Membrane di barriera – Materiali da innesto – Colla di fibrina

La Rigenerazione Tissutale Guidata (GTR) è una metodica introdotta dapprima nella terapia parodontale al fine di ottenere la neoformazione di tessuto parodontale profondo (cemento, legamento, osso) in sedi dove sia andato perduto in conseguenza della malattia parodontale.

Il principio di isolare fisicamente un sito anatomico per stimolare la guarigione di un determinato tipo tissutale tramite l'uso di barriere meccaniche è stato utilizzato già negli anni ‘50 da Hurley [8] e da Murrey [7] in Chirurgia Ortopedica. Essi stabilirono le condizioni fondamentali per ottenere la rigenerazione ossea:

- presenza del coagulo ematico

- contatto del coagulo con i tessuti vitali

- preservazione degli osteoblasti.

Mulcher e Drayer nel 1962 [17] confermarono l'importanza di preservare il coagulo in uno studio compiuto su ratti, dimostrando la capacità da parte della barriera di proteggere il coagulo dall'invasione di cellule non osteogenetiche e di stabilizzare il coagulo evitando il collasso dei tessuti sovrastanti.

Studi compiuti su diversi modelli animali hanno provato che il principio della barriera meccanica è applicabile anche in chirurgia parodontale ricostruttiva.

Nel 1982 Nyman [9] [10] fece i primi significativi studi su umani circa l'utilizzo di una membrana in Millipore per la formazione di nuovo attacco ottenendo risultati soddisfacenti.

Nel 1984 Gottlow [18],in uno studio su scimmie, dimostrò che la membrana deve lasciare uno spazio sufficiente per permettere la migrazione delle cellule del legamento parodontale responsabili del nuovo attacco.

La tecnica di rigenerazione guidata, quindi, utilizza membrane al fine di escludere la colonizzazione del sito da parte dell'epitelio favorendo la ripopolazione delle cellule del parodonto profondo.

La membrana, altresì, stabilizza il coagulo che, come detto[7] [17], riveste un ruolo fondamentale nei processi riparativi venendo ad essere ripopolato dalle cellule progenitrici[19].

Gli incoraggianti risultati ottenuti, a prescindere dalle varie tecniche usate (da una parte membrane non riassorbibili e riassorbibili, dall'altra innesti ossei o materiali di riempimento od anche eventuali combinazioni delle due procedure) hanno aperto le porte all'impiego di questa metodica nell'ambito dell’Osteointegrazione in quelle particolari condizioni di inserimento degli impianti nelle quali residuano difetti ossei periimplantari quali deiscenze, fenestrazioni, difetti infraossei ovvero, più recentemente, nei casi in cui ci si trovi in presenza di insufficiente altezza della cresta.

Negli ultimi anni numerosi contributi hanno dimostrato la possibilità di ottenere una rigenerazione anche in queste zone [3] [5] [6] [20].

Poiché la GTR non è però in tali casi utilizzata per condurre alla formazione di un nuovo apparato di attacco come nel caso dei difetti parodontali ma solamente per favorire la crescita di sole cellule ossee a livello dei difetti periimplantari si è scelto di utilizzare più propriamente il termine di Rigenerazione Ossea Guidata (GBR).

La rigenerazione ossea periimplantare è quindi una nuova opzione terapeutica per i difetti ossei associati agli impianti dentari[22].

Le prime ricerche condotte su animali hanno dimostrato che le parziali esposizioni di spire implantari presenti al termine della procedura chirurgica di inserimento possono essere ricoperte e che tra il nuovo osso e l'impianto si viene a creare un rapporto di Osteointegrazione [6][20].

Vari Autori hanno riportato successo nell'uso di questa tecnica anche per aumentare lo spessore della cresta prima dell'inserimento degli impianti al fine di un ottimale risultato funzionale ed estetico e così pure con gli impianti posizionati entro le sedi post-estrattive [23].

