rivascolarizzazione è un nuova procedura terapeutica che potrebbe in futuro rimpiazzare le procedure di apecificazione. È stata pensata per promuovere la rivascolarizzazione in denti permanenti immaturi con una polpa necrotica e periodontite apicale o ascessi. Tale tecnica richiede una minima strumentazione meccanica, lasciando spazio a un’abbondante irrigazione antisettica abbinata a una disinfezione con tre diversi antibiotici (ciprofloxacina, metrodinazolo, minociclina o idrossido di calcio). Radiograficamente è stato dimostrato che tale procedura conduce a un ispessimento delle pareti canalari e allo sviluppo delle radici nei denti immaturi con polpa necrotica e periodontite apicale.

La natura istologica del tessuto formato nello spazio canalare è ancora sconosciuta nell’umano poiché non sono ancora disponibili studi di tale natura, però è stato ipotizzato che il legamento periodontale possa crescere all’interno del canale e depositare cemento sulle pareti canalari in seguito alle procedure di rivascolarizzazione. Questa ipotesi pone le proprie basi sugli studi di Vojinovic & Vojinovic i quali nel 1993 stabilirono che le cellule del legamento parodontale possono migrare all’interno della parte apicale dei canali radicolari in seguito a procedure di pulpectomia nei denti immaturi di cane. Assumendo che ciò accada ugualmente nell’essere umano, sappiamo che le cellule staminali del legamento parodontale sono in grado di differenziarsi in cementoblasti e cellule simil-osteoblasti. È stato anche pensato che il cemento e l’osso dei tessuti periapicali potrebbero direttamente accrescersi in direzione del sistema endocanalare, ipotesi per altro comprovata da Skoglund & Tronstad, i quali hanno dimostrato la continuità attraverso il forame apicale fra l’osso alveolare e il tessuto osteoide trovato all’interno dei canali. Tuttavia mai è stata riscontrata la presenza di tessuto simil-pulpare all’interno dei canali di denti immaturi trattati con le procedure di rivascolarizzazione, benchè teoricamente tale possibilità sussista, attendendo studi più approfonditi che non comprovino la validità dal punto di vista istologico. Per questo motivo si crede che la rigenerazione del tessuto pulpare possa essere possibile dopo trattamenti di rivascolarizzazione. Tuttavia trattandosi di ferite post-natali una completa rigenerazione è inauspicabile.

Per quanto riguarda lo sviluppo delle radici incomplete le cellule HERS giocano un ruolo essenziale, similmente a quanto accade dopo le procedure di apecificazione. Se le cellule HERS sopravvivono nella periodontite apicale, dopo le procedure di rivascolarizzazione, possono stimolare le cellule staminali nel legamento periodontale a differenziarsi in cellule simil-cementoblasti e produrre tessuto cementoide per promuovere lo sviluppo radicolare. Se anche le cellule della papilla apicale sopravvivono, le cellule HERS possono indurle, tramite specifici segnali, a differenziarsi in odontoblasti primari e promuovere la neoformazione di dentina radicolare. È stato infine dimostrato clinicamente che una radice incompleta dopo procedure di rivascolarizzazione continuerà il suo normale sviluppo fisiologico e che ciò dipende unicamente dalla sopravvivenza o meno delle cellule HERS, in quanto una radice funzionale non può essere formata se non con apposizione di cemento. Lo sviluppo di una radice incompleta tuttavia non è mai stato considerato un processo rigenerativo, ma solo il completamento di un normale processo fisiologico.
La cementogenesi primaria è simile alla dentinogenesi primaria e il nuovo cemento formatosi è composto da diversi tipi di fibre tra cui riparative, cellulari, estrinseche ed intrinsiche.

Molte domande rimangono a proposito dei processi di rivascolarizzazione. Non sappiamo, per esempio che cosa stimoli la migrazione e la proliferazione delle cellule staminali dai tessuti periapicali verso lo spazio endocanalare, quale sia il meccanismo cellulare e/o molecolare che stimola le cellule staminali a differenziarsi in tessuto duro all’interno dei canali radicolari; tuttavia il quesito più importante che dobbiamo risolvere riguarda la natura della giunzione tra il tessuto duro intracanalare (simil-cemento/osteoide) e le pareti canalari. Un’idea giunge dalla possibile analogia con i denti in fase di sviluppo in cui il complesso cemento dentina viene formato incrociando fibre collagene prodotte sia dagli odontoblasti che dai cementoblasti, le quali vengono poi mineralizzate dalla deposizione di cristalli di idrossiapatite . Yamauci et al. nel 2011 hanno evidenziato un meccanismo simile nei denti trattati con procedure di rivascolarizzazione. Quando, infatti, la dentina radicolare viene trattata con EDTA al 17% per esporre la matrice dentinale i tessuti mineralizzati associati alla dentina appaiono strettamente attaccati alle pareti canalari. L’EDTA inoltre potrebbe causare il rilascio di fattori di crescita bioattivi dalla matrice dentinale; tuttavia l’intero processo di formazione di tessuti duri all’interno degli spazi endocanalari rimane sconosciuto.

Un altro punto da approfondire è la presenza di tessuto ectopico cementoide e osteoide formatosi all’interno di un canale pulpare del quale non è un normale componente. Questi tessuti infatti all’interno del canale radicolare possono funzionare come tessuti periodontali. Benché altri studi istologici siano in corso per verificare se accadono fenomeni di rigenerazione o riparazione del tessuto pulpare in seguito a procedure di rivascolarizzazione, per ora possiamo dire che si tratta di un trattamento riparativo con perdita della funzione biologica della polpa.

Repair and regeneration in endodontics