L’allungamento delle ossa: qual’è il meccanismo, e perché

La differenziazione nella lunghezza delle ossa, un processo che consente a ogni specie di assumere una struttura scheletrica caratteristica, avviene in tre fasi di aumento del volume delle cellule cartilaginee. L’ultima fase, quella più rilevante per la lunghezza finale dell’osso, in cui le cellule possono raggiungere un volume 40 volte superiore a quello di partenza, è regolata dal fattore di crescita insulino-simile 1, che promuove attivamente la sintesi proteica.

La lunghezza delle diverse ossa e i rapporti fra le loro dimensioni non concorrono solo a determinare l’altezza di ciascun singolo individuo, ma, ancor più, sono un elemento caratteristico di ogni specie, tanto da permettere spesso ai paleontologi di identificarle sulla base di un singolo reperto. Una ricerca condotta da biologi della Harvard Medical School a Boston e pubblicata su “Nature” inizia ora a chiarire in dettaglio perché e come alcune ossa restano corte e altre si allungano a dismisura.

E’ noto che il contributo maggiore all’allungamento di un elemento scheletrico viene da un drastico aumento del volume di un particolare tipo di cellule, i condrociti, ossia le cellule cartilaginee. Nell’embrione, lle ossa si formano infatti da un rudimentale abbozzo  cartilagineo, di dimensioni simili per tutte le ossa. Per quanto svariati parametri cellulari contribuiscano al loro allungamento, il maggior contributo al tasso di crescita è dato, almeno nei mammiferi, proprio da un enorme aumento di volume di condrociti, che – soprattutto nele osa lunghe – si estendono in maniera ipertrofica in direzione della crescita longitudinale. Tuttavia, a dispetto della sua importanza critica nel determinare le dimensioni di ogni osso e la statura complessiva della persona, il meccanismo che regola questa ipertofia selettiva dei condrociti era pressoché sconosciuto.

Kimberly L. Cooper e colleghi sono riusciti a spiegare alcuni passi fondamentali di questo processo ricorrendo all’osservazione con microscopia a contrasto di fase dello sviluppo dei condrociti nelle ossa di embrioni di roditori. Hanno così individuato tre distinte fasi di ingrandimento delle cellule ipertrofiche. Nella prima fase, il volume iniziale triplica passando da circa 600 a 2000 femtolitri, con un aumento parallelo sia della produzione di massa secca – principalmente lipidi, proteine e mucopolisaccaridi – sia dell’assorbimento di liquido dall’ambiente circostante, così da mantenere una densità di massa secca normale. Nella seconda fase fase, il volume quadruplica, con un forte aumento della frazione liquida rispetto a quella secca. Durante l’ultima fase, infine, che è caratterizzata da una dinamica inversa con una forte produzione di massa secca, e in particolare di proteine, e il sostanziale blocco dell’assorbimento di liquidi, il condrocita cresce ulteriormente, raggiungendo un volume che può arrivare fino a 40 volte quello di partenza.

I ricercatori hanno anche scoperto che la regolazione di quest’ultima determinante fase – che si realizza nelle ossa lunghe, ma è invece precocemente bloccata nelle ossa corte – è legata all’espressione del gene per il fattore di crescita insulino-simile 1 (IGF-1), un ormone peptidico che promuove attivamente la sintesi proteica.