Biotecnologie in Ortopedia e Traumatologia :
dalle attuali evidenze cliniche alle nuove
frontiere
Il trattamento della
pseudoartrosi con cellule
mesenchimali
Dr Eugenio Boux Dr Alberto Siclari
P.O. Di Biella ASLBI
“The designation of a delayed
union or nonunion is currently
made when the surgeon
believes the fracture has little
or no potential to heal.”
si usano i termini ritardo di guarigione o pseudoartrosi nel caso
in cui il chirurgo ritenga che la frattura abbia scarso o nessun potenziale di
guarigione.
Donald Wiss M.D. & William Stetson M.D.
Journal American and Orthopedic Surgery 1996
Scopo del
trattamento
della
pseudoartrosi :
Ripristinare le potenzialità di
guarigione di una lesione !
“ Il miglior
trattamento della
pseudoartrosi è la
prevenzione ! “
Sir John Charnley (1911-1982)
•Per far guarire una pseudoartrosi
dobbiamo ricordare
come guarisce una frattura !
Il processo di guarigione di una frattura
La fase infiammatoria
La fase riparativa
Il rimodellamento
Einhorn TA. Enhancement of fracture-healing. J Bone Joint Surg [Am] 1999;77-A:940-56.
Il processo di guarigione di una frattura
1) Fase infiammatoria
– Frattura e reazione
infiammatoria
– Formazione del
tessuto di
granulazione
2) Fase riparativa
– Formazione del callo
– Deposizione di osso
lamellare
3) Fase di
rimodellamento
– Rimodellamento
nella forma originale
Fase infiammatoria
I capi ossei sanguinano
Formazione di un ematoma
Infiammazione acuta
Le piastrine , e
probabilmente altre cellule
rilasciano fattori di crescita
e mediatori vasoattivi
stimolando la divisione
cellulare delle cellule di
riserva all’inizio
prevalentemente nel
periostio .
Osteoclasti rimuovono l’osso necrotico
I macrofagi remuovono l’ematoma.
Circa 8 ore dopo il trauma le cellule cominciano a
dividersi e a differenziarsi La divisione cellulare inizia
seguendo il rilascio di mediatori vasoattivi , fattori di
crescita e altre citochine
Einhorn TA. Enhancement of fracture-healing. J Bone Joint Surg [Am] 1999;77-A:940-56.
Osteoclasti rimuovono l’osso necrotico
I macrofagi rimuovono l’ematoma.
Quali sono le sostanze che agiscono in
questa fase ?
Interleuchine 1 , 6
TGF-β
Platelet-derived growth factor ( PDGF )
Interleuchine 1, 6
L' interleuchina 1 (IL-1) è una citochina secreta da vari tipi di cellule
del sistema immunitariotra cui macrofagi, monociti e ma anche da
fibroblasti e cellule endoteliali. Deve il suo nome al fatto di essere
stata la prima citochina a venire scoperta.
La IL 1 ha molteplici effetti a livello sia locale che generale
nell'organismo tra cui quello di favorire la vasodilatazione. Inoltre
stimola la produzione di prostaglandine da parte di vari tipi di cellule
(muscolari, epiteliali, ecc), la produzione di altre citochine quali IL-2
e l'attivazione e il reclutamento di altre cellule del sistema
immunitario.
L'interleuchina 6 ha un ruolo primario nella febbre e nelle fase acuta
della risposta infiammatoria. È secreta dai macrofagagi; ha
proprietà pro-infiammatorie agendo sulle fasce muscolari dei vasi
sanguigni
TGF Beta
TGFβ è una proteina ( che presenta i sottotipi TGFβ1,
TGFβ2 e TGFβ3) che svolge un ruolo fondamentale
nella regolazione del sistema immunitario, nella
rigenerazione tissutale, nella differenziazione cellulare e
nell'embriogenesi.
L'iperespressione del TGFβ è responsabile della
sindrome di Marfan una malattia autosomica dominante
che colpisce primariamente il tessuto connettivo.
PDGF
È il principale mitogeno sierico per le cellule di origine
mesenchimale nell'uomo. La proteina biologicamente attiva è un
dimero composto da due polipeptidi collegati designati A e B .
