Midollo osseo

Il midollo osseo, nell’uomo, è il principale organo emopoietico; è un tessuto molle, ricco di nutrienti e spugnoso, che occupa i canali delle ossa lunghe e la fascia centrale delle ossa piatte. In condizioni normali svolge una funzione primaria nella produzione, maturazione e distruzione delle cellule del sangue. La produzione delle cellule sanguigne dipende dalla funzione delle cellule staminali pluripotenti. Il midollo osseo ha due tipi di cellule staminali, mesenchimali e ematopoietiche. Il processo di sviluppo di differenti cellule del sangue a partire dalle cellule pluripotenti è conosciuto come emopoiesi. Le cellule ematopoietiche pluripotenti possono diventare qualsiasi cellula del sistema sanguigno.

Sotto l’influenza di fattori tissutali e ormonali queste cellule si differenziano in linee del sangue specifiche. Quando queste cellule si differenziano o maturano, diventano le cellule che possiamo riconoscere nel flusso sanguigno. Il midollo osseo costituisce, inoltre, un componente chiave del sistema linfoide, producendo i linfociti che formano parte del sistema immunitario del corpo. Avendo una funzione emopoietica, esso si suddivide:

  • midollo osseo rosso che costituisce il principale tessuto emopoietico; viene detto rosso perchè, in vivo, a causa della forte presenza di sangue ed eritrociti, appare di colore rosso vivo. Il midollo osseo, all’inizio della vita fetale, compare dapprima nella clavicola per poi diffondersi in tutte le altre ossa. Durante lo sviluppo fetale e per un periodo di diversi anni abbiamo prevalentemente midollo osseo rosso. Successivamente ai primi anni di vita, avviene una progressiva trasformazione del midollo osseo in midollo giallo a causa della perdita delle sue proprietà emopoietiche, mentre aumenta la componente adipocitaria e connettivale; nell’adulto il midollo osseo rosso attivo è localizzato solo in alcune sedi (alcune zone della diploe della volta cranica, dello sterno, delle coste, vertebre e creste iliache).
  • midollo osseo giallo è presente principalmente nelle ossa lunghe delle braccia, delle gambe e delle dita. Esso conserva il suo potenziale emopoietico e può diventare midollo osseo rosso attivo anche per colonizzazione di cellule staminali provenienti dal circolo.

Nel midollo osseo è possibile riconoscere:

  • il tessuto di supporto, formato da cellule connettivali, i reticolociti, che con le loro fibre argirofile formano una fitta trama reticolare che sostiene le cellule del tessuto emopoietico e forma un sistema reticolare spugnoso che ne facilita il passaggio e la migrazione;
  • il comparto emopoietico, ricco di cellule a vario stadio di maturazione (eritrociti, granulociti neutrofili, granulociti basofili, granulociti eosinofili, linfociti, monociti, megacariociti, piastrine);
  • il comparto vascolare, costituito da seni venosi o sinusoidi che, oltre ad avere funzione trofica, permettono la costante migrazione nel torrente circolatorio di eritrociti ed altri elementi figurati del sangue. Addossati ai sinusoidi troviamo i megacariociti, grosse cellule che per gemmazione e distacco di parte del citoplasma producono le piastrine.

È difficile ottenere preparati istologici di midollo osseo a causa dell’estrema delicatezza intrinseca di questo tessuto. Dopo opportuna fissazione e decalcificazione del tessuto osseo si possono ottenere sezioni al microtomo, oppure si possono ottenere discreti preparati per schiacciamento o tramite strisci di frammenti di tessuto. Le colorazioni più usate sono quelle tipiche del sangue Em-Eo o May Grumwald-Giemsa.

Esame del midollo osseo

In presenza di una o più citopenie, può essere necessario procedere a un esame del midollo osseo. Un esame del midollo osseo può rivelare anormalità nelle cellule del midollo (ad esempio cellule displastiche) e consentirà la valutazione dei cromosomi (citogenetica). Questi test forniscono informazioni aggiuntive che possono aiutare a stabilire la diagnosi. Un esame del midollo osseo si compone di due parti: l’aspirato e la biopsia ossea, entrambe le procedure sono di solito eseguite nello stesso tempo.

