Ricostruzione cranica utilizzando cellule stromali mesenchimali e biomateriali riassorbibili

Sfondo: i difetti ossei cranici vengono spesso lasciati dopo un intervento chirurgico al cervello, di solito per consentire il recupero del gonfiore del cervello prima di reimpiantare successivamente una copertura protettiva del cervello in un secondo momento (cranioplastica). Queste procedure vengono eseguite ovunque sopra la volta cranica, unilateralmente o bilateralmente. Il pezzo di osso originale (placca ossea autologa = lembo osseo) viene posto in un contenitore sterile e conservato in frigorifero a una temperatura di -40°C.

Settimane o mesi dopo, quando il cervello è rilassato, il cuoio capelluto è ben guarito e le condizioni mediche del paziente lo consentono, l'individuo viene riportato in sala operatoria e l'osso viene reimpiantato (una procedura nota come cranioplastica autologa). Lo scopo della procedura è di restituire cosmesi e protezione al cervello sottostante e talvolta può anche migliorare i sintomi neurologici attraverso meccanismi sconosciuti. Sfortunatamente questi obiettivi non vengono sempre raggiunti e, sebbene tecnicamente semplice, la procedura è nota per essere associata a una serie di complicazioni. Due dei più significativi di questi sono l'infezione (tale che il lembo osseo deve essere rimosso e sostituito) e il riassorbimento (tale che la funzione protettiva è compromessa). Complessivamente il 10% dei pazienti con osso autologo si infetta, il 10% necessita di sostituzione per riassorbimento e il 12% viene riassorbito in modo significativo, quindi nel 32% dei casi l'osso autologo ha ceduto.

In ogni caso di fallimento della cranioplastica il paziente necessita di riammissione, un secondo intervento per rimuovere il lembo osseo, terapia antibiotica prolungata (in caso di infezione), quindi una nuova placca su misura e riammissione per un terzo intervento chirurgico.

Nella maggior parte dei casi per la ricostruzione vengono utilizzati materiali sintetici come il polimetilmetacrilato e la rete di titanio. Comunemente la ricostruzione viene eseguita dal chirurgo utilizzando tali materiali per scolpire la cranioplastica. Più recentemente sono state utilizzate piastre in titanio idroformato. Ciò comporta un processo di scansione TC del difetto, ricostruzione virtuale, stampa 3D degli stampi, pressatura della lastra e rifinitura a mano. Sebbene abbia un grande successo nel trattamento di oltre 150 pazienti, la cranioplastica in titanio rimane nel paziente per tutta la vita e, in quanto materiale non biologico, si presenta come sito preferenziale per l'infezione (circa il 5% dei casi). Inoltre, le immagini TC mediche per la valutazione e il trattamento delle condizioni neurologiche sono compromesse per tutta la vita a causa di artefatti metallici derivanti dalle lastre. Inoltre, anche l'interferenza con le apparecchiature di scansione dei metalli comunemente utilizzate per scopi di sicurezza rimane un problema a vita. I pazienti con una cranioplastica in titanio infetta richiedono un quarto ricovero per rimuovere la piastra metallica o polimerica, un trattamento antibiotico prolungato e quindi una quinta procedura chirurgica per reinserire una nuova cranioplastica.