E’ contenuto nei granuli alfa delle piastrine.
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
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
Consolidazione – L’osso
neoformato è lentamente
rimpiazzato da osso maturo ,
lamellare .
La frattura è solida
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 Caratteristica di alcune
sostanze che facilitano l’attacco e la migrazione di cellule nel loro interno
sostanze osteoinduttive Caratteristica di alcune sostanze
che forniscono un segnale biologico per reclutare e influenzare le cellule coinvolte
nell’osteo-condrogenesi
cellule mesenchimali
Vascolarizzazione
Condizioni
meccaniche
Sost. osteoinduttive
Sost. osteoconduttive
Cellule mesenchimali
Vascolarizzazione
Il metabolismo cellulare dipende strettamente dalla
tensione di ossigeno presente e dal volume ematico
circolante
l Condizioni meccaniche
Corretta stabilizzazione della frattura
l Sostanze osteo-conduttive
Facilitano l’attacco e la migrazione di cellule
l Sostanze osteoinduttive
Forniscono un segnale biologico per reclutare e
l
l
l
l
l
influenzare le cellule coinvolte nell’osteogenesi
Il processo cellulare
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.
Per ristabilire il potenziale di guarigione di una
pseudoartrosi dobbiamo fornire gli elementi
necessari alla lesione per riavviare il processo di
osteogenesi e correggere quando possibile la
ragione del fallimento
Fattori di rischio
Generali:
Non modificabili :
Età, Malattie croniche, sede
della lesione
Modificabili : Fumo, Anemia, Malnutrizione
Locali:
Lesione ad alta energia, insufficiente
immobilizzazione, devascolarizzazione
iatrogena, infezione
Trattamento della pseudoartrosi
Trattamento locale e generale
dell’infezione
Diminuzione dei fattori di rischio generale
Trattamento della pseudoartrosi
Miglioramento della stabilizzazione della
lesione
Trattamento della pseudoartrosi
Materiale osteoconduttivo ( sostituti
d’osso)
Cellule mesenchimali autologhe
Materiale ostoinduttivo (fattori di crescita)
Trattamento della pseudoartrosi
Sostituti d’osso :
A base di idrossiapatite e fosfato
tricalcico,ceramiche ecc.
Forniscono uno scaffold osteoconduttivo in
grado di ospitare gli
osteoblasti/osteoprogenitori ( cellule
mesenchimali )
In pasta o in granuli
Trattamento della pseudoartrosi
Cellule mesenchimali :
Concentrato di cellule mesenchimali
ottenute da aspirato midollare dal bacino .
Elevata componente cellulare : 6-8 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
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Increased proliferation of human synovial mesenchymal stem cells with autologous human serum: Comparisons with bone marrow
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Trattamento della pseudoartrosi
I tre componenti si miscelano e si ottiene
una pasta di densità variabile a seconda
della necessità, applicabile nella sede
voluta anche per via percutanea .
Trattamento della pseudoartrosi
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Trattamento della pseudoartrosi
PERCUTANEOUS AUTOLOGOUS BONE-MARROW GRAFTING FOR NONUNIONS: INFLUENCE OF THE
NUMBER AND CONCENTRATION OF PROGENITOR CELLS.
HERNIGOU, PH. MD; POIGNARD, A. MD; BEAUJEAN, F. MD; ROUARD, H. MD
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Non union tibiali 53/60 a giuarigione 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
Caso 1
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
Trattamento della pseudoartrosi
Dolore improvviso insorto a seguito di uno
sforzo
Trattamento della pseudoartrosi
Trattamento della pseudoartrosi
Trattamento della pseudoartrosi
Caso 2
DONNA , 53 ANNI
Frattura quarto inferiore gamba da
incidente stradale trattat con fissatore
esterno
Dopo 90 gg rimozione del fissatore
esterno , sintesi percutanea con vite e
apparecchio gessato
Dopo 5 mesi alla rimozione del gesso
Trattamento con fissazione interna con
metodica M.I.P.O. Ed augmentation
biologica .
Guarigione clinica e radiologica dopo 65
gg
Grazie a tutti !!