Osso e ingegneria tissutale

Università degli studi di Torino Master in Parodontologia Direttore:Prof. M. Aimetti Osso e ingegneria tissutale Dott. A.Graziano, DDS, PhD

Tessuto osseo TIPI: a fibre non intrecciate Non lamellare a fibre intrecciate compatto Lamellare spugnoso 2

Funzioni dell osso Sostegno meccanico Locomozione Protezione Riserva metabolica (Sali minerali) 3

componenti del tessuto osseo Cellule proprie Cellule di altra provenienza Matrice organica (osteoide; collageno I; GAGs; proteoglicani; glicoproteine) Sali minerali inorganici (idrossidi di calcio e di fosfato) idrossiapatite: Ca10(PO4)6(OH)2 4

matrice organica dell osso fibre collagene (di tipo I) Pochissimi proteoglicani GAGs Glicoproteine: osteopontina, osteocalcina, osteonectina, osterix, BAP, BSP, decorina 5

OSTEONECTIN Bone SialoProtein (BSP) Bone Alkaline Phosphatase Collagen type I OSTEOCALCIN Collagen type III FIBRONECTIN RUNX-2

matrice inorganica dell osso aumenta durante sviluppo e accrescimento fino a raggiungere il 65% del peso secco dell osso principalmente: fosfato di calcio carbonato di calcio sotto forma di aghi sottili (cristalli di idrossiapatite) combinati con le fibrille collagene 7

se nell osso si distrugge componente organica: l osso conserva forma e dimensioni originali, ma diventa fragile come porcellana componente inorganica: l osso perde la sua durezza e rigidità, diventando flessibile ma conservando la resistenza alla trazione 8

Cellule dell osso Cellule osteoprogenitrici staminali Osteoblasti Osteociti Osteoclasti (provenienti dal midollo osseo) 9

4 tipi di cellule tre stadi evolutivi periostio della stessa cellula osteoblasto osteoide matrice ossea mineralizzata fibre collagene preosteoblasto osteoclasto: cellula derivante osteoclasto dalla linea monocitoorletto increspato macrofagica lacuna di Howship osteocito canalicolo osseo 10

Osteoblasti ed osteoclasta Created by G. Papaccio 11

as ti Os te ob l Non sintetizzano solo la matrice organica dell osso ma posseggono anche recettori per l ormone paratiroideo 12

osteoblasti sulla superficie dell osso 13

Osteoclasti Sono cellule multinucleate che derivano da progenitori macrofagicigranulocitici (GM-CFU) ed agiscono nel riassorbimento osseo. Presentano recettori per: OPLG (stimolante le colonie); Osteoprotergina; Calcitonina. Hanno: -diametro di circa 150 micrometri; -fino a 50 nuclei Enzima chiave: Fosfatasi acida 14

Osteoclasta

MECCANISMO D AZIONE L anidrasi carbonica (presente sul ruffled border) catalizza la formazione di acido carbonico a partire da acqua ed anidride carbonica; -sua dissociazione in H+ ed HCO3-gli ioni bicarbonato ed Na+ attraversano la membrana e vanno nei capillari; -la pompa protonica della membrana trasporta gli H+ abbassando il ph, cosicchè la matrice solubilizza; -la lacuna dello Howship diventa un vero e proprio lisosoma extracellulare -idrolasi e metalloproteasi (collagenasi e gelatinasi) secrete dall Oc degradano la componente organica della matrice decalcificata; -tali prodotti vengono internalizzati dall Oc e degradati per essere versati nel sangue; -il processo si arresta quando la concentrazione del calcio raggiunge i livelli soglia nella lacuna per cui si apre il sensore di membrana podosomiale, così da favorire il disassemblamento ed il distacco della cellula. 16

osteoclasti 17

Osso di supporto e osso alveolare

Osso di supporto e osso alveolare

Il «bundle bone»

Parodonto: un tessuto «unico»

