Catholic University - Department of Orthopaedics
A. Gemelli Hospital - Rome, Italy
Il ruolo dei fattori di crescita
nel trattamento delle lesioni
cartilaginee
Giuseppe Milano
Riparazione cartilaginea
• Trattamenti
• Microfratture
• Trapianti osteocondrali
• Impianto di condrociti
• Fattori di crescita (GFs)
• Scaffold
• Terapie combinate
Università Cattolica del Sacro Cuore – Policlinico “Agostino Gemelli”
Riparazione cartilaginea
“Growth factors are currently
being considered as therapeutic
possibilities to enhance
healing of chondral injuries
and
modify early degenerative
arthritis”
Fortier 2011
Università Cattolica del Sacro Cuore – Policlinico “Agostino Gemelli”
Fattori di crescita
Che cosa sono?
•
Molecole (proteine)
A che cosa servono?
•
Scambio di informazioni tra le cellule di un
organismo
Università Cattolica del Sacro Cuore – Policlinico “Agostino Gemelli”
Fattori di crescita
Come agiscono?
•
Una cellula “segnalante” produce il FC
•
Il FC viaggia nell’organismo finchè non trova
il suo “destinatario” (cellula bersaglio o
“target”)
•
Il FC si lega ad un “recettore” che si trova
sulla membrana della cellula bersaglio
(meccanismo a “chiave e serratura”)
Università Cattolica del Sacro Cuore – Policlinico “Agostino Gemelli”
Fattori di crescita
Fattori di crescita
•
Attraverso il legame con il recettore, il FC
trasmette l’informazione alla cellula
bersaglio
•
La cellula bersaglio riceve l’ordine impartito
dal FC e lo esegue:
•
Produzione di proteine
•
Moltiplicazione cellulare (Proliferazione)
•
Trasformazione in un altro tipo cellulare
(Differenziazione)
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Produzione proteine
Fattori di crescita
Chi risponde?
•
Numerosi tipi cellulari
•
Ogni FC ha cellule “target” e funzioni
specifiche
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Fattori di crescita
• Cellule target
• MSCs adulte
• Osteoblasti
• Fibroblasti
• Cellule endoteliali
• Cellule epidermide
• Condrociti
Whitman 1994, Schliephake 2002, Anitua 2004
Fattori di crescita
Che effetti hanno sui tessuti connettivi?
•
Regolazione della crescita (prima
dell’età adulta)
•
Regolazione del “ricambio” dei tessuti
•
Riparazione di lesioni
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Fattori di crescita
• Differenziazione condrogenica delle MSCs:
• TGF-ß s (ß2, ß3)
• BMP-2, 4, 6, 7
• FGF-18
• IGF-1
Indrawattana 2004,Stevens 2004, Davidson 2005, Park 2005
• Metabolismo e proliferazione condrocitaria:
• TGF-ß s (ß1, ß2)
• BMP-2, 7
• FGF-2, bFGF
• PDGF
• IGF-1
Chua 2004, Tay 2004, Stevens 2004, Hills 2005
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Fattori di crescita
Effetto sinergico
• Stimolano sintesi matrice
• TGF-ß 1
• BMP-2, 7
• IGF-1
Bakker 2001, Loeser 2003
• Regolano l’espressione genica e la produzione di
proteine in vitro
• TGF-ß s
• FGF-2
• IGF-1
Shi 2009
• Riducono gli effetti catabolici di IL1 e MMPs
• TGF-ß 1
Bakker 2001
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Fattori di crescita
Chi li produce?
