1 Aspetti rigenerativi del disco lombare: è possibile? Gabriela Ciapetti Fisiopatologia Ortopedica...
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Aspetti rigenerativi del disco Aspetti rigenerativi del disco lombare: è possibile?lombare: è possibile?
Gabriela CiapettiFisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa
IOR
tessuto discale
coltura cellulare frammentazione
semina espansioneistologia
fissazione sezionamento
colorazione
contenitore + terreno sterile
Laboratorio di Fisiopatologia Ortopedica e
Medicina Rigenerativa
intervento
Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa - IOR
biologia molecolare -80°C x rtPCR
IVD (#3387 – 45 anni, F- Pfirrmann 5)
Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa - IOR
Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa - IOR
BMP2
scarsità cellule5000/cm3 NP; 9000/cm3 AF
avascolare
basso pHipossia (1-2% pO2)
degenerazione precoce
carichi meccanici complessi
perdita di cellule notocordali
(6 mesi nel coniglio;16 anni nell’uomo)
immuno-privilegiato
disco intervertebrale
Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa - IOR
STRATEGIE RIGENERATIVE tendono a rivitalizzare o ‘guarire’ il disco ancora esistente
iniezione di fattori di crescita
introduzione nuove popolazioni
alterazione fenotipo cellule residenti
STRATEGIE RIPARATIVE tendono ad ‘accrescere’ o rimpiazzare il disco esistente
introduzione cellule ‘attive’ su scaffold
ingegneria tissutale medicina rigenerativa
precursori scaffold fattori
vascolarizzazione
BMP2
BMP2
attività paracrina MSC
autoriparazione
terapie ‘biologiche’
scaffold e cellule
Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa - IOR
cellule differenziate coltura in 2Dfattori di crescitaipossiaco-cultura MSC-NP
cellule indifferenziate coltura in 3Dserum-free
Nerurkar NL J Biomech 2010;43:1017
alginate/chitosan fibers
carbossimetilcellulose gel
atelocollagen honeycomb electrospun, nanofibrous
nanofibrous+ agarose NP
NP cells in alginate
hyaluronic+ nanofibrousPCL multi.lamellar AF & DBMAF cells in PGA mesh
STRATEGIE RIPARATIVE
fattori di crescitaSTRATEGIE RIGENERATIVE
Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa - IORThan KD, Neurosurgery 2011; Hayes AJ, Histochem Cell Biol 2011; Liang H, Spine J 2010
rhBMP-2/CRM/CD HORIZON® Spinal System Pivotal Study (phase III)
March 2002 – February 2010 - Medtronic Spinal and Biologics (463)
Spine Fusion Instrumented With BMP-2 vs Uninstrumented With Infuse BMP-2 Alone Study
Nov 2006 – Dec 2010 - Capital District Health Authority, Canada (50)
Intradiscal rhGDF-5 Phase I/II Clinical Trial
June 2008 – January 20012 - Advanced Technologies and Regenerative Medicine, LLC (48)
incremento proliferazione cellulareaumento aggrecano, collagene tipo II
riduzione delle cellule apoptoticheup-regolazione di Sox-9
…….
TGF-β1TGF-β1, , IGF-1IGF-1
BMP-2, BMP-7
GDF-5GDF-5
PRPPRP
terapia cellulare
cellule NP
condrociti
MSC
KUH SU Joint Bone Spine 2009;76:70 Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa - IOR
• condrociti da cartil articolare : molto simili a cellule NP bassa resa e morbidità
• MSC da midollo osseo o tessuto adiposo : resa elevata e differenziamento in NP e condrociti ……….
• cellule autologhe : basso rischio infezione; no terapia immunosoppressiva
cellule NP da disco sano o discectomia: reazioni avverse o resa scarsa
•attivazione delle cellule progenitrici endogene (cellule da disco degenerato: CD105, CD166, CD63, CD49a, CD90, CD73, LNGFr )
STRATEGIE RIGENERATIVE
48 settiman
e
Sakai D, Biomaterials 2003;
Yoshikawa T, Spine 2010
MSC e IVD
Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa - IOR
Safety and Preliminary Efficacy Study of Mesenchymal Precursor Cells (MPCs) in Subjects With Chronic Discogenic Lumbar Back Pain
Aug 2011 – July 2015 - Mesoblast, Ltd. (100) injection of either 6 million (M) or 18M cells in a hyaluronic acid carrier into the degenerated lumbar disc nucleus pulposus
Isolation and Authentication of Mesenchymal Stem Cell-like Progenitor Cells From the Degenerated Intervertebral Disc of Lumbar Spine
Sept. 2010- dec 2011 - Taipei Medical University WanFang Hospital (20)
STRATEGIE RIGENERATIVE
STRATEGIE RIGENERATIVE
Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa - IOR
terapia genica
Il fondamento della terapia genica per IVD è la trasduzione dei geni per
citochine anabolichecitochine anaboliche …TGF1, BMP-2, IGF-I, PDGF, GDF-5….. LIM mineralization protein (LMP), Sox-9… oppure per molecole anti-catabolichemolecole anti-cataboliche, es. TIMP-1
cDNA per TGF1
Woods B, Orthop Clin N Am 2011
trasduzione direttatrasduzione diretta o nelle cellula da trapiantare….effetto paracrinoeffetto paracrino: le proteine prodotte influenzano anche il metabolismo delle cellule adiacenti
limiti/rischi
Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa - IOR
terapia cellularefonte non ben definitavita limitata delle cellule trapiantate microambiente ostile (bassa pO2, basso pH, no vasi..)effetti indesiderati (es. osteofiti) [Vadalà G. J Tissue Eng Regen Med 2011]
fattori di crescitain assenza di cellule ‘responsive’ l’effetto è scarsoBMP: reports discordanti uso off-label [Mroz TE .Spine 2010]subsidenza, infezione, radicolite, osso ectopico…
Carragee EJ. Spine J 2011]
terapia genica AAV……vettori non virali, i.e. liposomi, complessi DNA-ligando, micro-bolle (microbubbles) sistemi di ‘sicurezza’ per il vettore AAV [Sowa G. Spine 2011]
cellule esogene..trasfettate + fattori di crescita
conclusioni
Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa - IOR
l’unione di due tessuti ‘disparati’ come l’AF fibroso e il NP gelatinoso rappresenta una sfida formidabile per l’ingegneria tissutale
Nerurkar NL. J Biomech 2010
gli studi di ‘efficacia’ di cellule, fattori, scaffold sono condotti su animali, dove la degenerazione, che normalmente progredisce per anni nell’uomo, è simulato attraverso singolo insulto chimico o meccanico
gli studi si concentrano su AF e/o NP: il ruolo della vascolarizzazione dal piatto vertebrale nel disco degenerato non è chiaro Moore RJ. Eurs Spine J 2006
per ‘migliorare’ l’approccio rigenerativo all’IVD in degenerazione
la capacità del disco di autoriparazione = la presenza di ‘self progenitors’ e il processo di differenziamento
Feng G. J Bone Joint Surg Am 2010
Fisiopatologia Ortopedica e Medicina Rigenerativa - IOR
grazie per l’attenzione