Le specifiche della cartilagine artificiale

Come già ribadito più volte in questo blog, la realizzazione della cartilagine artificiale prevede procedure e tecnologie abbastanza recenti e dipende dal tipo di cartilagine lesionata e dall'entità del trauma. Non è perciò possibile individuare delle specifiche per la cartilagine artificiale in sé.
Si possono però per esempio individuare le specifiche tecniche di stampanti 3D utilizzate per il bioprinting. Per esempio al seguente link sono riportate le specifiche tecniche di una stampante 3D per bioprinting prodotta da Envisiontec.
Sempre a proposito del bioprinting, ecco un approfondimento a proposito delle norme e degli aspetti legali legati alla stampa 3D: "Aspetti legali della stampa 3D: come tutelare una rivoluzione", "Stampa 3D in medicina: aspetti legali"(fonte www.idbn.org).

A proposito dei trapianti e delle donazioni di tessuti invece, è possibile consultare il sito del Ministero della Salute dedicato ai trapianti in cui sono specificate sia le modalità di donazione dei tessuti umani (e come dichiarare la propria volontà a diventare donatore) e sia le modalità di trapianto dei tessuti (facendo riferimento non solo alla direttiva vigente in Europa a tal proposito, ma specificando per esempio anche tutte le misure di sicurezza adottate).

Al link "Il rischio biologico nei laboratori che effettuano manipolazione di colture cellulari umane" è infine possibile consultare il quadro normativo per la salvaguardia della salute degli operatori che lavorano a contatto con colture cellulari (vengono anche elencate le condizioni di rischio e le modalità di contaminazione).

I grafici della cartilagine artificiale

A proposito di realizzazione della cartilagine artificiale mediante l'utilizzo di scaffold è particolarmente interessante osservare i seguenti grafici:

In questo primo grafico si compara la proliferazione di cellule mesenchimali (MSC) su scaffold a base di PCL fino a 5 settimane. Si nota che in generale il picco di proliferazione è raggiunto durante la quarta settimana. (RFU=Relative Fluorescence Unite).

In questo secondo grafico invece è descritta l'attività dell'enzima fosfatasi alcalina(ALP) nelle cellule mesenchimali sugli scaffold di PLC, anche in questo caso fino a 5 settimane. L'ALP aumenta durante la quinta settimana, segno che la fase di proliferazione è finita e inizia la fase di differenziamento delle cellule mesenchimali.

Nei seguenti grafici, invece, si confrontano tra loro la degradazione di uno scaffold (linea blu) e la rigenerazione del tessuto (rosso). Nel caso dell'immagine A lo scaffold tende a degradarsi talmente lentamente che, anche dopo la completa rigenerazione del tessuto, rimane intatto in sede (infatti le due linee non si incontrano) . Nel caso della figura B invece lo scaffold tende a degradarsi troppo velocemente non consentendo la completa rigenerazione del tessuto cartilagineo (le due linee si incontrano troppo presto). Il comportamento ideale di uno scaffold deve essere quindi quello illustrato nella figura C.

A

B

C

Ulteriori grafici a fini statistici sono presenti nel seguente link ricavato dal sito del Ministero della salute dedicato ai trapianti (per interpretare tali grafici si ricorda che il Ministero definisce il tessuto cartilagineo come tessuto muscolo-scheletrico) e nella seguente pagina del blog.

Fonti:
-"Costruzione di uno scaffold vascolarizzato per la chirurgia ortopedica", tesi di dottorato di Pellacani Andrea (Alma Mater Studiorum di Bologna, anno accademico 2016-2017);
- www.webiah.com (sezione dedicata alle protesi biologiche, ovvero gli scaffold)

Le statistiche della cartilagine artificiale

Con il passare degli anni cresce il numero di interventi eseguiti per ripristinare il tessuto cartilagineo mediante il trapianto di condrociti o cellule staminali o utilizzando gli scaffolds. Ma quali sono i tempi di recupero a seguito dell'intervento? E soprattutto, questi interventi apportano reali benefici ai pazienti? A tal proposito le seguenti statistiche aiutano a fare maggiore chiarezza:

• Trapianto di condrociti autologhi: 
  Tempo di recupero completo*: 12-18 mesi;
  Riuscita dell'intervento: nel 70%-90% dei casi.
• Trapianto di cellule staminali:
  Tempo di recupero completo*: 12 mesi
  Riuscita dell'intervento: nel 70%-90% dei casi.
• Trapianto di cartilagine prelevata dal paziente stesso:
  Tempo di recupero completo*: 8 mesi;
  Riuscita dell'intervento: nel 75%-95% dei casi;
• Trapianto di cartilagine prelevata da un donatore:
  Tempo di recupero completo*: 12 mesi;
  Riuscita dell'intervento: nel 71%  dei casi dopo 10 anni e nel 66% dopo 20 anni.
• Utilizzo scaffold:
  Tempo di recupero completo*: 10 mesi;
  Riuscita dell'intervento: nella quasi totalità dei casi.

