La biologia: fattori di crescita, cellule staminali A Vitullo

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1 La biologia: fattori di crescita, cellule staminali A Vitullo Introduzione La patologia della cuffia dei rotatori è la condizione più frequente per cui il paziente richiede un trattamento per la spalla; è presente nel % dei pazienti dopo i 50 anni ma può interessare anche pazienti giovani e sportivi. Spesso la lesione della cuffia richiede un trattamento chirurgico e la stragrande maggioranza dei pazienti operati di riparazione della cuffia ha un ottimo risultato in termini di dolore e recupero funzionale. Una percentuale di casi però, se pur piccola, non presenta gli stessi risultati soddisfacenti per una non guarigione del tendine od una sua rerottura. La percentuale di rerottura (o non guarigione) nelle riparazioni di cuffia però è tra il 10% (lesioni piccole) ed il 90% (lesioni massive) dei casi operati; se la guarigione o non guarigione del tendine sia un fattore prognostico sul dolore e la funzionalità della spalla rimane dunque controverso. Di fatto le percentuali più alte di non guarigione sono presenti nelle lesioni grandi, tendini di scarsa qualità attribuibili parzialmente a malattia cronica, infiltrazione grassa ed atrofia muscolare. Allo scopo di ottimizzare la resistenza della riparazione chirurgica, nella convinzione che il fallimento meccanico fosse la causa della non guarigione, la ricerca si è concentrata nell ultima decade sulla sviluppo di strumenti,materiali e tecniche chirurgiche che potessero riprodurre un ancoraggio anatomico al foot-print (es. double-row) ma il problema della rerottura rimane. La non guarigione o rerottura è più probabilmente un problema biologico ; la delicata ed ultra specializzata zona fibrocartilaginea di transizione tendine-osso non si rigenera dopo una riparazione ; il tessuto cicatriziale fibro-vascolare che si forma nella zona di riparazione ha scarse qualità meccaniche. La ricerca quindi si sta muovendo ora e sempre di più si muoverà verso la cura dell aspetto biologico piuttosto che meccanico della riparazione. L attenzione si è rivolta all impiego di Fattori di crescita (GF), e delle Cellule staminali nella riparazione della cuffia ; l ipotesi è quella di rigenerare la normale microarchitettura della giunzione tendine-osso riducendo la quantità di tessuto cicatriziale. L impiego dei GF isolati o del PRP (pappa paistrinica) ha dato risultati variabili, le cellule staminali sembrano essere l alternativa più promettente. Fattori di crescita (GF) Le citochine : PDGF-beta, TGF-beta, BMPs, IGF-1,VEGF e FGF giocano un ruolo importante nel processo di guarigione del tendine; proliferazione

2 cellulare, sintesi della matrice, angiogenesi sono processi attivati dalla citochine. I fattori di crescita hanno un ruolo fondamentale nello sviluppo delle diverse zone dell entesi ( Zona I :tendine- Zona II: fibrocartilagine non mineralizzata- Zona III : fibrocartilagine mineralizzata- Zona IV : osso) nella fase embrionale e, conoscere la loro azione biologica potrebbe aiutare nell individuare quali di questi siano essenziali per cercare di rigenerare il tessuto nativo. Stimolare questi processi potrebbe teoricamente migliorare la capacità di una guarigione biologica ( con rigenerazione della entesi) rispetto ad una guarigione con tessuto cicatriziale a livello della riparazione tendinea. Le PDGF-beta promuovono la attività proliferativa, l attivazione dei macrofagi, la produzione di matrice extracellulare, l angiogenesi, la sintesi del collagene. Le TGF-beta possono stimolare l attività proliferativa dei fibroblasti e stimolano la sintesi del collagene di tipo I. Le BMP (Bone Morphogenetic Proteins) partecipano alla formazione della fibrocartilagine. Le FGF sono