•
Numerosi tipi cellulari
•
Piastrine
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Piastrine (PLT)
• Frammenti citoplasmatici di megacariociti
• Formazione: midollo osseo
• Emivita: 7-10 gg
• Diametro: 2 µm
• Organelli e strutture citoplasmatiche
• Mitocondri
• Microtubuli
• Granuli (α, δ)
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Fattori di crescita
• GFs rilasciati dalle piastrine:
• Platelet-derived growth factor (PDGF)
• Transforming growth factor beta (TGF-β)
• Platelet-derived epidermal growth factor (PDEGF)
• Platelet-derived angiogenesis growth factor (PDAF)
• Insulin-like growth factor 1 (IGF-1)
• Platelet factor 4 (PF-4)
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Platelet Rich Plasma (PRP)
Frazione plasmatica di sangue autologo
con una concentrazione di piastrine
superiore ai valori di base
Marx 1992
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NON TUTTI I PRP SONO UGUALI !!!
Magellan™ Medtronic
Caption™ Smith & Nephiew
GPS®III Biomet
Cascade™ MTF
Symphony II™ DePuy
Arthrex ACP™
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Efficacia PRP
• Variabili
• Volume di sangue intero prelevato
• Volume di PRP
• Concentrazione piastrinica/efficacia
• Concentrazione di fattori di crescita
• Concentrazione leucociti
• Attivazione piastrinica
• Centrifugazione
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Efficacia PRP
• Volume PRP ideale
• 10% del sangue intero
Weibrich 2004
• Un’eccessiva concentrazione piastrinica (>10%vol) determina
una de-differenziazione dei condrociti in coltura
Gassmaier 2005
• Concentrazione piastrinica ideale
• 4-5 volte superiore a quella del sangue intero
Marx 1992
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PRP 1
Systems
PRP 2
Tissue
PLTs
(106/ml)
TGF-β
(ng/ml)
PLTs
(106/ml)
TGF-β
(ng/ml)
TGF-β
(ng/ml)
Fibrinet
346 + 105
8,8 + 5
1358 + 419
8,8 + 5
19,0 + 9,9
Regen
430 + 109
6,2 + 4
430 + 109
6,2 + 4
67,3 + 42
Home
made
558 + 158
8,1 + 2,6
1196 + 188
29,8 + 13,5
49,8 + 25
Plateltex
557 + 155
12,2 + 3,2
1160 + 164
40,4 + 14
31,7 + 13,9
Non c’è correlazione lineare tra la concentrazione piastrinica e
la quantità di fattori di crescita rilasciati nei tessuti.
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Efficacia PRP
• Attivatori
L’aggiunta di trombina esogena al PRP induce
un’immediata attivazione piastrinica. (Han 2009)
L’ attivazione dà inizio alla secrezione dei fattori di crescita
70% dei fattori di crescita viene secreto entro 10 minuti
100% dei fattori di crescita secreto entro 1 ora
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Efficacia PRP
• Attivatori
L’attivazione del PRP con trombina inibisce la
condrogenesi e l’osteogenesi, quando confrontata con
il PRP da solo.
Han JBJS B. 2009
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Efficacia PRP
• Concentrazione leucociti
• I leucociti hanno un ruolo chiave nelle fasi iniziali
dell’infiammazione.
• La concentrazione di leucociti è proporzionale
all’aumentare dell’espressione di geni catabolici.
McCarrel 2009
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Efficacia PRP
• Concentrazione leucociti
• Il ruolo specifico dei leucociti nei preparati di PRP
non è stato ancora chiarito.
• Inadeguatezza della tecnica di preparazione del
PRP nell’eliminare questa componente cellulare.