Ossificazione Rimodellamento Riassorbimento osseo 22

modalità di ossificazione membranosa l osso si sviluppa dal mesenchima o dal tessuto connettivo fibroso endocondrale l osso sostituisce un modello cartilagineo preesistente 23

ossificazione intramembranosa si verifica negli strati più profondi del derma ossa dermiche ossa del cranio mandibola clavicola 24

Il tessuto che riempie gli spazi primitivi Created by G. Papaccio 25

Ossificazione intramembranosa 26

Ossificazione intramembranosa 1intercellular bone matrix 2- osteocytes 3- periosteum 27

Ossificazione intramembranosa 1 - intercellular bone matrix 2 - osteocytes 3 - periosteum 4 - osteoclast 28

gli gli osteoclasti osteoclasti scavano scavano una una cavità cavità che che viene viene invasa invasa da da mesenchima mesenchima ee vasi vasi sanguigni sanguigni nascita di un osteone gli gli osteoblasti osteoblasti depositano depositano nuove nuove lamelle, lamelle, procedendo procedendo dall esterno dall esterno verso verso ilil centro centro dell osteone dell osteone Created by G. Papaccio questo questo processo processo sisi verifica verifica continuacontinuamente mente durante durante la la vita vita dell individuo dell individuo 29

Ossificazione Fosfatasi alcalina: key role Fornisce la sorgente di fosfato necessario per innalzare la concentrazione di ioni Ca e P oltre la soglia di nucleazione, favorendo così la precipitazione dei cristalli. Gli enzimi delle vescicole rimuoverebbero inibitori dell ossificazione presenti nella matrice (pirofosfato, ATP) Una volta iniziata, la nucleazione dei cristalli procede spontaneamente Sequenza delle glicoproteine: OP+OC BSP+OC ON+OC OC 30

stadi di differenziamento delle cellule che producono osso preosteoblasti osteoblasti cellule staminali, fusate o appiattite, simili ai comuni fibroblasti, che si trasformano in: cellule cuboidi, disposte in strati, partecipano attivamente alla formazione dell osso osteociti cellule dell osso maturo; sono osteoblasti che, dopo aver elaborato la sostanza ossea, rimangono imprigionati nelle lacune ossee 31

STRO-1/Flk-1 Runx2/Flk-1 Osteoblasts Precursor Preosteoblast Flk-1/OC

Co-differentiation c-kit /Flk-1/CD34 STRO-1/CD44/Flk-1 CD54/CD31 Pre-endotheliocyte Runx2 Preosteoblast

NODULE FORMATION

ALP detection

Endotheliocyte

VEGF INTERACTIONS Wang D.S. et al. Endocrinology. 138: 2953-2962; 1997

TEM

LAB vessels 100x 200x 400x CD31 DAPI MERGE

periostio membrana connettivale riccamente vascolarizzata che riveste l osso; si àncora all osso a mezzo di fibre dette di Sharpey è assente sulle superfici articolari e sulle zone d inserzione di tendini e legamenti 40

endostio sottile strato cellulare incompleto contiene osteoblasti, preosteoblasti, osteoclasti e c. staminali riveste le le trabecole dell osso spugnoso, le cavità midollari, i canali di Havers e i canali di Volkmann 41

1.1 AIM OF THIS STUDY Understanding the regulation of stem cells during differentiation and specific tissue production. Certain tissues require the production of specialized extracellular materials such as bone, dentin, cartilage, and tendon. The production of the extracellular matrix and its maturation into specialized tissues involve a sequential activation of cascades of signals. Controlling and providing these signals artificially at a particular step may facilitate the desired tissue regeneration Kolf C, Cho E, Tuan R (2007). Mesenchymal stromal cells. Biology of adult mesenchymal stem cells: regulation of niche, self renewal and differentiation. Arthritis Res Ther

MATHERIALS AND METHODS Patients selection 10 pazienti di entrambi I sessi sono stati selezionati dal reparto di chirurgia estrattiva per almeno 2 estrazioni su arcate differenti e sono stati divisi per fasce di età (2030 aa; 30-50aa; 50-70 aa) Dopo aver sottoscritto unconsenso informato, durante l estrazione sono stati prelevati 3 campioni di periostio da 3 sedi orali diverse: palato vestibolo superiore e vestibolo inferiore. I campioni sono stati immersi in soluzione fisiologica e tenuti refrigerati a 4 C prima di essere processati.

