Le fibre di Sharpey regolano il metabolismo osseo?

Le fibre di Sharpey si studiano al secondo anno. Fibre perforanti, ancoraggio del periostio alla corticale e del legamento parodontale all’osso alveolare. E non solo. Esistono ovunque nel corpo umano. Nel 2012 Jean E. Aaron, dal Bone Structural Biology Laboratory di Leeds, pubblica su Frontiers in Endocrinology una bella review intitolata Periosteal Sharpey’s fibers: a novel bone matrix regulatory system? Egli ipotizza che le fibre contribuiscano a governare l’omeostasi e il rimodellamento osseo.

L’anatomista scozzese William Sharpey le aveva chiamate perforating fibres a metà Ottocento, perché attraversano le lamelle, le bucano, passano. Erano già state descritte molto prima, a Roma, da Domenico Gagliardi: nell’Anatome ossium del 1689 parla di claviculi, «chiodi che bucano le lamelle dell’osso e le tengono unite».

Ma ora l’ipotesi è che esse costituiscano un importante sistema regolatorio del metabolismo osseo.

Cosa dice lo studio di Aaron

L’immunoistochimica ha cambiato tutto. Quando si è potuto marcare il collagene di tipo III, quelle fibre pallide e poco visibili sono diventate una rete di superficie evidente.

Il collagene è di tipo III — nell’osso, dove ci si aspetta il tipo I — e con esso arrivano collagene VI, elastina, tenascina. Spessore da 5 a 25 micron. E soprattutto: poco mineralizzate, che è la cosa più interessante di tutte. Infatti, la scarsa mineralizzazione significa che sono, essenzialmente, invisibili all’osteoclasta. E ciò consente loro di sopravvivere al rimodellamento osseo.

Entrano nella corticale ossea con diversi angoli. Le oblique sono le più numerose, e sono quelle caratteristiche del giovane. Le verticali attraversano tutto lo spessore e arrivano fra le trabecole ossee. Le orizzontali e superficiali aumentano con l’età. Il pattern di inserzione è multiassiale, la composizione molto articolata. Anche solo questo fatto permette di intuire che il sistema delle fibre di Sharpey è totalmente sproporzionato per un compito di solo ancoraggio. Su questo interessante argomento, Aaron costruisce la sua ipotesi.

Una parte di queste fibre non si ferma. Attraversa tutta la corticale, raggiunge l’endostio, e si fonde con un sottilissimo strato di osteoide ricco di collagene tipo III — meno di 2 micron — che riveste tutte le superfici quiescenti dell’osso.

Qui Aaron propone il suo concetto: PSE, Periosteum – Sharpey’s Fibre – Endosteum. Un continuum biofunzionale. Le due membrane dell’osso, quella esterna e quella interna, che abbiamo sempre studiato come entità separate, sarebbero una sola struttura collegata dalle fibre di Sharpey attraverso la corticale. Un sacco interno ed esterno allo stesso tempo che contiene l’osso.

E il sacco si muove, si rimodella e coinvolge la struttura ossea

Qui la review passa dall’anatomia alla fisiologia, ed è la parte che ci riguarda più da vicino.

Estrogeni. Ratto ovariectomizzato per simulare la menopausa. Il dominio prossimale ricco di collagene III si contrae, le fibre di Sharpey si disconnettono. E questo accade prima della perdita di matrice ossea, come se la riorganizzazione del “sistema fibre” governasse la struttura ossea.

Carico meccanico. Ratti ginnici con accesso volontario alla ruota. In questi la quantità di fibre subperiostali si allarga del 50% a metà diafisi e le fibre marcate per il collagene III aumentano del 15%. Intorno, la corticale cresce (+18% di larghezza prossimale, +7% di area a metà diafisi) e il volume trabecolare sale del 25%, con nuove interconnessioni. La rete di fibre si modifica e influenza la struttura ossea.

Età. Mandibola di maiale, confronto fra 1 e 3 anni. Il periostio si assottiglia (da 180 a 129 micron), le fibre si accorciano drasticamente (da 226 a 55 micron), si frammentano, restano soprattutto quelle orizzontali e superficiali. E cominciano a comparire microparticelle calcificate, circa un micron, in aggregati irregolari o avvolte intorno ai fasci.

