Senza le ossa, il tuo corpo sarebbe un sacco scivoloso di organi. Ma i modelli rigidi di uno scheletro che hai visto in classe di scienze (o come decorazioni di Halloween) raccontano solo metà della storia. Questo perché “lo scheletro fa molto di più che tenerti in piedi”, spiega Laura Tosi Le ossa sono fatte di cellule vive e pulsanti. E giocano tutti i tipi di ruoli importanti, dice Tosi, che dirige il programma di salute delle ossa al Children’s National Medical Center di Washington, D.C.
Le piccole ossa dell’orecchio conducono i suoni che ci aiutano a sentire. Il midollo osseo – una sostanza morbida e gelatinosa che riempie l’interno cavo delle ossa lunghe del corpo – produce cellule del sangue, sia rosse che bianche. I globuli bianchi combattono le infezioni, mentre i globuli rossi trasportano l’ossigeno in tutto il corpo.
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E questo è solo l’inizio. I ricercatori hanno scoperto che le ossa “chiacchierano” con altre parti del corpo in modi sorprendenti. Mentre gli scienziati scoprono i segreti dello scheletro, stanno trovando indizi che potrebbero aiutarli a curare le malattie e persino a far crescere ossa sostitutive.
Le cellule chiamate osteoblasti (macchie grigie che formano un ovale) creano nuovo tessuto osseo. Robert M. Hunt/Wikimedia Commons
L’equipaggio dello scheletro
L’ossatura che dà forma al tuo corpo è sorprendentemente impegnata. “L’osso è un organo molto dinamico”, nota Mark Johnson. È un biochimico dell’Università del Missouri-Kansas City.
Lo scheletro del corpo cambia costantemente. In un processo chiamato rimodellamento, le vecchie ossa si rompono in modo che nuove ossa possano prendere il loro posto. Durante l’infanzia, questo processo permette alle ossa di crescere e cambiare forma. Negli adulti, il rimodellamento aiuta a riparare i danni e ad evitare che le ossa diventino fragili.
Le cellule chiamate osteoclasti demoliscono le vecchie ossa attraverso un processo chiamato riassorbimento. Altre cellule chiamate osteoblasti si occupano di produrre nuovo osso. Ma la maggior parte delle cellule ossee appartiene a un terzo tipo. Chiamate osteociti, esse dicono agli osteoblasti e agli osteoclasti cosa fare. “Se si pensa al rimodellamento come a una sinfonia, l’osteocita è il direttore d’orchestra”, spiega Johnson.
Durante l’infanzia e la prima età adulta, il corpo produce più nuovo osso di quanto ne porti via. Questo significa che la massa – o la quantità di osso – aumenta. Ovviamente, è difficile misurare la massa ossea con il resto dei tessuti del corpo in mezzo. Così i medici stimano la forza delle ossa misurando la densità del minerale duro imballato in un segmento di osso. Maggiore è la densità ossea, più forte è lo scheletro.
Le cellule chiamate osteociti, una delle quali è mostrata qui, agiscono come direttori in una sinfonia, istruendo le altre cellule ossee su cosa fare. Wikimedia Commons
Per costruire più ossa, le cellule hanno bisogno di alcuni elementi costitutivi. Uno particolarmente cruciale: il calcio. Le ossa forti dipendono da questo minerale, che si trova nei latticini e in molte verdure. Le ossa servono anche come deposito di calcio per il corpo, che viene usato in molti posti. Per esempio, il calcio guida la reazione chimica che permette al cuore di battere. Quando la dieta non fornisce abbastanza calcio, il corpo ruba il minerale dallo scheletro. Questo può indebolire le ossa.
È anche difficile avere ossa sane senza abbastanza vitamina D. Aiuta il corpo ad assorbire il calcio. Ma molte persone hanno troppo poca vitamina D. Di conseguenza, le loro ossa possono diventare sottili e malformate.
Quando si tratta di costruire le ossa, però, “l’esercizio è la cosa più importante”, ha detto Tosi a Science News for Students. Gli esercizi che portano peso, come camminare, correre, saltare e sollevare pesi, sono ottimi per aumentare la massa ossea. L’esercizio fa una tale differenza, infatti, che i giocatori di tennis professionisti hanno effettivamente ossa più forti nel braccio che usano per oscillare la racchetta.
L’esercizio probabilmente rafforza le ossa in diversi modi, dice Johnson. L’esercizio con i pesi provoca piccole quantità di danni alle ossa. Gli osteoblasti rispondono deponendo nuovo osso per riparare il danno. È come pavimentare le buche su una strada dissestata. Questa ripavimentazione si traduce in ossa più dense e forti.