Le basi biologiche delle tecniche rigenerative su impianti sembrano essere poi ancora più vantaggiose che nel trattamento di difetti parodontali, essendo minore il numero di popolazioni cellulari in competizione dal momento che l'unico tessuto da privilegiare in questo caso è quello osseo che è, tra l'altro, quello più abbondantemente disponibile dal punto di vista del potenziale cellulare rigenerativo.

La GBR periimplantare è stata introdotta da Dahlin [24] il quale nel 1989 riportò successo nel posizionare impianti endossei nelle tibie di 15 conigli lasciando tre o quattro spire esposte: metà degli impianti furono ricoperti da una membrana in e-PTFE, fungendo da siti test. Su questi impianti, contrariamente a quelli controllo, si verificò una formazione di nuovo osso statisticamente significativa.

Nyman [25] ha pubblicato un lavoro su umani utilizzando membrane in e-PTFE ottenendo la guarigione dei difetto osseo iniziale dopo sei mesi.

Becker [26] ha utilizzato membrane non riassorbibili in e-PTFE su impianti post-estrattivi servendosi di un supporto in titanio per creare spazio al di sotto della membrana e per impedire il collasso della membrana stessa.

La principale problematico di cui tenere conto nelle tecniche rigenerative periimplantari è il mantenimento dello spazio in cui la rigenerazione possa aver luogo. Il cosiddetto effetto "space-making" fornisce il volume necessario per la colonizzazione da parte delle cellule ossee [26][27][28][29].

Varie sono le metodiche sviluppate al fine di mantenere lo spazio, quali supporti in titanio [30], pernetti [31], fissazione della membrana alla cover-screw, griglie d'oro, microviti di fissazione [22][32], membrane rinforzate in titanio già precedentemente utilizzate in chirurgia mucogengivale [33].

L'effetto "space-making" può essere altresì ottenuto attraverso l'utilizzo di materiali da innesto i quali evitano il collasso della membrana contro la superficie esposta dell'impianto[34][35][36].

Gli innesti ossei, inoltre, sono in grado di mantenere lo spazio necessario alla rigenerazione in modo autonomo ed il loro impiego viene anche giustificato dalla capacità di stabilizzare il coagulo, all'interno del quale si trovano le cellule progenitrici responsabili della crescita di nuovo osso.

Membrane non riassorbibili – Membrane riassorbibili

La non riassorbibilità implica inoltre la necessità di un secondo intervento chirurgico di rimozione.

Nella Rigenerazione Ossea Guidata le membrane devono soddisfare determinati requisiti [37]:

- la membrana deve essere biocompatibile

- l'interazione tra il materiale e il tessuto circostante non deve alterare il processo di guarigione

- la membrana deve avere proprietà occlusive per prevenire la migrazione del tessuto connettilo

- essa deve essere in grado di fornire uno spazio all'interno del quale possa avvenire la rigenerazione ossea.

- deve infine essere clinicamente maneggevole.

Si elencano qui di seguito le principali membrane che trovano utilizzo nella GBR.

Il Gore-Tex è un prodotto del politetrafiuoroetilene espanso (e-PTFE) sotto forma di una trama di noduli e fibrille con una microporosità variabile tra il 60% e l'80% in modo tale da permettere il passaggio selettivo di liquidi e non di cellule [11][12][13].

La molecola base è composta da fluoro e carbonio; la spiccata elettronegatività degli atomi di fluoro forma una barriera protettiva nei confronti della maggior parte dei composti chimici ed è responsabile dell'inerzia chimica, della stabilità e della bassa tensione superficiale del polimero.

La membrana in Gore-Tex del tipo "Augmentation Material" (GTAM), specificamente studiata per la rigenerazione su impianti, è costituita da due parti distinte: una parte interna, più rigida, che crea lo spazio successivamente colonizzato da cellule ossee ed una parte esterna più morbida, che si adatta bene ai margini del difetto [31][36][38][39][40].

Per aumentare la rigidità, diminuendo la possibilità di collasso della membrana contro la superficie dell'impianto, sono state introdotte le membrane Gore-Tex "Titanium Reinforced" [33][41],le quali favoriscono ulteriormente l'effetto "space-making".

