Vol.XXXVII, Suppl. 1 - Giornale Italiano di Ortopedia e Traumatologia

BioscaffoLd E BiotEcnoLogiE
nELLa chirurgia dEL rachidE
Bioscaffolds and biotechnologies in spine
surgery
riassunto
L’artrodesi vertebrale rappresenta un tempo chirurgico fondamentale
nella chirurgia del rachide ed il successo di questa procedura
dipende dai sistemi impiegati per ottenere una solida
fusione ossea. Il trapianto d’osso autologo dalla cresta iliaca
rappresenta il gold standard per tale scopo, ma l’elevata morbidità
al sito di espianto ha portato allo sviluppo di strategie
alternative, come il trapianto allogenico da cadavere, la matrice
ossea demineralizzata, i sostituti sintetici ceramici, l’uso di
derivati del sangue periferico e midollare (PRP e concentrato di
cellule midollari) e le proteine morfogenetiche dell’osso.
Mentre l’osso autologo possiede le tre caratteristiche fondamentali
per promuovere la neoformazione di osso (osteoconduzione,
osteoinduzione ed osteogenesi), le altre opzioni disponibili
devono essere combinate per ottenere costrutti che abbiano le
stesse caratteristiche.
La progettazione di un bioscaffold ideale che emuli la naturale
struttura e funzione del tessuto osseo rimane ancora oggi una
sfida. Nuove tecnologie di fabbricazione di materiali ibridi,
organico/inorganico, con architetture controllate, associate a
metodiche di rilascio di fattori osteoinduttivi possono superare
le limitazioni dagli attuali sostituti. Cellule staminali dell’adulto
espanse ex vivo ed associate a bioscaffold hanno il potenziale
di generare dei costrutti ingegnerizzati tali da eguagliare le caratteristiche
dell’osso autologo.
I bioscaffold e le biotecnologie in chirurgia vertebrale rimangono,
però, un adiuvante al gesto chirurgico e sono secondari alla
giusta indicazione e alla corretta tecnica chirurgica.
parole chiave: artrodesi vertebrele, scaffolds, trapianto d’osso,
sostituti dell’osso, cellule staminali mesenchimali, PRP, BMPs
summary
Spinal arthrodesis is a essential step in most of the surgical procedures
of the spine, and it is dependent by the systems used to
obtain a solid bony fusion of the spinal segments. Autologous
bone graft from iliac crest constitutes the gold standard but do-
g. VadaLà, n. papapiEtro, a. di Martino,
V. dEnaro
Dipartimento di Ortopedia e Traumatologia,
Università Campus Bio-Medico di Roma
Indirizzo per la corrispondenza:
Gianluca Vadalà
Policlinico Universitario Campus Bio-Medico di Roma
Via Alvaro del Portillo 200, 00128 Roma
Tel. +39 06 224511142
E-mail: g.vadala@unicampus.it
agosto2011;37(suppl.1):191-198 s191
nor site morbidity led to develop alternative strategies for spinal
fusion such as allogenic bonegraft, demenieralized bone matrix,
synthetic biodegradable bone substitutes, use of products
derived form the peripheral and bone morrow blood (platelet
reach plasma and bone marrow cells concentrate) and bone
morphogenetic proteins.
While autologous bonegraft has the three key features to promote
new bone formation (osteoconductivity, ostoeinductivity
and osteogenesis), other options must be combined to obtain
constructs that own all the features.
The design of an ideal bioscaffold that emulates the natural
bone structure and function is still a challenge. New biofabrication
technologies of hybrid organic/inorganic materials with
controlled architecture associated with osteoinductive growth
factors can overcome the limitations of the current alternates.
Moreover, adult stem cells expanded ex-vivo have the potential
to generate tissue engineering constructs to match the characteristics
of autologous bone. However, all these strategies represent
an adjuvant to surgery and are secondary to a proper surgical
indication and a correct surgical technique.
Key words: spinal fusion, scaffolds, bone grafts, bone substitutes,
mesenchymal stem cells, PRP, BMPs
introduZionE
Negli ultimi anni il numero totale degli interventi chirurgici
sul rachide, per patologie di natura traumatica, degenerativa,
neoplastica, infettiva e infiammatoria, è aumentato
vertiginosamente. Un tempo chirurgico fondamentale nella
stragrande maggioranza degli interventi sulla colonna vertebrale
è rappresentato dall’artrodesi. Il successo di questa
procedura dipende dai sistemi impiegati per ottenere una
solida fusione ossea tra i segmenti da stabilizzare 1 .
Il trapianto d’osso autologo prelevato dalla cresta iliaca
è stato usato per molti anni e ancora oggi rappresenta il
gold standard per tale tecnica chirurgica 2 . Esso, infatti,
fornisce sia i fattori osteogenici che il supporto (scaffold)
osteoconduttivo e osteoinduttivo necessario ad un’adeguata
artrodesi vertebrale. Ciononostante, l’elevata morbidità
del sito di espianto ha portato allo sviluppo di strategie
alternative atte a promuovere la fusione vertebrale. Tra
queste è possibile annoverare il trapianto d’osso allogenico,
la matrice ossea demineralizzata, i sostituti dell’osso
sintetici, l’uso di derivati del sangue periferico e midollare
(plasma ricco in piastrine e concentrato di cellule progenitrici
midollari), e le proteine morfogenetiche dell’osso
ricombinanti (Bone Morphogenetic Proteins – BMPs).
I biomateriali e le biotecnologie in chirurgia del rachide
trovano, d’altra parte, anche una potenziale applicazione
nell’ambito del trattamento della discopatia degenerativa
e nelle fratture da compressione. Vi è, infatti, un
crescente interesse nello sviluppo di bioscaffolds e di
nuove biotecnologie che possano essere utilizzate per la
rigenerazione del nucleo polposo 3 4 , per la riparazione
dell’anello fibroso e per la sostituzione del cemento in
polimetilmetacrialto utilizzato, ad oggi, nelle tecniche di