Ricostruzione mandibolare con sostituti ossei vascolarizzati assialmente

Sfondo:

La ricostruzione mandibolare è necessaria a seguito di resezioni tumorali, infezioni o traumi con conseguenti gravi difetti di continuità dell'arcata mandibolare e sacrificio di denti. La ricostruzione di base prevede l'utilizzo di innesti ossei non vascolarizzati unitamente al ripristino dei denti perduti mediante impianti dentali e protesi implanto-supportate. Difetti ossei minori (

L'ingegneria tissutale e la medicina rigenerativa dipendono dalla presenza di un biomateriale che promuove la crescita e la proliferazione cellulare. Per popolare questo biomateriale (impalcatura) con nuovo tessuto, il corpo deve interagire efficacemente con questo biomateriale. Ciò richiede l'istituzione di una risposta angiogenica precoce e affidabile che porti allo sviluppo di un adeguato apporto di sangue per il ripristino della struttura e della funzione. (Hodde 2002) I tre componenti principali richiesti per la rigenerazione sono le cellule, gli scaffold e le molecole di induzione. Quando si coltivano tessuti in vitro (Ingegneria dei tessuti), dovrebbero esistere tutte e tre le componenti, tuttavia, quando si fa riferimento alla Medicina Rigenerativa, ognuna di queste può essere fornita all'organismo nel tentativo di ottimizzare la sua capacità di rigenerare i propri tessuti. L'aggiunta di cellule o fattori di crescita ai biomateriali può rafforzare la rigenerazione dei tessuti (Pellegrini et al. 2009), ma la vascolarizzazione, e quindi l'integrazione, di questi biomateriali è ancora considerata la questione determinante per il successo di qualsiasi rigenerazione di difetti di dimensioni critiche. (Novosel et al. 2011) L'applicazione dei principi della medicina rigenerativa nel campo della ricostruzione cranio-maxillo-facciale è diventata ormai una pratica quotidiana. L'ampio spettro di applicazioni spazia dalla semplice aggiunta di filler ossei bioattivi a tecniche molto più sofisticate per la sostituzione e la ricostruzione ossea. Le indicazioni includevano la ricostruzione dopo difetti di sviluppo minori, traumi, infezioni, cisti o tumori benigni, ma raramente dopo l'escissione di tumori maligni. (Clokie e Sandor 2008; Schuckert et al. 2009; Trautvetter et al. 2011) Warnke et al (Warnke et al. 2004), che hanno utilizzato una tecnica completamente diversa da quelle utilizzate nei precedenti case report, hanno riportato l'unico caso di rigenerazione dopo l'ablazione del cancro. La principale differenza tecnica era legata alla vascolarizzazione del tessuto rigenerato. Mentre tutti i casi riportati per la rigenerazione mandibolare utilizzavano la strategia di vascolarizzazione estrinseca convenzionale, in cui i costrutti venivano lasciati per acquisire un apporto di sangue parassitario dal sito ricevente dell'impianto, Warnke et al (Warnke et al. 2004) hanno utilizzato una strategia di vascolarizzazione assiale attraverso un procedura di prelaminazione nel muscolo Latissimus dorsi (LD) seguita da trasferimento di tessuto libero della mandibola rigenerata. Sebbene questa tecnica evitasse le morbilità del sito donatore osseo, la necessità di prelevare il muscolo LD rappresentava un grave svantaggio di questa tecnica di prelaminazione. Questo singolo caso clinico ha evidenziato la necessità di una struttura vascolarizzata in modo efficiente se la terapia rigenerativa deve essere applicata per difetti più grandi e ricorrenti.

La vascolarizzazione assiale degli scaffold mira a fornire al costrutto l'afflusso di sangue attraverso un asse vascolare definito e dedicato. In questo contesto, l'afflusso di sangue del costrutto non viene acquisito casualmente dal sito di impianto, e quindi potrebbe essere possibile l'impianto in un'area a basso potenziale di vascolarizzazione, come nei siti chirurgici irradiati o fibrosi (Kneser et al. 2006). Le due tecniche principali per la vascolarizzazione assiale sono la prelaminazione e la prefabbricazione.

La prefabbricazione di una struttura tissutale viene effettuata semplicemente impiantando una fistola artero-venosa o un'ansa (AVL) o un peduncolo vascolare sotto o all'interno della struttura. Ciò comporta la germinazione spontanea dei vasi dall'ansa o dal peduncolo e la successiva rivascolarizzazione dell'intero costrutto tissutale (Erol e Spira 1979; Guo e Pribaz 2009). La prelaminazione è un'altra tecnica introdotta da Pribaz e Fine (Pribaz e Fine 1994) nel 1994 in cui viene eseguito l'impianto di un costrutto in un territorio vascolarizzato (lembo) per creare un'unità vascolarizzata personalizzata. Il risultato finale di entrambe le tecniche è un'unità vascolarizzata assialmente che dipende per il suo nutrimento da un asse vascolare definito.

