Numero 2 di Lettere di Ortobiologia

AGGIORNAMENTO DELLA LETTERATURA SULL’ USO DEL MIDOLLO OSSEO CONCENTRATO – BMAC

INTRODUZIONE

Il midollo osseo è una naturale fonte di cellule con funzione ematopoietica (HSCs), funzione angiogenetica/vasculogenetica (EPCs), cellule progenitrici dell’apparato muscolo-scheletrico (MSCs) e presenta anche una grande quantità di piastrine (PLTs), fattori di crescita, globuli bianchi e globuli rossi (Cotter et al. 2018; Schäfer et al. 2019; Harrell et al. 2015; Gianakos et al. 2017; Imam et al. 2017).

Le cellule mesenchimali (MSCs) del midollo osseo sono chiamate multipotenti grazie alla loro capacità di differenziarsi in varie linee cellulari connettivali a seconda dell’ambiente in cui si trovano e degli stimoli a cui sono sottoposte (Imam et al. 2017; Madry et al. 2018). Il processo di azione delle MSCs è guidato dai fattori di crescita (VEGF, IGF-I, TGF-β, PDGF-BB, IL-1b, etc.) che hanno la funzione di regolatori, di richiamare le cellule e cominciare il processo di neo-angiogenesi. Le MSCs, mediante la loro attività paracrina e autocrina, rilasciano un elevato numero di fattori influenzando la locale risposta di guarigione dei tessuti: riducono l’apoptosi cellulare, la fibrosi cellulare e l’infiammazione; attivano la proliferazione, la mobilizzazione e la differenziazione cellulare e l’angiogenesi (Caplan & Dennis 2006). Le MSCs hanno dunque un ruolo molto importante nella riparazione e rigenerazione di molti tessuti in ambito ortopedico (Cotter et al. 2018; Imam et al. 2017; Madry et al. 2017). È stata notata una correlazione positiva tra la concentrazione di cellule nucleate totali presenti nel midollo osseo e la concentrazione di fattori di crescita, rispetto a quella di fattori di crescita e piastrine (Schäfer et al. 2019; Madry et al. 2017).

Nel midollo osseo le MSCs sono una bassissima percentuale, circa lo 0.001-0.02% della totalità di cellule nucleate presenti (Cotter et al. 2018; Gianakos et al. 2017; Imam et al. 2017; Madry et al. 2017; Schäfer et al. 2019). Vista la correlazione positiva esistente tra la concentrazione delle cellule nucleate, la concentrazione dei fattori di crescita e l’efficacia e la velocità di guarigione di difetti ossei, cartilaginei e tendinei è importante fornire la più alta concentrazione possibile di cellule nucleate e fattori di crescita durante il tempo chirurgico (Hernigou et al. 2005; Schäfer et al. 2019). Il concentrato midollare autologo (BMAC), ottenuto mediante centrifugazione (manipolazione minima consentita), è la soluzione più facile e sicura per fornire la più alta concentrazione cellulare, di piastrine e di fattori di crescita direttamente nel sito di lesione in un unico tempo chirurgico, mantenendo un’elevata vitalità cellulare e senza effetti collaterali rilevanti. Infatti, in ambito ortopedico BMAC viene spesso utilizzato in aggiunta al normale protocollo chirurgico per il trattamento di perdite di sostanza ossea, pseudoartrosi, ritardi di consolidamento, osteonecrosi, necrosi della testa del femore, lesioni cartilaginee, lesioni osteocondrali e lesioni tendinee (Cotter et al. 2018; Imam et al. 2017; Harrell et al. 2015; Gianakos et al. 2017; Madry et al. 2017; Schäfer et al. 2019).