Cellule stromali mesenchimali (MSC): le MSC sono cellule adulte multipotenti in grado di differenziare più lignaggi mesenchimali. Sono cellule aderenti simili a fibroblastoidi con un'ampia capacità di espansione. Risiedono all'interno del tessuto connettivo della maggior parte degli organi e sono stati isolati da midollo osseo, placenta, tessuto adiposo, cordone ombelicale, liquido amniotico, sangue circolante, vari tessuti fetali, sinovia del muscolo scheletrico, polpa dentale, fegato, milza, polmone e derma. La maggior parte del lavoro si è concentrata sulle MSC derivate dal midollo osseo, tuttavia, ci sono anche alcuni rapporti clinici che utilizzano tessuto adiposo e MSC derivate dalla placenta. MSC provenienti da fonti diverse potrebbero non essere funzionalmente equivalenti o presentare lo stesso potenziale di differenziazione. Le funzioni principali per MSC derivate dal midollo osseo per quanto riguarda il presente studio è la capacità di differenziare il lignaggio osteogenico. È questa capacità di differenziazione che li ha visti applicati alla mancata unione ossea e al trattamento dei deficit scheletrici ossei di dimensioni critiche, e in particolare alla ricostruzione dei vuoti cranici. Nell'attuale proposta Cell and Tissue Therapies WA presso il Royal Perth Hospital ha una vasta esperienza e ha richiesto una licenza TGA (Therapeutics Goods Administration, l'autorità di regolamentazione del governo australiano) per produrre e fornire MSC per il trattamento dei pazienti.

Le MSC non sono immunogeniche e sfuggono al riconoscimento da parte delle cellule T e NK alloreattive. Hanno un'espressione di basso livello di HLA di classe I e nessuna espressione di HLA di classe II. Non esprimono molecole costimolatorie e non sono in grado di indurre la risposta immunitaria mediata dalle cellule T, e quindi possono essere utilizzate come cellule donatrici universali. Le cellule allogeniche sono state ampiamente utilizzate negli studi clinici sia nella modulazione immunitaria che nella riparazione dei tessuti. Il vantaggio dell'utilizzo di cellule allogeniche è che l'età del donatore può essere controllata. La letteratura indica che le MSC raccolte da donatori di età superiore ai 40 anni sono inferiori. Poiché molti dei pazienti trattati con una cranioplastica hanno più di 40 anni, l'uso di cellule allogeniche in questo studio è preferibile. Gli studi clinici sull'uomo e gli studi sugli animali supportano l'uso di cellule allogeniche.

Cranioplastica: il Dipartimento di ingegneria medica e fisica del Royal Perth Hospital è leader mondiale nella fornitura di impianti su misura e fornisce cranioplastiche in titanio su misura da quindici anni. La metodologia di base che è stata utilizzata per trattare oltre 150 pazienti include la ricostruzione del vuoto utilizzando un software avanzato basato sulla scansione TC del paziente. Una volta ricostruito il vuoto viene creato uno stampo femmina per pressare la placca in titanio. La piastra viene quindi rifinita a mano e verificata per il montaggio su un modello difettoso prefabbricato.

Bioceramica: le bioceramiche riassorbibili come l'idrossiapatite e il beta tricalcio fosfato sono utilizzate da molti anni nel trattamento del deficit osseo. Ad esempio, il sostituto dell'innesto osseo ChronOS (Synthes GmbH, Oberdorf) è un sostituto dell'innesto osseo completamente sintetico e riassorbibile costituito da beta-tricalcio fosfato con una resistenza alla compressione simile a quella dell'osso spongioso. La porosità interconnessa funge da matrice osteoconduttiva per la crescita interna delle cellule ossee e dei vasi sanguigni. Tali materiali sono utilizzati per il riempimento di difetti ossei dopo trauma, ricostruzione o correzione in indicazioni non portanti e comunemente questi materiali prescrivono un metodo di perfusione dei granuli in sala operatoria con il midollo osseo del paziente. È stato dimostrato che il riassorbimento della bioceramica avviene in un periodo di 6-18 mesi (Buser 1998).

Impalcatura polimerica: esiste una miriade di materiali polimerici utilizzati per la chirurgia, anche nell'area della chirurgia cranio-maxillofacciale. Il polimero più comune è il poli(acido lattico). Il PLA come il poli(L-lattide-co-D,L-lattide) 70:30 è costituito da un copolimero amorfo biodegradabile che alla fine si riassorbirà in vivo. I materiali bioceramici e polimerici sono approvati dalla TGA per questa indicazione.