MATHERIALS AND METHODS Processazione tissutale 3. Alcuni cloni (5) sono stati espansi per effettuare l'analisi dei markers di superfice (analisi FACS fluorescence activated cell sorting) per confermare la loro natura staminale (CD90) e mesenchimale (CD105, CD13, CD29 positivi e contemporanea negatività per CD34 e CD45) Togli emopoietici e sotto metti le tabelle del facs n 17 devi parlarne con antonio perché Il primo clone risulta positivo per CD34

Risultati FACS

CLONE 23 LONG TERM d21

CLONE 24 LONG TERM d21

osso compatto osteocita osteocita nella nella lacuna lacuna ossea ossea osteoblasti osteoblasti allineati allineati lungo lungo la la superficie superficie dell osso dell osso Created by G. Papaccio cellule cellule del del midollo midollo emopoietico emopoietico 48

Mineralizzazione dell osso 49

aumento di dimensioni dell osso diametro apposizione di nuovo osso di origine periostale creste di osso neoformato inglobano vasi sanguigni longitudinali, fondendosi intorno ad esso e formando gli osteoni lunghezza sostituzione di cartilagine con osso a livello della metafisi il tessuto cartilagineo sul lato epifisario continua ad accrescersi, mentre quello diafisario viene invaso da nuovo osso 50

Agenti innescanti Fosfatasi alcalina Fibre collagene Proteine morfogenetiche: BMP, osteogenina, TGF-β (trasformatore autocrino) 51

La prevalenza dell una o dell altra di queste fasi dipende dallo spazio disponibile: Poche fibre ed ampia matrice calcificazione extrafibrillare rapida Molte fibre aggregate a scarsa matrice calcificazione lenta ed intrafibrillare 52

Studio dell ossificazione da parte della m. di Schneider Componente epiteliale : epitelio pseudostratitifcato ciliato con cellule caliciformi mucipare intercalate Componente connettivale: connettivo lasso riccamente vascolarizzato con gh. tubulo acinose a sec.mista -Aimetti M, Massei G, Morra M, Cardesi E, Romano F. Correlation between gingival phenotype and Schneiderian membrane thickness. Int J Oral Maxillofac Implants. 2008 Nov-Dec;23(6):1128-32. -Caylakli F, Yavuz H, Cagici AC, and Ozluoglu LN. Endoscopic sinus surgery for maxillary sinus mucoceles.head Face Med. 2006; 2: 29. -Gruber R, Kandler B, Fuerst G, Fischer MB, Watzek G. Porcine sinus mucosa holds cells that respond to bone morphogenetic protein (BMP)-6 and BMP-7 with increased osteogenic differentiation in vitro. Clin Oral Implants Res. 2004 Oct;15(5):575-80. -Srouji S, Kizhner T, Ben David D, Riminucci M, Bianco P, Livne E. The Schneiderian membrane contains the osteoprogenitor cells: in vivo and in vitro study. Calcif Tissue Int

Analisi trascrizionale mediante PCR Membrana di Scheneider I T0 GAPDH RUNX CD90 COL I OC OP BOSP II T0 III T0 Periostio IVT0 V T0 VI T0 1 T0 2 T0

Analisi trascrizionale mediante PCR I 14g II 14gg III14gg I 38gg II 38gg III 38gg BOSP BOSP Membrana di Schneider OC OC GAPDH GAPDH Periostio

Discussione 1. L'identificazione di progenitori estremamente indifferenziati che esprimono CD117 2. La possibilità per questa popolazione eterogenea di andare incontro ad un self-commitment, una auto programmazione in senso osteogenico 3. L'origine di questi progenitori sarebbe da ricercare nelle guaine perivasali, come evidenziato dalla marcata positività a CD105 4. Il fatto che al giorno 20 vi sia ancora una subpopolazione, che esprima marker di staminalità, testimonia un'alta capacità rigenerativa delle cellule da membrana, leggermente superiore allo stesso periostio come risulta dalle percentuali più alte di cellule CD117+ (3,83 VS 3,05).