Altri due termini importanti da menzionare in questo contesto sono le modalità di vascolarizzazione ''intrinseche'' ed ''estrinseche''. La vascolarizzazione estrinseca di un costrutto denota l'acquisizione del suo apporto di sangue dalla periferia verso il centro, mentre la modalità di vascolarizzazione intrinseca denota che la regione centrale del costrutto viene vascolarizzata per prima (Lokmic e Mitchell 2008). Di conseguenza, la prefabbricazione è considerata una strategia intrinseca di vascolarizzazione assiale. Il costrutto in prelaminazione, tuttavia, è estrinsecamente vascolarizzato all'interno di un territorio intrinsecamente vascolarizzato (Eweida et al. 2012).

Poiché la ricostruzione di difetti ossei impegnativi o irradiati richiede una massa tissutale vascolarizzata assialmente, l'applicazione della strategia di prelaminazione porterà sempre a una notevole morbilità del sito donatore in cui l'intero territorio vascolarizzato (principalmente un lembo muscolare) dovrebbe essere trasferito al sito ricevente (Mesimaki et al., 2009; Warnke et al., 2004). La tecnica di prefabbricazione, invece, quando applicata ad un costrutto tissutale, comporta solo il trasferimento di questo costrutto con il suo peduncolo, diminuendo così al minimo la morbilità del sito donatore. Inoltre, la tecnica di prefabbricazione potrebbe essere applicata al sito ricevente come tecnica di ricostruzione primaria, abolendo completamente la morbilità del sito donatore (Eweida et al. 2014; Horch et al. 2014).

Una delle tecniche più ampiamente studiate per indurre la vascolarizzazione assiale nei costrutti tissutali è l'ansa artero-venosa o fistola (Arkudas et al. 2013; Horch et al. 2012) e la sua superiorità rispetto al fascio vascolare in termini di densità vascolare e potenziale di rigenerazione è stato chiaramente dimostrato (Tanaka et al. 2003).

Dati preclinici:

La prima idea documentata per la vascolarizzazione assiale utilizzando l'ansa AV è stata descritta da Erol e Spira (Erol e Spira 1979) nel 1979 in un modello di ratto. Morrison et al hanno ulteriormente sviluppato il modello e inserito il loop in camere di isolamento (Hofer et al. 2003). Hanno dimostrato con successo l'induzione della vascolarizzazione in matrici polimeriche e gel (Cassell et al. 2001). Dal 2006, la progettazione e la caratterizzazione delle camere di isolamento e l'inserimento dell'ansa AV sono state ulteriormente sviluppate dal lavoro di Horch et al (Kneser et al. 2006), dove l'ingegneria dell'osso trapiantabile vascolarizzato è stata dimostrata per la prima volta con successo da questo gruppo di ricerca . Dopo aver valutato con successo la vascolarizzazione assiale in diversi sostituti ossei, il concetto è stato tradotto dal modello di ratto a un modello animale di grandi dimensioni (pecora) (Beier et al. 2011; Boos et al. 2012). Sulla base di tale modello, la vascolarizzazione assiale è stata indotta in strutture costituite da sostituti di osso spongioso bovino lavorati e scaffold ß-TCP/HA (fosfato tricalcico/idrossiapatite). L'ansa AV di pecora ha mostrato modelli di vascolarizzazione simili a quelli del ratto, ma la densità di vascolarizzazione ottimale è stata raggiunta dopo una durata maggiore (rispettivamente 8-12 settimane contro 4 settimane) (Boos et al. 2011). L'induzione della formazione di nuovo osso nella camera di isolamento della pecora assialmente vascolarizzata è stata quindi dimostrata attraverso l'impianto di MSC (cellule staminali mesenchimali) in combinazione con il fattore di crescita osteogenico BMP basato su un sostituto osseo ß-TCP/HA clinicamente applicabile (Boos et al. 2013). .