Patologia. Femore prossimale umano. Nell’osteoporosi la rete di fibre è atrofica, nell’artrosi ipertrofica.

La conclusione di Aaron è elegante ma va presa per quello che è, un’ipotesi. La rete di fibre di Sharpey potrebbe essere il substrato istologico del mechanostat di Frost, il luogo fisico dove l’osso decide se crescere o decrescere.

Perché ci riguarda?

Noi lavoriamo su un osso che è, in massima parte, di origine intramembranosa. Cioè: l’osso in cui le fibre di Sharpey abitano di più.

E soprattutto, noi il periostio lo scolliamo con il lembo a spessore totale. Aaron ci dice che, probabilmente, stiamo strappando l’estremità esterna di un sistema meccano-biologico che arriva fino al midollo — e i dati sul periostio nell’espansione crestale mostrano che quel gesto ha conseguenze misurabili sull’osso che resta.

Da qui alcune considerazioni che mi sembrano legittime, anche se sono solo considerazioni e non certezze assolute.

Il lembo ha un costo biologico che non misuriamo. Misuriamo il volume, i millimetri, l’atrofia. Non misuriamo l’architettura fibrosa. Ma è quella che, secondo questo modello, determina se il sito rimodellerà bene o male.

Il periostio come membrana ha basi migliori di quanto pensassimo. Ma e colleghi, su Scientific Reports nel 2023, hanno confrontato copertura periostale e membrana di collagene in un modello canino con deiscenza vestibolare. Il gruppo con periostio ha ottenuto più guadagno verticale, più osso neoformato e mineralizzazione più rapida. È un modello animale, non un verdetto finale, ma va nella stessa direzione e merita un posto nel ragionamento su GBR e innesti.

E l’impianto? L’impianto non ha un legamento. Nessuna fibra perforante ci entra dentro. Il continuum PSE, nel sito implantare, è interrotto per definizione. Osteointegrazione significa anche questo: abbiamo scambiato un sistema di fibre sensibili con un’interfaccia rigida. Funziona benissimo. Ma è un’altra fisiologia e l’impianto è l’ospite di un sistema biologico complesso.

Sulla storia delle fibre di Sharpey

Per centocinquant’anni la letteratura sulle fibre di Sharpey è stata quasi solo odontoiatrica. Le fibre erano il legamento parodontale, e basta. Aaron gira il cannocchiale: prende quello che abbiamo imparato nel parodonto e lo estende a tutto lo scheletro.

L’osso, tutto l’osso, sembra comportarsi come un parodonto. Risponde agli stimoli delle fibre.

La review chiude proponendo che le fibre ricche di collagene III siano essenziali per trattenere l’osso funzionante dentro la muscolatura quanto lo sono per trattenere i denti funzionanti dentro le gengive. È un interessante paragone.

Un avvertimento onesto

Questa è una review del 2012. Il grosso delle prove viene da modelli animali — ratto, maiale, pecora — da tesi di dottorato del gruppo di Leeds, e da uno studio pilota su femori umani. L’immunoistochimica dimostra presenza e distribuzione, non funzione. Il continuum PSE è un’ipotesi strutturale.

Nel frattempo il campo si è mosso altrove: la biologia del periostio oggi si scrive soprattutto in termini di cellule staminali scheletriche periostali — Debnath e colleghi su Nature nel 2018, Duchamp de Lageneste su Nature Communications lo stesso anno. Il baricentro si è spostato sulle cellule.

Ma la domanda di Aaron resta aperta e nessuno l’ha davvero chiusa. Chi dice all’osso quanto osso serve? Una risposta la cerchiamo da anni nella rete degli osteociti. Forse un pezzo della stessa storia sta in una rete di fibre di superficie che non si calcifica, e per questo sopravvive al rimodellamento osseo.

Riferimenti

1. Aaron JE. Periosteal Sharpey’s fibers: a novel bone matrix regulatory system? Front Endocrinol (Lausanne). 2012;3:98. doi:10.3389/fendo.2012.00098. PMID: 22908007.
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12. Frost HM. Dynamics of bone remodelling. In: Frost HM, editor. Bone Biodynamics. Boston: Little, Brown; 1964. p. 315-47.