Le sigarette fanno male al ginocchio?

Qui di seguito è riportato un articolo del Corriere della Sera a proposito dei risultati di una ricerca condotta da ricercatori australiani che indica come ulteriore conseguenza del fumo della sigaretta un maggior consumo di cartilagine del ginocchio.

Articolo: "Cartilagini in fumo".

Abbecedario illustrato della cartilagine artificiale

A come AMIC 

Illustrazione della tecnica AMIC

B come Bioink

Bioink in gelatina

C come Chirurgia

D come Donatore

Manifesto di informazione sulla donazione di tessuti del comune di Castelcucco(TV) 

E come Elastica

Cartilagine elastica al microscopio

F come Finceramica:

Logo dell'azienda Finceramica

G come Glicoproteine

Rappresentazione degli otto zuccheri principali presenti nelle proteine

H come Humanitas

Logo dell'Istituto milanese Humanitas

I come Istologia

Visione al microscopio di vari preparati istologici

L come Langer (Robert)

Foto di Robert Langer

M come Menisco

Rappresentazione del menisco del ginocchio

N come Nanomateriali

O come Osteocondrosi

Rappresentazione di una osteocondrosi

P come PLA (Acido Polilattico)

Formula di struttura del PLA

Q come Quotidianità

R come Riabilitazione

S come Staminali (cellule)

Gerarchia delle cellule staminali

T come Tutore

Tutore impiegato dopo un intervento alla cartilagine

   

U come Università di Göteborg:

Logo Università di Göteborg

V come Vitro (coltura)

Coltura di cellule in vitro

Z come Zoonosi

Listeria Monocytogenes responsabile della Listeriosi (una forma di zoonosi)

Buon Natale a tutti!

Le metafore della cartilagine artificiale

Come abbiamo già visto, la produzione di cartilagine artificiale mediante rigenerazione tissutale avviene molto spesso tramite l'impianto nel paziente di uno o più scaffolds. Lo scaffolding appunto viene concepito come una metafora per indicare l'intervento di qualcuno o qualcosa (in questo caso lo scaffold) che ci aiuta a risolvere un problema o facilita il raggiungimento di un obiettivo che altrimenti non saremmo in grado di raggiungere autonomamente (cioè la rigenerazione del tessuto cartilagineo).

Alla cartilagine, con particolare riferimento a quella del ginocchio, sono anche associati un significato religioso e uno psicosomatico: un corretto funzionamento della cartilagine del ginocchio, infatti, rende le articolazioni più efficienti permettendo di chinarci e fletterci di fronte a Dio e rendendoci cosi capaci di essere più umili di fronte a qualcosa che è più grande di noi ("Il simbolismo del ginocchio"); da un punto di vista psicosomatico invece, i disturbi al menisco sono strettamente collegati a uno stile di vita e a un modo di essere caratterizzati da orgoglio, dal non voler mai arrendersi davanti alle avversità e dall'essere intransigenti con sé e con gli altri ("Problemi al ginocchio?Pretendi molto da te stesso").

I brevetti della cartilagine artificiale

-Sviuluppo della cartilagine in vitro da una coltura cellulare:

Nel 1986 Joseph P. Vacanti, Charles A. Vacanti e Robert S. Langer hanno brevettato un metodo per coltivare le cellule su impalcature polimeriche utilizzando tecniche di coltura cellulare e fornendo loro nutrienti e fattori di crescita. Una volta proliferate, tali cellule vengono impiantate nel paziente per rigenerare così un tessuto funzionale. In questo modo è possibile controllare la crescita del tessuto e soprattutto modellarne la forma manipolando le impalcature polimeriche.
Per ulteriori informazioni è possibile consultare la seguente pagina di Google Patents.

-Applicazione del flusso di taglio ai condrociti o alle cellule staminali per produrre cartilagine:
Nel 1996 Dror Seliktar, Noushin Dunkelman, Alvin Edward Peterson, Ronda Elizabeth Schreiber, Jane Willoughby e Gail K. Naughton hanno brevettato un metodo per produrre cartilagine artificiale da trapiantare coltivando sotto uno stress da flusso di taglio cellule di mammiferi in grado di produrre cartilagine. Questa invenzione prevede inoltre l'utilizzo di un bioreattore in cui vengono alloggiate le cellule del mammifero e viene applicato lo stress di taglio.
Per ulteriori chiarimenti e per approfondimenti sul flusso di taglio consultare la seguente pagina di Google Patents.

L'esperienza di una ballerina...

