DISMISSIONE ANTIBIOTICA IN
VITRO CON INNESTI OSSEI
OMOPLASTICI DI BANCA
MORCELLIZZATI SGRASSATI E
CEMENTATI
G.Gualdrini, A. Bassi
VII Divisione
Direttore Prof. A.Giunti
Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna
Relazione presentata al Convegno su “Infezioni
protesiche: approccio multidisciplinare ad una patologia
invalidante”.
Torino, 22 Novembre 2001. Atti del Convegno, pag.60-61.
1947 De Grood M.
1980 McCollum D.E.
1982 Roffmann M.
1984 Sloof T.
1985 Ling R.
1987 Oakeshott R.
1991 Oliver H.
1993 Gie GA.
1994 Schreurs B.W.
Gli innesti ossei morcellizzati sono descritto già dal 1948
da De Grood che utilizzava osso morcellizzato mescolato
a penicillina per la cura delle osteomieliti nelle ferite da
guerra.
Negli anni successivi altri Autori hanno descritto la loro
esperienza con innesti morcellizzati prevalentemente per
il trattamento delle perdite di sostanza ossea nelle
revisioni protesiche.
1996
Hovelius e Ullmark
“Impacted morselized allograft and cement for
revision total knee arthroplasty”
Acta Orthop. Scand. 1996
Nel 1996 Hovelius e Ullmark descrivono in modo
standardizzato la produzione di innesti morcellizzati
omoplastici utilizzati nella revisione di protesi mobilizzate
di ginocchio.
• OSSO SPONGIOSO METAFISARIO
• RIMOZIONE TESSUTI FIBROSI E CARTILAGINE
Viene utilizzato osso spongioso omoplastico o, quando
possibile, autoplastico.
Si asportano accuratamente i tessuti fibrosi e le corticali.
• MORCELLIZZAZIONE
• CHIPS DI 3 mm
La morcellizzazione viene eseguita con un apposito
strumentario denominato Howex. In circa 20 secondi si
macina una testa di femore. Si ottengono “cips” ossee di
3 mm di dimensione.
La preparazione dell’innesto può essere fatta in sala
operatoria, durante l’intervento. In tale modo sono stati
preparati gli innesti nell’Istituto Rizzoli negli anni 1997 e
1998.
Aggiungere video su howex
LAVAGGI MULTIPLI IN SOLUZIONE
FISIOLOGICA CALDA
Thorèn K., “Lipid-extracted bone graft”,
1994
Il prodotto viene raccolto in una garza e lavato in soluzione
fisiologica calda a circa 40°. Thorèn, nella sua tesi di
Laurea, ha dimostrato che con il lavaggio si elimina gran
parte del grasso midollare. Ha dimostrato inoltre che lo
“sgrassamento” accellera l’osteointegrazione dell’innesto
e riduce la flogosi da istio-incompatibilità degli innesti
omoplastici. Normalmente il lavaggio è ripetuto tre volte,
quindi l’osso morcellizzato viene asciugato il più possibile
all’interno di un telino sterile robusto tramite spremitura
manuale.
A questo punto l’innesto è pronto per essere utilizzato.
• Cavità con pareti continue e cruentate
• Adeguata compattazione
E’ fondamentale che l’innesto morcellizzato riempa lesioni
cavitarie, dalle quali venga contenuto completamente.
Se questa condizione non viene rispettata, l’innesto può
riassorbirsi e non portare ad alcun recupero della perdita
di sostanza ossea. Nell’immagine a fianco si vede l’area
acetabolare, in revisione di protesi d’anca, colmata di osso
morcellizzato. Anteriormente vi è un anello di rinforzo sul
quale verra’ fissato il nuovo cotile. La superficie del
morcellizzato è stata modellata con una fresa da cotile
girata al contrario e quindi manualmente compressa con
un cotile da prova.
ISTOLOGIA: 4 settimane
Immagine di preparato istologico, per gentile concessione
del dott. G. Ullmark, Dipartimento di Ortopedia,
Ospedale Laussjukhuset Gavle-Sandvichen, Gavle, Svezia.
