Trattamento delle pseudoartrosi (mancata guarigione di una frattura) con cellule staminali

Le sostanze “ortobiologiche” sono un insieme di sostanze impiegate dagli ortopedici per accelerare la guarigione di varie lesioni ossee, muscolari e legamentose. Si tratta di sostanze che sono presenti nell’organismo e che, se usate in concentrazioni più elevate, possono aiutare i processi di guarigione.

Un trauma osseo, muscolare, tendineo o legamentoso causa un sanguinamento nella sede della lesione. Questo sanguinamento rappresenta la base per il processo di guarigione. Si tratta del primo evento, immediatamente successivo al trauma, che determina l’apporto nella zona della lesione di quei fattori che consentono la guarigione dei tessuti.
Oltre al sanguinamento, ci sono tre fattori necessari per la guarigione. Si tratta di tre sostanze “ortobiologiche”:

- Matrice. Si tratta di una struttura che può essere immaginata come una “casa” nella quale si trovano le cellule che possono formare tessuto osseo, tendineo o legamentoso. La matrice ha proprietà conduttive, ovvero può formare i mattoni che aiutano a colmare le lacune ossee.

- Fattori di crescita. Sono tipi diversi di proteine necessarie per le attività delle cellule durante il processo di guarigione. Alcune di queste proteine accelerano il processo di guarigione, altre aiutano nel suo controllo mentre altre ancora possono rallentarlo. Questi fattori di crescita sono molto simili alle vitamine che si assumono per migliorare le condizioni di salute e le funzioni organiche.

- Cellule staminali. Si tratta si cellule speciali presenti nell’organismo che possono differenziarsi in altri tipi di cellule. Durante il processo di guarigione le cellule staminali vengono richiamate nella zona della lesione che deve essere riparata. I fattori di crescita presenti nella sede di lesione influenzano le cellule staminali trasformandole in cellule riparatrici. Le stesse cellule staminali che possono riparare le lesioni ossee possono riparare anche le lesioni tendinee o legamentose.

Matrice (materiale conduttivo)
La matrice, rappresenta la casa, ovvero l’impalcatura, che consente la crescita delle cellule staminali mentre queste maturano. Se mancasse questa impalcatura le cellule staminali non potrebbero svilupparsi in cellule riparative che possono far consolidare un osso o far guarire un tendine o un legamento.
Il processo di riparazione inizia al verificarsi di una frattura. Fintanto che la sostanza ossea non è perduta, le cellule staminali sono in grado di formare nuovo osso e promuovere la sua guarigione. Se invece una porzione consistente di osso fratturato viene perduto, può risultare un in un gap ampio, come quando si verifica una frattura comminuta, quindi costituita da numerosi frammenti, o la frattura è esposta ovvero l’osso fuoriesce dalla cute.
In questi casi il gap deve essere colmato con matrice che consenta, con le sue proprietà conduttive, alle cellule di crescere e differenziarsi. Vi sono differenti tipi di sostanze che possono assolvere a tale compito di impalcatura.

Innesti ossei
Gli innesti ossei sono spesso usati come matrice. Esistono due tipi di innesti ossei.
Innesti autoplastici. Si tratta di innesti ossei ottenuti dal paziente stesso. Questi innesti autoplastici possono essere prelevati da differenti segmenti ossei dello scheletro del paziente. Nella maggior parte dei casi si preferiscono prelievi effettuati dal bacino ed in particolare dalla cresta iliaca.
Per prelevare l’innesto autoplastico, ovvero l’osso ce deve essere successivamente impiantato nella sede della frattura, è necessario eseguire una ulteriore incisione nella sede del prelievo durante lo stesso intervento per riparare l’osso fratturato. Questo atto prolunga ovviamente i tempi chirurgici, può essere causa di infezione nella sede del prelievo e seppur questo metodo viene impiegato con buoni risultati, a volte può essere causa di dolore nella sede del prelievo osseo per periodi variabili.
Innesti alloplastici (omoplastici). Si tratta di innesti prelevati da donatori e processati ed acquistati dalle banche dei tessuti. Sono segmento ossei prelevati dopo il decesso. L’uso di questi innesti evita il prelievo dallo scheletro del paziente e quindi tutti i rischi e il dolore che ne possono derivare. Vi sono quindi vantaggi e svantaggi in entrambe i casi.

Matrice artificiale
Si tratta di materiali prodotti in laboratorio, come il calcio fosfato, che possono essere impiegati per riempire perdite di osso. Il calcio fosfato può formare materiale che assomiglia molto all’osso. È costituito da lacune di dimensioni adatte alla penetrazione e al processo di maturazione delle cellule. Sia il calcio fosfato che l’osso prelevato dal cadavere eliminano i rischi di un prelievo dal paziente stesso.