coinvolte nello stimolare la migrazione cellulare e l angiogenesi. I fattori di crescita sono generalmente apposti in situ attraverso un veicolo : ad esempio suture rinforzate, gel di fibrina, spugna di collagene. Rodeo et al. hanno utilizzato BMP 2-7, FGF, TGF beta in uno studio sperimentale sulla riparazione del sovraspinato nella pecora registrando una miglior qualità biologica e meccanica. Anche altri autori hanno riportato risultati simili con l utilizzo,a livello sperimentale, di fattori come BMP-12, BMP-13, BMP-14, FGF, IGF-1, PDGF-b. Seeherman et al hanno utilizzato BMP-12 attraverso l impiego di una spugna di collageno tipo I/III nella riparazione della cuffia nella pecora; si sono registrati maggior resistenza ai carichi di rottura rispetto al gruppo di controllo ed, a livello istologico, la ricostituzione della continuità delle fibre di collageno al interfaccia tendine-osso. Ide et a., con l impiego del FGF-2 in un modello sperimentale sul topo, hanno dimostrato un miglior outcome biomeccanico ed istologico a 2 settimane anche se a 4e 6 settimane non vi erano differenze rispetto al gruppo di controllo. L impiego dei fattori di crescita più diffuso nella pratica clinica è quello del PRP (Platelet Rich Plasma) un concentrato di piastrine ottenuto dal sangue autologo, ricco di citochine e fattori di crescita utili per il processo di guarigione. La concentrazione di questi varia in funzione di: metodo di recupero delle piastrine, quantità del sangue intero usato, la attivazione delle piastrine, il volume finale delle piastrine, altre variabili. Anche la formulazione del PRP, solido o liquido può giocare un effetto diverso in termini biologici. La forma liquida, iniettata nella zona della riparazione della cuffia rimane in situ per 7-12 ore; quella solida permette il

3 rilascio dei GF fino a 7 giorni, ma deve essere suturata all interfaccia tendineosso. Sugli effetti del PRP sembra che : faciliti la coagulazione e l omeostasi, stimoli la chiusura delle ferite, ripristini l acido ialuronico intra-articolare, equilibri l angiogenesi, promuova la sintesi della glucosamina e serva da supporto per la migrazione e differenziazione cellulare. Il PRP è stato utilizzato nel trattamento delle lesioni muscolari, tendinee, legamentose e cartilaginee. Riguardo il suo impiego nella riparazione della cuffia i risultati sono però a volte discordanti e, mediamente non confortanti. Sanchez Marquez et al Ruiz-Moneo et al,nei rispettivi lavori, non riportano nessun reale vantaggio clinico nell uso del PRP come augment nella sutura delle rotture massive di cuffia. Anche Castricini et al. in uno studio randomizzato su 88 pazienti con e senza impiego del PRP non hanno registrato differenze cliniche (Constant Score) tra i 2 gruppi al F.UP medio di 20 mesi. Rodeo et al in un studio randomizzato su 40 pazienti trattati con riparazione cuffia ed uso di PRP e 39 con riparazione convenzionale non ha riscontrato differenze tra i 2 gruppi riguardo: la guarigione, la vascolarizzazione, la valutazione funzionale, la forza. Weber et al hanno incluso nel loro studio 30 pazienti trattati con PRP e 30 di controllo senza riscontrare differenze tra i 2 gruppi nelle valutazioni cliniche ASES, VAS, SST, nel recupero del ROM e nelle percentuali di rerottura (valutazione RMN). Jo et al su 74 pazienti con lesione media/massiva di cuffia trattati artroscopicamente random con o senza impiego del PRP (studio di livello I- 2016), registrano nel gruppo PRP un significativo miglioramento della incidenza di rerottura (3% VS 20%) ed un aumento della cross sectional area del sovraspinato rispetto al gruppo di controllo anche se non evidenziano differenze nel outcome clinico. Randelli et al riportano nel loro studio clinico prospettico randomizzato un minor dolore