Il e-PTFE è ampiamente utilizzato anche in altre branche della medicina oltre alla Parodontologia ed Implantologia: in Chirurgia Vascolare [42] come materiale da sutura, in Ortopedia come protesi sostitutiva dei legamenti crociati del ginocchio.

La rete Vicryl è formata dal copolimero Polyglactin 910,derivante dall'acido glicolico e dall'acido lattico in rapporto 9:1.

E' utilizzato come materiale da sutura in Chirurgia orale e Neurochirurgia.

Le dimensioni delle fibre sono di circa 100 micron con celle di 200x500 micron. Esiste un tipo di membrana Vicryl ricoperta da uno strato di collagene bovino [43][44] che impedisce la migrazione cellulare nella prima settimana.

Il Polyglactin 910 viene riioassorbito per via idrolitica in 90 giorni [45].

Le membrane Vicryl hanno una scarsa capacità di mantenere lo spazio in modo autonomo, pertanto risulta utile l'associazione con materiali da innesto quale sostegno delle stesse [46].

Le membrane in collagene più utilizzate sono costituite da collagene bovino purificato e liofilizzato trattato in soluzione di acido acetico. Lo spessore di queste membrane è di circa 0,5-0,7 mm.

Il collagene sembra soddisfare le caratteristiche di biocompatibilità necessarie nella GTR, mentre non sembra ottimale la capacità di creare l’effetto "space-making".

Il tempo necessario al riassorbimento del collagene dipende dalla sua struttura sterica e può variare in un tempo compreso tra le 2 e le 8 settimane [47][48][49][50], risultando dunque talora insufficiente rispetto ai tempi richiesti dalla rigenerazione del tessuto osseo.

E' formata da acido polilattico plasticizzato con esteri dell'acido citrico al fine di renderla più malleabile per un miglior adattamento ai margini del difetto osseo.

E' una matrice a doppio strato con fori di dimensioni diverse: più grandi esternamente per permettere la penetrazione dei tessuti circostanti per la stabilizzazione e più piccola internamente per permettere il solo passaggio di liquidi biologici.

La Guidor è programmata per mantenere un efficace effetto barriera nelle prime fasi della guarigione per poi riassorbirsi lentamente [51][52][53].

Al fine di migliorare la capacità di mantenere lo spazio per la rigenerazione questa membrana può essere utilizzata in associazione con innesti ossei.

L’acido polilattico viene riassorbito per idrolisi e metabolizzato nel ciclo di Krebs nel giro di 6-12 mesi.

E' costituita da acido poliglicolico (PGA) in forma di polimero biodegradabile; primariamente è stato studiato in Ortopedia per la fissazione interna delle fratture, per l'esecuzione di osteosintesi nonché come materiale da sutura in Chirurgia plastica e maxillo-facciale per la ricostruzione del pavimento orbitario [54][55].

Le reazioni tissutali al PGA sono minime.

Il materiale viene riassorbito lentamente ad opera di cellule fagocitiche con assenza di risposta infiammatoria dopo la guarigione. Il polimero si trasforma, tramite idrolisi, in acido glicolico per poi entrare nel ciclo di Krebs.

Il grado di riassorbimento del materiale a 4 mesi è del 99% [56][57].

Il copolimero è rimpiazzato dal tessuto neoformato che si appone direttamente sopra ed all'interno del materiale [58][59][60].

Questa membrana è composta da un lato lucido che deve essere messo a contatto con il connettivo sul versante esterno ed uno rugoso interno che facilita l'adesione e la crescita tissutale.

Clinicamente, inoltre, ha il vantaggio dì possedere una buona rigidità con la possibilità di ottenere un accettabile adattamento al difetto mantenendo contemporaneamente lo spazio per la rigenerazione ossea.

La possibilità di determinare una rigenerazione ossea dipende dalle caratteristiche di osteoconduttività e di osteoinduttività di questi innesti.

