Abstract
Il fegato è un organo che svolge molte importanti funzioni nel corpo. Tuttavia, se lo osservi al microscopio, sembra essere molto silenzioso perché la maggior parte delle sue cellule rimane in uno stato non divisorio (questo è chiamato quiescente). Il fegato è così importante che è dotato di una grande capacità di tollerare diversi tipi di lesioni., Dopo una ferita o altri danni, tutte le cellule del fegato cambiano e si dividono fino a ripristinare la normale dimensione del fegato. Questo interessante processo è comunemente noto come ” rigenerazione del fegato.”Se la lesione al fegato è così grave che il fegato non può rigenerarsi, una persona potrebbe aver bisogno di un nuovo fegato, cioè di un trapianto. In questo momento, più di 15.000 persone negli Stati Uniti sono in attesa di trapianti di fegato. Imparerai che, grazie alla sua capacità di “rigenerare”, il fegato può essere donato mentre il donatore è ancora vivo.,
Struttura e funzioni del fegato
Il fegato è l’organo più grande situato nell’addome; pesa circa 1,5 kg nell’uomo ed è organizzato in sezioni chiamate lobi . Il fegato è come una grande fabbrica, dove vengono prodotte alcune molecole e altre vengono distrutte per ottenere l’energia di cui il corpo ha bisogno per funzionare. Il fegato può immagazzinare energia e usarlo durante lunghi periodi di digiuno o quando dormiamo. Il fegato può smaltire sostanze tossiche nel corpo, come alcol, medicine o droghe, attraverso la produzione di una sostanza chiamata bile (questo processo è chiamato disintossicazione)., La bile è un tipo di succo che funge da detergente per abbattere alcune sostanze e digerire i grassi. Poiché è impossibile mescolare acqua e olio, il fegato usa la bile per catturare gocce di grasso in una “bolla”.”La struttura delle bolle consente loro di viaggiare attraverso l’ambiente acquoso del corpo. Dopo essere stato prodotto dal fegato, la bile viene trasportata attraverso piccoli vasi (canalicoli biliari) situati negli epatociti in un organo vicino chiamato cistifellea, quindi nell’intestino dove vengono recuperati i nutrienti e quindi torna al fegato., La bile percorso segue dal fegato all’intestino è noto come l’albero biliare. Inoltre, il fegato agisce come parte del sistema immunitario, in quanto aiuta il corpo a combattere contro gli organismi infettivi. Per eseguire tutti questi compiti complessi, il fegato deve contenere diversi tipi di cellule (Figura 1). A prima vista, il fegato ha un colore rosso intenso. Questo perché contiene un sacco di vasi sanguigni o sinusoidi che trasportano il sangue dall’intestino, dalla milza e dal pancreas., Le cellule più abbondanti e più grandi del fegato sono gli epatociti, che sono le cellule che producono e distruggono alcune molecole per dare energia al corpo. Altre cellule aiutano il fegato a lavorare. Le cellule di Kupffer sono le cellule” custodi ” del fegato che mangiano batteri estranei. Le cellule stellate epatiche a forma di stella immagazzinano vitamina A, che sembra gocce luminose all’interno di queste cellule. Le cellule stellate epatiche aiutano anche a produrre le proteine che costituiscono la struttura del fegato. Le cellule endoteliali sinusoidali coprono gli abbondanti vasi sanguigni del fegato.,
- Figura 1 – La struttura del fegato.
