O osso vivo é fascinante devido à sua capacidade única de se adaptar ao estresse mecânico e de se regenerar sem deixar cicatrizes. Durante a cicatrização da fratura, os vasos sanguíneos e as células ósseas trabalham em conjunto para substituir gradualmente o tecido cartilaginoso inicial da ferida por vasos sanguíneos encravados e novo tecido ósseo. As células progenitoras ósseas seguem de perto o curso dos vasos recém-formados, uma observação conhecida como acoplamento angiogênico-osteogênico. É assim que uma perna quebrada cura. Mas o que acontece quando o crânio está ferido? Uma equipe de pesquisadores do Instituto Max Planck de Biomedicina Molecular em Münster, Alemanha, conseguiu pela primeira vez usar um microscópio a laser altamente especializado para observar a cicatrização do osso do crânio e o crescimento de novos vasos sanguíneos sem a co-migração do precursor ósseo. células. Os vasos crescem inicialmente sozinhos, sem células precursoras ósseas, a fim de preparar o tecido ósseo lesionado para posterior ossificação. Este tipo de consolidação óssea é, portanto, fundamentalmente diferente dos processos anteriormente conhecidos em ossos tubulares.
Os vasos sanguíneos são essenciais para fornecer oxigênio e nutrientes vitais ao corpo. No sistema esquelético, os vasos sanguíneos possuem uma morfologia especializada e penetram no osso como uma densa rede vascular. Eles regulam a formação de células precursoras ósseas através da liberação de moléculas sinalizadoras e, portanto, a formação, manutenção e regeneração do tecido ósseo.
A cicatrização de ossos tubulares, ou ossos longos dos braços e pernas, é uma área de intensa pesquisa em ortopedia e cirurgia de trauma. Ossos chatos, como os encontrados no crânio, diferem dos ossos longos porque não suportam peso. Outras diferenças são encontradas durante o crescimento e desenvolvimento desses tipos de osso. Cientistas do Instituto Max Planck investigaram agora se as descobertas sobre a cicatrização óssea em ossos longos podem ser transferidas para ossos chatos ou se existem diferenças.
Para observar o crescimento de novos vasos sanguíneos durante a cicatrização do osso do crânio, uma equipe de pesquisadores do Max Planck desenvolveu um método de microscopia intravital que lhes permite acompanhar o surgimento da vasculatura e o crescimento de novo osso in vivo por mais de um mês. Usando um microscópio multifotônico, especializado em estudos intravitais, os cientistas conseguiram penetrar profundamente no tecido em regeneração e visualizar células vasculares e ósseas, bem como fibras de colágeno da matriz óssea em alta resolução.
Gabriele Bixel, primeiro autor e líder do projeto do estudo junto com Ralf Adams, explica: “Com nossa nova abordagem experimental, fomos capazes de obter imagens intravitais em um mesmo local durante várias semanas e, assim, acompanhar a cicatrização do osso craniano lesão do início ao fim do processo de cicatrização.”
Os cientistas descobriram: “Durante a cicatrização de uma lesão óssea craniana, os vasos em crescimento não cresceram nas proximidades das células precursoras ósseas, como as conhecemos nos ossos longos. Para nossa surpresa, os vasos em regeneração cresceram primeiro apenas na ferida óssea, como pioneiros, e estabeleceram um suprimento sanguíneo primitivo Somente quando o suprimento de oxigênio e nutrientes estiver garantido é que as células ósseas migrarão para o local do osso lesionado como uma bainha multicelular e gradualmente começarão a ossificar a lesão”, explica Bixel.
manguito de cartilagem no local da fratura
Os primeiros vasos sanguíneos (verdes) que crescem na lesão óssea fornecem ao osso do crânio em cicatrização através do sangue circulante (vermelho) glóbulos vermelhos (células escuras no sangue corrente), oxigênio e nutrientes. Borda óssea (azul).
Este tipo de cicatrização do osso do crânio é fundamentalmente diferente da cicatrização de uma fratura do fêmur. “Um fêmur quebrado cicatriza formando primeiro um calo mole, um manguito de cartilagem, ao redor do local da fratura. Esse calo de células da cartilagem forma uma estrutura estabilizadora temporária ao redor do osso quebrado”, explica Bixel. À medida que o osso cicatriza, esse calo mole é gradualmente transformado em tecido ósseo em ambos os lados, começando pelas extremidades externas, por vasos encravados com células progenitoras ósseas co-migrantes. As células progenitoras ósseas seguem o curso dos vasos recém-formados nas imediações”, diz Bixel.
O presente estudo examinou pequenas lesões no osso do crânio. “Ainda não podemos concluir qual o papel da regeneração dos vasos sanguíneos na cicatrização de grandes defeitos ósseos ou fraturas profundas do crânio, como uma fratura da base do crânio”, diz Bixel. “Outra questão interessante para nós é como as células vasculares e ósseas se comunicam entre si e crescem juntas no osso lesionado, e como e por que esse acoplamento angiogênico-osteogênico é abolido durante a cicatrização de pequenas lesões no osso do crânio”, diz Bixel.
Compreender a vasculatura e o seu papel central na consolidação óssea é fundamental para o desenvolvimento de estratégias eficazes para melhorar a regeneração óssea. Este ainda é um dos grandes desafios que a cirurgia ortopédica enfrenta hoje.
O estudo interdisciplinar foi realizado em colaboração com Melanie Timmen e Richard Stange, do Departamento de Medicina Musculoesquelética Regenerativa do Instituto de Medicina Musculoesquelética da Universidade de Münster.
M. Gabriele Bixel, Kishor K. Sivaraj, Melanie Timmen, Vishal Mohanakrishnan, Anusha Aravamudhan, Susanne Adams, Bong-Ihn Koh, Hyun-Woo Jeong, Kai Kruse, Richard Stange e Ralf H. Adams