post-operatorio ed un più rapido processo di guarigione nei pazienti con rottura di cuffia non massiva trattati con PRP, senza comunque differenze nelle valutazioni funzionali e nelle percentuali di rerottura. Al contrario Bergeson et al nel loro studio di coorte hanno registrato nei pazienti operati di riparazione della cuffia con impiego del PRP una maggior incidenza di rerottura (56%) rispetto al gruppo di controllo (36%) ed inoltre nessun miglioramento nel punteggio riferito alla valutazione funzionale. Una Revisione sistematica e metanalisi del 2016 condotta da Fu CJ et al su 11 lavori (320 pazienti con PRP e 318 di controllo) non suggerisce l utilizzo del PRP nei pazienti con rottura di cuffia: non si registravano infatti differenze statisticamente significative negli scores funzionali e nel VAS tra i gruppi

4 trattati con PRP e quelli di controllo. Di fatto già una metanalisi di studi clinici randomizzati sull impiego del PRP nella riparazione della cuffia del 2015 condotta da Zhao JG concludeva che non c era nessuna differenza nelle percentuali di rerottura e nei risultati clinici rispetto al non utilizzo del PRP. Samuelson et al hanno eseguito nel 2016 un studio della valutazione costobeneficio nell impiego del PRP nella riparazione delle lesioni di cuffia: non c è un vantaggio nell impiego del PRP; per essere giudicato utile il uso utilizzo si dovrebbe avere una riduzione nella percentuale di rerottura di almeno il 9,1%. Una revisione sistematica della metanalisi sulla efficacia nell impiego del PRP durante l intervento di riparazione della cuffia (2016) condotta da Saltzman Bm et al non riporta miglioramenti nell outcome clinico o nella incidenza di rerottura con l uso del PRP; comunque un vantaggio si registra nelle seguenti specifiche condizioni: l uso del PRP in forma solida, l applicazione del PRP all interfaccia tendine-osso, l uso associato alla double-row, l impiego nelle lesioni piccole /medie VS massive. Data la cronicità della patologia della cuffia,l impiego del PRP andrebbe probabilmente ripetuto per ottimizzare i suoi effetti ; l effetto dei GF è inoltre effimero e pertanto l utilizzo delle stem cell o delle terapie geniche potrebbe essere un trattamento più duraturo e definitivo. Cellule Staminali le cellule staminali, di diversa origine, sono cellule indifferenziate, non specializzate che hanno la potenzialità di differenziarsi in diverse linee cellulari e quindi tessuti mesenchimali come l osso, il grasso, il tendine, il muscolo. L impiego delle Stem Cells nella rigenerazione del tessuto muscolo-scheletrico è un campo di studio aperto e fertile. L efficacia del loro impiego è stata dimostrata nel trattamento dei difetti ossei, la rigenerazione cartilaginea, la rigenerazione e guarigione meniscale, il trattamento delle tendinopatie e delle lesioni muscolari. Gli studiosi preferiscono l impiego di Stem cells adulte a quelle embrionarie o fetali, più facilmente procurabili e disponibili per il trattamento di queste patologie; inoltre, la scarsa immunogenicità delle cellule staminali permette anche l uso di ceppi allogenici. Quando impiantate, le cellule staminali possono avere un ruolo diretto nel processo di riparazione, possono stimolare altre cellule localmente o a distanza o possono svolgere un ruolo anti-infiammatorio / immunomodulatore. Dal 2009 si è iniziato ad utilizzare le cellule staminali in modelli animali nelle lesioni della cuffia dei rotatori. Sono state utilizzate cellule staminali di diversa origine per la riparazione della cuffia ed i tessuti individuati per il loro prelievo sono stati : il midollo osseo, il tessuto grasso, il tessuto muscolare, la sinovia, il periostio, il tendine, il derma, il cordone ombelicale, il sangue periferico. Sebbene le cellule staminali di diversa origine abbiano le stesse potenzialità