5. La negatività al CD34 e al CD133 elimina la possibilità di una pluripotenzialità staminale e ci restringe decisamente il campo all'ambito rigenerativo mesenchimale 6. E stata rilevata l'espressione differenziale nei due siti di OP e BOSP, la prima presente nella membrana ma non nel periostio, con pattern opposto la seconda. 7. La deposizione di cristalli di HA aumenta dal giorno 30 al giorno 38

Omeostasi Scheletrica Riduzione della solubilizzazione dei Sali minerali con l età Legge di Guldberg e Waage regola secondo una costante di dissociazione la reazione Ca3(PO4)2 3Ca2++Po43(fosfatasi alcalina) Calcemia: 7-8mg/100ml (+ riserve grazie alla mobilizzazione ormoni) 58

Rimodellamento osseo Funzioni del Calcio Concentrazione muscolare Secrezione Fagocitosi Coagulazione sanguigna Segnali cellulari Fusione fra cellule Apertura canali membrana Mitosi Fecondazione Trasporto assonico Trasmissione sinaptica 59

Rimodellamento osseo (selettivo) FATTORI CHE INTERFERISCONO Gravidanza Allattamento Menopausa Patologie 60

ormoni Calcitonina Gh Ormoni tiroidei Ormoni sessuali Vit adc Ossigeno NO

Ampiezza Biologica

OC

HLA-I

Guarigione frattura Infiammazione Riparazione Rimodellamento Parole chiave bmp-2 e runx2

Piastrine 67

Piastrine Created by G. Papaccio 68

Ruolo delle piastrine Le piastrine sono strutture cellulari molto importanti nel fenomeno della coagulazione e nella riparazione di lesioni 69

ruolo delle piastrine nell emostasi a contatto con il collagene esposto dalla lesione, le piastrine liberano serotonina e altre sostanze, provocando vasocostrizione le piastrine si agglutinano formando un tappo piastrinico che si ingrossa rapidamente occludendo la soluzione di continuo il tappo piastrinico viene successivamente convertito in coagulo in seguito alla precipitazione di fibrinogeno in fibrina, formando una rete di filamenti che imbriglia piastrine, globuli rossi e altre cellule del sangue 70

Formazione del coagulo Created by G. Papaccio 71

72 globuli rossi imbrigliati in un reticolo di fibrina

Created by G. Papaccio 73

Guarigione frattura 1 STADIO: LA FRATTURA Al momento della frattura accadono due cose: 1) la frattura sensibilizza le cellule localmente presenti cosicché esse possano rispondere meglio a stimoli umorali di natura locale e sistemica; 2) al momento della frattura si liberano sostanze mitogene che sono in grado di spingere a proliferare le cellule precursori ed a guidarne la differenziazione in cellule figlie. Queste ultime daranno vita a nuovi capillari, a nuovo tessuto connettivo, a tessuto osseo e cartilagineo. In questa fase i mastociti ed i leucociti rivestono grande importanza perché rilasciano anch essi sostanze chimiche fondamentali ai fini del processo riparativo. Questo primo stadio dura circa 7 giorni a partire dalla

