LA CARTILAGINE
La cartilagine articolare è un tessuto elastico carente di nervi, vasi sanguigni e linfatici, che rivesto l’osso all’interno delle articolazioni. Il suo compito è ridurre la frizione, distribuire il carico nelle distinte posizioni articolari ed offrire una superficie articolare lubrificata, che permette alle ossa di scivolare l’una sull’altra per evitare il fenomeno dell’usura.
È un tessuto costituito da cellule chiamate condrociti, immerse in una matrice extracellulare formata da fibre collagene, acqua ed acido ialuronico. Questa straordinaria struttura si nutre del liquido sinoviale, normalmente presente all’interno delle articolazioni, mediante un meccanismo di diffusione che si realizza durante il carico articolare.
Fig 1: Disegno schematico della complessa struttura della cartilagine e i suoi rapporti con l’osso sottostante
➊ Cartilagine normale
➋ Fissurazione
➌ Ulcerazione
➍ Osso subcondrale
Le cellule cartilaginee o condrociti, sono molto sensibili ai cambiamenti della matrice extracellulare e alle variazioni del carico che riceve la superficie articolare. Il carico e il movimento dell’articolazione favoriscono il corretto metabolismo della cartilagine, mentre l’immobilizzazione articolare prolungata o la mancanza di carico deteriorano l’articolazione. L’utilizzo adeguato di un’articolazione permette di mantenere un equilibrio ottimo nella struttura, nella composizione e nella funzione della cartilagine.
Cosa accade con il carico?
La cartilagine essendo un tessuto permeabile costituito da un materiale viscoelastico, si deforma quando si applica un carico costante e rilascia acqua all’esterno. Quando cessa la pressione, la cartilagine recupera il liquido perduto e recupera le sue dimensioni iniziali. Questo fenomeno serve come meccanismo d’ammortizzazione e avviene grazie alla struttura della cartilagine, che si compone di una parte solida, porosa e permeabile, e una liquida, che è capace di fluire attraverso la parte solida.
Fig 2: Schema delle forze che agiscono sulla cartilage e la sua reazione fisiologica e del meccanismo di lesione in caso di eccesso di carico
La pressione idrostatica delle forze compressive permette il trasferimento del carico dallo strato superficiale a quello profondo in maniera omogenea salvaguardando la componente solida, minimamente coinvolta
Le fibre collagene sono fondamentale nella risposta alle forze di taglio per la lore resistenza alla tensione e torsione, specie quelle intermedie che permettono deformazione senza fuoriuscita di liquidi: la componente solida è coinvolta nella risposta andando incontra ad usura
La degenerazione della cartilagine, da cui nasce l’artrosi, si associa ai cambiamenti delle sue proprietà meccaniche.
L’ARTROSI è conseguenza di un meccanismo multifattoriale in cui intervengono aspetti meccanici, biochimici e biofisici che interagiscono tra loro. Si riscontrano cambiamenti delle caratteristiche fisiche della cartilagine, come la diminuzione del contenuto d’acqua e la capacità di permeabilità. Le lesioni articolari, a parte i traumi articolari gravi, sono conseguenza, perlopiù, di modifiche del carico sulla superficie articolare, che, se prolungate nel tempo determinano degenerazione del tessuto cartilagineo.
Il trattamento chirurgico
Il trattamento di queste lesioni dipende dimensioni della lesione, dal suo spessore, dall’asse di carico dell’arto, dalla presenza di eventuali corpi mobili nell’articolazione e logicamente dalle richieste funzionali del paziente.
Per questo bisogna dividere queste lesioni in condrali (se interessano la sola superficie cartilaginea) e osteocondrali (quando si estendono anche all’osso sottostante).
Microfratture
Questa metodica consiste nel creare dei piccoli canali (3 mm) con l’osso subcondrale per consentire l’afflusso, a livello della lesione, di cellule progenitrici dal midollo osseo che possano generare nuova fibrocartilagine. Questa tecnica è adatta per le lesioni cartilaginee isolate e con un diametro massimo di 1,5 cm. Attualmente è poco utilizzata.
Fig 3: A: tecnica con microfratture
B: afflusso di sangue dalle microfratture
Di più recente introduzione sono le nanofratture, in questo caso i canali hanno un diametro inferiore (1 mm) e ciò consente una maggior precisione ed efficacia.