Nel 2011 i ricercatori hanno introdotto per la prima volta il modello AV Loop per la ricostruzione mandibolare nelle capre (Eweida et al. 2012; Eweida et al. 2011). I ricercatori hanno potuto dimostrare il successo della rigenerazione dei difetti mandibolari marginali di dimensioni critiche attraverso la vascolarizzazione assiale degli scaffold ßTCP/HA caricati con BMP (proteina morfogenica ossea). La tecnica è stata discussa in precedenza in dettaglio (Eweida et al. 2014; Eweida et al. 2012; Eweida et al. 2011). In breve, è stato creato un difetto marginale di dimensioni critiche (3 x 2 cm) all'angolo della mandibola di capra. Un'impalcatura di dimensioni equivalenti in ßTCP/HA è stata scanalata per accogliere l'ansa AV creata dall'anastomosi diretta dei vasi disponibili localmente al microscopio operatorio. L'impalcatura è stata quindi montata su una piastra di titanio e fissata alla mandibola. Attraverso i nostri studi comparativi tra i costrutti dell'ansa AV e quelli dell'ansa non AV, i costrutti vascolarizzati assialmente hanno mostrato una vascolarizzazione centrale significativamente maggiore e una formazione ossea centrale notevolmente migliorata. Anche le caratteristiche biomeccaniche sono state notevolmente migliorate. La sicurezza e l'efficacia del modello a livello preclinico sono state dimostrate con successo durante un periodo di follow-up di 6 mesi (Eweida et al. 2014).

Dati clinici fino ad oggi:

Solo due studi precedenti rappresentavano casi clinici di rigenerazione ossea craniofacciale utilizzando sostituti ossei vascolarizzati assialmente (vascolarizzazione non randomizzata). Il primo studio è stato pubblicato nel 2004 da Warnke et al (Warnke et al. 2004) e ulteriormente valutato nel 2006 (Warnke et al. 2006). Gli autori hanno utilizzato una tecnica di prelaminazione nel muscolo LD di blocchi minerali bovini (BioOss) per ricostruire un ampio difetto mandibolare. Il difetto è stato ricostruito 8 anni dopo la mandibulectomia subtotale e l'irradiazione. Il costrutto è stato caricato con BMP e aspirato di midollo osseo autologo dalla cresta iliaca. Sebbene questa strategia di prelaminazione per la rigenerazione mandibolare abbia mostrato alcuni risultati iniziali promettenti, i risultati a lungo termine non sono stati esenti da complicazioni.

Il secondo rapporto è stato pubblicato nel 2009 da Mesimaki et al (Mesimaki et al. 2009) che hanno riportato una tecnica di prelaminazione simile per vascolarizzare un sostituto osseo costituito da ß-TCP (beta fosfato tricalcico) nel muscolo retto dell'addome. Il costrutto vascolarizzato è stato utilizzato per ricostruire un complesso difetto mascellare dopo emi-maxillectomia dovuto a una grande cheratocisti. Un'ampia revisione della letteratura (fino al 06.2019) ha dimostrato che la prefabbricazione utilizzando l'anello AV non è mai stata utilizzata per la rigenerazione ossea all'interno della regione craniofacciale.

La tecnica introdotta della vascolarizzazione assiale dei sostituti ossei, tuttavia, è stata dimostrata con successo negli esseri umani. Un case report è stato presentato da Horch et al. che hanno dimostrato il successo della rigenerazione ossea e della vascolarizzazione assiale in situ utilizzando il modello dell'ansa AV in due pazienti con difetti ossei nel radio e nella tibia (Horch et al. 2014). Horch et al hanno dimostrato una tecnica sicura e di successo, risultati incoraggianti e un periodo di follow-up senza complicazioni di 72 mesi.

Scopo:

Applicazione e valutazione della tecnica di vascolarizzazione assiale di un sostituto osseo utilizzando l'ansa arterovenosa (AVL) per ricostruire un difetto mandibolare

Pazienti e metodi:

Dieci pazienti saranno inclusi in questo studio prospettico.

Consenso informato:

I pazienti saranno completamente orientati attraverso un consenso informato scritto documentato in lingua araba. Il consenso informato scritto includerà i seguenti punti:

• La procedura è correlata alla ricerca (applicazione di questa tecnica nella regione craniofacciale)
• Lo scopo di questa ricerca.
• Metodi alternativi per la ricostruzione mandibolare.
• I dettagli tecnici della procedura.
• I vantaggi e gli svantaggi della tecnica.
• I rischi della procedura.
• I possibili effetti collaterali peri e postoperatori.
• Il piano di gestione per i possibili effetti collaterali.
• Una dichiarazione che la partecipazione è volontaria, il rifiuto di partecipare non comporterà alcuna sanzione o perdita di benefici a cui il paziente ha altrimenti diritto, e il paziente può interrompere la partecipazione in qualsiasi momento senza penalità o perdita di benefici, a cui il soggetto ha altrimenti diritto
• Una spiegazione di chi contattare per le risposte alle domande sulla procedura e sui diritti del paziente e chi contattare in caso di danno al paziente correlato alla ricerca.

Valutazione preoperatoria:

Il paziente sarà soggetto a un'anamnesi completa ea esami medici completi.