2 STADIO: QUELLO DEL TESSUTO DI GRANULAZIONE Le cellule precursori stimolate dai meccanismi mediatori locali incominciano a produrre nuovi vasi, fibroblasti, matrice intercellulare, cellule di supporto ed altre cellule. Questo insieme di elementi va a formare un tessuto di granulazione molle nello spazio fra i frammenti di frattura. In seguito compaiono i macrofagi che invadono il tessuto di granulazione e provvedono alla sua rimozione. Intanto alcuni osteoclasti incominciano ad erodere le superfici dell osso fratturato. Questo stadio dura circa 2 settimane, ed il tessuto di granulazione può essere interpretato come un meccanismo mediatore che porta allo stadio successivo. 75

3 STADIO: QUELLO DEL CALLO Da un ulteriore proliferazione, differenziazione ed organizzazione si vengono a creare nuovi condroblasti ed osteoblasti che provvedono alla produzione di una matrice extracellulare cartilaginea ed osteoide. Generalmente la matrice sintetizzata impiega una settimana a calcificare. La mineralizzazione finisce col formare, qualche settimana più avanti, un callo di frattura visibile agli Rx poiché calcifico. Ci vogliono da 4 a 16 settimane perché si formi il callo di frattura. In questa fase l orientamento delle trabecole ossee non segue la direzione delle stimolazioni meccaniche e dei carichi, bensì riflette la disposizione dei capillari ematici che sono preesistenti rispetto alla comparsa delle trabecole ossee stesse. 76

4 STADIO: QUELLO DEL REMODELING (RIMANEGGIAMENTO) In questo stadio all interno del callo mineralizzato incomincia il processo di rimaneggiamento (remodeling) che porta alla sostituzione del callo stesso con osso nuovo. Le B.M.U. (Remodeling Basic Multicellular Unit) sono reponsabili del processo di rimaneggiamento. Le B.M.U. sono un importante meccanismo mediatore della guarigione di una frattura. Ogni B.M.U. comprende molti tipi di cellule, materiale intercellulare e capillari.; questi elementi sono organizzati nel tempo e nello spazio e sono comunicanti fra loro. Una B.M.U. dapprima produce osteoclasti che rimuovono il callo poi dà origine ad osteoblasti che lo sostituiscono con osso nuovo, seguendo uno schema stereotipato che prevede i seguenti passaggi: attivazione-riassorbimento77 formazione. Questa sequenza impiega 3-4 mesi per

5 STADIO: QUELLO DEL MODELING (RIMODELLAMENTO) In contemporanea con il processo di rimaneggiamento si sviluppa anche il processo di rimodellamento. Tale processo si sviluppa sulla corticale endostale e su quella periostale ed il suo fine è quello di recuperare la forma originale dell osso. Tale processo giunge sempre a compimento nei bambini piccoli e nei giovani, ma mai negli adulti. Il processo di rimodellamento richiede uno o più anni e procede in concomitanza con il processo di rimaneggiamento. Al momento della frattura, la frattura stessa innesca il R.A.P. (Regional Acceleratory Phenomenon). Il R.A.P. agisce sui singoli stadi della guarigione della frattura velocizzandoli. La guarigione si ottiene così da 2 a 10 volte più velocemente che in assenza del R.A.P. 78

In passato si riteneva che il primo responsabile della buona guarigione di una frattura fosse l osteoblasto. Secondo ormai superate concezioni, si pensava che un trattamento errato, malattie, infezioni locali, farmaci, disturbi circolatori, una combinazione di questi fattori o cause sconosciute agissero negativamente sugli osteoblasti e che così si determinasse l insuccesso del processo riparativo di una frattura. Secondo invece recenti vedute esistono dei meccanismi mediatori della guarigione di una frattura. Tali meccanismi mediatori sono costituiti dai capillari ematici, da quelli linfatici da materiale intercellulare, da un sistema di comunicazione locale e da fibre nervose. Gli agenti locali e sistemici che innescano e successivamente controllano il processo di guarigione dell osso fanno ciò agendo sui meccanismi mediatori e non direttamente su ogni singolo ostoblasto ed osteoclasto. In ultima analisi, i 79 meccanismi mediatori in risposta alle sostanze che

