La medicina rigenerativa in ortopedia introduzione
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

La medicina rigenerativa in ortopedia introduzione

on

  • 1,430 views

 

Statistics

Views

Total Views
1,430
Views on SlideShare
1,419
Embed Views
11

Actions

Likes
1
Downloads
12
Comments
0

1 Embed 11

http://www.dottnet.it 11

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

La medicina rigenerativa in ortopedia introduzione La medicina rigenerativa in ortopedia introduzione Document Transcript

  • G.i.o.t. 2010;36:173-177La medicina rigenerativa in ortopedia: introduzioneIntroduction of regenerative medicine in orthopaedic surgeryD.M. Donati riassunto La medicina rigenerativa consiste nell’applicazione di uno o più elementi all’interno di un sito di riparazione ossea, cartilaginea o altro al fine di ottenere una guarigione più rapida e completa. Si avvale di cellule staminali mesenchimali derivate da diversi tessuti, più spesso midollo osseo della cresta iliaca e grasso sottocutaneo. Alle cellule possono essere associati fattori di crescita per aumentare la velocità di replicazione cellulare ed il loro differenziamento, ed elementi di supporto per una migliore per- manenza nel sito di lesione. Parole chiave: medicina rigenerativa, ingegneria tissutale, fattori di crescita, supporto di crescita suMMary Regenerative medicine is the science to speed up and improve healing of bone cartilage or other tissues surgically applying different factors such as mesenchymal stem cells (MSC), growth factors and scaffold. MSC can be derived from different tissue sources, more often by iliac crest bone marrow and fat. Growth factors can beLaboratorio di Rigenerazione associated to replicating and differentiating stem cells. While to allow adhesion andTissutale Ossea, Dipartimento homing in the damaged tissues, scaffold can be use in association as well.di Oncologia Muscoloscheletrica,Istituto Ortopedico “Rizzoli”, Key words: regenerative medicine, tissue engineering, growth factors, scaffoldBolognaIndirizzo per la corrispondenza: La rigenerazione di un tessuto viene attivata da stimoli locali conseguenti a unProf. Davide M. Donati, Clinica danno diretto o indiretto. Traumi e interventi chirurgici fanno parte di stimoli a cui l’organismo risponde con un meccanismo riparativo. L’efficienza del fenomenoOrtopedica e Traumatologica II dipende dalla capacità reattiva dell’individuo basata prevalentemente sull’età, eLaboratorio di Patologia dall’entità della lesione. Inoltre le lesioni di carattere degenerativo basate sull’in-Ortopedica e Rigenerazione vecchiamento (artrosi, osteoporosi) o sui microtraumi ripetuti, tendono per loroTissutale Osteoarticolare, natura ad essere più difficilmente riparate a causa della mancanza di fattori localiIstituto Ortopedico Rizzoli, (fattori di crescita, cellule, vascolarizzazione) in grado di reagire al progressivoVia di Barbiano 1/10, danno tissutale.40136, Bologna (BO). In ambito ortopedico, il meccanismo di riparazione ossea si presenta efficace innan-Tel. +39 051 6366595 zitutto se i tessuti vengono messi nella condizione di guarire attraverso la riduzioneFax +39 051 6366799 ed una razionale osteosintesi (stabilità meccanica). Nonostante ciò esistono numerose condizioni patologiche che eccedono la capacità locale di riparare il danno in modoE-mail: brl@ior.it particolare quando vi sia una perdita di sostanza dovuta ad asportazione di tumore, 173