I fattori di crescita sono presenti nell’osso e in altre sedi dell’organismo in basse concentrazioni. Possono essere però prodotti in elevate concentrazioni con metodi di ingegneria genetica.
L’ingegneria genetica è in grado di produrre in grandi quantità di un determinato elemento nella sua forma pura. Nel corso del processo di ingegneria genetica, vengono alterati dei segnali all’interno delle cellule per modificare le loro funzioni. In pratica le cellule vengono stimolate a produrre fattori (proteine) di crescita per aiutare il processo di guarigione.

Fattori di crescita e consolidazione dell’osso

Le proteine che costituiscono i fattori di crescita giocano un ruolo importante nel processo di consolidazione dell’osso. Richiamano cellule staminali nella sede della frattura con un processo chiamato “chemiotassi” e, in tal modo, le cellule staminali, attratte dalle proteine dei fattori di crescita, si trasformano in cellule riparatrici.
Se non vi è un flusso sanguigno adeguato nella sede di frattura, allora le proteine non possono richiamare cellule staminali o fornire loro un trasporto per giungere alla sede di frattura.

Proteine morfogenetiche ossee

Molti tipi di proteine sono d’aiuto nei processi di riparazione dell’osso e possono essere prodotte con la ingegneria genetica. Le più potenti e attive in questo processo sono le proteine morfogenetiche dell’osso (BMPs). Queste proteine sintetiche possono stimolare la guarigione anche di altri tessuti come i muscoli, i tendini e la cartilagine. Queste proteine sono state create per la prima volta negli anni ’60 e sono oggi largamente prodotte in quantità tali da consentire la più veloce guarigione della frattura, soprattutto in quei casi di fratture che hanno difficoltà nella guarigione.

Prelievo di midollo osseo dalla cresta iliaca del bacino

Le cellule staminali, tra tutti i tipi di cellule hanno il maggior potenziale per promuovere la consolidazione di una frattura. Come già detto in precedenza, si tratta di cellule immature che vengono influenzate dall’ambiente che le circonda. Quando vengono portate nel sito di una lesione, le cellule staminali si possono differenziare nel tipo di cellule necessari per la consolidazione dell’osso, nella guarigione di muscoli, legamenti e cartilagine.
Data questa capacità di consentire la guarigione dei tessuti da parte delle cellule staminali, sono state sviluppate delle tecniche che consentono di portare queste cellule nella sede della lesione più rapidamente e in maggiori quantità. Il primo step di questo procedimento è la raccolta di queste cellule che possono essere prelevate dal paziente stesso o da donatori.

Prelievo di cellule staminali

Verifica radiografica intraoperatoria della corretta introduzione del concentrato midollare nella sede di pseudoartrosi

Nel corpo umano vi sono diverse sedi adatte al prelievo di cellule staminali. La più adatta è il midollo osseo che è situato al centro delle ossa lunghe come quelle degli arti superiori e inferiori. Ma sono le ossa del bacino che contengono la maggior concentrazione di cellule staminali. Per questa ragione le ossa del bacino sono quelle che rappresentano la principale fonte di prelievo di cellule staminali.

Nel corso dell’intervento il chirurgo preleva le cellule staminali dal midollo osseo attraverso un ago analogamente a quanto viene fatto per un prelievo del sangue, solo che l’ago è di dimensioni maggiori. Successivamente queste cellule prelevate dal midollo osseo vengono inserite dall’ortopedico nel sito della lesione ossea. In tal modo si riduce il tempo necessario a queste cellule staminali per raggiungere da sole il sito delle lesione e si aumenta la loro concentrazione, accelerando i processi di guarigione.

Cellule staminali da donatore

Introduzione del concentrato midollare (cellule staminali e fattori di crescita) nella sede di pseudoartrosi (mancata consolidazione della frattura)

Gli ortopedici possono utilizzare anche cellule staminali prelevate da donatori per promuovere la guarigione di un tessuto. Queste cellule staminali prelevate da donatori vengono trattate in moda da evitare reazioni immunitarie o allergiche nel paziente ricevente.

Ogni anno vi sono nuovi sviluppi nello studio delle sostanze ortobiologiche. Ad esempio si stanno studiando delle “colle ossee” che dovrebbe non solo fissare le fratture, ma anche fornire sostanze che ne promuovono la guarigione. Tuttavia per il momento queste “colle ossee” non ha ancora dato risultati positivi e non sono ancora utilizzabili. Vi sono comunque ottime prospettive per il futuro.
Oggi vi sono molte opzioni in più rispetto a soli quindici anni fa per favorire la guarigione delle lesioni del sistema muscoloscheletrico. Lo scopo ultimo di queste terapie è quello di riportare il paziente alla condizione di salute precedente al trauma.