Si distingue pertanto il concetto di Osteoconduzione, in cui il materiale innestato funge da sostegno per le nuove cellule ossee fornendo così una intelaiatura sopra la quale può formarsi nuovo osso [61].

Per ottenere Osteoconduzione devono essere soddisfatte certe condizioni, come il fatto che il materiale debba essere bioinerte o bioattivo e che la forma e le dimensioni della sua struttura esterna e interna debbano favorire la crescita tissutale e la deposizione ossea [37].

L'Osteoinduzione invece è un processo biologico in cui il materiale innestato induce le cellule mesenchimali totipotenti a differenziarsi in osteoblasti con conseguente formazione di osso [61].

Questo processo è provocato essenzialmente dalle Bone Morphogenetic Proteins (BMP), fattori proteici di crescita presenti naturalmente [70][71] e che le ricerche più attuali cercano di isolare per provocare una crescita maggiore e più predicibile dell'osso.

Tali innesti sono così classificatì [62]

- Xenoinnesti: il donatore e il ricevente appartengono a specie diverse.

- Autoinnesti: il donatore funge anche da ricevente.

- Alloinnesfi: il donatore e il ricevente appartengono alla stessa specie.

- Innesti alloplastici: sono materíali inerti di natura sintetica.

Il Bio-Oss^® è un minerale osseo di origine bovina, mineralizzato e privo di componente organica, biocompatibile e riassorbibile, in grado di essere sostituito dal tessuto osseo dell'ospite [65].

La riparazione ossea con l'osso nativo avviene lentamente e procedendo dalla superficie per sostituzione.

L'osso midofiare possiede maggiore potenzialità osteogenetica per la presenza di cellule staminali nel midollo emopoietico che si differenziano in osteoblasti [62][64][66].

Il sito donatore può essere extraorale od intraorale [65].

A livello extraorale i prelievi vengono generalmente eseguiti sulla cresta iliaca. Questa metodica è usata raramente nella correzione dei più ricorrenti difetti periimplantari ed altrettanto può dirsi a proposito della calvaria.

Intraoralmente i prelievi possono essere eseguiti a livello del tuber, delle creste edentule e del mento, dove blocchi di osso vengono asportati con varie tecniche per poi essere inseriti nel letto ricevente interi e sagomati o sminuzzati in forma di cosiddetti "bone-chips" prima dell'apposizione nel difetto [68].

In difetti ossei periimplantari di piccola o media entità possono essere utilizzate altre derivanti o dall'osso asportato dalla fresa nel corso della preparazione chirurgica nel sito ricevente o dalla rimozione con scalpelli, lime o frese carotatrici a livello di zone edentule contigue alla sede di intervento.

L’osso autogeno contiene fattori di crescita nella sua matrice che esplicano un’attività osteoinduttiva [62][65].

Si dividono in:

- osso umano liofilizzato (FDBA)

- osso umano liofilizzato demineralizzato (DFDBA)

Il FDBA viene congelato con nitrogeno liquido e poi essiccato e polverizzato in particelle di 250-500 micron.

Mellonig [63] e Sepe [69] hanno evidenziato che le capacità osteogenetiche del FDBA sono scarse e che esso agisce come materiale osteoconduttivo.

Il DFDBA deriva da decalcificazione in acido idrocloridrico e successivo congelamento allo stato secco [62].

In questo modo rimane intatta la matrice organica e vengono esposte proteine come la BMP [65], responsabile delle capacità osteoinducenti del DFDBA [70][71].

Simion [72] in un recente lavoro ha confermato la buona qualità e quantità della rigenerazione ossea usando innesti di osso liofilizzato demineralizzato.

In alternativa all'uso dei precedenti tipi di innesti, la ricerca scientifica ha sviluppato materiali bioinerti, biocompatibili, di facile disponibilità e con capacità osteoconduttiva.

Quelli più utilizzati sono le ceramiche al fosfato tricalcico così suddivise:

      - idrossiapatiti (relativamente non riassorbibili)

- fosfati tricalcici (riassorbibili)

 

IDROSSIAPATITE

L’idrossiapatite (HA) corrisponde al fosfato di calcio tribasico con un rapporto calcio/fosfato di 1.67 uguale al minerale osseo [73].