Le ossa, mostrate qui in una radiografia, appaiono bianche a causa del calcio che contengono. Asja/Flickr
Conversazioni tra ossa e muscoli
Ma la pavimentazione su piccoli pezzi di danno spiega solo una parte dei benefici dell’esercizio per le ossa. Negli ultimi anni, il team di Johnson ha dimostrato che il percorso verso ossa più forti è molto più complesso. Gli scienziati erano soliti guardare solo le ossa per le risposte, ha detto. Come si è scoperto, però, i muscoli hanno anche qualcosa da dire sul comportamento delle ossa.
Il team di Johnson, così come gli scienziati in altri laboratori, hanno scoperto la segnalazione – un tipo di chiacchiere chimiche – che va avanti tra i due tipi di tessuto. Le ossa sembrano inviare segnali che influenzano il modo in cui i muscoli lavorano. I muscoli, a loro volta, inviano segnali che alterano il funzionamento delle cellule ossee.
I muscoli fanno molecole che influenzano le azioni degli osteociti – i conduttori – il team di Johnson ha trovato. (Una molecola è un gruppo di atomi tenuti insieme da legami chimici. Le molecole compongono tutto, dalle cellule del corpo e i mattoni della plastica ai gas dell’atmosfera terrestre.)
Johnson sospetta che i muscoli producano molte molecole che influenzano le ossa. Sta lavorando per identificare queste e quali messaggi inviano alle ossa. Se ci riesce, un giorno potrebbe essere possibile identificare farmaci o altri trattamenti che alzano il volume di questi messaggi. Questo potrebbe fornire ai medici un modo per dirigere quegli osteoblasti a fare più nuovo osso, per esempio. Questo potrebbe rafforzare l’intero scheletro.
Tali trattamenti potrebbero aiutare a rafforzare le ossa deboli e fragili. Chiamata osteoporosi, questa condizione colpisce molte persone anziane e può portare a ossa che si rompono facilmente.
Ma questa ricerca potrebbe anche aiutare i giovani che hanno malattie che indeboliscono o danneggiano le ossa. Un esempio è la malattia delle ossa fragili. Come implica il nome, le persone nate con questo disturbo hanno ossa delicate che si rompono facilmente. Al momento non esiste una cura.
L’osteoporosi è una condizione che causa una postura ricurva, perdita di altezza e ossa sottili e deboli che si rompono facilmente. Le frecce indicano la crescita delle ossa (a sinistra) contro il restringimento delle ossa (a destra). Wikimedia Commons
Costruire le ossa fuori dal corpo
La capacità di istruire il corpo a rinforzare le sue ossa potrebbe aiutare le persone con una serie di disturbi scheletrici. Ma a volte costruire nuove ossa da zero sarebbe ancora meglio. Gli scienziati della Columbia University di New York City stanno lavorando per fare proprio questo.
Una motivazione è aiutare le persone con la sindrome di Treacher Collins. Questa malattia causa una crescita anormale delle ossa del viso. Le persone nate con la sindrome tendono ad avere zigomi piccoli o mancanti. Questo dà ai loro volti un aspetto cadente.
I medici possono sostituire queste ossa malformate o aggiungere ossa mancanti con la chirurgia. Richiede il furto di osso da altre parti del corpo. I chirurghi possono tagliare un pezzo di osso dell’anca, per esempio. Dopo averlo modellato in qualcosa che assomiglia ad uno zigomo, lo impianteranno nel viso.
Questo non è l’ideale, tuttavia. Per prima cosa, danneggia l’anca. L’osso preso in prestito può anche essere difficile da modellare in una guancia o mascella perfetta.
Così il team della Columbia sta facendo crescere l’osso sostitutivo in laboratorio. In primo luogo, creano un’impalcatura, o telaio, dall’osso di mucca che è stato spogliato delle sue cellule vive. Scolpiscono l’impalcatura in modo che abbia la forma di una versione normale e sana dell’osso che vogliono sostituire o aggiungere. Poi rimuovono le cellule staminali dal corpo del paziente.
Le cellule staminali sono speciali in quanto possono maturare in molti tipi diversi di cellule, comprese le ossa. Il team della Columbia raccoglie le cellule staminali dal grasso estratto dal paziente. Applicano queste cellule all’impalcatura e poi danno loro i nutrienti di cui hanno bisogno per crescere in cellule ossee. Dopo alcune settimane, i chirurghi impiantano l’impalcatura ossea nel viso del paziente.
Lì, nuovo osso continuerà a crescere nell’impianto. Con il tempo, il nuovo osso consumerà completamente l’impalcatura. Alla fine, rimarranno solo le cellule ossee del paziente, ha detto Sarindr Bhumiratana a Science News for Students. Un ingegnere biomedico, è uno dei ricercatori della Columbia che lavora al progetto di sviluppo osseo.