Aspirato midollare

L’aspirato midollare è un campione della porzione liquida del midollo osseo dall’interno della cavità delle ossa. Il fluido è composto soprattutto da sangue midollare e da una piccola quantità di tessuto midollare. Il sangue midollare contiene i precursori emopoietici, ovvero le cellule che rappresentano i precursori di globuli bianchi, globuli rossi e piastrine, nei diversi stadi di sviluppo a partire dalle cellule staminali: studiandoli al microscopio si può capire se sussistono alterazioni nonché modifiche nei rapporti tra i diversi tipi di cellule. Per esempio, nel caso di una leucemia acuta ci sarà un aumento di cellule immature, i cosiddetti blasti, mentre nel caso di un mieloma ci saranno molte plasmacellule.

Il campione fornisce informazioni sulla forma delle cellule (morfologia), la maturazione delle cellule (differenziazione) e il numero di blasti (cellule immature) nel midollo osseo. L’aspirato può essere utilizzato anche per altri test come la citogenetica. Questo tipo di analisi consente di ottenere informazioni come:

  • rapporto popolazione mieloide/eritroide (M/E): questo tipo di calcolo fornisce informazioni riguardo il rapporto tra il numero di cellule della serie mieloide (precursori di WBC) ed eritroide (precursori di RBC);
  • conta differenziale: determina il numero di cellule per ciascuna linea cellulare (WBC, RBC e piastrine), al fine di determinare la proporzione tra le stesse;
  • Rilevazione della presenza di cellule anomale come cellule leucemiche o tumorali.

L’agoaspirato del midollo osseo permette dunque di diagnosticare o confermare il sospetto della presenza del tumore e, attraverso una serie di analisi specifiche (come biologia molecolare, studi immunologici, citogenetica) di conoscerne parte delle caratteristiche. All’agoaspirato può far seguito un altro esame, la biopsia del midollo osseo.

Biopsia del midollo osseo

La biopsia del midollo osseo è un esame che consiste in una speciale puntura, effettuata in genere nella parte posteriore del bacino (cresta iliaca posteriore) o in alternativa nella sua parte anteriore; è un piccolo campione di osso spugnoso contente midollo osseo, che misura generalmente circa 1,5-2,0 cm. La biopsia fornisce informazioni sulla cellularità del midollo osseo (aumentata = ipercellulare, ridotta = ipocellulare). Essa fornisce inoltre informazioni utili sul deposito di ferro, sulla fibrosi e sulla presenza di altre eventuali alterazioni.

In oncologia la biopsia del midollo osseo è effettuata per diagnosticare tumori del sangue, del midollo osseo stesso o per valutare l’infiltrazione nel midollo di cellule tumorali. Nello specifico, il campione bioptico viene dunque utilizzato per valutare:

  • cellularità: il volume delle cellule viene confrontato con il volume degli altri componenti del midollo, come i grassi; viene valutato il numero delle cellule per rilevare l’eventuale aumento o diminuzione delle stesse;
  • linee cellulari: viene valutato se le linee cellulari (mieloide, eritroide e magacariocitaria) sono presenti in numero adeguato;
  • viene rilevata l’eventuale presenza di cellule anomale (infiltrati tumorali) o altri cambiamenti nello stroma midollare (come la fibrosi) o dell’osso (osteoporosi).

In base alla patologia sospettata, oltre a questo test possono essere richiesti anche altri esami effettuabili sempre sul campione di midollo osseo, quali:

  • test utili alla conferma della diagnosi e alla stadiazione e tipizzazione della leucemia; questi test includono una particolare colorazione o la determinazione di specifici marcatori di superficie cellulare (ad esempio l’immunofenotipo effettuato in citometria) che sono in grado di fornire importanti informazioni riguardo il tipo di leucemia presente;
  • particolari colorazioni per la valutazione delle riserve di ferro all’interno del midollo osseo e per la ricerca di precursori anomali degli eritrociti caratterizzati dall’accumulo di particelle di ferro intorno al nucleo (i cosiddetti sideroblasti ad anello);
  • analisi cromosomica e ibridazione fluorescente in situ (FISH) per la rilevazione di anomalie cromosomiche possibili in caso di leucemia, mielodisplasia, linfoma e mieloma;
  • test molecolari come per la ricerca di mutazioni utili a scopo diagnostico e/o prognostico, come:
    • BCR-ABL1
    • JAK2
    • Riarrangiamenti del TCR
    • Riarrangiamenti delle immunoglobuline delle cellule B
    • PML-RARA
  • colture cellulari per la ricerca di infezioni virali, batteriche e micotiche che potrebbero essere la causa di eventi febbrili inspiegabili. Alcuni batteri e funghi possono essere identificati anche con speciali tipi di colorazione.