*Per "Tempo di recupero completo" si intende il tempo medio necessario affinché il paziente può recuperare del tutto le funzioni della cartilagine e può per esempio praticare attività fisica. Naturalmente le attività quotidiane che non comportano particolari sforzi possono essere riprese in media al massimo entro 30-45 giorni.

Fonti: "Chirurgia della cartilagine"; "Knee cartilage replacement".

Ulteriori statistiche a proposito degli interventi di rigenerazione della cartilagine sono riportate nel libro "Le lesioni cartilaginee:inquadramento diagnostico e terapeutico" di F. Priano e D. Rosa la cui anteprima è consultabile qui. Ecco alcune statistiche tratte dal libro e riferite al trapianto di condrociti:

Di seguito è invece presentata una statistica sul numero di interventi in elezione (cioè programmabili poiché non mettono a rischio nell'immediato la vita del paziente) effettuati in italia nell'anno 2011 elaborata dal laboratorio di Management e Sanità della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa.

A proposito dell'artrosi invece, ecco una statistica del 1996 che tiene conto dell'insorgenza di diverse malattie croniche in base all'età e al sesso:

Secondo altre fonti, invece, l'artrosi rappresenta il 72,6% delle malattie reumatiche e dopo i 60 anni il suo tasso di incidenza è pari al 60%, fino ad arrivare a 80% circa  a 80 anni.



Quindi, come si può notare da questi dati, gli interventi di rigenerazione di una cartilagine lesionata sono sostanzialmente efficienti e tutto ciò avvalora i pareri dei medici secondo cui appunto è preferibile praticare interventi di questo tipo anziché sostituire completamente la cartilagine articolare.

I numeri della cartilagine artificiale

Una descrizione dettagliata della cartilagine artificiale esige anche la trattazione delle sue dimensioni e delle sue grandezze fisiche.

Per quanto riguarda le dimensioni della cartilagine artificiale, non è possibile stabilire dei valori uniformi poiché esse variano a seconda della cartilagine lesionata, ma soprattutto a seconda dell'entità e delle dimensioni delle lesioni. 

Nonostante ciò, possiamo individuare una serie di dimensioni e grandezze fisse correlate alla rigenerazione della cartilagine artificiale:

• Dimensione dei condrociti: 10-30 µm;
• Misure degli scaffolds cilindrici: 6 mm (altezza) e 12 mm (diametro);
• Diametro dei pori in uno scaffold: compreso tra 10 µm e 100 µm;
• Area massima di una lesione per un trapianto di cartilagine: 4 mm²;
• Quantità di tessuto cartilagineo prelevato per effettuare un trapianto: 2 mg;
• Aspirato midollare per prelievo di cellule staminali (dalla cresta iliaca omolaterale): 60 ml.

Come possiamo notare, questi dati sono dell'ordine dei mm, µm, mm², ml e mg. Questo ci fa riflettere sul fatto che la realizzazione della cartilagine artificiale richiede tecniche molto accurate e con precisione millimetrica e, nonostante ciò, essa deve essere comunque in grado di sopportare carichi anche di 13 kg.

Ulteriori grandezze fisiche connesse alla realizzazione di una cartilagine artificiale sono:

• Tempo di proliferazione delle cellule prima del trapianto: da 2 a 4 settimane;
• Durata di una stampa 3D:  circa 108 s.

La cartilagine artificiale nei fumetti

Nel mondo dei fumetti ci sono numerosi esempi a proposito della rigenerazione dei tessuti e delle manipolazioni organiche.

Basti pensare, per esempio, a Elixir (Joshua "Josh" Foley), personaggio della Marvel Comics apparso per la prima volta sulle pagine della seconda serie di New Mutants (chiamato anche New X-Men)  n.5 (2004). Tra i suoi superpoteri rientra il fattore rigenerante, cioè è in grado di controllare, manipolare, sopprimere o incrementare le strutture biologiche.

Copertina del fumetto New X-Men n.5 (novembre 2004)

Copertina del fumetto di New X-Men n.24 del maggio 2006 raffigurante Elixir 

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Un altro esempio è Swamp Thing, personaggio della DC Comics apparso per la prima volta in una serie regolare in Swamp Thing n.1 (ottobre-novembre 1972). Egli è capace di rigenerare qualunque parte del corpo sia stata danneggiata o mutilata (ricordiamo che lo scopo della cartilagine artificiale è  proprio quello di rigenerare il tessuto cartilagineo).

Copertina di Swamp Thing n.1

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Il personaggio di Visione invece fa parte dell'Univero Marvel (Marvel Comics) e ha la caratteristica di essere un umano con le parti del corpo sintetiche (come del resto lo è una cartilagine realizzata con nanomateriali o appunto materiali sintetici) e riesce a rigenerarsi completamente. Egli appare per la prima volta nell'ottobre 1968 nel numero 57 di The Avengers (Vol.1). Questo personaggio è inoltre presente in alcuni film di cui si è parlato in questo post.