Nel seguente articolo si riporta il caso di una ballerina che è ritornata a danzare grazie alle tecniche di rigenerazione del tessuto cartilagineo e alle ricerche del Prof. Maurilio Mercacci.

Articolo: "Ballerina torna a danzare con la rigenerazione della cartilagine".

Gli utilizzatori della cartilagine artificiale

La cartilagine artificiale viene impiegata maggiormente per riparare lesioni o curare traumi del tessuto cartilagineo con lo scopo principale di evitare nei pazienti il trapianto totale di cartilagine. E proprio considerando questa sua funzione principale possiamo individuare i suoi utilizzatori.

La cartilagine artificiale è impiantata specialmente:

- Nei pazienti che hanno subito delle lesioni a causa di cadute, urti, comuni incidenti o infortuni sul lavoro;

- Nei pazienti affetti da obesità in quanto l'eccesso sovrappeso genera una maggiore usura della cartilagine;

-Nei pazienti affetti da patologie come artrosi, osteocondrosi o condromalacia allo stato non troppo avanzato (patologie degenerative che giungono in particolar modo con l'avanzare dell'età e che interessano non solo la cartilagine, ma anche l'articolazione);

Esempio di incidenza di una malattia degenerativa (artrosi) in base al sesso all'età

Numero di casi di artrosi negli Stati Uniti

- (Come già accennato in un precedente post) Negli sportivi (in particolar modo calciatori, pallavolisti o sciatori) a causa di possibili infortuni e accentuata usura della cartilagine ("Danni cartilaginei. Nuove cure"); 

Cause di infortunio al ginocchio per uno sciatore

Come è possibile notare l'utilizzo della cartilagine artificiale include fasce di età differenti, ma soprattutto categorie lavorative differenti (uno sportivo, un operaio, ecc.).
Inoltre, le cartilagini maggiormente interessate da traumi e lesioni sono quelle articolari delle gambe, ma non mancano anche le cartilagini della spalla, dell'anca, del gomito, della mano e delle vertebre.

I protagonisti della cartilagine artificiale

La cartilagine artificiale nasce da un esigenza ben precisa: riuscire a riparare danni e lesioni di un tessuto umano che altrimenti non riuscirebbe a rigenerarsi autonomamente. Questa caratteristica del tessuto cartilagineo era ben nota già dall'antichità a Ippocrate di Coo, il quale affermava:

"Qualsiasi ossi, cartilagine o tendine sia tagliato nel corpo, non si accresce."

Inoltre, nel Rinascimento la cartilagine assume  insieme ai tendini e ai muscoli un'importanza preponderante all'interno degli studi anatomici di Leonardo  per ricreare il movimento umano.
Leonardo da Vinci, a proposito dei suoi studi anatomici, scrive:

"Sei sono le cose che concorrono alla composizione delli moti, cioè osso, cartilagine, panniculo, corda, muscolo e nervo"

Esempio di uno studio anatomico di Leonardo 

Avvicinandosi maggiormente ai giorni nostri invece, hanno avuto un ruolo centrale nello sviluppo della cartilagine artificiale anche Lars Peterson che nel 1987 eseguì il primo trapianto di condrociti a Goteborg (ne abbiamo già parlato qui) e Chuck Hull che nel marzo del 1987 diede impulso alla stereolitografia  (da cui naturalmente deriva il bioprinting).

Altri studiosi che hanno raggiunto risultati importanti dando così impulso alla realizzazione della cartilagine artificiale sono Joseph P. Vacanti e Robert Langer, considerati i padri dell'ingegneria tissutale, e lo scienziato Alexander Friedenstein che nel 1970 con i suoi collaboratori riuscì a isolare per la prima volt cellule mesenchimali dalla componente stromale del midollo osseo.

Al giorno d'oggi in Italia si occupano della realizzazione di cartilagine artificiale per esempio il professore Enrico Castellacci ("Non solo azzurri, il dottor Castellacci fa goal nella ricerca"), il professore Maurilio Marcacci, come già accennato in precedenza, e la professoressa Elizaveta Kon presso l'Istituto Humanitas.

Infine, ecco qui riportate alcune storie e testimonianze di pazienti che si sono sottoposti a interventi di rigenerazione di tessuto cartilagineo:
-Trapianto di cartilagine su un impiegato siciliano eseguito dal professor Giannini;
-Esperienza di Suzi Little, una giovane donna inglese;
- Esperienze della paziente Emilia Severi e del pallavolista Corrado Odorici, curati dal dottore modenese Stefano Zanasi.
-Un'ulteriore testimonianza è consultabile qui.