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Studi pre-clinici
nella riparazione cartilaginea
PRP
Studi in vitro:
• PRP stimola la proliferazione e la differenziazione condrogenica
delle BMSCs
Zaky 2008, Mishra 2009, Drengk 2009
• PRP stimola la proliferazione dei condrociti e la sintesi delle
proteine di matrice in coltura
Akeda 2006, Drengk 2009
Studi in vivo:
• ACS riduzione fibrillazione cartilagine nell’artrosi (cavallo)
Frisbie 2007
• PRP hydrogel previene la progressione dell’artrosi (coniglio)
Saito 2009
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• 15 pecore
MF
2010
• Lesioni croniche: 12 mesi
MF + PRP gel
• Lesione a tutto spessore
•
•
•
•
Condilo femorale mediale
Area di carico
Osso subcondrale intatto
Diametro: 8 mm
• Gruppo 1: MF
• Gruppo 2: MF + PRP gel
•
•
MF + PRP liquido
6-8 ml PRP liquida
2 ml colla di fibrina
• Gruppo 3: MF + PRP liquido
Università Cattolica del Sacro Cuore – Policlinico “Agostino Gemelli”
Risultati: Macro
MF
ICRS Score
12
10
12
11
P < 0,05
MF + PRP gel
8
6
5,8
4
3,6
2
MF + PRP liquido
0
Normal
MF
PRP gel
Liquid PRP
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Risultati: Biomeccanica
Stiffness (N)
8
P < 0,05
6
Artscan 200,
(Oy Helsinki Finland)
5,81
4,98
4
3,6
2,92
2
0
Normal
MF
PRP gel
Liquid PRP
Università Cattolica del Sacro Cuore – Policlinico “Agostino Gemelli”
Risultati: Istologia
MF
Modified O'Driscoll Score
45
45
P < 0,05
MF + PRP gel
30
25,8
15
22,6
17,4
MF + PRP liquido
0
Normal
MF
PRP gel
Liquid PRP
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Conclusioni
• PRP: effetto positivo sulla guarigione
delle lesioni condrali dopo microfratture
• PRP gel: risultati migliori
• 30 pecore
2011
• Lesione a tutto spessore della cartilagine articolare (fresh)
•
•
•
•
Condilo femorale mediale
Area di carico
Osso subcondrale intatto
Diametro: 8 mm
• Gruppo 1: ACP (5 infiltrazioni settimanali)
• Gruppo 2: Nessun trattamento (controllo)
• Sacrifici: 3, 6, 12 mesi
• Valutazione istologica: O’Driscoll score modificato
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Autologous Conditioned Plasma
Concentrazione piastrinica:
•
Sangue intero:
•
ACP:
•
PRP (home made):
242 + 62 x 103/ml
550 + 126 x 103/ml
1415 + 164 x 103/ml
Buhr and Siekmann 2009
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Risultati
Modified O'Driscoll Score
45
30
P < 0.001
15
P < 0.001
NS
22,5
19,9
17,3
18,8
19,2
18,3
0
3 months
ACP
6 months
12 months
Control
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Conclusioni
• Infiltrazione i.a. di ACP migliora il
processo riparativo fino a 6 mesi
però...
• MAI guarigione completa !!!
Milano G, Deriu L, Sanna Passino E, Masala G, Manunta A, Postacchini R,
Saccomanno MF, Fabbriciani C.
Repeated platelet concentrate injections enhance reparative response of microfractures
in the treatment of chondral defects of the knee. An experimental study on animal model.