Concentrato midollare (IOR-G1)
Con questa procedura viene ad essere associato l’utilizzo del concentrato midollare con un biopad di collagene equino dello spessore di 50x50x5 mm.
Mosaicoplastica o OATS
Con questa procedura vie è un trapianto osteocondrale autologo, la cartilagine e l’ossosubcondrale vengono trasferiti da un’area non soggetta carico del ginocchio all’area della lesione. Il prelievo è cilindrico e viene innestato a livello della lesione dove è stato preparato un alloggiamento della medesima forma. Utilizzando questa tecnica, qualora il difetto sia di maggiori dimensioni, i prelievi possono essere multipli, e questa procedura prende il nome di mosaicoplastica.
Fig 4 Esempio di auto-trapianto dell’unità osteo-condrale (cartilagine + osso sottostante). Se i cilindro sono di piccole dimensioni si parla di mosaicoplastica altrimenti di trapianto osteo-condrale
Cartilage defect resurfaced with donor plugs (from patient's own knee)
➊ Patella
➋ Articular cartilage
➌ Donor Sites
➍ Plugs in defect
Fig.5: Esempio schematico di trapianto autologo di cellule cartilaginee. Questa tecnica è stata abbandonata per gli elevati costi e perché prevedeva due interventi chirurgici. Le cellule cartilaginee venivano prelevate dal ginocchio quindi inviate in laboratorio per farle crescere (espandere), quindi re-impiantate all’interno del difetto cartilagineo.
Chondrocyte or Cartilage Construct Implantation
➊ Patella
➋ Articular cartilage
➌ Cultured chondrocyte cells injected under patch
➍ Bioengineered cartilage implants
➎ Subchondral bone plate
➏ Healthy articular cartilage
➐ Bioscaffold (with or without cells) or Bioengineered cartilage implants
➑ Cancellous bone
Scaffold cartilaginei
Quando la lesione condrale è di maggiori dimensioni e sono interessate sia la cartilagine ialina che l’osso sottostante (subcondrale), può essere utilizzato un sostituto artificiale dell’unità osso cartilagine chiamato scaffold osteo-condrale. Questo si comporta come un letto biologico che attira le cellule mesenchimali del soggetto e le induce a trasformarsi lentamente in cellule della linea dell’osso e della cartilagine. Le cellule dello scaffold col tempo vengono completamente sostituite dalle nuove dell’ospite (cioè del soggetto che viene trattato con questa tecnica) (es. Maioregen®).
Fig 6: Esempi di Scaffold normalmente utilizzabili: la parte deputata a sostituire la cartilagine è generalmente formata da Collagene, mentre quella deputata alla sostituzione dell’osso e formata da Idrossiapatite (HA)
➊ Cartilage layer - 100% equine collagen
➋ Tide-mark - 60% equine collagen / 40% Mg-HA
➌ Sub-chondral layer - 30% equine collagen / 70% Mg-HA
➍ Collagen Component - Type i Bovine Collagen (hide derived, closed herd)
➎ Ceramic Polymer component - Reservable highly porous ceramic construct composed of 80% 8-TCP (Tricalcium phosphate) suspended within a polylactic Acid (PLA) Lattice
Trapianti osteocondrali da donatore
In questo tipo di chirurgia, il trapianto dell’unità osso-cartilagine non viene prelevata dallo stesso paziente (autotrapianto o OAT), né viene utilizzato una unità creata in laboratorio che funge da accettore di cellule (scaffold), ma viene utilizzato un donatore attraverso un sistema di Banca dei tessuti. Questa pratica, sviluppatasi negli USA, ha raggiunto un ottimo livello qualitativo attraverso le Banche di Tessuti presenti in Italia: esse sono certificate per la qualità e provvedono a fornire dei tessuti di ottima qualità con una incidenza di complicanze (per esempio infezioni), bassissime, al punto che sono trascurabili.
La tecnica chirurgica è simile alle precedenti: quello che cambia profondamente è il tempo di integrazione del trapianto col tessuto ospite, essendo questo processo molto più lungo di quanto sia quando viene utilizzato il tessuto del paziente stesso (autotrapianto).
Nella figura che segue, uno schema di un trapianto osteocondrale da donatore.
Osteochondral Allograft (Transplant)
➊ Patellar articular cartilage
➋ Trochlear articular cartilage
➌ Cartilage & bone defect of Medial Femoral Condyle (after contouring)