Le indagini comprenderanno:

• Analisi di laboratorio di routine (profilo della coagulazione, glicemia a digiuno, creatinina sierica, urea nel sangue, conta ematica completa)
• Radiografia panoramica della mandibola
• Angiografia tomografica computerizzata (CTA) della regione della testa e del collo.
• Stampa tridimensionale della mandibola e del difetto per facilitare l'orientamento preoperatorio, il pre-piegamento della placca e della rete

Procedure chirurgiche:

La procedura verrà eseguita in anestesia generale in posizione supina. Attraverso un'incisione cutanea sottomandibolare, verrà esposta la mandibola. Il difetto verrà ripristinato attraverso il curettage osseo. La placca di ricostruzione preformata verrà fissata alla mandibola e attraverserà il difetto. Una rete preformata in titanio a forma di U sarà montata sulla mandibola e fissata con viti. L'arteria e la vena facciale omolaterale (o altri assi vascolari disponibili in caso di mancanza dell'asse vascolare facciale) saranno anastomizzate utilizzando il microscopio operatorio tramite un innesto venoso invertito per creare un'ansa AV prelevata dall'avambraccio. Il loop AV verrà posato all'interno del difetto. La rete in titanio sarà riempita con una miscela di:

1. Granuli di idrossiapatite silicata (flaconcino NanoBone® 1,2 ml, ARTOSS, Rostock, Germania).
2. Aspirato midollare autologo dalla cresta iliaca.
3. Proteina morfogenica ossea 2 (BMP 2- InductOs®, Medtronic BioPharma B.V., Tolochenaz, Svizzera) La ferita sottomandibolare si è chiusa a strati.

Seguito e valutazione:

Monitoraggio attento del paziente per i segni vitali, pervietà dell'ansa AV (tramite Doppler manuale) e possibili complicanze perioperatorie. Il paziente verrà dimesso in 3a giornata postoperatoria. Il paziente verrà seguito regolarmente ogni settimana per la guarigione della ferita, la pervietà dell'AVL e le possibili complicanze postoperatorie. I raggi X seriali (vista panoramica) verranno eseguiti mensilmente per monitorare la nuova formazione ossea. Il CTA verrà eseguito dopo 6 mesi.

In base ai risultati clinici e radiologici, verrà pianificata un'ulteriore riabilitazione dentale dopo la completa guarigione del difetto (6-9 mesi dopo l'intervento). Le biopsie ossee da riabilitazione dentale (perforazione ossea per impianti) saranno studiate per la qualità ossea e la vascolarizzazione utilizzando la colorazione H&E standard dopo la decalcificazione.

Saranno valutati dati qualitativi e quantitativi da radiografie panoramiche, CTA e analisi istologiche per:

1. Rigenerazione e densità ossea.
2. Vascolarizzazione dei sostituti ossei. I risultati saranno tabulati e confrontati con la letteratura.

Analisi del rischio:

Dopo aver dimostrato con successo la sicurezza e l'efficacia della "tecnica di vascolarizzazione dell'ansa AV" a livello preclinico e clinico, riteniamo che sia giunto il momento di iniziare ad applicare la tecnica per la rigenerazione mandibolare. Questa nuova applicazione, tuttavia, non sarà priva di sfide. Una delle principali preoccupazioni sarebbero i cambiamenti emodinamici derivanti dalla fistola AV. Sebbene un modello simile non sia mai stato riportato in letteratura, i rapporti sull'uso di una fistola arterovenosa distale forniscono la prova che una fistola controllata posizionata in un'arteria periferica è ben tollerata, a condizione che la dimensione della fistola sia inferiore a 1 cm e la fistola accetta meno del 20% della gittata cardiaca (Blaisdell et al. 1966; Eweida et al. 2013; Horch et al. 2014; Tukiainen et al. 2006). Per quanto riguarda la densità ossea e la mineralizzazione distale rispetto a una fistola AV, in letteratura sono riportati risultati contraddittori che vanno da un aumento della crescita ossea (Vanderhoef et al. 1963) a una diminuzione della mineralizzazione e un aumento dell'osteopenia (Muxi et al. 2009). Questi studi si sono concentrati sull'emodinamica e sul suo impatto sulla crescita ossea distale alla fistola. Le conseguenze a lungo termine di una fistola intraossea, tuttavia, non sono state adeguatamente studiate in letteratura.

Ci si aspetterebbe una sensazione pulsante o un ronzio precoce a causa dell'alto flusso iniziale. Gli studi a lungo termine a livello preclinico, tuttavia, hanno dimostrato che il letto vascolare matura con il tempo portando allo scarico del getto arterovenoso diretto (Polykandriotis et al. 2007; Polykandriotis et al. 2009).