Francis Smith è nato con la sindrome di Treacher Collins, una malattia che colpisce le ossa e i tessuti del viso. È ritratto a destra nel 1978 all’età di 2 anni, prima di subire qualsiasi intervento chirurgico. A sinistra: Smith come appare oggi, dopo più di 20 interventi chirurgici al viso. Ora è uno scienziato che studia scienze craniofacciali all’Università di Calgary in Canada. Francis Smith
Finora, questi ricercatori hanno coltivato e impiantato ossa solo nei maiali. Presto, però, hanno intenzione di testare questa tecnica nelle persone.
In un futuro non troppo lontano, le persone con deformità facciali potrebbero essere in grado di ottenere nuove mascelle o zigomi costruiti da zero. “La scienza del futuro è eccitante”, ha detto Bhumiratana, “e sarà divertente.”
Johnson, Bhumiratana e i loro colleghi stanno lavorando per carpire ancora più segreti dalle ossa. Sperano di poter far uscire presto quegli scheletri dall’armadio.
Power Words
ingegnere biomedico Un esperto che usa la scienza e la matematica per trovare soluzioni ai problemi della biologia e della medicina. Per esempio, potrebbero creare dispositivi medici come le ginocchia artificiali o trovare nuovi modi per produrre tessuti da usare nel corpo.
midollo osseo La sostanza morbida e grassa all’interno delle ossa che produce le cellule del sangue.
I ricercatori della Columbia University fanno crescere ossa personalizzate nelle vasche colorate di grigio al centro. Una pompa (a sinistra) bagna le cellule ossee con fluidi speciali e nutrienti (liquido di colore rosso, a destra) per aiutarle a crescere. Sarindr Bhumiratana
massa ossea Il peso dello scheletro.
densità minerale ossea Una misura della quantità di calcio e altri minerali imballati in un segmento di osso.
malattia delle ossa fragili Una malattia genetica presente dalla nascita che causa ossa deboli e fragili; perdita precoce dell’udito e altezza ridotta. Si pensa che colpisca da 25.000 a 50.000 americani. I sintomi possono variare da lievi a potenzialmente mortali.
calcio Un elemento chimico necessario alla maggior parte degli organismi per crescere.
molecola Un gruppo elettricamente neutro di atomi che rappresenta la più piccola quantità possibile di un composto chimico. Le molecole possono essere fatte di singoli tipi di atomi o di tipi diversi. Per esempio, l’ossigeno nell’aria è fatto di due atomi di ossigeno (O2), ma l’acqua è fatta di due atomi di idrogeno e uno di ossigeno (H2O).
osteoblasto Cellule che sintetizzano nuovo tessuto osseo.
osteoclasto Cellule che scompongono e rimuovono il vecchio tessuto osseo.
osteocita Il tipo più comune di cellule ossee. Dirige le azioni degli osteoblasti e degli osteoclasti.
osteoporosi Una condizione che causa ossa deboli e fragili che si fratturano facilmente.
cellula staminale Una cellula “tabula rasa” che può dare origine ad altri tipi di cellule nel corpo. Le cellule staminali giocano un ruolo importante nella rigenerazione e riparazione dei tessuti.
tessuto Qualsiasi tipo di materiale distinto, composto da cellule, che compone animali, piante o funghi.
Sindrome di Treacher Collins Una malattia genetica che colpisce lo sviluppo delle ossa e altri tessuti del viso. La sindrome colpisce una persona su 50.000, causando deformità facciali e, a volte, perdita dell’udito e palatoschisi.
vitamina D Chiamata la vitamina del sole, la pelle produce questa sostanza chimica dopo l’esposizione a certe lunghezze d’onda ultraviolette della luce solare. La forma prodotta nella pelle non è attiva, ma piuttosto una forma precursore che può essere immagazzinata fino al momento del bisogno nel grasso corporeo. La forma attiva di questa vitamina è un ormone che aiuta le ossa ad assorbire il calcio. La forma attiva gioca anche un ruolo nella lotta contro molti tipi di malattie croniche, dal deperimento muscolare e il diabete ad alcuni tipi di cancro e malattie gengivali. Le persone che non passano molto tempo all’aperto o che indossano la protezione solare quando lo fanno possono non produrre quantità ideali di vitamina D. Pochi alimenti sono naturalmente ricchi di questa vitamina. Così i produttori fortificano alcuni cibi comunemente consumati, specialmente il latte e alcuni succhi d’arancia, con la vitamina D.
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