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El Futuro del Tratamiento del Cartílago

FUTURE OF CARTILAGE TREATMENT

Alberto Gobbi, Henning mdry, Giuseppe Peretti

For successful future cartilage tissue engineering a solid collaboration of experts from different disciplines, like chemistry, physics,biology, engineering,imaging,medicine and surgery are needed. This possibly would lead to the generation of tissue engineered strategies for the repair of complex lesions involving cartilage, together with the subchondral bone. To be improved is the degree of bonding and integration of newly formed tissue as well as to find the most suitable chondrogenic and osteogenic cell for a perfect repair.

EL FUTURO DEL TRATAMIENTO DEL CARTILAGO

Puntos principales

Para un futuro con exito de la técnica del tejido del cartílago se necesita una colaboración sólida de los expertos en los campos diferentes: química, física, biología, ingeniería, medicina y cirugía.

Eso podría llevar a nuevos procesos y estrategias de la construcción del tejido para la reparación de lesiones complejas que afectan al cartílago y al hueso subcondral también.

Lo que necesitamos mejorar es el nivel de integración del tejido nuevamente formado tanto como necesitamos encontrar células condrogénicas y osteogénicas adecuadas para una reparación perfecta.

Mesenchymal Stem cell

Recent directions in cartilage repair are moving towar the possibility to perform one-step surgery: these could incluye teh use of mesenchymal item cells (MSC) and growth factors in order to avoid the first surgery for cartilage biopsy and subsequent chondrocyte cell cultivation. Authors have recognized tha nucleated cells found in bone marrow are a useful source of cells for restoration of damaged tissue , furthermore, using MSC and Platelet Rich Plama (PRP), it is possible to repair cartilage in a one-step procedure.

MSC havea high poriferation and multi-lineage differentiation potential, into adipogenic,osteogenic and chondrogenic cells. Many authors have show ina animal and laboratory studies the use of mesenchymal stem cells with chondrogenic potential but few clinical studies have been done.(l0,11,12,13,14,15).

Once MSC are cultured in the appropriate microenvironment, they can differentiate to chondrocytes and form cartilage, onset of chondrogenesis requires a chemically defined serum free medium supplemented with dexamethasone,ascorbic acid and growth factors such as TGF-B.

The micromass culture or pellet culture system is generally condidered a good in vitro model of chondrogenesis ; Johnstone eta al. cultured MSC as pellets at the bottom of a tube for 2 weeks in a specific serum free cocktail medium, under these conditions cells organize a cartilaginous matrix by secreting proteoglycans and type II collagen and cells appear as real chondrocytes embedded in their own matrix lacunae. Nixon et al (10) showed early-enhanced chondrogenesis in cartilage defects in an equine model,he concluyed that MSC arthroscopic implantation in horses improved cartilage healing response.

Research are currently exploring the possibility of implantin stem cells in the laboratory to differentiate into chondrocytes and which can then be utilized with a synthetic scaffold (12,13) or scaffolod free (14) for implantation.

Ochi et al (15) observed that ina a rat model the injection of cultured MSC combined with bone marrow stimulation can accelerate the regeneration of articular cartilage; they noted that this cell therapy was a less invasive treatment for cartilage injury. In their other animal study (16) they introduced a MSC delivery system with the help of an electromagnetic field,enhancing the proliferation of cartilage inside the chondral defect after intraarticular injection ,decreasing ectopic cartilage formation. Fortier et al(17) conclude, in their animal studies that developopment of patient-side configuration techniques for intra-operative stem cell isolation and purification for immediate grafting have significant advantages in time savings and immediate grafting have significant advantages in time savings and immediate application of an autogenous cell for cartilage-rekitani et al (18) used autologous culture of expanded bone marrow for repair of cartilage defects in osteoarthritic knees, they chose 24 knees of 24

patients with knee OA who underwent a high tibial osteotomy, patients were divided into cell transplanted group and cell free group. After 16 months follow-up, they concluded that MSC were capable of regenerating a repair tissue for large chondral defects.

Oirs institution also use bone marrow concentrated (BMC) for MSC in treating chondral defects, our technique consist of harvesting 40-60 ml of bone marrow aspirate from the iliac creste with aspiration kit and a centrifugations systemn following the method recommended by the manufacturer in order to have BMC and from these we will be able to increase concentration of BMC four to six times the baseline value, Using batroxobin enzyme we activate the bone marrow concentrate and produce a sticky clot material that we paste it into the defect, finally we use to cover the treated defect with a collagenic membrane.

Preliminary data from our institution and other Italian authors on MSC implantation with a one-step procedure seem to be promising showing good clinical outcomes at early follow up Giannini et al (20) presented their one step surgery procedure using MSC and scaffold 20 patients with a mean age of 26 years of age with chondral lesions were treated. Patients were evaluated using clinical scores and MRIS.they had a minimum of 6 month and maximum 24 months follow up. IKDC subjective and objective scores showed significant improvement from preop to final follow up.MRI evoluation showed progression of regeneration from pre-op to final follow-up.

We noted a trend towards improvement of the mean IKDC scores from 53.0 pre-op to 73.0 at final follow-up at two years. KOOS,tegner and Lysholm showed similar trends (19).

