Nella patogenesi delle metastasi ossee si possono riconoscere varie tappe: La complessità di questo insieme di eventi spiega lo scarso rendimento del processo di metastatizzazione; è stato, infatti, dimostrato che meno dell'1% delle cellule tumorali che hanno raggiunto il torrente circolatorio viene a sopravvivere e a colonizzare organi a distanza (12).La metastatizzazione non dipende solo dalle capacità aggressive delle cellule tumorali ma anche dal fatto che queste devono essere in grado di superare le capacità difensive dell'ospite."Fortunatamente" la capacità di produrre metastasi è un meccanismo inefficiente: la maggior parte delle cellule tumorali con propensione metastatica non sopravvive ai meccanismi protettivi del nostro organismo (13).La distribuzione delle sedi metastatiche può essere predetta in base al pattern regionale di vascolarizzazione; infatti molte metastasi si localizzano a livello del primo letto capillare incontrato dalle cellule neoplastiche, a partire dal tumore primitivo.Nella definizione della topografia delle metastasi non intervengono però solo fattori anatomici e meccanici, ma una complessa interazione tra le cellule tumorali e il microambiente dell'organo bersaglio. Questo concetto era già stato espresso da Paget più di 100 anni fa con la famosa " Seed and Soil Hypotesis": la cellula tumorale (seed) predilige certi organi specifici e non altri (soil) indipendentemente dal fatto che questi ultimi siano il primo filtro capillare incontrato dalle cellule neoplastiche (14).Il selettivo processo di "homing" delle cellule tumorali in un organo specifico avviene secondo tre principali meccanismi.Il primo è quello di una crescita selettiva: le cellule "stravasano" ubiquitariamente ma crescono selettivamente negli organi che possiedono adeguati fattori di crescita e un opportuno microambiente.Il secondo meccanismo prevede la selettiva adesione delle cellule tumorali alla superficie luminale delle cellule endoteliali di alcuni organi specifici.Infine, il terzo meccanismo riconosciuto, prevede una chemiotassi selettiva delle cellule tumorali circolanti in organi capaci di produrre fattori solubili chemiotattici. Questi tre meccanismi si sono mostrati importanti in modelli sperimentali (15)(16).La prima tappa nel processo di metastatizzazione è la neoangiogenesi.La formazione di nuovi vasi sanguigni è importante per la crescita del tumore primitivo e per il processo di metastatizzazione.Le cellule endoteliali di vasi adiacenti al tumore, indotte da fattori liberati dal tumore stesso, proliferano ed iniziano a degradare la matrice extracellulare. Le cellule endoteliali proliferanti migrano attraverso la breccia che si è aperta nella matrice. Successivamente, il cordone solido di cellule endoteliali che si è così costituito si cavita all'interno e viene occupato dal sangue che arriva, così, al letto tumorale. I principali fattori pro-angiogenetici coinvolti in questa prima fase di metastatizzazione sono la famiglia dei FGF (Fibroblast Growth Factors), il TGFalfa (Trasforming Growth Factors alfa), il VPF (Vascular Permeabilità Growth Factor) l'angiogenina, il VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) et al. (17).La neoangiogenesi richiede l'interazione tra cellule tumorali, cellule endoteliali e matrice extracellulare. I capillari neoformati hanno cellule endoteliali meno strettamente adese, cosa che favorisce il passaggio delle cellule tumorali.La seconda tappa è l'adesione delle cellule tumorali ai componenti della matrice cellulare e ad altre cellule.Le integrine, in particolare, sono recettori transmembrana che giocano un ruolo fondamentale nell'adesione delle cellule tumorali alla matrice extracellulare (18).L'integrina alfav beta3 è il recettore per la vitronectina (costituente della matrice extracellulare) ed è un componente essenziale per l'adesione degli osteoclasti all'osso (19). Recentemente è stato osservato che questa integrina è altamente espressa sulla superficie di cellule di carcinoma mammario che hanno metastatizzato a livello osseo (20). L'integrina alfav beta1 media il legame al VCAM-1 (Vascular Cell Adhesion Molecule 1) e alla fibronectina, cosa che sembra importante nel mantenere le cellule tumorali a livello osseo (21). Le molecole di adesione CD44 e VLA-4 sono coinvolte nell'adesione ai fibroblasti e alle cellule endoteliali del midollo osseo, mentre ICAM-1 è implicata nel legame delle cellule tumorali ai macrofagi del midollo osseo (22). L'osteopontina (OPN) è una fosfoproteina acida prodotta dalle cellule trasformate, in quantità maggiore rispetto alla controparte normale. La molecola contiene la sequenza Gly-Arg-Gly-Asp-Ser e si lega al recettore per la vitronectina. Con questo meccanismo essa avrebbe un ruolo nel processo di homing a livello osseo e sarebbe, inoltre, in grado di inibire la produzione di ossido nitrico, proteggendo le cellule tumorali dal danno ossidativo indotto dalle cellule citotossiche dell'ospite (23)(24). La caderina E è una molecola di adesione che mantiene interazioni omotipiche cellula-cellula; una diminuzione dell'espressione di questa molecola è stata associata