5 biologiche sembra che alcune popolazioni di queste siano più efficaci di altre rispetto ad una specifica rigenerazione tissutale. La principale fonte di cellule staminali in grado di stimolare la guarigione della cuffia è il midollo osseo autologo; è probabile comunque che le sole cellule staminali possano non essere sufficienti per la guarigione. Gullotta et al.infatti in un modello animale (il ratto) che riceveva a livello della cuffia cellule staminali mesenchimali di midollo osseo veicolate con colla di fibrina ha dimostrato che non ci sono differenze nella formazione di fibrocartilagine, organizzazione delle fibre di collagene e resistenza biomeccanica della riparazione. In altri due studi più recenti invece, sempre su ratti, utilizzando le stesse cellule mesenchimali (sempre veicolate con colla di fibrina) ma modificate geneticamente, rispettivamente con MT1-MMP (Membrane type 1 matrix metallo-proteinase), e con scleraxis (2 fattori attivi nella embriogenesi del tessuto tendineo e della giunzione tendine-osso) Gullotta ha dimostrato una aumento della fibrocartilagine, ed una maggior resistenza meccanica nella riparazione della cuffia. Anche le cellule staminali provenienti dal tessuto adiposo,si è dimostrato in vitro, presentano una mulipotenzialità. Oh et al hanno pubblicato un primo studio sull impiego di queste cellule nella cuffia di un modello animale (il coniglio); l iniezione di queste cellule nella sede di riparazione non acuta ma cronica del sottoscapolare migliorava la guarigione, la funzione muscolare e riduceva la infiltrazione grassa a confronto con il gruppo di controllo. Un altro punto importante è la scelta dello scaffold per la distribuzione delle cellule; diversi studi hanno analizzato il comportamento delle cellule staminali a contatto con diversi tipi di scaffold dimostrando che lo scaffold è in grado di orientare la differenziazione verso l una o l altra linea cellulare. Pur non essendoci ancora un consenso sulla efficacia o meno delle cellule staminali nella guarigione della cuffia, si iniziano a vedere le prime ricerche per la applicazione clinica nell uomo. Beitzel el al ha studiato le cellule staminali da midollo osseo prelevate con ago aspirato da omero prossimale e femore distale. Le cellule staminali da tessuto tendineo (cuffia dei rotatori) sembra che abbiano potenzialità miogenica maggiore rispetto a quelle da midollo osseo. Randelli et al hanno isolato cellule staminali dal tessuto del sovraspinato e CLB. Utsunomya et al hanno individuato nella borsa sub-acromiale,cellule sinoviali, una fonte potenziale di cellule staminali. Hellera Gomes et al hanno pubblicato un lavoro su 14 pazienti con rottura di cuffia in cui la riparazione trans-ossea è stata eseguita con l impiego di cellule staminali da ago-aspirato da cresta iliaca. A 12 mesi 12 dei 14 paz mostravano una guarigione alla RMN.

6 La letteratura corrente riguardo l impiego delle cellule staminali nelle rotture della cuffia è limitata; sebbene gli studi sperimentali in vivo sugli animali abbiano dato risultati incoraggianti sul miglioramento del processo di guarigione tendine-osso, l impiego delle cellule staminali nella riparazione di cuffia va considerata ancora un tecnica sperimentale. Saranno necessari ulteriori studi sperimentali prima dell applicazione sull uomo. Gli ulteriori futuri sviluppi in questo campo sono nella direzione dell impiego delle cellule staminali in associazione a fattori di crescita o differenti scaffold ed in quella dell utilizzo di nuovi tipi di cellule staminali geneticamente modificate. La ricerca dovrà cercare di trovare il metodo ottimale per acquisire, lavorare, trasportare e mantenere le cellule staminali pluripotenti nella zona di guarigione tendine-osso.