Trapianto di midollo osseo

Il trapianto di midollo osseo, o meglio, il trapianto di cellule staminali ematopoietiche è una terapia che si effettua per curare malattie congenite del sangue (malattie ematologiche neoplastiche e non) come talassemie e deficit gravi dell’immunità e tumori delle cellule del sangue, errori congeniti del metabolismo e immunodeficienze primitive. Per quanto riguarda i tumori come le leucemie il trapianto può essere l’unica terapia salvavita o la terapia più efficace di ridurre il rischio di ricaduta.

Il trapianto di midollo osseo (noto anche come trapianto di cellule staminali), prevede la raccolta di cellule staminali ematopoietiche da un individuo sano e il loro traferimento, mediante trasfusione, in un individuo il cui midollo osseo risulta compromesso ed incapace di produrre cellule del sangue normali. Il trapianto permette di sostituire le cellule malate con cellule staminali sane capaci di diversificarsi in globuli bianchi, rossi e piastrine.

Tipologie di trapianto di midollo osseo

Il trapianto può essere autologo o allogenico. Si parla di trapianto autologo o di autotrapianto quando le cellule staminali emopoietiche infuse sono state prelevate dal paziente medesimo in una fase precedente della malattia e opportunamente criopreservate in azoto liquido ad una temperatura di -196 °C. Questo tipo di trapianto è il più usato nella cura dei tumori solidi e ha lo scopo di permettere alte dosi di chemioterapia antitumorale. Il paziente può quindi venir sottoposto ad una chemioterapia ad altissime dosi che, oltre ad uccidere le cellule tumorali, uccide anche le cellule staminali ematopoietiche del midollo osseo. Dopo chemioterapia, le cellule staminali vengono re infuse e si differenziano nelle cellule mature del sangue nel giro di una quindicina di giorni. Il paziente può così affrontare e superare una terapia che, senza autotrapianto, sarebbe stata letale.

Mentre, il trapianto allogenico avviene da un donatore totalmente o parzialmente compatibile (altrimenti nel paziente si scatenerebbe una risposta immunitaria che provocherebbe la distruzione delle cellule appena trasfuse, riconosciute come estrenee) che può essere un gemello monozigote, un fratello, un genitore o un donatore estraneo alla famiglia ma presente nel registro dei donatori di midollo osseo. Questo tipo di trapianto viene utilizzato per la cura delle emopatie maligne, delle malattie genetiche e nelle immunodeficienze. Il trapianto può essere effettuato da diversi tipi di donatori:

  • Donatore familiare compatibile (HLA-identico): è l’opzione migliore, rappresentata da un fratello (o una sorella) compatibile al 100% con il paziente. La probabilità di che un fratello sia HLA-identico (compatibile) sono del 25%.
  • Donatore non consanguineo: il 70-75% dei pazienti che necessitano di un trapianto non dispone di un donatore HLA-identico all’interno del nucleo familiare. A partire dai primi anni ’70, l’istituzione di Registri internazionali di Midollo Osseo ha reso possibile l’accesso alla procedura trapiantologica per un numero sempre crescente di soggetti. Dipende, tuttavia, in larga parte dalle caratteristiche genetiche e dall’etnia del ricevente. Pazienti di origine caucasica hanno, infatti, una probabilità di identificare un donatore compatibile maggiore rispetto a pazienti di origine africana o ispanica, in quanto i gruppi etnici da cui originano questi pazienti son assai meno presenti nei registri internazionali.
  • Cordone ombelicale: negli ultimi due decenni, numerosi studi che hanno valutato l’idoneità del sangue cordonale, prelevato al momento della nascita e criopreservato nelle banche di cordone ombelicale, come sorgente alternativa di cellule staminali emopoietiche. Il trapianto di sangue cordonale ha l’indubbio vantaggio di rappresentare una fonte di progenitori emopoietici immediatamente disponibile e studi effettuati nella popolazione pediatrica hanno dimostrato un’efficacia sovrapponibile al trapianto da un donatore non consanguineo. In questo tipo di trapianto, il cordone impiegato può appartenere sia ad un fratello HLA-compatibile sia a un donatore volontario.
  • Donatore aploidentico (o donatore familiare HLA-parzialmente compatibile): a dispetto del crescente numero di potenziali donatori disponibili nei registri internazionali, un 30-40% di pazienti non trova un donatore idoneo oppure è urgente che venga avviato al trapianto in tempi non compatibili con quelli necessari per identificare un donatore al di fuori dell’ambito familiare (in media ci vogliono 3-4 mesi). Per questo, negli ultimi anni molto si è investito nell’utilizzo come donatori di cellule staminali emopoietiche di uno dei due genitori, che sono HLA-compatibili per il 50% con il proprio figlio. Tuttavia, l’utilizzo di queste cellule rischia di causare gravi complicanze infettive o immunologiche, potenzialmente fatali. Al fine di migliorare la sicurezza del trapianto da genitore, è stata messa a punto una tecnica di manipolazione delle cellule staminali che permette di ridurre i rischi di infezione e di altre complicanze che insorgono quando si ricorre a un donatore parzialmente compatibile come un genitore. Questa tecnica di manipolazione delle cellule staminali emopoietiche permette di eliminare le cellule (i linfociti T alfa/beta+) responsabili dell’aggressione dei tessuti del ricevente da parte delle cellule del donatore (Graft versus-host-disease o Malattia trapianto contro ospite) lasciando al contempo all’interno del trapianto stesso un elevato numero di cellule (linfociti T gamma/delta+ e cellule Natural Killer) capaci di svolgere un’azione anti-leucemica (nel caso delle malattie maligne) e di proteggere il paziente da infezioni gravi soprattutto nei primi mesi dopo il trapianto.