ad un'aumentata capacità di metastatizzare (25).La terza tappa consiste nell'invasione cellulare della matrice tale invasione richiede la proteolisi della matrice, l'emissione di pseudopodi e la migrazione cellulare (26). Queste funzioni, espressione del fenotipo maligno, non sono regolate da un solo gene; le componenti del processo invasivo sono molecole biologiche coinvolte anche in processi fisiologici quali l'angiogenesi (27), l'embriogenesi e la morfogenesi (28), la crescita e l'homing dei nervi (29) e l'impianto del trofoblasto (30). In condizioni fisiologiche l'invasività è strettamente regolata (31)(32)(33).In modelli sperimentali in vitro è stato dimostrato che la cellula tumorale estroflette pseudopodi prima di traslocare l'intero corpo cellulare. Numerose evidenze individuano negli pseudopodi gli organi della motilità e dell' invasività cellulare: hanno tutto l'apparato necessario per muoversi (34)(35), gli enzimi degradanti la matrice e i recettori delle molecole di adesione (36); infine essi protrudono dalla superficie cellulare nei punti stimolati dai ligandi che causano la migrazione cellulare (37)(38)(39).Affinché si realizzi il processo di invasione è necessario che la membrana basale e la matrice extracellulare vengano degradate. La matrice, in particolare, contiene al suo interno proteasi e citochine che possono essere rilasciate durante il processo di degradazione favorendo l'ulteriore proteolisi della stessa.Tra gli enzimi maggiormente coinvolti in questo processo vi sono le metallo-proteasi della matrice (MMP), enzimi che necessitano di uno ione zinco nel loro sito catalitico per esercitare la loro attività.E' stata dimostrata una correlazione tra i livelli di espressione delle MMPs e una maggiore aggressività tumorale (40).Le MMPs vengono classificate in tre classi: I tumori che tendono a metastatizzare a livello osseo esprimono alti livelli della collagenasi di tipo IV (gelatinasi B) e di Catepsina B ed L (41).Recentemente è stato descritto un ruolo delle MMPs nella regolazione del turnover osseo, alla base della genesi delle metastasi osteolitiche da carcinoma della mammella (42).I membri di tutte le tre categorie delle MMPs possono essere inibiti da inibitori endogeni tissutali delle metalloprotasi (TIMPs).In vitro è stato visto che la transfezione del gene che codifica per TIMP-4 nella linea cellulare di carcinoma mammario umano MDA-MB-435 inibisce la crescita tumorale e la capacità delle cellule neoplastiche di metastatizzare (43).La motilità cellulare è un altro importante momento nei processi di invasività e metastatizzazione.La motilità delle cellule tumorali può essere stimolata da diversi fattori. In primis, da fattori secreti dalle stesse cellule tumorali (fattori autocrini di motilità) come ad esempio HGF-SF (Hepatocyte Growth Factor/Scatter Factor), IGF-II (Insulin-like Growth Factor), ATX (Autotaxina).Altro gruppo di fattori di motilità comprende le proteine della matrice extracellulare tra cui: vitronectina (39), fibronectina (40), laminino (40), Collagene tipo I (41), Collagene tipo IV (42), trombospondina (43). Molte di queste proteine favoriscono la motilità attraverso i recettori per le integrine (44). Queste molecole spiegano il legame esistente tra la degradazione della matrice extracellulare e la motilità: l'azione degli enzimi degradanti la matrice, prodotti dalle cellule tumorali, rende disponibili alcuni fattori che favoriscono la motilità delle cellule tumorali.La chemiotassi delle cellule neoplastiche è favorita anche da altri prodotti del riassorbimento osseo quali: alfa2 HS glicoproteina, osteocalcina e TGFbeta (Trasforming Growth Factor beta) (45).Infine, vanno considerati tra i fattori favorenti la motilità cellulare, i fattori secreti dall'ospite come: IGF-I (Isulin-like Gowth Factor ), IL-8 (interleuchina-8) e istamina. Questi sono i fattori di motilità paracrini coinvolti nel processo di "homing" in quanto inducono le cellule neoplastiche a muoversi verso gli organi che li producono.La maggior parte di questi fattori, inoltre, funge da mitogeno per le cellule tumorali.Una volta che le cellule neoplastiche raggiungono un vaso sanguigno e ne superano la parete, entrano nel torrente circolatorio.Probabilmente le cellule tumorali riescono a sopravvivere meglio in circolo quando formano degli aggregati che proteggono le cellule da danni meccanici ed anossici (46). Una volta giunti nei sinusoidi del midollo osseo, le cellule tumorali ne attraversano la parete e invadono la matrice ossea dando luogo a formazione di metastasi osteolitiche ed osteoblastiche.Tradizionalmente, le metastasi ossee sono state classificate in osteoclastiche ed osteoblastiche a seconda che prevalgano gli aspetti litici e distruttivi o quelli di deposizione e formazione di nuovo osso. Oggi si ritiene che le lesioni metastatiche ossee presentino, nella maggior parte dei pazienti, lesioni sia di tipo osteolitico sia di tipo osteoblastico e che, quindi, le lesioni cosiddette osteolitiche od osteoblastiche non rappresentino altro che i due estremi di un fenomeno nel quale le due componenti sono intimamente intersecate (47).