  • La medicina rigenerativa in ortopediafrattura esposta, fallimento protesico con riassorbimento chirurgicamente in una mancanza tessutale (ingegneriaosseo, o quando vi sia un osso patologico (cisti ossee, tessutale). Tale prodotto comporta la realizzazione didisplasia fibrosa, osteopsatirosi, displasie scheletriche in un nuovo tessuto a partire da un substrato (scaffold) chegenerale, necrosi ossea primitiva o secondaria). In tutte costituisce l’ambiente all’interno del quale, attraversoqueste circostanze con metodiche tradizionali vi è una opportune condizioni biofisiche le cellule staminali in viaquota consistente, seppur variabile di fallimenti, associata di differenziamento trovano le condizioni per una crescitaspesso a terapie di lunga durata. tridimensionale (coltura in bireattore).La ricerca sulle cellule staminali parte dall’osservazione Gli studi nell’animale da esperimento hanno dimostra-fatta in ambito laboratoristico ormai più di 30 anni fa to una buona efficacia delle applicazioni di medicinache in ogni tessuto è presente una riserva di precursori rigenerativa e ingegneria tessutale nella maggior partecellulari indifferenziati capaci di rispondere agli stimoli delle applicazioni proposte in differenti tessuti, dall’ap-ed intervenire nella riparazione tessutale. Queste cellule parato muscolo scheletrico al nervoso, dal cardiaco alla(cellule staminali mesenchimali, CSM) si possono quindi cute. Nonostante ciò il passaggio in clinica si presentaprelevare da vari tessuti di sostegno maturi quali cartilagi- ancora problematico poiché l’utilizzo di CSM espansene, periostio e grasso. La fonte più esplorata è il midollo in laboratorio è considerata dalla nostra legislazione unaosseo della cresta iliaca in quanto da sempre sorgente di terapia farmacologica (farmaco cellulare). Ciò imponeelementi cellulari per la ricostituzione del tessuto ema- la necessità di effettuare l’espansione cellulare in untopoietico. Insieme a queste cellule sono presenti anche laboratorio certificato per la produzione farmacologicai precursori dello stroma connettivale CSM che sono in (laboratorio in Good Manufacturing Practice [GMP]). Agrado, opportunamente indirizzate, di ricostituire i tes- ciò consegue che, dato l’alto livello di richiesta di carat-suti di sostegno quali osso, cartilagine, muscoli, tendini, teristiche tecniche e funzionali del laboratorio, solo pochimuscolo cardiaco ecc. Purtroppo, la presenza di queste fra i laboratori presenti in Italia riescono a conseguirecellule nelle riserve dell’organismo è variabile in relazio- la certificazione, inoltre, la produzione ha costi ancorane all’età ed alle condizioni generali del paziente, e spes- molto elevati.so comunque limitata, tale per cui il semplice prelievo dal Questi limiti nell’applicazione, che sono propri di tutti itessuto sorgente, e la sua re infusione rischia di risultare paesi più avanzati al mondo, fanno si che vi siano ancorainsufficiente (concentrati midollari). poche pubblicazioni che riportano trial clinici su speri-L’espansione cellulare in laboratorio, la quale consiste mentazione in fase I per terapie con farmaco cellulare.nella selezione e indirizzo in senso differenziativo delle Mentre è più abbondante la letteratura che riporta casi-cellule, permette di avere un prodotto quantizzabile e stiche in cui la rigenerazione ossea (BMP2 e BMP7) o diriproducibile. La manipolazione in laboratorio delle cel- altri tessuti di sostegno (plasma ricco di piastrine, PRP),lule permette inoltre di indirizzare, differenziare le cellule sia stata stimolata dai soli fattori di crescita.verso i componenti di un tessuto maturo attraverso l’uso Finendo riportiamo qui di seguito alcuni articoli fra i piùdi fattori di crescita (growth factor). Queste citochine significativi in letteratura che includono sia l’impianto diagiscono sulle cellule staminali inducendole a proliferare concentrato midollare autologo, che di cellule selezionatee, durante la replicazione a trasformarsi in elementi che ed espanse in