Le fonti dei tessuti

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI MILANO BICOCCA Clinica Ortopedica e Scuola di Specialità in Ortopedia Azienda Ospedaliera S. Gerardo - Monza Dir.: Prof. Giovanni Zatti Donazione della testa femorale e suo utilizzo nei difetti ossei Giuseppe Castoldi G. CASTOLDI, D. MUNEGATO, R. SOTIRI, G. ZATTI Le fonti dei tessuti DONATORE VIVENTE DONATORE CADAVERE 1

2 15/02/2013 Utilizzo dei tessuti donabili Tendini ricostruzione dei legamenti crociati anteriore e posteriore (pazienti giovani, sportivi, ) Menischi sostituzione in caso di rottura o artrosi 2

3 Teste di femore Utilizzo dei tessuti donabili riempitivo nelle revisioni di artoprotesi pazienti tumorali Tessuti osteo-tendinei tendinei salvataggio d arto Innesti ossei da donatore Finalizzati alla creazione di supporti ossei adeguati al ripristino della normale morfologia ossea 3

4 Trapianti/Innesti ossei SCELTA TERAPEUTICA Ogni scelta terapeutica deve basarsi sul principio del favorevole rapporto costo/efficacia, ovvero il migliore trattamento per quel paziente al costo inferiore o quantomeno proporzionato all intervento; l efficacia, a propria volta, deve essere documentata e basata sull evidenza. In presenza di patologie con perdita di sostanza ossea ( bone stock ), in previsione di interventi ricostruttivi in cui è necessario utilizzare osso e suoi derivati, occorre che il chirurgo scelga il tessuto più idoneo in base alle caratteristiche dei prodotti disponibili, ricordando che nel materiale osseo si trovano in misura variabile diverse componenti. LINEE GUIDA, AD USO DELLE BANCHE DI TESSUTO MUSCOLOSCHELETRICO, PER LA VALUTAZIONE DELL APPROPRIATEZZA DELLA RICHIESTA DI OSSO UMANO, DEI SUOI DERIVATI E SOSTITUTI 4

5 Clinical applications Fratture con difetti ossei importanti Fratture esposte con perdita di sostanza ossea Difetti ossei nelle psuedoartrosi atrofiche Artrodesi vertebrale Riprotesizzazioni anca e ginocchio con perdita ossea Tumori ossei e amputazioni Autograft (gold standard) Allograft Several methods stimulate bone regeneration: Demineralised bone matrix (DBM) Hydroxyapatitecalcium Phosphate (CP,TCP) Autologous bone marrow aspirates Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) Growth Factors (like Platelet Derived and other) 5

6 Innesto osseo ( Bone Grafting ) Un innesto ideale dovrebbe possedere tre proprietà: 1- Osteogenesi 2- Osteoinduzione 3- Osteoconduzione The Use of Ceramics as Bone Substitutes in Revision Hip Arthroplasty; Michael R. Whitehouse ; Materials 2009, 2, Osteogenesi Gli elementi cellulari presenti nel tessuto osseo prelevato, che sopravvivono al trapianto/innesto, sintetizzano nuovo osso nella sede ricevente Osteoinduzione La sintesi di nuovo osso avviene attraverso l attivazione, dal tessuto circostante, di cellule mesenchimali dell ospite e successiva trasformazione in osteoblasti formanti osso. Tale processo è legato alla presenza nel trapianto / innesto di fattori di crescita, principalmente le BMP (bone morphogenetic proteins) Osteoconduzione Il trapianto / innesto funge da struttura tridimensionale passiva (scaffold), che favorisce l inserimento di vasi sanguigni e la formazione di nuovo osso 6

7 Vie della rigenerazione ossea OSTEOGENICHE OSTEOINDUTTIVA OSTEOCONDUTTIVA Formazione di osso producendo tutte le componenti della matrice Formazione di osso inducendo alla proliferazione ed alla differenziazione le cellule presenti in situ Formazione di osso con utilizzo di supporto 3-D adeguato alle cellule residenti AUTOGRAFT CELLULE OSTEOGENICHE MSCs BMPs DERIVATI PIASTRINICI DBM HA, TCP, HA-TCP + NON-AUTOGRAFT Clin. Orthop. 2000, 371: Possibili innesti (scaffolds) Type Graft Osteoconduction Osteoinduction Osteogenesis Advantages Bone Autograft Gold standard Allograft Availability in many forms Biomaterials DBM Supplies osteoinductive BMPs, bone graft extender Collagen Good as delivery Vehicle system Ceramics TCP, HA Biocompatible Calcium phosphate cement Some initial structural support Injury Nov;36 Suppl 3:S20-7 Injury Nov;36 Suppl 3:S20-7 7