A 4 settimane dall’innesto di osso morcellizzato, le “cips”
di colore rosso scuro appaiono circondate da tessuto osseo
neoformato, di colore rosso più tenue. Nello spessore
dell’osso neoformato vi sono lacune con osteociti.
Le trabecole ossee sono circondate da abbondante tessuto
fibroso ben vascolarizzato. L’immagine istologica
conferma che gli innesti ossei morcellizzati servono
da substrato inducente per la neo-osteogenesi.
ISTOLOGIA: 6 mesi
Immagine di preparato istologico, per gentile concessione
del dott. G.Ullmark, Dipartimento di Ortopedia,
Ospedale Laussjukhuset Gavle-Sandvichen, Gavle, Svezia.
A sei mesi le “cips” innestate sono ancora distinguibili per
la colorazione verde scuro e per le lacune osteocitiche
vuote. Appaiono abbondantemente circondate da nuovo
tessuto osseo neoformato verde chiaro, attraversato da vasi
e con lacune osteocitiche abitate. Attorno alle travate ossee
vi è un vallo fibroso e stroma abbondantemente
vascolarizzato.
ISTOLOGIA:
4 anni
Immagine di preparato istologico, per gentile concessione
del dott. G.Ullmark, Dipartimento di Ortopedia,
Ospedale Laussjukhuset Gavle-Sandvichen, Gavle, Svezia.
In questa immagine si vede una sezione diafisaria
periprotesica di femore di un paziente deceduto per cause
naturali, operato 4 anni prima di revisione di protesi
d’anca.Il tessuto osseo è omogeneo alla periferia, mentre
nella parte interna è ricco di lacune emopoietiche.
ISTOLOGIA: 4 anni
Immagine di preparato istologico, per gentile concessione
del dott. G.Ullmark, Dipartimento di Ortopedia,
Ospedale Laussjukhuset Gavle-Sandvichen, Gavle, Svezia.
Ad un maggiore ingrandimento le trabecole ossee appaiono
formate da tessuto omogeneo, nel quale non si individuano
più le “cips” innestate. Attorno vi è un abbondate stroma
emopoietico. A 4 anni gli innesti sono già stati coinvolti
nel biologico rimaneggiamento osseo e non ce n’è più
traccia. Rimane un tessuto osseo abbondantemente
vascolarizzato, completamente neoformato, che colma
un volume prima vuoto.
LA BANCA DELL’OSSO I.O.R.
PRODUCE DAL 1998
“OSSO OMOLOGO
MORCELLIZZATO
SGRASSATO”
Da 1998 la Banca dell’Osso dell’Istituto Rizzoli di Bologna
produce innesti di osso omologo morcellizzato sgrassato
denominato sinteticamente “MOS”.
• CONFEZIONAMENTO:
in tripla busta sottovuoto
• IRRADIAZIONE:
raggi gamma (2.5 KGy)
• CONGELAMENTO:
- 80°C
L’osso, lavorato come già esposto, viene chiuso in quantità
di 20 grammi (circa mezza testa femorale media) in una
triplice confezione sotto vuoto e conservato a -80°.
Se la lavorazione non è avvenuta in asepsi, la confezione
viene sterilizzata con raggi gamma ad un dosaggio che non
altera le caratteristiche fisiche e meccaniche dell’osso..
CASISTICA 1998-2001
131 Pazienti
•
•
•
•
•
•
46 reimpianti di protesi d’anca
28 artrodesi vertebrali
23 borraggi
17 osteosintesi
11 protesi anca primarie
8%
6 reimpianti protesi di ginocchio
35%
21%
17.5%
13%
4.5%
Il primo impiego del “MOS” è stato per la revisione delle
protesi d’anca mobilizzate con una importante perdita di
sostanza ossea. Nella casistica I.O.R. esse rappresentano il
35% alla fine del 2001. Successivamente però, con la
constatazione della affidabilità del “MOS”, le indicazioni
aumentavano e venivano quindi trattate altre patologie.