I luoghi della cartilagine artificiale

Quando si parla di luoghi della cartilagine artificiale non possiamo non fare riferimento in primo luogo alle sale operatorie in cui avvengono i trapianti di cartilagine e ai laboratori in cui si pratica il bioprinting e la proliferazione delle colture cellulari necessaria per la rigenerazione del tessuto.

Per lo studio e l'impianto della cartilagine artificiale è inoltre importante l'apporto di numerose cliniche e centri di ricerca specializzati, tra cui figurano anche numerose università europee:

• Istituto Humanitas di Milano, ospedale, sede di ricerca di insegnamento universitario e  eccellenza nel settore dell'ortopedia.
  
  Sito web: www.humanitas.it 

  

  Logo dell'Istituto Humanitas

• Istituto ortopedico Rizzoli, istituto bolognese che si occupa non solo di cura, ma anche di ricerca.
  
  Sito web: www.ior.it 

  

  Logo dell'Istituto ortopedico Rizzoli

• Telea Biotech, società di ricerca e sviluppo che sviluppa progetti per il trattamento di colture di cellule staminali conducendo trial sperimentali in laboratori appositi.
  
  Sito web: www.teleamedical.com 

  

  Logo di Telea Biotech

• ETH di Zurigo, il politecnico federale della città elvetica.
  
  Sito web: www.ethz.ch;

  

  Logo ETH Zurigo

  
  
  Risultati raggiunti: "Scienziati trovano la miscela ideale per biostampare la cartilagine".

• Università Bicocca di Milano e Imperial College di Londra:
  
  Siti web: www.unimib.it, www.imperial.ac.uk
  
  Risultati raggiunti: "Per riparare le ossa e cartilagini avremo presto un biomateriale sintetico"

Logo dell'Imperial College 

Logo dell'università Bicocca

• Università di Gothenburg (Göteborg):
  
  Sito web: www.gu.se;
  
  Risultati raggiunti: "Success in the 3D bioprinting of cartilage".

  

  Logo dell'università di Gothenburg

  
  
  
  
  

Un altro avvenimento importante per lo sviluppo della cartilagine artificiale accaduto all'università di Gothenburg  è stato  il primo trapianto di  condrociti nel 1987.
A Londra invece, nel 1997, fu utilizzata per la prima volta una membrana di collagene con condrociti coltivati in vitro.

Glossario trilingue della cartilagine artificiale

Le industrie della cartilagine artificiale

L'impianto di cartilagine artificiale ovviamente viene effettuato in apposite strutture attrezzate per interventi di questo genere. Affinché questi trattamenti possano avere luogo è fondamentale l'apporto di numerose  aziende  per la produzione per esempio di scaffolds da impiantare oppure per la progettazione e realizzazione di stampanti 3D per poter sviluppare il bioprinting.

Tra queste aziende le principali sono:

Logo di Finceramica

• Finceramica Regenerative Surgery:
  
  Sito web: www.finceramica.it
  
  
  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  Nel seguente video viene ricostruito il processo di rigenerazione del tessuto cartilagineo (e di quello osseo sub-condrale) mediante l'utilizzo di uno scaffold MaioRegen prodotto da Finceramica:

• CartiHeal:

          Questa azienda produce uno scaffold denominato AGILI-C.

Logo di CartiHeal

          Sito web: www.cartiheal.com;









Per la produzione di stampanti 3D adatte per il bioprinting abbiamo:

• EnvisionTEC:
  
  Sito web: www.envisiontec.com;

  

  Logo di Envisiontec

• Organovo:

          Sito web: www.organovo.com;

Logo di Organovo

• RegenHU:

          Sito web: www.regenhu.com;

Logo di RegenHU

• Cellink:

          Sito web: www.cellink.com;

Logo di Cellink

• GeSim:
  Questa azienda produce stampanti 3D per la produzione di scaffold;

         Sito web: www.gesim-bioinstruments-microfluidics.com;

Logo di GeSim

     

Le tecnologie e le scienze della cartilagine artificiale

La realizzazione della cartilagine artificiale oggi è resa possibile grazie ai progressi e ai risultati raggiunti dall'ingegneria biomedica (bioingegneria)e dall'ingegneria tissutale . Tali risultati però sono stati raggiunti anche grazie alla chimica, alla meccanica e alle scoperte nel campo dell'istologia.
La rigenerazione del tessuto cartilagineo avviene anche grazie all'attività di chirurghi ortopedici e ricercatori di laboratorio, i quali devono essere costantemente aggiornati sulle recenti innovazioni in campo biomedico e devono essere coadiuvati nel loro lavoro da tecnologie e strumentazioni sempre più efficienti.
Infine, un grande apporto allo sviluppo della cartilagine artificiale (come già ribadito più volte nei post di questo blog) è stato dato sia dalla scoperta delle cellule staminali e dalla loro applicazione e sia dalla nascita della stampa 3D (da cui si è ovviamente sviluppato il bioprinting) e della tecnologia CAD-CAM.