8 TESSUTO AUTOLOGO L utilizzo di osso autologo fresco spongioso e, in grado minore, corticale rappresenta tuttora il gold standard, in quanto possiede le migliori proprietà osteoconduttive ed osteogeniche, è moderatamente osteoinduttivo. TESSUTO AUTOLOGO Gli innesti cortico-spongiosi autologhi vengono rapidamente rivascolarizzati ed inoltre sono privi di immunogenicità e del rischio di trasmissione di infezioni virali. Lo stesso vale per i tendini, le cartilagini ed i legamenti. 8

9 TESSUTO OMOLOGO (ALLOGRAFTS) Si ottiene da donatore vivente (epifisi femorali per lo più) e da donatore cadavere (potenzialmente ogni tipo di segmento di varie forme e misure,). Ha capacità osteoconduttive e può fornire supporto strutturale Il congelamento eseguito in maniera appropriata non altera la BMP presente nell osso: capacità osteoinduttive Si conserva congelato a 80 C o a temperature inferiori con mantenimento pressoché integrale delle sue proprietà biomeccaniche iniziali Il rischio di trasmissione di malattie virali col TMS è a tutt oggi estremamente improbabile Autograft and allograft characteristics Bone graft Autograft Structural strength Osteoconduction Osteoinduction Osteogenesis Cancellous NO Cortical Allograft Cancellous Frozen NO ++ + NO Freeze-dried NO ++ + NO Cortical Frozen NO NO Freeze-dried + + NO NO Injury Nov;36 Suppl 3:S20-7 9

10 TIPOLOGIE E PRODOTTI DI TMS OMOLOGO Segmenti per trapianti Segmenti per innesti Osso morcellizzato: chips di cortico-spongiosa di 2-3 mm, lavato a 40 C per eliminare le componenti cellulari e adipose, con proprietà osteoconduttive e di supporto eccellenti, specialmente se compattato nella sede di perdita del bone stock (impaction grafting), per esempio in riempimenti di cavità cistiche, nei reimpianti protesici, nelle artrodesi vertebrali. Per aumentarne la capacità osteoinduttiva, può essere associato a osso autologo, midollo osseo, gel piastrinico, osso demineralizzato, fattori di crescita. TIPOLOGIE E PRODOTTI DI TMS OMOLOGO Matrice demineralizzata E costituita da tessuto osseo privato della componente minerale. Nei preparati disponibili, essa è spesso mescolata con chips di osso convenzionale o associata a carriers biologici. Ha effetti osteoconduttivi ed osteoinduttivi dovuti alla bone morphogenetic protein (BMP) presente nella matrice extracellulare, che si rende disponibile con il processo di demineralizzazione. Si presenta sottoforma di granuli di 0,5-2 mm liofilizzati. 10

11 TIPOLOGIE E PRODOTTI DI TMS OMOLOGO TMS LIOFILIZZATO Tutti i tessuti possono essere sottoposti a liofilizzazione (freeze-dry), processo di disidratazione mediante sublimazione, che permette la conservazione a temperatura ambiente; non altera la BMP e quindi le potenziali capacità osteoinduttive; hanno ottime proprietà osteoconduttive TIPOLOGIE E PRODOTTI DI TMS OMOLOGO TMS IRRADIATO Il tessuto congelato ed i tessuti processati possono essere sterilizzati mediante irradiazione, di solito a raggi gamma da sorgente di Cobalto 60 L irradiazione, quando supera 10 kgy, può denaturare la B.M.P. presente nell innesto e alterare le sue capacità osteoinduttive. 11

