30845 Suppl Giot.pdf - Giornale Italiano di Ortopedia e Traumatologia

Medicina rigenerativa e uso di cellule staminali in ortopedia
N. Baldini, G. Ciapetti, D. Dallari, a. Giunti
La medicina rigenerativa è un nuovo, promettente settore di ricerca
applicata in ortopedia e traumatologia. Il termine appare per la prima
volta in un articolo del 1992 sull’amministrazione ospedaliera,
con riferimento a tecnologie avanzate di possibile impatto sulla
realtà ospedaliera. Si descrive infatti “…una nuova branca della
medicina che cerca di cambiare il corso delle malattie croniche e
che in molti casi saprà rigenerare sistemi organici esauriti e difettosi…”
1 . La prima citazione di medicina rigenerativa nell’accezione
odierna compare peraltro su PubMed solo nel 2000 e il termine
entra nell’uso comune a partire dall’anno successivo 2 3 .
Inizialmente usato come sinonimo di ingegneria tissutale, la
medicina rigenerativa si basa su alcuni elementi fondamentali:
• in aggiunta alle note caratteristiche di auto-rinnovamento e
differenziamento, la capacità delle cellule midollari stromali
(MSC) di rilasciare fattori di crescita e citochine come segnali
per la riparazione dei tessuti;
• in aggiunta ad appropriate caratteristiche meccaniche, la
capacità di supporti (ingl. scaffold), naturali o artificiali, di
riprodurre la matrice extracellulare, fornendo così alle cellule
idonei segnali per il differenziamento.
Il fine ultimo della medicina rigenerativa è la stimolazione delle
risorse proprie dell’organismo, in particolare dei meccanismi di
guarigione e riparazione tissutale, attivando i processi fisiologici
che guidano la riparazione tissutale, quali l’infiammazione, la
neo-vascolarizzazione, l’azione dei macrofagi, l’invasione di
nuove cellule, etc 4 .
Anche dopo la nascita l’osso mantiene una capacità innata di crescita
controllata (rimodellamento), regolata da stimoli biologici e
meccanici, e l’abilità di riparare un danno mediante fenomeni di
rigenerazione tissutale. Il processo di riparazione dell’osso dopo
una frattura ricapitola gli eventi dello sviluppo embrionale e fetale,
in quanto si verificano sia l’ossificazione diretta al sotto del
periostio nei primi giorni dopo il trauma, che, nei giorni successivi,
l’ossificazione encondrale in prossimità del sito di frattura.
Com’è noto, dato che l’ematoma che si forma nel sito di frattura
contiene progenitori mesenchimali multipotenti e fattori solubili
osteogenici e angiogenici, che giocano un ruolo fondamentale
nella riparazione dell’osso, è importante assicurare una stabilità
primaria e non rimuovere l’ematoma stesso 5 .
L’utilizzo di innesti per la riparazione di difetti ossei ha limiti ben
conosciuti. Ad esempio sia la matrice ossea demineralizzata che l’os-
Clinica Ortopedica e Traumatologica I e Laboratorio di Fisiopatologia Ortopedica
e Medicina Rigenerativa, Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna
Indirizzo per la corrispondenza:
Nicola Baldini. E-mail: nicola.baldini@ior.it
G.I.O.T. 2010;36(suppl. 1):S151-S153
so omologo, che non sono o sono solo scarsamente immunogenici
dopo trattamento chimico o termico, possono persistere per anni nel
tessuto di riparazione sotto forma di frammenti avvolti da tessuto
fibroso reattivo, dunque non riassorbiti nè sostituiti da nuovo osso 6 .
Elemento chiave per il successo della medicina rigenerativa applicata
alla chirurgia ortopedica ricostruttiva è la disponibilità da fonti
diverse (in genere midollo osseo) di MSC con potenzialità osteogenica,
in grado di differenziarsi se poste nelle condizioni opportune.
In aggiunta alla capacità differenziativa, le MSC sarebbero anche
dotate di attività trofica 7 , ovvero della capacità di secernere fattori
bioattivi (G-CSF, LIF, IL-6, SCF) che inibiscono la formazione di
tessuto cicatriziale e stimolano l’angiogenesi.
Il Laboratorio di Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa
dell’Istituto Ortopedico Rizzoli ha una consolidata esperienza nella
coltura di MSC derivate da midollo osseo umano (canale femorale
o cresta iliaca) (Fig. 1).
La caratterizzazione delle MSC è di tipo morfologico, biochimico
e molecolare (Fig. 2). Nella nostra esperienza, non abbiamo
riscontrato differenze nella resa di MSC legate al sesso o all’età
del paziente, ma il contenuto di fosfatasi alcalina (marcatore del
potenziale osteogenico) di questi precursori coltivati in terreno
appropriato tende a calare al crescere dei passaggi in coltura 8 .
Questo dato suggerisce che l’espansione in coltura di MSC, volta a
ottenere un elevato numero di precursori da impiantare nel sito di
danno, può ridurre la capacità osteoinduttiva delle stesse.
Un secondo elemento necessario per la rigenerazione ossea è la
presenza in situ di fattori di crescita in grado d’indurre le cellule a
proliferare e differenziarsi. Tali fattori sono stati identificati (BMP2,
PDGF, TGFβ, FGF2, IGF) e di alcuni è reperibile in commercio la
molecola ricombinante. La loro ampia disponibilità in combinazione
fisiologica dopo rilascio dalle piastrine costituisce la base razionale
per l’utilizzo clinico di derivati piastrinici autologhi 9 10 .
Un altro componente essenziale della medicina rigenerativa applicata
all’ortopedia è lo scaffold, una struttura di sostegno per le MSC
che ne eviti la dispersione dopo inoculo 11 . Oltre ai materiali naturali,
la maggior parte degli scaffold sono di natura polimerica o ceramica,
con una degradazione controllata che consente di assolvere la funzione
meccanica durante la rigenerazione del tessuto (Fig. 3). Nel nostro
laboratorio numerosi scaffold tridimensionali per il tessuto scheletrico
sono stati valutati mediante semina e coltura di MSC 12-14 .
Gli elementi che rendono promettente il trattamento con MSC sono:
a) la capacità delle MSC di inibire la proliferazione dei linfociti T,
che apre la possibilità dell’uso di cellule allogeniche; b) la capacità
di migrazione, che consiste nel movimento delle MSC, guidato da
chemochine, fino al sito di danno (frattura, infarto del miocardio,
danno ischemico cerebrale); c) il differenziamento in vivo come
cellule tessuto-specifiche in risposta ai segnali locali quando le MSC
si trovano nel sito di danno; d) l’azione trofica, che porta a rilascio
di fattori chiave nella rigenerazione 15 . Il limite più difficile da supe-
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