laboratorio.contribuiscono a produrre nuovi vasi (angiogenesi ripara-tiva) e la sostanza fondamentale del nuovo tessuto. I fat-tori di crescita da soli, o l’insieme delle CSM ed i fattori terapia con concentrato MiDoLLare autoLoGodi crescita, possono essere inserite con chirurgia apertao addirittura con la semplice iniezione, nell’ambito di 1) Hernigou P, Poignard A, Beaujean F, et al. Percutaneousun tessuto in fase di riparazione (medicina rigenerativa). autologous bone-marrow grafting for nonunions.Normalmente la consistenza desiderata del prodotto da Influence of the number and concentration of progeni-iniettare viene ottenuta attraverso un biomateriale come tor cells. J Bone Joint Surg 2005;87A:1430-7.il collageno o l’acido ialuronico (carrier), che permettedi fare aderire il fattore di crescita e le CSM. Il lavoro si basa sull’iniezione di concentrato midollareUn processo più complesso è la costituzione del tes- autologo nelle pseudoartrosi di tibia (tot 60 pz). Il com-suto direttamente in laboratorio che viene poi inserito posto viene iniettato per via per cutanea nel sito di pseu-174
  • D.M. Donatidoatrosi, senza asportare il tessuto fibroso. Ottengono una 4) Dallari D, Savarino L, Stagni C, et al. Stromal cellsguarigione in 53 casi su 60 in 12 settimane, nei 7 casi non supplemented with platelet gel or platelet gel andguariti affermano che l’unica variabile è stata il numero bone marrow enhanced tibial osteotomy healing withdi cellule iniettate, che è risultato < 1000/cm3. In questo use of bone grafts. J Bone Joint Surg 2007;89A:2413-lavoro viene presentata una valutazione del numero delle 20.cellule staminali mesenchimali (MSC) mediante la contadelle unità formanti colonie (CFU). Impianto di concentrato midollare associato o meno a PRP in chips d’osso per il trattamento del ginocchio2) Hernigou P, Beaujean F. Treatment of osteonecrosis varo mediante cuneo a mettere sulla tibia (tot 33 pz). with autologous bone marrow grafting. Clin Orthop Eseguono 3 gruppi di studio e mediante valutazioni Res 2002;405:14-23. radiografiche ed istologiche/istomorfometriche viene mostrato che i gruppi con concentrato midollare e quelloImpianto di concentrato midollare autologo nella necrosi con PRP hanno una più rapida incorporazione dell’im-della testa del femore di qualsiasi stadio (59 gr I; 86 gr pianto e che istologicamente si ha nuova formazione diII; 12 gr III; 32 gr IV), dopo core decompression. Studio tessuto simil-midollare all’interno dell’impianto stesso,prospettico in 116 pazienti (189 anche) con un follow- mentre questo non succede nel gruppo trattato solo conup da 5 a 10 anni (senza gruppo di controllo). Nel 20% innesto osseo. Clinicamente nessuna differenza tra idei pazienti (32 anche) fra i 3 ed i 5 anni post-op è stato gruppi. Dicono inoltre che il PRP anche da solo servenecessario eseguire una protesi (stadio pre-intervento: 2 nella stimolazione della osteogenesi grazie allo stimologr I, 7 gr II, 5 gr III, 20 gr IV). Nei restanti pazienti (155 della neoangiogenesi, e la concentrazione ottimale dianche) non è stato necessario eseguire una artroprotesi piastrine deve essere attorno al milione per ml di plasma,(stadio pre-intervento: 57 gr I, 79 gr II, 7 gr III, 12 gr IV), altrimenti non si ottengono i risultati sperati. Se peròe al follow-up più recente si è evidenziato che le necrosi la loro concentrazione è superiore a 2 milioni l’effettodi stadio più basso (I e II) mostravano una significativa che si ottiene è l’opposto, cioè di inibizione dell’attivitàriduzione dell’evoluzione verso il collasso rispetto ai osteoblastica.gradi più elevati. Nessuna importante complicazionedovuta alla metodica. 