LE NUOVE FRONTIERE DELLA
MEDICINA RIGENERATIVA
Le pseudoartrosi con l’uso di cellule
mesenchimali
Dr Alberto Siclari
Biella, 5 giugno 2009
AZIENDA SANITARIA di BIELLA
ASL BI
U.O. di Ortopedia e Traumatologia
Direttore Dr Eugenio Boux
“The designation of a delayed
union or nonunion is currently
made when the surgeon
believes the fracture has little
or no potential to heal.”
Donald Wiss M.D. & William Stetson M.D.
Journal American and Orthopedic Surgery 1996
Ripristinare il potenziale
di guarigione di una
lesione
è lo scopo del
trattamento
Con una doverosa premessa.......
“ Il miglior
trattamento della
pseudoartrosi è la
prevenzione ! “
Sir John Charnley (1911-1982)
•Per far guarire una pseudoartrosi
dobbiamo sapere
come guarisce una frattura !
Il processo di guarigione di
una frattura
Formazione dell’ematoma
La fase infiammatoria
La fase riparativa
Il rimodellamento
Einhorn TA. Enhancement of fracture-healing. J Bone Joint Surg [Am] 1999;77-A:940-56.
La fase infiammatoria
La divisione cellulare inizia 8 ore dopo il
trauma seguendo il rilascio di mediatori
vasoattivi , fattori di crescita della famiglia
delle TGF-beta tra cui alcuni tipi di BMP,
e da PDGF.
Einhorn TA. Enhancement of fracture-healing. J Bone Joint Surg [Am] 1999;77-A:940-56.
I fattori di crescita
Il termine fattore di crescita si riferisce a proteine capaci di
stimolare la proliferazione e il differenziamento cellulare.
La funzione principale dei fattori di crescita è il controllo esterno del
ciclo cellulare, mediante l'abbandono della quiescenza cellulare
(fase G0) e la entrata della cellula in fase G1 (di crescita). Ma
questa non è la loro unica funzione infatti regolano l'entrata in
mitosii, la sopravvivenza cellulare, la migrazione e il
differenziamento cellulari.
Insieme alla proliferazione essi promuovono sempre
contemporaneamente il differenziamento e la maturazione .
La fase infiammatoria
BMP (Bone Morphogenetic Proteins )
Attivano la formazione degli SMAD : proteine
“messaggere” per le attività cellulari ( trasduttori )
BMP3 : induce formazione di osso
BMP7 : stimola la differenziazione in osteoblasti delle
cellule mesenchimali
Einhorn TA. Enhancement of fracture-healing. J Bone Joint Surg [Am] 1999;77-A:940-56.
La fase infiammatoria
PDGF (Platelet-derived growth factor )
Proteina che regola la divisione e la crescita
delle cellule : stimola la replicazione degli
osteoblasti ,promuove l’angiogenesi e la
formazione di nuovo tessuto di granulazione ,
richiama le cellule mesenchimali e ne stimola la
differenziazione
Einhorn TA. Enhancement of fracture-healing. J Bone Joint Surg [Am] 1999;77-A:940-56.
Ronnstrand L, Heldin CH. Mechanisms of platelet-derived growth factor-induced chemotaxis. Int J Cancer. 2001;91:757-762.
La fase riparativa
Neovascolarizzazione e vasodilatazione locale
Migrazione delle cellule mesenchimali e
formazione di osteoblasti
Organizzazione dell’ematoma
e formazione di tessuto
osteogenico e condrogenico
Riassorbimento dell’osso morto
e formazione di nuovo tessuto osseo
Il rimodellamento
Ciclo di rimodellamento
dell’osso
Einhorn TA. Enhancement of fracture-healing. J Bone Joint Surg [Am] 1999;77-A:940-56.
Riassumendo….
Le condizioni per una guarigione sono :
1) una adeguata vascolarizzazione
2) condizioni meccaniche favorevoli
3) presenza di :
sostanze osteoconduttive (facilitano
l’attacco e la migrazione di cellule )
sostanze osteoinduttive
(forniscono un
segnale biologico per reclutare e influenzare le
cellule coinvolte nell’osteogenesi )
cellule mesenchimali
Vascolarizzazione
Condizioni
meccaniche
Sost. osteoinduttive
Sost. osteoconduttive
Cellule mesenchimali
Il processo cellulare
Le cellule mesenchimali
Le cellule staminali mesenchimali ( MSC) sono
le cellule di riserva, multipotenti , che attivate si
trasformano in varie cellule : osteoblasti,
condroblasti,miociti ...
Le cellule mesenchimali sotto gli stimoli
delle sostanze osteoinduttive ,
usando le sostanze osteoconduttive ,
in condizioni meccaniche favorevoli
si trasformano in osteoblasti e
producono nuovo osso.
Cellule
mesenchimali
Sostanze
osteoinduttive
Osteoblasti
Sostanze
osteoconduttive
Condizioni
meccaniche
Osseo neoformato
Il processo di guarigione di
una pseudoartrosi
Per ristabilire il potenziale di guarigione
di una pseudoartrosi dobbiamo :
1) correggere quando possibile la ragione
del fallimento
2) fornire gli elementi necessari
alla lesione per riavviare il processo di
osteogenesi
La ragione del fallimento
Quale o quali dei fattori di rischio hanno
rallentato il processo di guarigione ?