Arthroscopy – In press
•
•
30 pecore
2012
Lesione a tutto spessore della cartilagine articolare
•
•
•
•
Condilo femorale mediale
Area di carico
Osso subcondrale intatto
Diametro: 8 mm
•
Gruppo 1: Microfratture + ACP (5 infiltrazioni settimanali)
•
Gruppo 2: Microfratture isolate
•
Sacrifici: 3, 6, 12 mesi
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Risultati: Macro
3m
3m
6m
6m
12m
12m
ICRS Score
12
9
P =0.001
P =0.003
3
7,93
7,33
6
P < 0.0001
4,87
4,27
3,13
2,07
0
3 months
6 months
ACP + MF
12 months
MF
ACP + MF
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MF
Risultati: Biomeccanica
Mean Stiffness
10
9
8
7
6
5
4
P < 0.0001
P < 0.0001
5,2
5,1
4,1
3
2
P < 0.0001
3,5
3,0
2,5
1
0
3 months
6 months
ACP + MF
12 months
MF
Università Cattolica del Sacro Cuore – Policlinico “Agostino Gemelli”
Risultati: Istologia
ACP + MF
3m
6m
12m
6m
12m
MF
3m
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Risultati: Istologia
Modified O'Driscoll Score
45
30
P < 0.0001
P < 0.001
21,8
15
P < 0.0001
28,2
26,4
20,3
17,5
17,4
0
3 months
ACP + MF
6 months
12 months
MF
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Conclusioni
• Infiltrazioni i.a. di ACP ripetute
• Risultato migliore e più duraturo nel tempo
rispetto alle MF
• Non si è mai ottenuta una cartilagine di tipo
ialino
•
Studio prospettico
•
90 pazienti affetti da gonartrosi (114 ginocchia)
•
PRP autologo
• 3 infiltrazioni intra-articolari
• 1 infiltrazione ogni 3 settimane
•
F-U: 2 anni
• IKDC
• EQ -VAS
•
Risultati:
• Le infiltrazioni intra-articolari di PRP riducono il dolore e migliorano la qualità di vita
a breve termine (9 mesi)
• Risultati migliori in pazienti più giovani e con danno cartilagineo lieve
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Kon E, Mandelbaum B, Buda R, Filardo G, Delcogliano M, Timoncini A, Fornasari
PM, Giannini S, Marcacci M.
Platelet-Rich Plasma Intra-Articular Injection Versus Hyaluronic AcidViscosupplementation
as Treatments for Cartilage Pathology: From Early Degeneration to Osteoarthritis.
Arthroscopy. 2011 Aug 8. [Epub ahead of print]
•
Studio prospettico comparativo
•
150 pazienti affetti da gonartrosi
•
PRP autologo vs HA (a basso e ad alto peso molecolare)
• 3 infiltrazioni intra-articolari
•
F-U: 6 mesi
• IKDC
• EQ -VAS
• Risultati:
• Le infiltrazioni intra-articolari di PRP hanno mostrato un’efficacia
maggiore e più duratura nella riduzione del dolore e nel
miglioramento della funzione
• Risultati migliori in pazienti più giovani e con danno cartilagineo
lieve
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Prospettive future
Cells
GFs
Load
Scaffold
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Prospettive future
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•
Studio pilota
•
5 pazienti affetti da lesioni cartilaginee rotulee
•
Microfratture + PRP + Chondro-Gide
•
F-U: 2 anni
• KOOS
• Tegner activity score
• Kujala patellofemoral score
• VAS
• RM (MOCART)
•
Risultati:
• Miglioramento clinico
• RM: integrazione laterale completa, filling incompleto, superficie irregolare, non integrità
osso subcondrale, osteofitosi intralesionale
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• Studio prospettico
• 52 pazienti
• Perforazioni + PRP + scaffold PGA-ac.ialuronico
• F-U: 1 anno
• KOOS
• RM (6 mesi)
• Second-look artroscopico (9 mesi)
• Risultati:
• Miglioramento clinico
• Istologia: tessuto di riparazione cartilagineo simil-ialino
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Conclusioni
• La scienza di base ha dimostrato che elevate
concentrazioni di GFs aumentano la proliferazione
cellulare e la sintesi della matrice (in vitro).
• Correlazione dose-risposta non lineare: dipende dal
tipo cellulare e dai fattori di crescita.
• L’aumento della concentrazione di GFs (secondario
all’aumento della concentrazione piastrinica) NON
sembra essere direttamente correlato al
miglioramento del risultato.
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Ricorda…
Scegliere il trattamento più appropriato è
una decisione molto difficile:
Età (risultati peggiori negli anziani)
Gravità della lesione
Dimensione della lesione
Sede della lesione
Livello di attività
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Ma ricorda anche…
Coinvolgi il tuo paziente nella
scelta del trattamento !!!
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…infine...
Anche i fallimenti possono non
essere fallimenti, se riescono a
dilazionare l’artroprotesi nel
paziente più giovane !!!
Università Cattolica del Sacro Cuore – Policlinico “Agostino Gemelli”
Grazie