L'HA può essere presente in due forme, una densa ed una porosa.

Le idrossiapatiti dense sono ottenute per precipitazione dei fosfato di calcio in soluzione alcalina con successiva asciugatura per 15 ore a 90° e sinterizzazione per 1 ora a 1100° [74].

Le idrossiapatiti porose prevedono un processo analogo ma con miscelazione della polvere di fosfato di calcio con particelle di naftalene o con perossido di idrogeno [75].

Il fosfato tricalcico (TCP) ha un rapporto calcio/fosfato di 1.5 ed una struttura cristallina tipo beta-withlockite [73].

Il TCP è stato una delle prime sostanze alloplastiche utilizzate in Parodontologia.

Saffire nel 1990 [76] svolse uno studio a lungo termine in cui si concluse che l'osso sostituisce completamente il fosfato tricalcico riassorbito.

Le ceramiche al fosfato di calcio si riassorbono inizialmente per dissoluzione nei liquidi organici e successivanente per fagocitosi da parte di cellule mesenchimali [77].

Una variabile di notevole importanza è la velocità di riassorbimento, la quale dipende dalla concentrazione, densità e porosità dell'innesto [78][79].

Un riassorbimento troppo rapido può inibire la rigenerazione ossea per sovraccarico delle cellule mesenchimali con possibile necrosi cellulare [73].

L'innesto di HA viene degradato più lentamente rispetto a quello di TCP[21].

La struttura ideale per favorire una ottimale apposizione di tessuto osseo neoformato dovrebbe avere pori di 200 micron, ma le possibilità di creare materiali sintetici con simili caratteristiche sono tuttora limitate.

Il Biocoral è un biomateriale di origine naturale classificato tra le idrossiapatiti porose e composto dall'aragonite, forma metastabile del carbonato di calcio in fase cristallina [80].

L'architettura porosa è spesso paragonabile a quella dell'osso.

Il volume di porosità, l’interconnessione dei pori e la loro regolarità permettono, a partire dal momento in cui viene inserito nel tessuto osseo, una totale e rapida invasione dell'innesto da parte degli elementi cellulari sanguigni o del midollo osseo ed in seguito lo stabilizzarsi della vascolarizzazione [81].

Le caratteristiche biomeccaniche dei coralli dipendono dalle sollecitazioni idrodinamiche che essi subiscono, dall'organizzazione e dal volume dei pori [82].

La composizione a base di aragonite permette al materiale in questione di essere perfettamente integrato, riassorbito e poi sostituito da osso [83][84][85].

La parte organica è ridotta ad una debolissima proporzione di aminoacidi. L'assenza della proteina specifica elimina completamente il rischio di reazione immunologica.

Nel Biocoral sono presenti due elementi con funzione specifica, lo stronzio e il fluoro.

Lo stronzio interviene nella formazione e nella crescita del cristallo osseo; esso esercita un'azione protettrice sui meccanismi di calcificazione e favorisce la mineralizzazione.

Il fluoro favorisce la formazione ossea per effetto diretto sulla proliferazione di cellule precursori degli osteoblasti.

Gli elementi minerali del Biocoral sono presenti sotto forma di sali : carbonati, solfati, fosfati e cloruri. Il ferro può trovarsi sotto forma di ossido [80].

Oggi l’aragonite è stata associata a collagene (Biocoral Gel) per dare maggiore stabilità e potere adesivo al materiale; inoltre la presenza di collagene in misura pari al 50% aumenta il potere emostatico dell'innesto.

Diversi Autori hanno verificato l'efficacia clinica del corallo naturale [86].

In un lavoro del 1995 Mora ed Ouhayoun [87] hanno riportato i risultati di un follow-up ad un anno sull’utilizzo del Biocoral in difetti ossei parodontali.

Uno studio su ratti Wiston è stato eseguito da Dupoirieux [88] il quale ha confrontato l'utilizzo del corallo e di osso demineralizzato.