Timing guarigione ossea 1 min formazione coagulo rilascio piastirne, formazione fibrina, rilascio fattori piastrinici legame della fibronectina al materiale innestate 1h chemiotassi dei pmn, secrezione di collagenasi ed elastasi, rilascio di peptidi del collagene 3-18 h accumulo di pmn, adesione cellulare, limitata proteolisie rilascio fattori chemiotatttici per fibroblasti 1 giorno chemiotassi dei fibroblasti adesione cellulare verso la ecm del materiale innestato rilascio peptidi di fibronectina aumento mobilità cellulare, aumento del ruolo di microtubuli e microfilamenti 2 giorni aumento chemio dei fibroblasti, trasduzione del segnale, attivazione di sintesi del dna e proteine, rilascio fattori di crescita 3 giorni Proliferazione cellulare, sintesi di dna e coll III 10-12 giorni differenziamento di osteoblasti, coll I sintesi di proteoglicani ossei, picco di calcio e fosfatasi alcalina 12-18 gg osteoclasti rimodellamento e dissoluzione matrice dell innesto, aumento lisosomi accumulo di osteocalcina, rilascio di collagenasi e proteasi 21 gg midollo osseo

A seconda del letto ospitante, tipo di insulto(e in funzione di) - vascolarizzazione -tensione di ossigeno -stabilità FASE CARTILAGINEA Ossa lunghe GUARIGIONE PRIMARIA Frammenti a contatto la guarigione segue gli osteoni e parte dal tessuto cambiale FASE GRANULAZIONE Insulto osseo senza frattura Alveolo post estrattivo Prelievo di midollo osseo

LAB vessel ACE CD 31

Critical size defect - - Definita come la dimensione doppia rispetto al diametro dei frammenti coinvolti Esita in pseudoartrosi o riparazione con interposizione di tessuto fibroso

Osteodistrazione Metodica rigenerativa che sfrutta le fasi di guarigione di una frattura Applicazione del concetto di allungamento del callo osseo Sfrutta l elasticità del tessuto osseo fibroso primario

Fasi clinico-biologiche 1. 2. 3. 4. 5. Osteotomia Latenza Distrazione attiva Consolidamento Rimodellamento

Vantaggi -No necessità di prelievi di autograft -Nessun biomateriale (solo attivatori autoclavabili) -No necessità di lembi complessi o innesti di tessuto molle Svantaggi -Necsssita di attivazione quotidiana -Durante l attivazione le comuni funzioni sono disagevoli -Dolorabilità e morbilità del sito elevata

Ingegneria Tissutale Ossea 87

Biomateriale PBM 2GF VE Cellule Fattori osteoinducenti

Origine delle cellule connettivali Derivano tutte, direttamente o indirettamente durante lo sviluppo embrionale, dalla cellula mesenchimale pluripotente. Un piccolo numero di tali cellule persiste nell adulto (cellule staminali) 89

Una cellula staminale è una cellula capace di autorigenerarsi infinite volte, spesso per l intera vita dell organismo cui appartiene. Nelle giuste condizioni, in seguito a stimoli specifici, queste cellule possono generare diversi citotipi e tessuti che possono dare vita ad un intero organismo. N.I.H. National Institute of Health

SNC BONE MARROW SKIN LIVER PANCREAS MUSCLES LUNG HEART KIDNEY BONES CARTILAGE

Fonti di prelievo umane di cellule staminali adulte Elevata accessibilità chirurgica 2. Ridotto sacrificio tissutale con deficit minimo residuo a carico dell organo o del tessuto donatore 3. Alta resa di elementi cellulari staminali in rapporto al volume tissutale prelevato. 1.