CÉLULAS MADRE

Las últimas técnicas para la reparación del cartílago articular se orientan hacia la posibilidad de realizar todo el proceso quirúrgico en una sola etapa, evitando asi la primera etapa en la que se realiza la biopsia del cartílago y posterior cultivo de los condorcitos.

Los autores han reconocido que las células madre procedentes de medula ósea son una fuente útil para restaurar el tejido cartilaginoso dañado, utilizando además estas células madre y el plasma enriquecido en plaquetas es posible la reparación del cartílago articular en una sola etapa.

Las células madre tienen un potencial de proliferación y diferenciación alto y se pueden diferenciar tanto a células osteogénicas como condrogénicas.

... Muchos autores han demostrado el uso y la utilidad de las células madre en estudios sobre animales y en estudios de laboratorio quedando demostrado su potencial condrogenico, son necesarios todavía muchos mas estudios para poder profundizar en esta cuestión.

Cuando las células madre están cultivadas en el ambiente apropiado pueden virar hacia condorcitos y formar cartílago.

Iniciar la condrogenésis requiere un ambiente químico con dexametasona, acido ascórbico (TGF-B).

Johnstone y colaboradores han utilizado células madre en el fondo de un tubo durante semanas dentro de un ambiente específico, en estas condiciones las células madre se organizaron y formaron una matriz cartilaginosa esto lo hacen segregando acido glicocolico y colágeno tipo II. Las células aparecen como condorcitos reales incrustadas en su propia matriz.

Nixon y colaboradores han demostrado una condrogenesis precoz reforzada en los defectos del cartílago de caballo y han concluido que la implantación artroscopica de células madre en el caballo mejoran las respuestas en el recubrimiento del cartílago.

Los investigadores están estudiando ahora la posibilidad de una implantación de células madre en el laboratorio para diferenciarlas hacia condorcitos que podrían ser utilizados con una matriz sintentica o sin matriz para el injerto.

Ochi y colaboradores han observado en la rata que la inyección de las células madre cultivadas en combinación con una estimulación de la medula puede acelerar la regeneración del cartílago.

Han notado también que la terapia célular es menos invasiva para las lesiones del cartílago articular. En otro estudio animal han introducido un sistema de suministro de células madre con la ayuda de un campo electromagnético y de esta forma mejoran la proliferación del cartílago dentro de la lesión condral después de producirse una inyección intraarticular de células. Del mismo modo esto ha disminuido la formación de cartílago eptopico.

Portier y colaboradores han concluido a raiz de sus estudios con animales que el desarrollo de las técnicas de configuración del paciente de las células madre fuera del quirófano con el aislamiento y la purificación de las células madre para un injerto inmediato tienen ventajas importantes en relación con el tiempo de la aplicación inmediata de las células autogenicas para el cartílago.

Wakitani y colaboradores han utilizado cultivos antólogos de medula ampliada para la reparación de las lesiones del cartílago en las rodillas osteoartriticas. Han seleccionado pacientes que han tenido osteoartritis y a los que se le ha realizado una osteotomía de tibia.

Los pacientes fueron divididos en 2 grupos ,uno con trasplante de células y otro sin trasplante de células.

Después de meses de seguimiento han concluido que las células madre fueron capaces de regenerar el tejido de las lesiones condrales grandes.

En nuestro centro se utiliza también el concentrado de medula osea de células madre en las lesiones condrales. Nuestra técnica consiste en cosechar de 40 a 60 mi de medula osea aspirada de cresta iliaca con un kit de aspiración y un sistema de centrifugado.

Esto es siguiendo el método recomendado por el constructor de la maquinaria para tener la medula osea y de ahí seremos capades de incrementar la concentración de las células de medula osea de 4 a 6 veces mas del valor inicial.

Utilizando la centrifugadora activamos el concentrado de medula y producidos una consistencia pegajosa que se puede untar dentro de la lesión.

Finalmente recubrimos la lesión con una membrana de colágeno.

Los datos preliminares procedentes de nuestro centro y de otros autores italianos, datos sobre la implantación del trasplante de las células madre parecen prometedores y demuestran buenos resultados con un seguimiento a corto plazo.

Giannnini y colaboradores han presentado su técnica de cirugía con un vaso en un solo paso utilizando matriz y células madre. 20 pacientes con una edad media de 26 años y lesiones condrales fueron tratados. Los pacientes fueron evaluados utilizando scores clínicos e imagen de RMN y han tendió un seguimiento mínimo de 6 meses y máximo de 24.

Se ha demostrado una mejoría significativa a través de los scores subjetivos y objetivos (IKDC ) apartir del momento preoperatorio hasta el momento.

Una valoración de la RMN ha demostrado una progresión de la regeneración desde el momento preoperatorio hasta el final del seguimiento.

Hemos tenido una tendencia hacia el mejoramiento de los scores medianos (IKDC) de 50 a 73 a partir del momento preoperatorio hasta el final del seguimiento de 2 años de plazo.

Los scores de Koos, Tegner y Lysholm han demostrado una evolución similar.

 

References

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