Nelle superfici di artrodesi vertebrale, come arricchimento
osseo. Nel borraggio di cavità osteolitiche come cisti ossee,
cisti aneurismatiche, TCG. Nelle osteosintesi di
pseudoartrosi dei grandi segmenti, per arricchimento
locale osseo e riempimento di “spazi morti” fra
il segmento osseo, i mezzi di sintesi e stecche corticali
omoplastiche. Il “MOS” è stato utilizzato anche per
protesi primarie in coxartrosi secondarie post-trauma,
dove il cotile è gravemente deformato.
C.S. 54 anni
1° reimpianto nel 1995
2° reimpianto con innesto massivo nel 1999
Primo caso clinico.
Revisione di cotile mobilizzato con utilizzo di innesto osseo
omologo massivo.
A 6 mesi dalla seconda revisione
A 8 mesi dalla seconda revisione
Primo caso clinico.
A meno di un anno si verifica il riassorbimento dell’innesto
e la mobilizzazione del cotile recidiva.
3° revisione
Post-operatorio
Primo caso clinico.
Controllo postoperatorio del terzo reimpianto del cotile.
Il cotile è mantenuto in sede da un anello di rinforzo con
alette avvitate iliache e gancio otturatorio.
Il volume di osteolisi è colmato con innesti morcellizzati
compressi, una retina di titanio impedisce la dispersione di
morcellizzato attraverso una soluzione di continuo della
lesione cotiloidea.
6 mesi
Primo caso clinico.
Controllo a 6 mesi. La massa dell’innesto morcellizzato è
ben visibile. I mezzi di sostegno del cotile in sede.
Il paziente carica completamente.
12 mesi
Primo caso clinico.
A 12 mesi dall’intervento il volume osseo innestato
morcellizzato è radiologicamente più denso ed omogeneo.
Invariato l’assetto delle componenti protesiche.
P.G.,75 aa.
Secondo caso clinico.
Entrambe le protesi sono mobilizzate, la sinistra presenta
una sintomatologia dolorosa più importante.
Controllo
post-operatorio
Secondo caso clinico.
Il reimpianto viene eseguito con un cotile da revisione con
anello di rinforzo con presa iliaca e con gancio otturatorio.
La cavità cotiloidea risulta aperta medialmente, per cui
viene applicata una retina di titanio per impedire la
dispersione del morcellizzato.
La perdita di sostanza ossea viene colmata da osso
omoplastico di Banca morcellizzato e sgrassato.
Controllo a 3 mesi
Secondo caso clinico.
A tre mesi decorso regolare, con carico concesso
parzialmente. Buona radio-opacità dell’innesto osseo
morcellizzato, che si presenta compatto e senza zone
di rarefazione
Controllo
a 6 mesi
A sei mesi decorso regolare, carico pieno da 3 mesi.
Buona tenuta del tessuto morcellizzato.
TCG tibia prossimale sinistra.
B.E., 14 anni
Terzo caso clinico.
In questa giovane persona gli innesti morcellizzati sono
stati impiegati per riempire la cavità rimasta dallo
svuotamento di un tumore a cellule giganti.
Post-operatorio
Controllo a 12 mesi
Terzo caso clinico.
Controllo radiografico ad un anno. Buona la radio-opacità
dell’innesto osseo, che si presenta omogenea e con un
ridotto vallo di radiotrasparenza periferica, visibile solo
nella proiezione laterale, anteriormente.
Cisti ossea omero prossimale destro.
17 aa.
F.U. 1 mese
Quarto caso clinico.
Paziente di 17 ann con cisti ossea. A destra controllo
radiografico ad un mese dall’intervento di svuotamento e
borraggio della cavità ossea con innesti morcellizzati
impattati. Da notare il bordo di radiotrasparenza che
circonda il volume dell’ innesto.
F.U. 3 mesi
F.U. 6 mesi
Quarto caso clinico.
Controllo radiografico a 3 e 6 mesi.
Il bordo radiotrasparente è scomparso per una
integrazione completa dell’innesto morcellizzato.
La densità radiografica appare intensa e omogenea.
Frattura piatto tibiale sin.
Quinto caso clinico.
