Impianto di menisco collagenico (CMI): analisi ultrastrutturale, biochimica e dell’espressione genica dell’impianto

Introduzione: L'impianto di menisco collagenico (CMI) è una tecnica di ingegneria tissutale per il trattamento delle lesioni meniscali non riparabili. Tale procedura prevede l’utilizzo di uno scaffold di collagene tipo I, derivato dal tendine Achilleo bovino. La struttura si presenta di forma simile al menisco umano ed è arricchito in glicosaminoglicani (GAGs) che stimolano l’invasione e la proliferazione cellulare, quindi la rigenerazione tissutale. Scopo dello studio è valutare l’evoluzione strutturale e molecolare del CMI dopo l’impianto. Per definire il fenotipo delle cellule che invadono lo scaffold, sono state utilizzate tecniche di espressione genica. Materiale e metodi: Lo studio è stato eseguito su 5 campioni bioptici, prelevati da 5 differenti pazienti a tempi diversi: 3 a 7 mesi, 1 a 12 mesi ed 1 a 18 mesi. Inoltre come gruppo controllo sono stati utilizzati uno scaffold prima dell’impianto, un menisco umano normale ed un allograft a 16 mesi dall’impianto. I campioni sono stati prelevati mediante l’utilizzo di un ago da biopsia prostatica 18G Temno device (Allegiance Healthcare Corp., McGaw Park, IL). Per l’analisi morfologica sono state utilizzate tecniche di microscopia luce, immunoistochimica (collagene tipo I e II), SEM e TEM. Per la valutazione biochimica è stata adoperata la Fluorophore Assisted Carbohydrate Electrophoresis (FACE), una tecnica che consente di studiare la composizione delle singole unità disaccaridiche dei GAGs, molecole della matrice extracellulare. L’analisi dell’espressione genica è stata eseguita mediante la Real Time PCR (RT-PCR), una metodica che evidenzia l’attivazione di uno specifico gene durante le diverse fasi di polimerizzazione. Sono stati studiati a tal fine il gene del collagene tipo I ed il gene del versicano, proteoglicano specifico del tessuto fibrocartilagineo meniscale. Risultati: Lo scaffold è composto da lamine connettivali parallele tra loro, connesse da fibre minori a delimitare lacune (fig. 1). Queste ultime determinano una porosità che si apprezza esclusivamente all’interno della struttura. Infatti le superfici del CMI sono caratterizzate da una fitta rete di fibrille collageniche che determinano un’organizzazione più compatta. Nei campioni bioptici a 7 mesi, le lacune erano invase da tessuto connettivo caratterizzato dalla presenza di fibroblasti e neovasi (fig. 2). Nei controlli a 12 e 18 mesi si è osservato una maggiore organizzazione strutturale dell’impianto e la comparsa di unità morfologicamente simili ai condroni. Confrontando tali dati a quelli osservati nel gruppo controllo, si è registrato una maggiore sovrapponibilità degli impianti al menisco normale per numero di cellule ed organizzazione della matrice extracellulare. Non sono stati riscontrati segni di necrosi tissutale ed invasione di cellule monocito-macrofagiche. All’immunoistochimica era presente collagene tipo I nello scaffold, mentre il tipo II appariva nel tessuto neoformato in tutti i controlli. La FACE non ha evidenziato glicosaminoglicani nello scaffold, al contrario degli impianti dove i disaccaridi erano presenti. Il quadro elettroforetico era sovrapponibile a quello del menisco normale. Sono state osservate differenze esclusivamente nell’intensità delle diverse bande. La RT-PCR ha registrato l’espressione di entrambi i geni considerati negli impianti al contrario dello scaffold dove non è stato apprezzato nessun segnale (fig. 3-4). Nell’allograft è stato osservato esclusivamente l’attivazione del gene collagene tipo I. Differenze nella quantità dell’espressione genica sono state evidenziate tra i diversi campioni. Conclusioni: Le osservazioni morfologiche dimostrano che il CMI è una struttura biocompatibile che stimola la colonizzazione cellulare e vascolare. I diversi quadri osservati dimostrano la graduale maturazione dell’impianto verso un’organizzazione strutturale simile ad un menisco. Le differenze di intensità nelle diverse bande dei disaccaridi rispetto al menisco di controllo sono da imputare all’intensa attività metabolica delle cellule che invadono lo scaffold. Ciò è confermato dai dati ottenuti con la RT-PCR che evidenzia inoltre una variabilità nell’espressione di uno stesso gene nei diversi campioni considerati. Il numero esiguo di campioni analizzati ed il breve follow-up non consentono di formulare considerazioni definitive. In futuro, ulteriori studi morfologici e molecolari determineranno la reale efficacia del CMI nella rigenerazione del tessuto meniscale. Bibliografia: Stone KR, Webber RJ, Rodkey WG, and Steadman JR. Prosthetic meniscal replacement: In vitro studies of meniscal regeneration using copolymeric collagen prostheses. Arthroscopy 1989; 5: 152. Stone KR, Steadman JR, Rodkey WG, Li ST. Regeneration of meniscal cartilage with use of a collagen scaffold. Analysis of preliminary data. J Bone Joint Surg Am 1997; 79(12): 1770-7. Rodkey WG, Steadman JR, Li S-T. A Clinical study of Collagen Meniscus Implants to restore the injured meniscus. Clin Orthop Rel Res 1999; 367S: S281-S92. Ronga M, Bulgheroni P, Manelli A, Genovese E, Grassi F, Cherubino P. Short-term evaluation of collagen meniscus implants (CMI) by MRI and morphological analysis. J Orthopaed Traumatol 2003; 4(1): 5-10