Riassunto analitico
La necrosi avascolare della testa del femore (NATF) è una malattia causata dalla diminuzione di afflusso di sangue alla testa del femore. Di solito colpisce tra i 30 ei 60 anni della vita. Tuttavia, può colpire chiunque di qualsiasi età. Le eziologie possono essere suddivisi in due, che sono traumatica, essendo più comunemente le fratture spostate del collo del femore; e non traumatica, essendo l'uso di steroidi sistemici, malattie ematologiche, diabete, malattie renali, alcolismo, gotta e la malattia di Gaucher. Qualunque sia il fattore causale è, il risultato è lo stesso in tutte le circostanze: necrosi delle trabecole ossee con lacune vuota e quasi totale assenza di elementi midollari haemopoeitic. Sebbene la necrosi avascolare ossea può verificarsi in qualsiasi parte dello scheletro senza dare alcun sintomo; la testa del femore ha una propria peculiarità. Quando osteonecrosi avviene in una zona cuscinetto di peso, come l'osso muore, diventa morbido e non può sostenere la cartilagine sovrastante. Come la malattia progredisce, la cartilagine si crolla, superfici articolari si diventano irregolari e deformati con conseguente situazione di cosiddetta artrite necessitano artroplastica. Lo scopo del trattamento di NATF è la diagnosi della malattia nelle fasi iniziali e prevenire lo sviluppo dell'artrite. Il campo in continua evoluzione della medicina rigenerativa offre strategie di trattamento promettenti che utilizzano cellule, ponteggi, biomateriali e fattori bioattivi, che potrebbero migliorare l'outcome clinico. Nelle fasi iniziali della malattia la malattia, si è ipotizzato che l'applicazione di fattori di crescita e differenziazione, autologo di midollo osseo e cellule staminali contribuirebbe a preservare l'integrità della testa del femore salvando così il paziente da un futuro travagliato. Gli obiettivi di questo progetto sono stati generando un modello di coniglio di osteonecrosi, definendo la tempistica dei cambiamenti patologici e di guarigione e di analizzare gli effetti del trattamento con cellule staminali mesenchimali. Alla fine di sviluppare osteonecrosi dell’epifisi della testa del femore, l’iniezione di steroidi è stato accoppiato con l'ablazione chirurgica dei vasi del collo del femore e capsula dell'anca. Esami istologici delle teste femorali per definire la tempistica di danni sono stati eseguiti alla fine del sesta, quarta e seconda settimana. Secondo i risultati di questi studi, è stato fissato un calendario per le fasi dell'esperimento. Aspirazione del midollo osseo viene eseguita per isolare delle cellule staminali mesenchimali. Una settimana dopo, è stata eseguita l'ablazione chirurgica bilaterale dei vasi del collo del femore e l'iniezione di steroidi. Alla terza settimana, le cellule staminali mesenchimali sono state inoculate nella regione epifisaria della testa femorale destre e le teste sinistre sono state lasciate come controlli. Teste femorali sono state raccolte in occasione della quinta e settima settimana. Per effettuare un’analisi quantitativa, l'area dell’osso sia necrotico e recentemente formato è stato calcolato e il numero di osteociti e di lacune vuote sono stati contati. Si è constatato che gli esemplari trapiantati contenevano osteociti molto più vivo. I nostri risultati hanno mostrato che le cellule staminali hanno un potenziale nel trattamento della necrosi avascolare della testa del femore. Tuttavia, gli studi clinici con differenti protocolli di riabilitazione, con lunghi periodi di follow-up devono essere effettuati per dimostrare se la terapia con cellule staminali in grado di accelerare il processo di rigenerazione in una testa del femore affetto da necrosi avascolare prima di cambiamenti artritici hanno luogo che renda necessario l'artroplastica.
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Abstract
Avascular necrosis of femoral head (AVFH) is a disease caused by the diminution of blood supply to the femoral head. It usually strikes between the ages of 30 and 60. However, it can affect anyone at any age. The etiologies can be divided roughly into two, which are traumatic, being most commonly displaced fractures of the neck of femur; and non traumatic, being systemic steroid use, hematological diseases, diabetes, kidney disease, alcoholism, gout and Gaucher’s disease. Whatever the inciting factor is, the result is the same in all circumstances: necrosis of the bony trabeculae with empty lacunae and almost complete absence of hematopoietic marrow elements. Although avascular necrosis of bone may occur in any part of the skeleton without giving any symptoms; the femoral head has its own peculiarity. When osteonecrosis happens in a weight bearing area, as the bone dies, it becomes soft and cannot support the overlying cartilage. As the disease progress, cartilage collapse occur, joint surfaces become irregular and deformed resulting in a situation so-called arthritis necessitating arthroplasty. The aim of the treatment of AVFH is to diagnose the disease in early stages and prevent the development of arthritis. The evolving field of regenerative medicine offers promising treatment strategies using cells, biomaterial scaffolds, and bioactive factors, which might improve clinical outcome. In early stages of disease the disease, it is speculated that application of growth and differentiation factors, autologous bone marrow and stem cells would help to preserve the integrity of femoral head thus saving the patient from a troubled future.
The goals of this project were generating a rabbit model of osteonecrosis, defining the timing of the pathological changes and healing and analyzing the effects of treatment with mesenchymal stem cells. In order to develop osteonecrosis in the femoral head epiphysis, steroid injection was coupled with surgical ablation of femoral neck vessels and hip capsule. Histological examinations of the femoral heads to define the timing of damage were performed at the end of sixth, fourth and second weeks. According to the findings of these trials, a time schedule for the steps of the experiment was set. Bone marrow aspiration is performed to isolate of mesenchymal stem cells. One week after, the bilateral surgical ablation of femoral neck vessels and steroid injection was performed. At the third week, mesenchymal stem cells were inoculated into epiphyseal region of right femoral head and left hips were left as controls. Femoral heads were harvested at the fifth and seventh weeks.
In order to make a quantitative analysis, the area of both necrotic and newly formed bone was calculated and the number of osteocytes and empty lacunae were counted. It is found that the transplanted specimens contained significantly more live osteocytes.
Our results showed that stem cells have a potential in the treatment of avascular necrosis of the femoral head. However, clinical studies with different rehabilitation protocols with long follow up periods should be performed to prove if stem cell therapy can speed the regeneration process in a femoral head affected by avascular necrosis before arthritic changes take place necessitating an arthroplasty.
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