I rischi della cartilagine artificiale

La realizzazione della cartilagine artificiale è un'ottima soluzione che permette la riparazione di una lesione cartilaginea in tempi brevi mediante procedure minimamente invasive. Nonostante ciò, la rigenerazione cartilaginea presenta alcuni rischi legati maggiormente al fatto che le tecnologie adoperate in questo campo sono in fase di sviluppo e aggiornamento.

-Rischi dovuti al trapianto di tessuto:

• Rischio di infezioni o complicazioni varie causate dall'intervento chirurgico, seppur poco invasivo (esso si svolge addirittura in due tempi: prelievo di cellule cartilaginee sane e successivo impianto dopo la loro proliferazione);
• Rischio di rinfezione a seguito dell'impianto di cellule per rigenerare il tessuto: tale rischio è minimo se si tratta di trapianto autologo, leggermente più marcato per trapianti eterologhi, estremamente elevato per xenotrapianti in quanto è facile contrarre la zoonosi (per maggiori informazioni su queste procedure è possibile consultare questo precedente post).

-Rischi causati dal 3D bioprinting:

• Rischio dovuto a possibili deformazioni termiche e meccaniche indotte alle cellule durante la stampa che compromettono la vitalità del tessuto stampato (viene perciò impiantato un materiale non efficiente).

-Ulteriori rischi:

• Rischio legato alla degradazione dei biomateriali impiantati con conseguente formazione di prodotti di scarto;
• Rischio dovuto alla coltivazione di cellule in laboratorio in modo non sicuro causando contaminazioni e infezioni nella coltura.

A questi rischi si aggiunge anche il fatto che comunque i benefici dell'impianto di cartilagine artificiale sono osservabili a lungo termine e ad oggi sono stati effettuati pochi interventi di questo tipo per elaborare statistiche in grado di prevedere con precisione eventuali rischi a distanza di molti anni. In ogni modo, bisogna anche considerare che, se sottoposta a carichi particolarmente elevati o traumi, anche la cartilagine artificiale può lesionarsi.

Tutti questi rischi però sono normalmente evitabili in quanto derivano da situazioni facilmente controllabili e prevedibili con il miglioramento delle tecnologie utilizzate e utilizzando una maggiore accortezza durante le procedure. Ecco perché i medici negli ultimi anni preferiscono praticare questo tipo di intervento anziché optare per una sostituzione totale della cartilagine (in questo caso ci sarebbero rischi maggiori, interventi molto più invasivi e tempi di recupero molto più lunghi).

La cartilagine...nello spazio

Nel seguente articolo del dicembre 2015 che propongo si preannuncia lo studio del ginocchio dell'astronauta Tim Peake sia prima e sia in seguito alla sua missione nello spazio. In questo modo gli studiosi vogliono verificare gli effetti dell'assenza di peso per periodi prolungati sulle cartilagini delle ginocchia degli astronauti.

Articolo: "Un astronauta britannico raggiungerà la Stazione Spaziale Internazionale".

I simboli della cartilagine artificiale

Ecco di seguito elencati alcuni dei principali simboli correlati con la cartilagine e la sua rigenerazione:

Simbolo della colonna vertebrale indicante quindi anche la cartilagine vertebrale

Simbolo della cartilagine articolare del ginocchio

Simbolo di un trauma alla cartilagine del ginocchio

Simbolo di un trauma della cartilagine del polso

Simbolo della riabilitazione post-intervento

Simbolo delle stampelle ortopediche utili per la fase successiva all'intervento

Simbolo della sedia a rotelle a volte utilizzata nei momenti immediatamente successivi all'intervento

Icona di un tutore utilizzato in caso di intervento alla cartilagine del gomito o della spalla

I seguenti simboli vengono invece impiegati per indicare la divisa che il personale medico e i ricercatori devono indossare in sala operatoria o nei laboratori:

Icona del camice medico

Simbolo del guanto per uso medico

Simbolo della mascherina chirurgica

La diagnosi e il trattamento delle lesioni della cartilagine rientrano all'interno di una branca della chirurgia denominata ortopedia. Il simbolo dell'ortopedia è un albero torto legato a un tutore con una corda.

Simbolo dell'ortopedia