Caratteristiche richieste per applicazioni cliniche I) Estensiva capacità proliferativa, al fine di poter riparare deficit tissutali II) Potenzialità pluri-differenziativa e stabilità morfo-funzionale del fenotipo acquisito III) Interattività con biomateriali in colture 3D al fine di ottenere un'ingegnerizzazione patient-designed, secondo forma e volume richiesti dal tipo di deficit tissutale

STATIC Proprieta delle cellule staminali Undifferentiated Cells (lack differentiation markers and specific morphology) Proliferation Capacity Ability to Self-Maintain Ability to Generate Differentiated Progeny DYNAMIC Can Vary Proliferation and SelfMaintenance Flexible in Differentiation Fate Choice

Le cellule negli organismi multicellulari, nei tessuti specializzati, possono avere un diverso grado di specializzazione, anche definito differenziamento. All interno di ogni tessuto esiste una popolazione cellulare che serve al rinnovamento del tessuto stesso, definita popolazione di cellule staminali. Le cellule staminali sono scarsamente differenziate e si dividono attivamente. Le cellule differenziate non si dividono più, ma svolgono la loro funzione e quindi vanno incontro a morte

Staminale Progenitore

A Stem cells Progenitor cells Differentiated cells C B Unipotent Multipotent

La pluripotenza delle cellule staminali S S S S D1 D1 D1 P D1 D2 P D3 D1 D4 Unipotente Pluripotente

Fonti di prelievo umane di cellule staminali adulte di interesse in odontoiatria a)polpa e tessuti peridentari (DPSC, SHED e FENC) b) Tessuto adiposo (ADAS) c)cordone ombelicale Wharton gelly (HUPVC) d) Stroma midollare osseo (BMSSC)

Vantaggi della polpa dentaria come sede di prelievo Accessibilità chirurgica Rapporto elementi cellulari staminali/volume tissutale Possibilità di numerosi prelievi per individuo con bassa morbilità del sito Caratteristiche antigenico-funzionali Possibilità di criobancaggio

E costituita da connettivo lasso derivato dalla cresta neurale Le cellule costituenti provvedono alle funzioni odontogeniche, nutritive, sensoriali, difensive dell intero elemento dentario

PREDENTINA ODONTOBLASTI STRATO POVERO DI CELLULE STRATO RICCO DI CELLULE ZONA PULPARE PROPRIA

La zona ricca di cellule è costituita da: Fibroblasti Cellule perivascolari Periciti Cellule endoteliali Cellule indifferenziate

PLGA 85:15 Secondary Concavities 38.90 micron 26.36 micron 24.44 micron

Confocal Microscopy Lactide co-glycolic acid PRIMARY Concavities SECONDARY Concavities

Altri Materiali Alloplastici Biovetri (catene di silicofosfati alcalini) PMMA Gore-tex Carbossi-Metilcellulosa Polietilenglicole (PEG) Acido Ialuronico Acido Poliglicolico (PGA)

OSTEOPROMOTORI BMP IGF E PDGF TGF BETA PRP POLIPEPTIDI

Monocita CS pluripotente Endotossina Azione dei fattori di crescita IL-3 T cell CFUGEMM Early BFU GM-CSF EPO Ipossia Fibroblasto IL-1 Late BFU Rene Cellula endoteliale EPO EPO EPO CFU-Eo CFU-G CFU-M Eosinofili Neutrofili Monociti EPO CFUMeg Piastrine CFU-E Eritrociti 109

Proteine adesive (ligandi) e loro recettori Ligandi proteine della superficie cellulare con la funzione di trattenere le cellule nel midollo: - VCAM-1 ligando la cui espressione è ridotta da: chemioterapia, G-CSF (Granulocyte Colony-Stimulating Factor) - ICAM-1 Recettori adesivi - Integrine - Selectine - CD34, CD43, CD45RA, CD164: importanti per il processo di homing e di ritenzione delle CS al midollo 110

Sintesi ed effetti Molte citochine sono prodotte dalle cellule stromali del midollo e agiscono a livello midollare e spesso agiscono in siti ben precisi e specifici. I fattori di crescita agiscono: inducendo la proliferazione dei progenitori emopoietici attivando le cellule mature stimolando le funzioni delle cellule mature stimolando la produzione di altri HGF - 111

