Rigenerazione della cartilagine articolare: gli impianti usati nella chirurgia ortopedica

Autore: Dott. Alessandro Bistolfi
Pubblicato:
Editor: Antonietta Rizzotti

I difetti della cartilagine articolare sono sempre più comuni tra la popolazione adulta colpita da osteoartrite e nel corso degli anni porta a dolore, ridotta funzionalità dell’articolazione e disabilità. Ne parla il Dott. Alessandro Bistolfi, esperto in Ortopedia e Traumatologia a Torino

Riparare i difetti dei tessuti connettivi come la cartilagine articolare, causati da traumi, malattie degenerative o collegate all’età, rimane ad oggi una sfida a livello medico a causa della capacità limitata di auto-rigenerazione della cartilagine.

Cos’è la cartilagine articolare?

La cartilagine articolare è un tessuto che ricopre l’area superiore dell’articolazione e fornisce una superficie a bassa frizione e basso carico per un’agevole movimento dell'articolazione. Una cartilagine articolare sana è in grado di sopportare decenni di carichi ripetitivi che regolarmente superano di più volte il peso corporeo. Lo straordinario comportamento, unico nel suo genere, è attribuito alla natura multifasica della matrice extracellulare (ECM) che può essere descritta come un solido poroso permeabile saturo di acqua e di ioni disciolti. Il collagene, il primo componente all’interno della fase solida della matrice extracellulare, forma una rete fibrosa ed è la principale responsabile delle caratteristiche meccaniche di duttilità e viscosità del tessuto. Mescolate nel collagene sono presenti grandi microstrutture, macromolecole proteoglicani caricate negativamente che garantiscono alla cartilagine la proprietà di assorbire acqua e rigonfiare il tessuto nel tentativo di mantenere l’equilibrio fisio-chimico. Il rigonfiamento, che è un effetto svolto dalla rete del collagene, opera una pressione sul tessuto ed evita l’eccessiva frizione e il sovraccarico.

Quali sono le cause della degenerazione della cartilagine articolare?

La struttura e la funzione del tessuto possono essere compromessi da degenerazione, età avanzata, obesità, ripetute micro lesioni dell’articolazione o da iniezioni di agenti tossici in precedenti interventi, da fratture.  A causa della sua natura non-vascolare, il tessuto cartilagineo danneggiato non guarisce spontaneamente (scarsa capacità di auto-rigenerazione) e perciò rimane una sfida riparare il tessuto cartilagineo. Questo ha portato allo sviluppo di una grande varietà di trattamenti.

Quali tecniche esistono per ricreare la cartilagine?

Le tecniche di stimolazione del midollo osseo come la “perforazione dell’osso sub-condrale o microfratture” (quello sottostante la cartilagine) consistono nel praticare con la chirurgia dei fori che connettono le lesioni cartilaginee con il sottostante tessuto connettivo del midollo osseo per trovare cellule capaci di riparare il tessuto molle e duro. È stato provato da numerosi test che il progressivo uso di cellule estratte dal tessuto connettivo del midollo osseo è connesso alla rigenerazione della cartilagine. Durante la procedura di perforazione infatti le cellule staminali migrano dal midollo per creare nuova cartilagine.

Un’altra strategia nota come “stimolazione del midollo osseo” include l’utilizzo di cellule stromali e impianti biodegradabili: è relativamente semplice, poco invasiva e dai costi ridotti. Riempiendo l’area sub-condrale con materiale biodegradabile è possibile creare una guida per la formazione di un nuovo tessuto cartilagineo. L’ingegneria dei tessuti si è dimostrata una potente alternativa in quanto è in grado di rigenerare ossa, cartilagine e la struttura tra cartilagine ed ossa. Applicare impianti biomateriali la cui funzione è il controllo della forma e del volume del nuovo tessuto creato, serve a facilitare l’attaccamento e la proliferazione delle cellule. Oltre ad influenzare la forma e l’attività meccanica dell’articolazione, gli impianti devono anche essere capaci di sostenere l’ambiente meccanico del tessuto originale.

Quali sono i materiali disponibili per ricreare la cartilagine?

Le matrici per riparare i difetti della cartilagine possono essere realizzate con diversi tipi di materiali:

  • Materiali naturali
  • Materiali sintetici
  • Idrogel

I materiali naturali hanno proprietà di biodegrabilità e bioattività, fondamentali per l’integrazione con il tessuto ospite. Promuovono inoltre la crescita e la proliferazione delle cellule. I questi materiali possono essere basati su proteine o polisaccaridi.

I materiali sintetici offrono, invece, un buon controllo sulla composizione e consistenza della matrice: hanno proprietà meccaniche, si armonizzano in modo simile a quelli biodegradabili, e hanno bassi costi di sintesi. Paragonati alle materie naturali, i prodotti con cui vengono composti potrebbero essere pericolosi per il corpo umano. Tra di essi individuiamo i poliesteri (che includono gli idrossiacidi, gli idrossialcaonati e i polireutani).

Infine, gli Idrogel sono costituiti da polimeri viscosi ottenuti da legami ionici tra le macromolecole idrofile. Gli idrogel intrappolano le cellule dentro la struttura e le distribuiscono in maniera omogenea. La loro idrofilia riproduce l’ambiente naturalmente idratato della cartilagine e permette di eseguire un intervento non invasivo, poiché i materiali possono essere facilmente iniettati.

Cellule staminali

Oggi, per la rigenerazione della cartilagine, esiste la possibilità di avere a disposizione un maggiore quantitativo di cellule staminali rispetto a quelle che provengono dal midollo osseo tramite le microfratture o perforazioni. Le cellule staminali vengono estratte dal midollo osseo o meglio ancora dal tessuto adiposo sottocutaneo, dove sono più numerose e più vitali. Dopo il prelievo (dall’osso spongioso o dal tessuto adiposo), le cellule staminali vengono selezionate e separate dalla parte cellulare non utile e dalla parte connettivale in eccesso tramite appositi sistemi di filtraggio.  Successivamente sono reintrodotte nell’articolazione (in caso di artrosi diffusa) e usate per caricare lo scaffold (in caso di lesione condrale focale).

Dott. Alessandro Bistolfi
Ortopedia e Traumatologia

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