12 Le ceramiche HA, CP, TCP and β-tcp - biocompatibilità delle ceramiche risiede nel fatto che, come l osso, sono costituite da calcio e fosfato - composizione chimica e strutturale molto simile alla fase minerale dell osso - materiale osteoconduttivo ideale deve essere biodegradabile: degradandosi lascia il posto all osso ospite neoformato The Use of Ceramics as Bone Substitutes in Revision Hip Arthroplasty; Michael R. Whitehouse ; Materials 2009, 2, Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) Low-molecular-weight non-collagenous glycoproteins: TGF superfamily Only 0.1% of bone protein weight Non-immunogenic Non-species specific Single Rh- or mixture extracted BMP-2 and BMP-7 Nonunion and bone fusion Injury Nov;36 Suppl 3:S

13 Platelet derived growth factors Large group: PDGF GDF-5 IGF-I e II FGF-2 EGF TGF-β Role not clearly defined: only proliferation of resident osteogenic cell and angiogenetic action? Good result in nonunion and bone defect treatment Non orthopaedics only (dentistry, maxillo-facial, and more over) VANTAGGI del sintetico vs all auto- allograft Più rapido riempimento del difetto = rapida riduzione del dolore 1 Alta disponibilità dei materiali Assenza della donor site syndrome (infezione, sanguinamento, dolore) 2 Riduzione dei costi sanitari a lungo termine Esclusione rischio infettivo (allograft) 1. Petruskevicius J, Nielsen S, Kaalund S, Knudsen P R and Overgaard S: No effect of Osteoset, a bone graft substitute, on bone healing in humans. A prospective randomized double-blind studyacta Orthop Scand 2002; 73 (5): CHAPMAN M W, BUCHOLZ R and CORNELL C: Treatment of Acute Fractures with a Collagen-Calcium Phosphate Graft Material. A Randomized Clinical Trial*{{dagger}} J. Bone Joint Surg. Am. 79: ,

14 SVANTAGGI sintetico vs auto-allograft Non concesso il carico precoce sull impianto 1 Tempi di riassorbimento dell innesto piuttosto lunghi (3-16 mesi a volte anni) 2 Costi della singola operazione 1. McConnell JR, Freeman BJ, Debnath UK, Grevitt MP, Prince HC, Webb JK: A prospective randomized comparison of coralline hydroxyapatite with autograft in cervical interbody fusion. Spine 2003 Feb 15;28(4): L. Galois, D. Mainard, P. Cohen, F. Pfeffer, R. Traversari, J.P. Delagoutte: Comblement des pertes de substance osseuse par le phosphate tricalcique en traumatologie. Ann Chir 2000 ; 125 : Rx pre-op L.G- Donna di 70 anni mobilizzazione asettica cotile - PTA sx in coxartrosi da 19 anni con lesione permanente del nervo sciatico 14

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16 Revisione cotile - innesto osseo allogenico + sintetico e gel piastrinico Post op Post-op 2 anni 16

17 Rx pre-op D. G Donna 69 anni mobilizzazione asettica cotile destro PTA destra da 15 anni e sinistra da 10 anni PREPARAZIONE: Subito prima dell impianto il concentrato di GF e la trombina attivata sono mischiati e insieme versati sul sostituto osseo (bcpc). 17

18 Revisione cotile Osso sintetico + gel piastrinico Rx post-op 18

19 Rx postop 1 anno 19

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21 Postoperative Fracture G.F- female 78 yrs Type B3 fracture Preop. Rx Courtesy of Max Morandi, MD 15/02/ Courtesy of Max Morandi, MD Revision + Plate + Cerclage + Strut Graft Intraoperative 15/02/

22 Postoperative Fracture Revision + Plate + Cerclage + Strut Graft Postop. Rx 15/02/ Courtesy of Max Morandi, MD Future Ulteriori progressi nell ingegneria tissutale, l integrazione delle scienze biologiche, fisica ed ingegneria, creerà delle nuove strutture carrier che permetteranno di rigenerare e ricostituire i tessuti nella loro forma e funzione. queste strutture dovranno essere verosimilmente addizionate con vari fattori di crescita, diventando dei supporti biologici di incorporazione di cellule staminali mesenchimali. 22

23 Future Queste strutture dovranno essere verosimilmente addizionate con vari fattori di crescita, diventando dei supporti biologici di incorporazione di cellule staminali mesenchimali. Grazie 23