Frattura del piatto tibiale esterno.In queste fratture
lo schiacciamento dell’osso spongioso tibiale equivale ad
una perdita di sostanza ossea.
A 3 mesi
Pseudoartrosi di cotile dx,
coxartrosi secondaria dx.
Sesto caso clinico.
Situazione particolarmente complessa: giovane paziente
con pseudoartrosi di cotile ed artrosi secondaria della coxa
destra. Trattamento chirurgico: artroprotesi press-fit
con cotile avvitato e abbondante impiego di morcellizzato
per dare una stabilità secondaria all’impianto cotiloideo.
Post-operatorio
A 45 giorni
Sesto caso clinico.
A 45 giorni la clinica era nella norma. Era concesso un
carico sfiorante. L’aspetto radiologico faceva apprezzare
una omogeneità del morcellizzato, senza evidenti
soluzioni di continuo con l’osso pelvico.
COMPLICAZIONI
• 1 recidiva di infezione
in revisione di protesi di ginocchio infetta
• 1 mobilizzazione di cotile
per riassorbimento dell’innesto
• 2 infezioni in revisione di protesi d’anca
•La revisione era stata fatta su una protesi di ginocchio già
infetta. L’osso morcellizzato era stato impiegato nella
metafisi tibiale dove c’era una importante perdita ossea.
Nei primi impieghi del morcellizzato, non si associava
antibiotico
•Il morcellizzato si è riassorbito perché la cavità cotiliodea
non aveva un fondo continente. Per questo motivo non è
stato possibile compattare correttamente il morcellizzato
che in parte si è disperso nella pelvi.
•In un caso si verificò una lussazione postoperatoria con
ematoma e infezione successiva che non interessò
l’impianto.
Nel secondo caso, l’infezione interessava completamente
l’impianto e l’osso innestato. Dopo un intervento di pulizia
profonda edelle parti molli, si ebbe una completa
guarigione
CONSIDERAZIONI
A questo punto i risultati ottenuto con gli innesti di Banca
morcellizzati e sgrassati vennero giudicati molto
soddisfacenti. Al punto che si pensò in quale modo
potessero essere utilizzati anche per le osteomieliti e le
pseudoartrosi infette.
Witso et al. avevano già studiato le caratteristiche di
“carrier”di antibiotico dell’osso morcellizzato in vitro.
Si pensò allora a mescolare polvere secca di antibiotico
ad osso morcellizzato ed a cemento acrilico. L’idea del
cemento acrilico venne per dare una consistenza all’osso
morcellizzato.
DISMISSIONE ANTIBIOTICA
IN VITRO
DA OSSO MORCELLIZZATO
CEMENTATO
“Adsorption and release of
antibiotics from morselized
cancellous bone.
In vitro studies of 8 antibiotics.”
Witso E., Persen L., Loseth K., Bergh K.
Acta Orthop. Scand. 1999 Jun; 70 (3): 298-304
OBIETTIVO DELLA
RICERCA
Possibilità di impiego
nelle patologie settiche
con importante perdita
ossea
I cilindri di osso morcellizzato, cemento (PMMA) e
antibiotico sono stati fatti con uno stampo apposito di 1 cm
di diametro e 1 cm di altezza.
La quantità di antibiotico, di cemento in polvere secca e di
osso morcellizzato asciutto veniva misurata su apposita
bilancia elettronica. Come antibiotico è stata scelta la
vancomicina, perché attualmente la gran parte dei germi
patogeni è sensibile a questo macrolide.
La parte di reagente liquido è stata dosata in funzione
della sua quantità minima capace di reagire con il cemento
in polvere.
CAMPIONI
10 cilindri: cemento + vancomicina +
osso
6 cilindri: cemento + vancomicina
Sono stati prodotti 16 cilindri in tutto:
10 cilindri con PMMA, vancomicina e osso morcellizzato.
6 cilindri con solo PMMA e antibiotico, per poter avere un
confronto con i precedenti.