- A. Il fegato è l’organo più grande situato nell’addome, in verde è indicato il sistema di vasi (albero biliare) dove la bile va dal fegato alla cistifellea, quindi la bile raggiunge l’intestino tenue dove vengono assorbiti i nutrienti. B. Se osserviamo una fetta di fegato al microscopio, possiamo vedere le file delle cellule più abbondanti e più grandi, gli epatociti., Si noti che ogni epatocita ha piccoli canali in cui la bile passa attraverso la sua uscita dal fegato alla cistifellea e all’intestino tenue. Altre cellule importanti sono le cellule di Kupffer che svolgono funzioni di difesa e si trovano negli spazi tra le file di epatociti, che sono allineati da uno strato di cellule endoteliali sinusoidali. Le cellule stellate epatiche si trovano nello spazio stretto tra gli epatociti e le cellule endoteliali sinusoidali. I globuli rossi sono anche mostrati tra gli strati di epatociti.,
A questo punto, spero che ti rendi conto che il fegato è un organo essenziale; nessuno può sopravvivere senza di esso. Il fegato ha meccanismi interessanti per proteggersi da diverse lesioni e malattie.
Che cos’è la rigenerazione epatica?
In condizioni normali, diciamo che il fegato è un organo quiescente. Ciò significa che se lo osservi al microscopio, puoi trovare solo una cellula che si divide tra migliaia di cellule!, Tuttavia, se il fegato è danneggiato fisicamente (ad esempio, una ferita) o chimicamente danneggiato (da droghe o alcol), le sue cellule vengono spinte a dividersi e crescere. Questo fenomeno è noto come rigenerazione del fegato ed è anche menzionato nella mitologia greca. Il mito più popolare che si riferisce a questo fenomeno è quello di Prometeo, che rubò il fuoco. La sua punizione era di rimanere incatenato nelle montagne del Caucaso dove un’aquila si nutriva del suo fegato ogni giorno.,
Sebbene le persone conoscano la rigenerazione epatica da molto tempo, non è stato fino al 1900 che la rigenerazione epatica è stata formalmente studiata e scoperta in tutti i mammiferi. Per studiare la rigenerazione del fegato, nel 1931, Higgins e Anderson eseguirono un esperimento nei ratti, in cui i due lobi più grandi del fegato furono rimossi con molta attenzione . Il lavoro con gli animali comporta l’uso di strumenti puliti, anestesia e trattamento rispettoso. Poiché il fegato ha molti vasi sanguigni, per evitare il sanguinamento, i vasi principali del fegato sono stati legati con un filo speciale., Higgins e Anderson hanno scoperto che il fegato di ratto è tornato alle sue dimensioni normali in 7 giorni. Ancora oggi, questo è ancora il modo più popolare per gli scienziati di studiare la rigenerazione del fegato. Usando esperimenti di questo tipo, siamo in grado di capire che tipo di geni, ormoni e proteine del fattore di crescita partecipano al processo di rigenerazione del fegato.
Anche se abbiamo chiamato la ricrescita del fegato “rigenerazione del fegato”, questa non è una descrizione accurata di ciò che accade., Il termine “rigenerazione” descrive in realtà il processo mediante il quale gli animali possono sostituire un’intera parte del corpo. Ad esempio, se una lucertola perde la coda mentre fugge da un predatore, la sua coda può alla fine ricrescere. Questo non può accadere con il fegato – se qualcuno dovesse perdere il loro intero fegato, lui o lei non poteva solo crescere uno nuovo. Quindi, anche se continueremo a chiamarlo “rigenerazione epatica”, il termine più accurato per ciò che accade nel fegato è l’iperplasia compensatoria ., Anche se questo termine può sembrare complicato, in realtà significa un aumento delle dimensioni del fegato causato da un aumento del numero di cellule. Per essere in grado di dividere, le cellule del fegato devono “svegliarsi” o come dicono gli scienziati, le cellule devono diventare “attivate.”Il processo di rigenerazione epatica avviene in tre fasi (Figura 2). Durante le tre fasi, tutte le cellule lavorano come una squadra e comunicano tra loro. Questa comunicazione è ciò che dice alle cellule del fegato di uscire dalla quiescenza e iniziare a dividersi., Minuti dopo che il fegato rileva il danno, i geni nei nuclei delle cellule epatiche inviano segnali per preparare le cellule alla divisione. Questa è chiamata fase di iniziazione. Durante la fase di proliferazione, le cellule del fegato si dividono. La divisione cellulare continua fino a quando il fegato recupera la sua dimensione originale, quindi viene raggiunta la fase di terminazione e le cellule epatiche smettono di dividersi. Mentre tutto questo sta accadendo, il fegato deve ancora svolgere tutte le sue normali funzioni, per mantenere l’animale vivo e sano.,
- Figura 2 – Fasi del processo di rigenerazione epatica.