Cortellini e Pini Prato [67] hanno trattato nove casi di concavità di cresta associando il Biocoral ad una membrana in E-PTFE ed a colla di fibrina, ottenendo una guarigione dei difetti completa in senso orizzontale e parziale in senso verticale.

Elemento fondamentale per il successo di qualunque tecnica rigenerativa, cosi come dimostrato in vari studi [7][8][17], è la possibilità di preservare e stabilizzare il coagulo ematico.

In questa ottica un ruolo importante è quello assunto dalla colla di fibrina (Tissucol) che ha la capacità di interagire con i meccanismi della coagulazione [89], stabilizzando il coagulo, accelerando la sua colonizzazione da parte dei fibroblasti, aumentando la concentrazione dei fattori di crescita nel sito in questione e ritardando la lisi del coagulo stesso fino a 6-7 giorni.

La stimolazione dei processi riparativi rappresenta una delle proprietà fondamentali della colla di fibrina umana con possibilità di aiutare i processi di rigenerazione tissutale in ambito parodontale e periimplantare [67].

Il Tissucol è un crioprecipitato liofilizzato di plasma umano composto da fibrinogeno, fattore XIII, fibronectina, PDGF, plasminogeno, antiplasmina aprotinina, trombina, cloruro di calcio e acqua distillata.

Il fibrinogeno è il precursore della fibrina, che ha affinità per diversi fattori di origine cellulare; il coagulo che si forma in una ferita agisce come guida al processo riparativo attirando i fibroblasti e promuovendo la formazione di tessuto di granulazione.

Nel Tissucol il fibrinogeno è presente in concentrazioni di 70 mg/ml, 30 volte superiori a quelle del plasma normale.

Il fattore XIII è una transglutaminasi che agisce su fibrina e fibroneetina, inibendo altresì l'azione della plasmina rallentando la fibrinolisi.

E' presente in concentrazioni 10 volte superiori a quelle dei plasma.

La fibronectina è una glicoproteina che interagisce con la fibrina e il fibrinogeno, diventando parte integrante del coagulo di fibrina misto; stimola inoltre la migrazione di fibroblasti.

Il PDGF (Platelet Derived Growth Factor) viene liberato dalle piastrine, stimola la replicazione dei fibroblasti favorendo il rimodellamento della matrice extracellulare.

Il plsminogeno è il precursore inattivo della plasmina la quale degrada la fibrina determinando la lisi dei coagulo.

Nel Tissucol sono presenti 3 microgrammi per ml contro 0,2 mg/ml del plasma.

Le antiplasmine evitano la precoce dissoluzione del coagulo bloccando la fibrinolisi.

L'aprotinina blocca la plasmina, ritardando la fibrinolisi, migliorando i meccanismi di guarigione e incrementando la formazione di tessuto connettivale.

E' diluita con acqua distillata.

La trombina avvia la fibrinogenesi, attiva il fattore XIII e promuove l'aggregazione piastrinica.

Il cloruro di calcio interviene nella fase piastrinica, nell'attivazione dei fattori X e XIII, nella trasformazione della protrombina in trombina.

Oltre all'azione diretta sul coagulo ematico, la colla di fibrina è in grado di stabilizzare i materiali da innesto utilizzati nelle varie metodiche rigenerative determinando un aumento della resistenza meccanica degli innesti stessi, così da favorire il raggiungimento dell'effetto "space-making".

Legando tra loro le particelle solide degli innesti, la colla dì fibrina funge da veicolante affinché le cellule viventi dell'osso possano raggiungere più facilmente il materiale da innesto [90].

Nel 1993 Cortellíni e Pini Prato [67] hanno utilizzato il Tissucol per stabilizzare un innesto di calcio carbonato al di sotto di una membrana in e-PTFE in aumenti localizzati di cresta

In uno studio su conigli, Oberg e Rosenquist [91] hanno stabilizzato innesti di idrossiapatite con colla di fibrina per ottenere rigenerazione in difetti ossei creati chirurgicamente.