LIQUIDI D’IMMERSIONE
• Plasma umano
• Soluzione fisiologica
TEMPERATURA: 37°C
Entrambi i gruppi sono stati immersi per una metà in
soluzione fisiologica e per l’altra in pool di plasma umano,
a 37°.
I gruppi così formati risultavano quattro:
Gruppo 1: PMMA - Vancomicina - MOS in plasma
Gruppo 2: PMMA - Vancomicina - MOS in fisiologica
Gruppo 3: PMMA - Vancomicina in plasma
Gruppo 4: PMMA - Vancomicina in fisiologica
DOSSAGIO DI ANTIBIOTICO
SETTIMANA
I
GIORNO
1°
7°
II
14°
III
21°
IV
28°
Il dosaggio dell’antibiotico è stato fatto a tempo zero e
quindi ogni giorno, cambiando il liquido di immersione
per una settimana. Successivamante il dosaggio si è
ripetuto settimanalmente, in 14a, 21a e 28a giornata.
GRUPPO I (BONE-PLA)
5 cilindri con osso, cemento, vancomicina
immersi in plasma
GRUPPO II (BONE-SAL)
5 cilindri con osso, cemento, vancomicina
immersi in soluzione fisiologica
GRUPPO III (CEM-PLA)
3 cilindri con cemento, vancomicina
immersi in plasma
GRUPPO IV (CEM-SAL)
3 cilindri con cemento, vancomicina
immersi in soluzione fisiologica
RISULTATI
RILASCIO TOTALE DI
ANTIBIOTICO
bone pla vs cem pla
1600
p=0.04
1400
1200
mg/ml
1000
800
600
400
200
0
1515
1447
719
1287
bone pla
bone sal
cem pla
cem sal
Il rilascio di antibiotico totale nei 28 giorni.
Nei 28 giorni di immersione, il rilascio maggiore di
antibiotico è avvenuto dai cilindri di PMMA-Vanco.-MOS
immersi nel plasma umano.
La quantità minore di antibiotico rilasciato è avvenuta dai
cilindri di PMMA-Vanco immersi nel plasma.
RILASCIO DI ANTIBIOTICO
prima settimana
700
bone pla
bone sal
cem pla
cem sal
600
m g/ml
500
400
300
200
100
0
days
0
1
2
3
4
5
6
7
Il rilascio di antibiotico nella prima settimana.
Il maggiore rilascio di antibiotico è avvenuto nelle prime
due giornate di immersione.
I cilindri PMMA-Vanco-MOS e PMMA-Vanco in soluzione
fisiologica hanno dato di più rispetto agli altri gruppi. Nei
giorni successivi il rilascio di antibiotico si è uniformato
fra i quattro gruppi, senza differenze statisticamente
significative.
RILASCIO DI ANTIBIOTICO
quattro settimane
1400
bone pla
bone sal
cem pla
cem sal
1200
m g/ml
1000
800
600
400
200
0
week
I
II
III
IV
Rilascio di antibiotico nelle ultime tre settimane.
Dalla fine della prima settimana alla quarta, la quantità di
antibiotico rilasciata si è progressivamente ridotta per i
quattro gruppi.
I cilindri PMMA-Vanco-MOS in plasma hanno rilasciato
la quantità più alta di antibiotico e in 28a giornata la sua
concentrazione “in vitro” superava la MIC su germi
sensibili da 20 a 200 volte.
CONCLUSIONI
L’analisi statistica dimostra che
l’osso morcellizzato addizionato a
cemento acrilico è un valido
sistema di dismissione antibiotica
L’osso omoplastico di Banca, morcellizzato e sgrassato
secondo l’esperienza di Hovelius e Ullmark, si è rivelato
una affidabile risorsa nel trattamento chirurgico delle
lesioni ortopediche con perdita importante di tessuto osseo.
Mescolato a polvere di antibiotico e cemento metacrilato,
nelle sperimentazioni “in vitro”, si è rivelato un sistema
composito ottimo come carrier di antibiotico.
Al momento attuale non si può affermare nulla, ma è
evidente la potenziale utilità di tale composito nel
trattamento delle patologie settiche con perdita di sostanza
ossea.
Giovanni Gualdrini