5) Horwitz EM, Prockop DJ, Fitzpatrick LA, et al. Transplantability and therapeutic effects of bone mar-3) Gangji V, Hauzeur J-P, Matos C, et al. Treatment of row-derived mesenchymal cells in children with osteo- osteonecrosis of the femoral head with implantation of genesis imperfecta. Nat Med 1999;5:309-13. autologous bone-marrow cells. A Pilot Study. J Bone Joint Surg 2004;86A:1153-60. 6) Horwitz EM, Prockop DJ, Gordon PL, et al. Clinical responses to bone marrow transplantation in chil-Impianto di concentrato midollare autologo nella necrosi dren with severe osteogenesis imperfecta. Blooddella testa del femore di grado I o II dopo core decom- 2001;97:1227-31.pression (tot 13 pz, 18 anche). Eseguono 2 gruppi distudio: core decompression da solo e core decompression In entrambi i lavori, il secondo è l’ampliamento di casisti-+ impianto di concentrato midollare. Migliore risposta ca del primo, viene riportata dallo stesso gruppo l’infusio-clinica del gruppo con cellule rispetto all’altro, con ridu- ne intravenosa di midollo osseo non manipolato prelevatozione del dolore dopo 24 mesi. Solo un caso è avanzato da donatori con sistema di antigene leucocitario umanoa una osteonecrosi di grado III nel gruppo con le cellule, (HLA) identico o con un singolo mis-match in con gravementre 5 su 8 casi dell’altro gruppo sono avanzati di osteogenesi imperfetta (cellule mesenchimali allogeni-grado. Nessun paziente ha poi fatto una protesi d’an- che). Dopo 3 mesi si è avuto un aumento del contenutoca nel gruppo con le cellule, mentre 2 pz del gruppo minerale osseo e un aumento della velocità di crescita condi controllo hanno fatto la protesi (sempre a 24 mesi). una riduzione del rischio di frattura. Non sono riportate inRadiograficamente il volume dell’osso necrotico a 24 letteratura altre esperienze di questo genere dallo stessomesi è diminuito nei pz con le cellule, mentre è aumenta- gruppo ne da altri.to nei pz senza cellule. 175
  • La medicina rigenerativa in ortopediaterapia con ceLLuLe staMinaLi MesenchiMaLi eration using mesenchymal stem cells and platelet-richespanse plasma: from basic research to clinical case study. Cell Transplant 2004;13:343-55.1) Kitoh H, Kitakoji T, Tsuchiya H, et al. Transplantation of culture expanded bone marrow cells and platelet Dopo una prima fase di ricerca di base, nella quale hanno rich plasma in distraction osteogenesis of the long dimostrato una maggiore densità di osso neoformato in bones. Bone 2007;40:522-8. cani trattati con PRP + MSC nel riempimento di difetti ossei mandibolari, hanno trasferito la metodica in clini-Impianto di PRP + MSC autologhe espanse e stimolate in ca: In 3 pazienti con necessità di impianti dentari hannosenso osteogenico (dexametasone, b-glicerofosfato, acido applicato un prodotto costituito da PRP e MSC autologheascorbico) in pazienti in cui si esegue un allungamento e contemporaneamente hanno inserito impianti in titanio.degli arti (distraction osteogenesis). Dopo circa 3 settima- I risultati clinici sono stati ottimali.ne il mix fra PRP e MSC espanse viene introdotto tramite2 aghi da 18 gouge direttamente nel sito della distrazione, 2) Kawaguchi H, Hayashi H, Mizuno N, et al. Cell tran-dove è presente il rigenerato osseo. Studio comparativo splantation for periodontal diseases. A novel periodon-fra pazienti trattati con MSC + PRP (32 arti, 17 pz) contro tal tissue regenerative therapy using bone marrow mes-controllo (60 arti in 29 pz). Stabiliscono un indice di gua- enchymal stem cells. Clin Calcium 2005;15:99-104.rigione (healing hindex): tempo richiesto per un completobone bridging diviso il totale dell’allungamento ottenuto. Trattamento di 7 pazienti con difetti ossei dentali median-Risultati: non vi sono differenze per età né per allungamen- te impianto di MSC autologhe