XXII CONGRESSO NAZIONALE
S.I.F.I.P.A.C
PADOVA, 2-4 Aprile 2009
Rigenerazione versus cicatrizzazione:
Le acquisizioni scientifiche degli ultimi 10 anni
e le implicazioni cliniche
F. Mazzoleni
Clinica di Chirurgia Plastica, Università di Padova
I principali “costrutti” (i prodotti del laboratorio
di Ingegneria Tessutale) oggi in uso
•
•
•
•
•
•
Epitelio cutaneo
Osso
Cartilagine
Tendine
Epitelio delle mucose
Tessuto grasso
Trattamento di superficie
ustionata con cheratinociti
coltivati in vitro:
a 21 giorni
Effetti clinici delle lamine
di cheratinociti: la
chiusura della lesione è
più rapida ma la
retrazione cicatriziale
persiste immutata
Cocultura
Dermo –
epidermica
La cartilagine di
: laboratorio:
Using distinct subpopulations of cells,
a calcified zone is formed at the interface
La cartilagine di laboratorio:
Current Treatment Options: Autologous
Chondrocyte Implantation (ACI
Gli ostacoli
• Se confrontati con i tessuti naturali, i “costrutti”
prodotti sino ad oggi dal laboratorio sono ancora
incompleti. Gli ostacoli al loro sviluppo clinico
sono:
• i problemi tecnici di laboratorio, cioè di
Ingegneria Tessutale,
• il rigetto,
• la mancanza di un peduncolo vascolare
clinicamente utilizzabile (microanastomosi),
• le restrizioni legali e religiose.
IL PROBLEMA VASCOLARE
La nostra esperienza: la camera intestinale (chirurgia sperimentale)
Impermeable
membrane
Adipocytes
Vein Artery
Artery
Vein
A
B
C
D
E
F
IL PROBLEMA VASCOLARE
Morrison et al.
Bernard O’Brien Institute of
Microsurgery
Melbourne, Australia
INDIRIZZI RICOSTRUTTIVI DI
STRUTTURE COMPLESSE
ATTUALI E FUTURI
Attualmente la sostituzione di un organo,
come un segmento di arto, è realizzata
mediante il trapianto chirurgico oppure
l’impianto di mezzi protesici
L’Ingegneria tessutale
persegue due obiettivi di
diverso livello
1°Obiettivo massimo:
costruzione di lembi tessutali
ed organi, capaci di svolgere
le loro funzioni specifiche
INDIRIZZI RICOSTRUTTIVI DI
STRUTTURE COMPLESSE
ATTUALI E FUTURI
2°Obiettivo intermedio
• A) costruzione di “tessuti” ed “organi”
strutturalmente incompleti e non ancora
funzionali, ma in grado di diventarlo una
volta posti in vivo grazie ad
un’integrazione operata dall’ospite
• B) costruzione di strutture sintetiche
integrate da strutture biologiche (in vitro).
Costruisce scaffold che mimano l’ECM per
promuovere un assemblaggio
multicellulare , dotato di una data capacità
funzionale.
INDIRIZZI RICOSTRUTTIVI DI STRUTTURE
COMPLESSE ATTUALI E FUTURI
• Gli approcci futuri verosimilmente
integreranno cellule staminali entro tessuti
ingegnerizzati o useranno materiali
ingegnerizzati impiantabili per guidare il
comportamento di cellule staminali in vivo
I BIOOMATERIALI
• IDROSSIAPATITE
(sale dell’osso)
CRANIOPLASTICA CON
IDROSSIAPATITE
Controllo a 3 anni
TAC cranica a 3 mesi
Tac a 8 mesi
A tre
anni
IDROSSIAPATITE
+
CELLULE MESENCHIMALI
I BIOMATERIALI
•
INTEGRA (collagene bovino con
acido condroitin 6 solfato)
INTEGRA® SL
13.11.07
13.11.07
19.11.07
20.12.07
INTEGRA® TS
La matrice di acido jaluronico
Lepidi S., Abatangelo G., Vindigni V., Deriu GP., Zavan B.,Tonello C., Cortivo
(Chir. Vascol., Chir. Plast., Dpt Biotecn., Università di Padova)
In vivo regeneration of small-diamter (2 mm) artery using a polymer
scaffod
The FASEB Journal, 2005, 1-16l
INDIRIZZI RICOSTRUTTIVI DI
STRUTTURE COMPLESSE
ATTUALI E FUTURI
• Le strategie si
moltiplicano
parallelamente al
progresso delle
conoscenze della
biologia
Le conquiste della biologia
1. Cellule staminali: se ne trovano
ovunque!