- A. Le cellule epatiche sono normalmente quiescenti, il che significa che non si dividono, ma dopo un infortunio si attivano e inizia la rigenerazione epatica. Il processo di rigenerazione avviene in tre fasi: iniziazione, proliferazione e terminazione. B. Durante la fase di iniziazione, le cellule iniziano a cambiare e ricordano che c’è una comunicazione costante tra diversi tipi di cellule durante l’intero processo. C., Durante la fase di proliferazione, il DNA viene replicato e vengono prodotte più proteine; quindi, le cellule del fegato si dividono. D. Quando il fegato è vicino alla sua dimensione iniziale, si verificano segnali di arresto che segnano la fase di terminazione e le cellule smettono di dividersi.
Come fa il fegato a sapere quando smettere di crescere? Questa è una domanda importante e possiamo dire che la dimensione del fegato è un fattore molto importante. Il fegato rappresenta circa il 3% del corpo e questa proporzione tende a rimanere costante, indipendentemente dalle dimensioni del corpo., Se vuoi conoscere le dimensioni del tuo fegato, moltiplica il tuo peso per 0,03! La stessa proporzione si applica in altri mammiferi. Quindi, se un piccolo cane riceve il fegato di un grosso cane, il fegato crescerà in base alle dimensioni del corpo del piccolo. Alcuni scienziati hanno dato il nome” hepatostat “(come” termostato”, solo” hepato ” significa fegato) al sistema che regola le dimensioni del fegato. In generale, possiamo immaginare che l’epatostato contenga un insieme di proteine che inviano segnali di arresto al fegato, in modo che non cresca più., Si noti che queste proteine” stop ” hanno gli effetti opposti di quelle che agiscono nella fase di iniziazione (quelle che danno l’ordine di “dividere”). Gli scienziati devono ancora fare più lavoro per capire come viene controllato l’epatostato e i fattori che lo influenzano.
Perché la conoscenza della rigenerazione epatica è utile?
Molte delle conoscenze prodotte dagli scienziati possono essere utilizzate per risolvere problemi specifici a breve o lungo termine., Poiché la rigenerazione epatica comporta una crescita ben controllata, possiamo usare la nostra conoscenza della rigenerazione epatica per aiutarci a capire altri tipi di crescita, come la crescita incontrollata che si verifica nelle cellule tumorali.
I medici possono essere in grado di utilizzare la conoscenza sulla rigenerazione del fegato per aiutare le persone che hanno malattie o lesioni epatiche che spingono il fegato oltre la sua capacità di rigenerarsi. In casi estremi, queste persone potrebbero aver bisogno di un trapianto di fegato. I fegati completi o le parti di un fegato possono esser ottenuti da donatori morti e trapiantati in pazienti., Ma, ora che conosci la capacità rigenerativa del fegato, puoi capire perché è anche possibile per una persona sana e vivente donare un pezzo del suo fegato a qualcuno che ha bisogno di un trapianto. Il fegato del donatore ricrescerà! Anche se questo tipo di trapianto da un donatore vivo è possibile, non ci sono abbastanza donatori per gestire l’alto numero di persone che hanno bisogno di trapianti di fegato. In questo momento, negli Stati Uniti, quasi 15.000 persone hanno bisogno di nuovi fegati .