L’uso omologo del concentrato midollare autologo è garantito dalla sua preparazione nel medesimo tempo chirurgico, dal fatto che viene aspirato dallo stesso sito in cui viene fatto il prelievo da cresta iliaca (ICBG), gold standard per la rigenerazione ossea, dal mantenimento della funzione del sito donatore nel sito ricevente (come nel caso del prelievo da cresta) e dalla manipolazione minima effettuata (centrifugazione). Allo stesso modo del concentrato midollare autologo, infatti, il prelievo da cresta iliaca non viene utilizzato per la sua funzione ematopoietica ma per le capacità di aumentare e velocizzare la rigenerazione ossea, mediante le attività paracrine e autocrine delle cellule midollari presenti nella spongiosa dell’innesto.

Il sito migliore per l’aspirazione del midollo osseo è la cresta iliaca, che contiene una concentrazione cellulare media decisamente maggiore rispetto a tibia, calcagno e femore (Cotter et al. 2018; Imam et al. 2017). Il corretto posizionamento del trocar, per una buona raccolta di midollo osseo, deve seguire l’anatomia del paziente e tenere conto della posizione del paziente. Hernugou et al. 2014 chiariscono che il trocar deve essere posizionato nel settore 2 o 3 dell’ala iliaca anteriore superiore. In quest’area si ottiene un buon volume di aspirato midollare con una buona raccolta cellulare e il trocar può essere affondato nella spongiosa fino ad una profondità di 10 cm.

BMAC® HARVEST-TERUMO BCT

La presenza sul mercato di kit dedicati alla preparazione intra-operatoria del concentrato midollare autologo (BMAC), a supporto della pratica chirurgica in atto, fornisce una soluzione facile, veloce e sicura.

Il kit sterile monouso BMAC® di Harvest-Terumo BCT con centrifuga dedicata SmartPrep è un kit dedicato per la preparazione intra-operatoria di concentrato midollare autologo in maniera rapida, facile e sicura, assicurando un ottimo risultato in termini di vitalità cellulare (91.57%), concentrazione cellulare (TNCs=235.11×103/µL), piastrinica (PTLs=627.77×103/µL), di fattori di crescita (PDGF-BB, VEGF, M-CSF, IL-1b, VCAM-1), eliminazione dei globuli rossi (RBCs=2.36106/µL) e concentrazione di varie tipologie di cellule progenitrici non-ematopoietiche, con un fattore di arricchimento in CFU-F di range 4.43-22.47 rispetto al controllo costituito da aspirato midollare non concentrato (BMA) (Schäfer et al. 2019).

Con il sistema Harvest-Terumo BCT le cellule ematopoietiche non vengono concentrate e sono presenti in un quantitativo inferiore rispetto a quello misurato nell’aspirato midollare (0.86 volte VS controllo) (Schäfer et al. 2019).

Le analisi di caratterizzazione condotte sul concentrato midollare BMAC mediante marker specifici hanno evidenziato una forte variabilità donatore-dipendente del fattore di arricchimento di cellule progenitrici non-ematopoietiche e della concentrazione dei fattori di crescita (Schäfer et al. 2019).

Grazie alle sue effettive capacità di concentrazione di MSCs, piastrine, fattori di crescita e cellule progenitrici non-ematopoietiche, rispetto al semplice aspirato midollare, il concentrato midollare autologo viene considerato un efficace metodo di trattamento di lesioni ossee e cartilaginee, in particolare pseudoartrosi atrofiche di tibia, come riportato nell’88% dei casi da Hernigou et al. (2005) (Cotter et al. 2018; Madry et al. 2017; Gianakos et al. 2017; Imam et al. 2017).

BMAC inoltre, risulta essere migliore e preferibile rispetto al prelievo di spongiosa da cresta iliaca, ancora considerato il gold standard. I vantaggi di utilizzare il concentrato midollare autologo rispetto al prelievo di spongiosa da cresta sono molteplici tra cui: la facilità di aspirazione mediante trocar, la minore invasività della procedura, la minore morbilità del sito di aspirazione rispetto al sito di prelievo, il minor rischio di infezioni, diminuzione del dolore post-operatorio, abbattimento del rischio di fratture post-operatorie dell’ala iliaca, possibilità di concentrazione cellulare, procedura semplice e veloce, impossibilità di prelevare grandi volumi di spongiosa (Harrell et al. 2015; Hernigou et al. 2014).

