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)



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


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


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


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)




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


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


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


grazie per l’attenzione

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