Inoltre, gli scienziati stanno lavorando per progettare dispositivi per aiutare i pazienti con alcuni problemi al fegato., Questi dispositivi possono aiutare temporaneamente i pazienti mentre aspettano un trapianto, in modo simile alle macchine per dialisi che vengono utilizzate per aiutare i pazienti con insufficienza renale . L’ingegneria dei tessuti è una branca della scienza che potrebbe anche aiutare i pazienti che sono in attesa di un trapianto. L’ingegneria tissutale utilizza metodi e materiali speciali per cercare di far crescere i fegati in laboratorio. In assenza di donatori, questi fegati coltivati in laboratorio possono essere trapiantati nei pazienti per migliorare o sostituire i loro tessuti epatici danneggiati.,
Una parte enorme della conoscenza del comportamento biologico delle cellule epatiche è stata ottenuta studiando il fenomeno della rigenerazione epatica. Tenendo conto che la conoscenza e il fatto che i donatori di fegato sono scarsi, un’altra strategia dell’ingegneria tissutale è quella di” riciclare ” l’intero fegato o una piccola parte. Il fegato di un donatore morto può essere utilizzato, ma tutte le cellule originali vengono rimosse eseguendo una soluzione speciale attraverso i vasi del fegato, fino a quando non appare totalmente trasparente (Figura 3)., Questo processo è chiamato decellularizzazione, ed è fatto perché la struttura tridimensionale o matrice che supporta i componenti cellulari del fegato è ben tenuta. Osservare nella foto i vasi sanguigni ben conservati della matrice epatica. In questo modo, il fegato pulito può ricevere nuove cellule epatiche da persone o animali sani e quindi essere trapiantato . Questo processo è stato fatto con successo in diverse specie di mammiferi, ma è difficile. La pulizia di un fegato di ratto può richiedere 48 h e la pulizia di un fegato umano completo può richiedere fino a 6 settimane!, Tuttavia, un problema da risolvere dopo la decellularizzazione sta ottenendo abbastanza cellule epatiche sane per riempire il fegato pulito. Oggi, un’alternativa allo studio è la produzione di cellule epatiche da cellule staminali situate dentro o fuori dal fegato. Ma questa è un’altra storia.
- Figura 3
- Come appare il fegato di ratto prima di A. e dopo B. essere “pulito” o avere tutte le cellule rimosse. Immagine di fegato decellularizzato per gentile concessione del Dr. Alejandro Soto-Gutierrez.,
Conclusione
L’obiettivo di scrivere questo articolo era informare i giovani su come funziona il fegato nel corpo e descrivere la sua straordinaria capacità di rispondere a diverse lesioni. Un altro obiettivo era quello di fornire conoscenze sulla ricerca scientifica focalizzata sul miglioramento della qualità della vita delle persone che hanno gravi malattie del fegato. Con queste informazioni, spero che tu capisca il ruolo critico che il tuo fegato svolge nella salute del tuo corpo e l’importanza di prendersi cura del tuo fegato per tutta la vita.,
Glossario
Disintossicazione: lavorazione di sostanze tossiche per rimuoverle dal corpo.
Albero biliare: insieme di vasi in cui la bile viaggia dal fegato alla cistifellea.
Quiescente: stadio in cui le cellule non si dividono.
Iperplasia compensativa: processo mediante il quale il fegato dopo essere stato danneggiato, ripristinare le sue dimensioni aumentando il numero di cellule epatiche.
Decellularizzazione: processo eseguito per rimuovere le cellule di un tessuto / organo per conservare la matrice che può essere riempita con cellule sane.,
Dichiarazione sul conflitto di interessi
L’autore dichiara che la ricerca è stata condotta in assenza di rapporti commerciali o finanziari che potrebbero essere interpretati come un potenziale conflitto di interessi.
Ringraziamenti
L’autore desidera ringraziare il Dr. Alejandro Soto-Gutierrez, che lavora presso l’Università di Pittsburgh, PA, USA, per aver condiviso una foto di un fegato decellularizzato, e il signor Patrick Weill, che ha assistito con l’editing in lingua inglese.
Columbano, A., e Shinosuka, H. 1996. Rigenerazione epatica contro iperplasia diretta. FASEB J. 10: 1118-28.
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