espanse + collagene. Ito ottenuto. La differenza significativa riguarda il tempo risultati clinici si sono dimostrati buoni in tutti i casi.richiesto per il bone bridging (l’healing index), che va da27-33 giorni per centimetro di allungamento nei casi con 3) Ueda M, Yamada Y, Ozawa R, et al. Clinical caseMSC + PRP a 36-73 giorni nei casi di controllo. reports of injectable tissue-engineered bone for alveo- lar augmentation with simultaneous implant placement.2) Quarto R, Cancedda R, Mastrogiacomo M, et al. Repair Int J Periodontics Restorative Dent 2005;25:129-37. of large bone defects with the use of autologous bone marrow stromal cells. N Engl J Med 2001;344:385-6. Trattamento di 6 pazienti con un difetto alveolare dai 3 ai 5 mm che necessitavano di un aumento del seno3) Marcacci M, Kon E, Moukhachev V, et al. Stem cells mascellare. Impianto di un materiale composito costituito associated with macroporous bioceramics for long da MSC espanse, PRP e beta-tricalcio-fosfato, e contem- bone repair: 6- to 7-year outcome of a pilot clinical poraneo impianto di protesi (totale 20 impianti). Tutti gli study. Tissue Eng 2007;13:947-55. impianti a 12 mesi dall’intervento hanno dimostrato una ottima stabilità con un incremento dell’altezza del tessutoIn 3 pazienti con perdite di sostanza ossea introducono mineralizzato di 7,3 mm rispetto al preoperatorio.MSC espanse in laboratorio e fatte crescere su uno scaf-fold di idrossiapatite. Non fanno gruppi di controllo, è il 4) Schimming R, Schmelzeisen R. Tissue-engineered boneprimo e unico lavoro che riporta un esperienza di vera e for maxillary sinus augmentation. J Oral Maxillofacpropria ingegneria tessutale applicata in ambito osseo. Il Surg 2004;62:724-9.risultato è buono non vengono riportate complicazioni.Nel lavoro del 2007 viene aggiornato il tempo di control- Studio clinico di aumento del seno mascellare in 27lo degli stessi pazienti (6-7 anni). pazienti mediante l’utilizzo di matrice ossea derivata da cellule pro-osteoblastiche periostee impiantate su una superficie di Ethisorb. Dimostrano che i risultati clini-patoLoGie ossee MaxiLLo-faciaLi ci, radiografici e istologici sono stati eccellenti in 18 pazienti a 3 mesi dall’intervento, mentre nei restanti casi1) Yamada Y, Ueda M, Hibi H, et al. Translational il risultato è stato poco soddisfacente probabilmente a research for injectable tissue-engineered bone regen- causa di una superficie trattata troppo estesa. L’istologia176
  • D.M. Donatieseguita su biopsie a 3 mesi ha dimostrato la presenza di di no, dovrebbe essere una one step) e che tipo di car-tessuto osseo mineralizzato all’interno dello scaffold, che rier è (collagene?)costituisce la base ottimale per permettere un impianto Studio ancora attivo, nessun risultato disponibiledentario simultaneo o secondario. Principal Investigator: Meir Liebergall, Prof. Hadassah Medical OrganizationprotocoLLi approvati DaLLa Food and drug • NCT00424567admInIstratIon (fDa) Già in corso o terMinati Feasibility Study of Aastrom Tissue Repair Cells to Treat Non-Union Fractures• NCT00250302. Autologous Implantation of Mesenchymal Stem Cells 36 pazienti con pseudoartrosi trattati con i consueti meto- for the Treatment of Distal Tibial Fractures di e in aggiunta MSC prelevate dal midollo e impiantate su matrice ossea. Non c’è espansione, one step surgery 24 pazienti con fratture di tibia distale, trattate con Studio iniziato nel 2003, completato a luglio 2007. inchiodamento o placca e viti, nelle quali si aggiunge Nessun risultato ancora disponibile l’utilizzo di MSC isolate dal midollo e caricate su un Principal Investigator: Matthew Jimenez, MD Illinosis carrier. Non si capisce se sono anche espanse (sembra Bone and Joint Institute 177