Il concentrato midollare autologo, BMAC, fornisce l’apporto cellulare e di fattori di crescita direttamente nel sito di lesione per massimizzare il potenziale di rigenerazione e rimodellamento osseo, anche quando associato ad innesti ossei provenienti dalla Banca del Tessuto Muscolo-Scheletrico o di origine eterologa (Gianakos et al. 2017).

RISULTATI UTILIZZO BMAC

Difetti ossei, ritardi di consolidamento e pseudoartrosi

Le review pubblicate da Imam et al. 2017, Gianakos et al. 2017 e Schafer et al. 2019 hanno raccolto una numerosa casistica di pazienti affetti da difetti ossei, ritardi di consolidamento e pseudoartrosi, trattati con BMAC, che dimostrano come il concentrato midollare autologo promuova la rigenerazione ossea già nel breve periodo, portando alla formazione di un callo osseo stabile e infine alla guarigione completa della frattura. Nel caso di utilizzo di innesti ossei naturali si nota un completo rimodellamento dell’innesto. Anche nel caso di pazienti diabetici Flouzat-Lachaniette et al. (2016) raccomanda l’utilizzo di BMAC nel trattamento di ritardi di consolidamento o pseudoartrosi, in particolare di tibia.

È stato dimostrato da Hernigouet et al. (2018) che, utilizzando il concentrato midollare autologo da solo o in aggiunta ad innesti naturali nel trattamento single-stage di pseudoartrosi infette di tibia od osteomieliti, si riduce notevolmente il rischio di un’infezione ricorrente, grazie alla presenza di precursori di granulociti all’interno del concentrato midollare autologo.

Lesioni cartilaginee e lesioni osteocondrali

BMAC nel trattamento di lesioni cartilaginee, in aggiunta alle micro-perforazioni, alla tecnica AMIC, all’utilizzo di scaffold a base di acido ialuronico o collagene, determina un rapido e stabile miglioramento degli outcome clinici, sia per quanto riguarda il dolore, sia per quanto riguarda il recupero della mobilità articolare e il ritorno allo stile di vita precedente (Gobbi et al. 2015; De Girolamo et al. 2019; Imam et al. 2017; Gianakos et al. 2017; Schafer et al. 2019; Cotter et al. 2018; Madry et al. 2017). Il range dei follow-up dei lavori a cui si fa riferimento va da 6 mesi a 9 anni, dimostrando la stabilità dei risultati e i rapidi miglioramenti che si verificano nel post-operatorio. Inoltre, i pazienti con lesione osteocondrale trattati con BMAC mostrano il completo e stabile riempimento della cavità nell’80% dei casi, con la formazione di una cartilagine con matrice molto simile alla cartilagine ialina nativa e una diminuzione di fibrocartilagine (Gobbi et al. 2015; De Girolamo et al. 2019; Imam et al. 2017; Gianakos et al. 2017; Schafer et al. 2019; Cotter et al. 2018; Madry et al. 2017).

Osteoartrosi

È stato riscontrato un buon miglioramento nella sintomatologia dolorosa e nella funzionalità articolare dopo infiltrazione intra-articolare di BMAC in ginocchia con osteoartrite da lieve a moderata (Chahla et al. 2016; Fortier et al. 2019). Themistocleous et al. (2018) riporta ottimi risultati nel trattamento di OA di grado Kellgren-Lawrence III e IV con una singola infiltrazione di BMAC, anche nel lungo periodo (6-30 mesi). Anche gli studi di Oliver et al. (2018) e di Fortier et al. (2019) dimostrano la fattibilità, facilità, sicurezza ed efficacia clinica dell’infiltrazione di BMAC per il trattamento dell’osteoartrite di ginocchio dal grado II al grado IV (Kellgren-Lawrence).