Complicanze del trapianto

Il trapianto di cellule staminali emopoietiche è diventato una procedura sempre più sicura nel corso degli anni, grazie al miglioramento delle tecniche di tipizzazione dei tessuti (HLA) e all’ottimizzazione dei regimi di condizionamento e delle terapie di supporto. Esiste ancora, tuttavia, un rischio non trascurabile di complicanze. Le principali sono:

  • rigetto delle cellule trapiantate da parte del sistema immunitario del ricevente;
  • malattia del trapianto contro l’ospite (Graft versus-host-disease, GvHD): è una condizione legata all’aggressione dei tessuti del bambino da parte dei linfociti del donatore. Si distinguono:
    • una forma acuta, che inizia nei primi 100 giorni e può colpire cute, intestino e fegato;
    • una forma cronica, che inizia dopo i primi 100 giorni e può assumere le caratteristiche di una malattia autoimmune generalizzata in quanto può colpire diversi organi e tessuti. Al fine di evitare la comparsa di questa temibile complicanza, si effettua una specifica prevenzione con farmaci sia prima del trapianto, sia dopo l’infusione delle cellule staminali emopoietiche. La prevenzione è basata sull’impiego di terapia immunosoppressiva e ha lo scopo di favorire una convivenza equilibrata tra il sistema immunitario del bambino e quello del donatore. Nei pazienti sottoposti a trapianto aploidentico, come già specificato, è necessario invece rimuovere una parte dei linfociti del donatore prima dell’infusione di cellule staminali;
  • infezioni (batteriche, virali e fungine): il rischio di infezioni è massimo nei primi giorni dopo il trapianto, quando il paziente è completamente privo di difese immunitarie. Con la risalita dei globuli bianchi il paziente riprende ad avere una prima linea di difesa nei confronti dei germi ma sono necessari parecchi mesi per ripristinare un sistema immunitario perfettamente funzionante. La ricostituzione del sistema immunitario è più lenta nei pazienti trapiantati con cellule staminali emopoietiche di un donatore aploidentico, perché la manipolazione del trapianto può ritardare lo sviluppo di alcuni linfociti, i linfociti T fondamentali nella protezione da infezioni virali e fungine;
  • effetti collaterali a lungo termine causati dalla chemioterapia e dalla radioterapia di preparazione al trapianto: i problemi che possono verificarsi a distanza dal trapianto dipendo da molti fattori diversi come il tipo di farmaci usati per il condizionamento prima del trapianto, l’impiego o meno della radioterapia o di altri farmaci utilizzati per l’immunosoppressione.

I problemi che possono verificarsi anche a parecchi anni di distanza dal trapianto comprendono:

  • Danni a carico di singoli organi come il cuore, i polmoni, reni e sistema nervoso;
  • Ricadute del tumore;
  • Tumori secondari, cioè nuovi tumori;
  • Infertilità;
  • Alterazioni ormonali soprattutto a carico degli ormoni della tiroide e degli ormoni della ipofisi;
  • Cataratta;
  • Malattie linfoproliferative post-trapianto.