Copertina di The Avengers n.57 (1968)

Link per l'acquisto di una copia del fumetto qui.

Nel manga giapponese Dragon Ball, inoltre, è presente il personaggio di Majin-Bu. Egli ha un corpo con le stesse caratteristiche del tessuto cartilagineo (elasticità, flessibilità) ma, a differenza di una cartilagine,  può rigenerarsi autonomamente. 

Fumetto Dragon Ball Evergreen Edition n.39 con Majin-Bu in copertina (ristampa del 24/12/2014) 

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La cartilagine artificiale nel mondo del cinema

Il mondo del cinema pullula di riferimenti alla cartilagine e alla sua rigenerazione grazie alla presenza di numerosi film fantascientifici tratti da fumetti e serie televisive ambientate in ospedali.

Tra questi film ricordiamo:

-Avengers: Age of Ultron:

Locandina del film

Regia: Joss Whedon;
Distribuzione: 22 Aprile 2015 (Italia);

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- Avengers:Infinity War (parte I e parte II):

Immagine realizzata per annunciare la
produzione dei due film.

Regia: Anthony e Joe Russo (parti I e II);
Distribuzione: 25 Aprile 2018 (parte I)/ 3  maggio 2019 (parte II);

Locandina del film

- Captain America: Civil War:


Regia: Anthony e Joe Russo;
Distribuzione: 4 maggio 2016 (Italia);


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In questi primi tre film elencati è presente il personaggio di Visione interpretato da Paul Bettany (per maggiori informazioni a proposito di Visione e di come esso è collegato al tema del blog leggere questo post).


- Il cavaliere oscuro: il ritorno:

Locandina del film

Titolo originale: The Dark Knight Rises;
Regia: Christopher Nolan;
Distribuzione: 29 agosto 2012 (Italia);

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Nella prima parte del film Bruce Waine (Christian Bale) si reca dal dottore per stimare i danni che la vita da Batman gli ha causato. Il dottore gli riferisce che ha le cartilagini del ginocchio, della spalla e del gomito molto usurate.

- L'uomo da sei milioni di dollari (serie televisiva):

Screenshot della serie con Lee Majors

Titolo Originale: The Six Million Dollar Man;
Regia: Registi vari;
Anni di produzione: 1974-1978 (ABC);

La serie è ispirata al romanzo "Cyborg" di Martin Caidin di cui si è parlato in un precedente post.

- Grey's Anatomy (serie televisiva):

Immagine del cast della serie

Ideata da Shonda Rhimes;
Anni di produzione: 2005-in produzione (ABC)

La serie è ambientata in un ospedale di Seattle e, dalla terza stagione, subentra il personaggio di Callie (interpretata da Sara Ramirez), un chirurgo ortopedico. Quindi numerosi sono i riferimenti alla cartilagine nei vari episodi della serie: per esempio nell'episodio numero 19 della nona stagione Callie prepara un discorso  a proposito della cartilagine per un convegno; sempre da questo episodio è estratta la seguente toccante citazione:

"Salve, sono la dottoressa Callie Torres e...[...]
Ho avuto un anno piuttosto brutto: stavo per morire in un incidente d'auto, poi ho rischiato di perdere mia moglie in un incidente in cui hanno perso la vita una delle mie migliori amiche e il padre di mia figlia, e...Qualche altra cosa.[...]
Sono un chirurgo ortopedico di professione e lavoro con le cartilagini, così ho impiegato molto tempo a pensare cosa ci tiene insieme quando tutto il resto crolla. [...]"

La cartilagine nella musica

Nel modo della musica è possibile riscontrare chiari riferimenti alla cartilagine principalmente in molti testi di band death metal. Infatti questo genere musicale tratta tematiche non solo legate a occultismo oppure a scenari horror, ma parla anche di politica e disagio esistenziale. Ed è proprio riferendosi alla cartilagine che i testi di queste canzoni alludono al disagio e alla sofferenza del protagonista, utilizzando però un'immagine più cruenta del solito.

Esempio è il singolo "Sea of cartilage" pubblicato dalla band belga degli Aborted ed estratto dall'album "Goremageddon: The Saw and The Carnage Done" (2003).

 "Depraved in my sea of cartilage I'm draved in gore." estratto di Sea of Cartilage, Aborted

Altro esempio è il singolo "Synthetically Revived" pubblicato dai Suffocation nell'album "Pierced from Within" (1995) nel quale non c'è solo un esplicito riferimento alla cartilagine, ma anche il titolo stesso allude a un rinascita avvenuta con metodi artificiali.

"Cartilage reaching gelency. Misconception of technology" estratto di Sinthetically Revived, Aborted

Il chitarrista statunitense Buckethead ha inoltre realizzato un intero album intitolato "Carnival of Cartilage"(2014):