Osteonecrosi e necrosi della testa del femore

Nella review di Imam et al. (2017) si evidenzia come la tecnica di core decompression + BMAC abbia dimostrato buoni risultati nel trattamento dell’anca allo stadio di pre-collasso, con la risoluzione della necrosi ossea nella gran parte dei casi e con il ricorso ad una protesi totale di anca solo di una minima parte del campione trattato.

L’osteonecrosi può essere trattata efficacemente con infiltrazione intra-ossea di BMAC anche nel caso di osteonecrosi di condili femorali (Kouroupis et al. 2020). BMAC promuove il ripristino della struttura ossea, senza causarne fratture, mantenendo i risultati stabili a 24 mesi (Kouroupis et al. 2020).

Rottura della cuffia dei rotatori e del tendine di Achille

Gli studi analizzati nelle review di Imam et al. 2017 e Gianakos et al. 2017, per quanto riguarda l’uso di BMAC nel trattamento chirurgico delle rotture, massive e non, della cuffia dei rotatori, evidenziano una rapida guarigione dei tendini nel breve periodo rispetto ai pazienti non trattati con BMAC, un complessivo miglioramento nei punteggi delle scale di valutazione utilizzate nel post-operatorio, che rimangono stabili anche nel medio e lungo periodo e un tasso di rirottura diminuito drasticamente. Anche nella riparazione del tendine di Achille si ottengono migliori punteggi nelle scale di valutazione utilizzate, una rapida mobilizzazione, il recupero della mobilità e nessuna rirottura con un follow-up medio di 2 anni circa.

CONCLUSIONE

Il concentrato midollare autologo è un utile strumento in aggiunta al normale protocollo chirurgico per aumentare, a livello del sito di lesione, le concentrazioni cellulare, piastrinica e di fattori di crescita, che con i normali processi di guarigione arriverebbero in concentrazioni minime e in tempi decisamente più lunghi.

L’apporto cellulare in situ promuove il processo di rigenerazione ossea, cartilaginea e tendinea, riducendo il tempo di guarigione della lesione e migliorando anche il tempo e la qualità del recupero della mobilità articolare e funzionale. La guarigione, testata nei vari distretti corporei con le varie scale di misurazione, MRI e RX risulta essere stabile nel tempo e riporta i pazienti al normale stile di vita, compatibilmente con la gravità della lesione subita, e senza eventi avversi rilevanti.

L’infiltrazione intra-articolare di BMAC è una procedura sicura, facile e affidabile che si traduce in un miglioramento clinico dell’OA del ginocchio.

Inoltre, la presenza di precursori di granulociti all’interno del concentrato midollare autologo fornisce un valido aiuto nel trattamento single-stage di pseudoartrosi infette od osteomieliti, riducendo fortemente il rischio di infezioni ricorrenti.

Data la grande variabilità donatore-specifica ed età-dipendente della composizione del midollo osseo e data la correlazione tra concentrazione cellulare, fattori di crescita ed efficacia di guarigione, sarebbe interessante approfondire quale potrebbe essere la concentrazione cellulare ideale per massimizzare il processo di riparazione della lesione.

Redazione scientifica: Dott.ssa Carlotta Boschian. Dott.ssa Giulia Dinelli

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Lettere di Ortobiologia

Cosa leggeremo nel prossimo numero?

Il terzo numero di Lettere di Ortobiologia sarà incentrato su:

AGGIORNAMENTO DELLA LETTERATURA SUL PLASMA RICCO DI PIASTRINE – PRP

È ormai noto in letteratura che le piastrine siano una importante riserva di fattori di crescita contenuti all’interno degli α-granuli che, in seguito ad attivazione, vengono rilasciati, stimolando la neoangiogenesi, la migrazione cellulare e modulando l’infiammazione (Cruciani et al. 2019).

Prof Philippe Hernigou