BMP Appartenenti alla superfamiglia dei TGF Essendo morfogeni sono rapidamente assorbiti dai tessuti Combinabili con DMB, collagene, HA, PLGA, carbonato e solfato di calcio Versione commerciale clinicamente disponibile di BMP-2 (INFUSE) e combinazione di IGF e PDGF (Gem21)

BMPrI-II BMP7 BMP2

Osteopontin and osteocalcin enhanced production by HUVEC stimulated with Stem cell culture medium Protein concentration (µg/ml) Huvec (Control) 6 Huvec stimulated with Stem cell culture medium 4 2 0 Osteocalcin Osteonectin Ostepontin

PRP Si ottiene mediante centrifugazione a 5600 rpm di un unità di sangue (50 ml) Dopo una prima scrematura del sopranatante (plasma povero di piastrine e buffy coat) si centrifuga nuovamente a 2400 rpm Si ottengono da 500.000 a 1.000.000 di piastrine che vanno miscelate con calcio cloridrato (10.000 U/10%)

PRGF Considerata un evoluzione del PRP Prelievo di sangue con anticoagulante (da 5 a 40ml) Una sola centrifugazione a 1400 rpm per 7 minuti Alla fine della centrifugazione e della separazione di circa 0,5 ml si possono aggiungere cloridrato di calcio, solfato di calcio o trombina a secondo del protocollo

PRF Acronimo per fibrina ricca in piastrine Prelievo di sangue (10 ml) senza anticoagulante Centrifugazione a 3000 rpm per 10 min Dopo separazione della porzione liquida e di quella corpuscolata solida si comprime il gel tra 2 garze e si ottiene una membrana di 3 x 1,5 cm

Cenni storici Periodo antico, egitto e culture precolombiane, denti di animali e denti scolpiti in avorio, esami rx evidenziano buon adattamento osseo Periodo medievale, dal 1000 al 1800, europa, denti umani trapiantati da un paziente all altro, abbandonata quando nel sec. XVIII si comincia a parlare di infezioni Periodo fondamentale, dal 1800 al 1910, usa oro porcellana legno Periodo moderno 1930 1970 Europa e usa, porcellana, vitallio, titanio, Tipo I vite sommersa e impianti sottopoeriostei Tipo II lame e viti con appoggi Periodo contemporaneo 1970 oggi titanio, ha, ceramica Studi cominciati nel 1952 su perone di coniglio in situ, temperatura, ischemia relativa, sostanze topiche(disinfettatnti) modificano l equilibrio

Fattori di un adeguata riparazione peri-implantare Presenza di cellule adatte Adeguata nutrizione Stimolo appropriato per la riparazione ossea Sotto carico si forma corticale all around l impianto ma richiede un tempo di guarigione più lungo

Percentuale di contatto influenzata da: Superficie dell impianto Materiale impianto e forma Qualità ossea (influenza vascolarizzazione) Tecnica chirurgica (influenza temperatura) Tempo di guarigione

Fasi di guarigione periimplantare I fase cicatrizzazione, 1 mm introno all impianto muore, neoformazione osso fibroso II fase, fino a 18 settimane, gli osteoclasti eliminano osso necrotico, l osso fibroso è sostituito da osso lamellare i cui osteoni hanno un andamento perpendicolare a quelli primari, continuo rimodellamento, permane interfaccia non ossea

Principi di osteointegrazione Fattori legati alla fisiopatologia del tessuto osseo - Fattori generali, fattori locali, fattori di rischio Fattori legati all mpianti (biocompatinbilità, forma, superficie, Fattori chirurgici e protesici

Fattori generali Età Affezioni endocrine, diabete tipo I e II, iperparatirodismo, reumatiche, ematologiche, medicazioni, (attenzione a glucocorticoidi, metotrexate, ciclosporina, litio, tetracicline, eparina, nicotina, anticonvulsivi Radioterapia attendere 1-6 mesi Chemioterapia Tabacco e alcool