Fattori di rischio
Generali:
Non modificabili :
età, malattie croniche, sede
della lesione
Modificabili : fumo, anemia, malnutrizione
Locali:
Non modificabili : lesione ad alta energia,
devascolarizzazione iatrogena
Modificabili : infezione , insufficiente
immobilizzazione
Trattamento della pseudoartrosi
1) fumo , anemia , malnutrizione
2) trattamento locale e generale
dell’infezione
Trattamento della pseudoartrosi
3) Miglioramento della stabilizzazione della
lesione
Trattamento della pseudoartrosi
4) Fornire gli elementi necessari per
riattivare il processo di guarigione :
sostanze osteoconduttive
sostanze osteoinduttive
cellule mesenchimali
Innesto osseo :
due possibilità
Osso autologo
Osso eterologo, fattori
di crescita , cellule
mesenchimali
Innesto osseo autologo :
Vantaggi :
1) fornisce sostanze osteoconduttive
2) fornisce in misura parziale sostanze
osteoinduttive
3) fornisce cellule mesenchimali ( la
concentrazione cambia a seconda della sede di
prelievo)
Innesto osseo :
Svantaggi :
1) patologia della zona donatrice
2) aumento rischio operatorio
3) quantità limitata
4) numerosità cellulare modesta
5) fattori di crescita in quantità modesta
1)Patologia zona donatrice
Dolore nel sito del prelievo, seconda
cicatrice chirurgica, una maggiore perdita
di sangue associata ad una maggiore
durata dell’operazione e rischio di
infezione.
Dolore presente dal 2,8 % al 37 %
Heary RF, Sclenk MD, Sacchieri. TA, Barone D, Brotea C. Persistent crest donor site pain:
indipendent outcome assessment. Neosurgery; 2002 march. 50(3); 510-517.
2) aumento rischio operatorio
3) quantità limitata
4) numerosità cellulare modesta
Numerosità cellulare :
Osso del bacino : 1/20.000 -1/100.000
cellule presenti sono mesenchimali
Beresford JN. Osteogenic stem cells and the stromal system of bone and marrow.Clin Orthop Relat Res. 1989;240:270-80
5) Fattori di crescita
Sono stati trovati proteine TGF-beta in
quantità limitata
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Seconda possibilità
Sostituzione dell’osso autologo con un
trapianto non autologo costituito da :
Materiale osteoconduttivo ( sostituti
d’osso)
Cellule mesenchimali autologhe
Materiale ostoinduttivo (fattori di crescita)
Sostituti d’osso :
A base di osso eterologo
Forniscono uno scaffold osteoconduttivo in
grado di ospitare gli
osteoblasti/osteoprogenitori ( cellule
mesenchimali )
In pasta , in granuli , forme solide
Cellule mesenchimali :
Concentrato di cellule mesenchimali
ottenute da aspirato midollare dal bacino .
Elevata componente cellulare : 8 volte
maggiore rispetto all’aspirato
Muschler GF, Boem C, Easley K. 1997. Aspiration to obtain osteoblast progenitor cells from human bone marrow: the influence
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Trattamento della pseudoartrosi
Materiale osteoinduttivo
Fattori di crescita derivati dalle piastrine :
PDGF
Ronnstrand L, Heldin CH. Mechanisms of platelet-derived growth factor-induced chemotaxis. Int J Cancer. 2001;91:757-762.
Increased proliferation of human synovial mesenchymal stem cells with autologous human serum: Comparisons with bone marrow
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PERCUTANEOUS AUTOLOGOUS BONE-MARROW GRAFTING FOR NONUNIONS: INFLUENCE OF THE
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Non union tibiali 53/60 a guarigione in 4-60 settimane
Early Experience and Results of Bone Graft Enriched With Autologous Platelet Gel for Recalcitrant Nonunions of
Lower Extremity.
Chiang, Chao-Ching MD; Su, Chen-Yao DDS, PhD; Huang, Ching-Kuei MD; Chen, Wei-Ming MD; Chen, TainHsiung MD; Tzeng, Yun-Hsuan MD
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12/12 a guarigione da 6 a 21settimane
Nonunions Treated With Autologous Preparation Rich in Growth Factors.
Sanchez, Mikel MD *; Anitua, Eduardo DDS, MD +; Cugat, Ramon MD ++; Azofra, Juan MD *; Guadilla, Jorge MD
*; Seijas, Roberto MD ++; Andia, Isabel PhD +
Journal of Orthopaedic Trauma. 23(1):52-59, January 2009.
15/16 a guarigione in 8-24 settimane
Primo caso clinico
Donna 65 anni , frattura sovracondiloidea
d’omero trattata incruentemente con
apparecchio gessato per 45 gg
Dolore per circa due mesi durente la FKT
Programmata una scintigrafia ossea
Trattamento della pseudoartrosi
Dolore improvviso insorto a seguito di uno
sforzo
Trattamento della pseudoartrosi
Trattamento della pseudoartrosi
Trattamento della pseudoartrosi
Secondo caso clinico
Donna di 48 anni , trauma ad alta energia
Trattamento della pseudoartrosi
Trattamento della pseudoartrosi
Trattamento della pseudoartrosi
Trattamento della pseudoartrosi
Trattamento della pseudoartrosi