Le nicchie
staminali
Adipogenica
Processed Lipoaspirated Cells
Osteogenica
Condrogenica
Miogenica
Neurogenica
Le colture di adipociti
• Lo sviluppo di masse adipose idonee a
dare forma e volume a deformità
mammarie da chirurgia demolitiva
Le conquiste della biologia
2. Il midollo osseo: centro pilota della
guarigione segmentaria
Il processo di guarigione segmentario non è un
evento locale: vi partecipano cellula staminali di
altri distretti, MSCs in particolare: il midollo osseo
è verosimilmente il centro pilota.
Nel sangue di grandi ustionati si è osservato
un significativo incremento di cellule endoteliali
progenitrici, di verosimile provenienza midollare.
.
Le conquiste della biologia
3. Le regole dell’homing
I MECCANISMI DEL TROPISMO
Ruolo dell’SDF-1 e del CXCR4cdf
Le conquiste della biologia
4. Il ruolo paritario dell’ECM e la manovrabilità
dei tessuti connettivi
Il rapporto paritario tra ECM e cellule è stato riconosciuto
fondamentale nella differenziazione e nello sviluppo di
tutti i settori corporei.
Oltre ai numerosi fattori chimici individuati negli ultimi
anni, oggi si dà molto rilievo alle forze meccaniche nel
pilotaggio di questo rapporto: l’ipotesi della tensegrity e
della meccano-trasduzione di INGBER.
L’apprendimento della manovrabilità del
tessuto connettivo in vivo e in vitro è un
rilevante passo in avanti nella costruzione di
materiale biologico in laboratorio
Tensegrity and Mechanotransduction (Ingber)
Landis W J e coll., (Università dell’Ohio e di Osaka)
The potential of tissue engeneering in orthopedics
Orthop. Clin. N. Am., 36:97-104, 2005
Le conquiste della biologia
5. I meccanismi dello sviluppo e
plasticità cellulare
L’identificazione delle regole dello sviluppo
corporeo, dei meccanismi biochimici che le
supportano (“master factors”), e della
plasticità cellulare sono l’obiettivo della
scienza biologica di oggi. Con il progresso
delle conoscenze sarà sempre più facile
Mimare la natura
Il futuro
La via maestra suggerita dalle nuove
osservazioni scientifiche è la combinazione di
• Ingegneria delle strutture complesse in
laboratorio che produce nuove “strutture
settoriali di funzione”,
• Ingegneria chirurgica che usa in vivo queste
strutture, le elabora e le incorpora
complessità potenziando risorse naturali
sopite con mezzi chimici o meccanici.
Brokes JP, Kumar A (London University)
Appendage regeneration in adult vertebrates and implications for
regenerative medicine
Science, 310: 1919-1923, 2005
Scalarità dei livelli di espressione
del gene Prod 1 e CD59 lungo
l’asse prossimo-distale dell’arto di
tritone
Servitja JM, Ferrer J (Hospital Clìnic de Barcelona)
Transcriptional networs controlling pancreatic development and β
cell function
Diabetol., 47: 597-613, 2004
Una sfida per tutte la discipline
chirurgiche
Ingegneria tessutale e delle strutture
complesse ed Ingegneria chirurgica,
un nuovo settore scientifico assai
promettente ed appassionante che
coinvolge tutte le discipline
chirurgiche.
CIFIRC, Collegio Interdisciplinare di Fisiopat. della Ricostruz. Chir.