Ingegneria Tissutale nella Ricostruzione dell'Articolazione Temporomandibolare

Introduzione

La ricostruzione dell'articolazione temporomandibolare (ATM) presenta molte sfide. È necessario prestare attenzione nella progettazione dei protocolli di studio per evitare risultati errati o dubbi. È anche imperativo scegliere correttamente il tipo di animale da includere negli studi. I fallimenti del passato, utilizzando materiali a base di silicone e teflon nell'ATM, sono state lezioni fondamentali per il futuro. La crescita graduale dell'ingegneria tissutale (TE) può essere un campo promettente per i biomateriali ATM emergenti se vengono rispettati i principi di base per ottenere soluzioni sicure ed efficaci per l'ATM.

Modello animale per l'ingegneria tissutale dell'articolazione temporomandibolare

Per migliorare la salute umana, le scoperte scientifiche e le tecnologie devono essere tradotte in applicazioni pratiche. Tali progressi iniziano classicamente con la ricerca di base e poi progrediscono a livello clinico. Intrinsecamente allo sviluppo di nuove tecnologie c'è il ruolo delle sperimentazioni precliniche utilizzando modelli animali. Sebbene nessun modello animale possa replicare completamente le condizioni umane, i modelli animali sono fondamentali per la valutazione dei meccanismi di malattia, il collaudo di nuove tecnologie, l'applicazione di nuove procedure e il progresso della TE.

L'assenza di un modello animale ben definito per l'indagine dell'ATM è stato un fattore limitante per il potenziale progresso della TE dell'ATM. La scelta di un animale per il design sperimentale non è semplice, principalmente a causa delle differenze fisiologiche e anatomiche. L'ATM è una caratteristica cardinale che definisce la classe dei Mammalia e separa i mammiferi dagli altri vertebrati. L'ATM mostra notevoli variazioni morfologiche e funzionali tra le diverse specie, riflettendo non solo la grande adattamento dei mammiferi ai meccanismi di alimentazione, ma anche diversi comportamenti biomeccanici. Le variazioni morfologiche sono correlate principalmente al carico (ad es., dimensione delle superfici articolari) o al movimento (ad es., orientamento dell'articolazione), o entrambi. Il carico dell'ATM è una forza di reazione che deriva dalla contrazione dei muscoli masticatori; la sua magnitudine dipende fortemente dalla posizione del punto di morso rispetto alla linea d'azione del muscolo. Molti studi preclinici hanno utilizzato animali da laboratorio, in particolare roditori; tuttavia, rientrano nella categoria di carico minimo dell'ATM, specialmente durante la masticazione. Al contrario, i carnivori, come i cani, sostengono carichi dell'ATM che sono superiori a quelli dei primati. L'apertura della mandibola di solito comporta una combinazione di rotazione e scivolamento in avanti (traslazione), ma alcuni carnivori hanno perso la capacità di scivolare, e alcuni formichieri specializzati usano invece una rotazione attorno all'asse lungo della mandibola curva. Le varianti evolutive più estreme includono la perdita della cavità sinoviale in alcune balene a fanoni; perdita (o possibile assenza primitiva) del disco nei monotremi, alcuni marsupiali e edentati (formichieri e bradipi); variazioni nell'orientamento della cavità articolare da sagittale (molti roditori) a trasversale (molti carnivori); inversione della consueta relazione convessa/concava in modo che il processus condylaris diventi l'elemento femminile (molti ungulati artiodattili come pecore e bovini). Inoltre, la dimensione dell'articolazione è estremamente variabile. Maiale, pecora, coniglio e scimmia sono stati utilizzati come modelli di difetto del disco dell'ATM in molti studi. Il modello della scimmia è stato raramente utilizzato negli ultimi anni, considerando l'alto costo, la difficile operazione chirurgica e l'approvazione etica. Il coniglio è spesso utilizzato come modello per studi di dislocazione del disco. Tuttavia, le stesse limitazioni sono presenti nel coniglio: (1) la piccola dimensione dell'ATM, aumentando la difficoltà per l'approccio chirurgico; (2) l'arco zigomatico a volte deve essere rimosso per accedere all'articolazione; (3) il carico dell'ATM è ridotto, causando un possibile bias nei risultati. Lo studio più citato di un modello di dislocazione del disco dell'ATM ha utilizzato conigli bianchi maschi adulti della Nuova Zelanda per indurre chirurgicamente la dislocazione anteriore del disco. La procedura richiedeva un'incisione sopra il processo zigomatico e la frattura del processo zigomatico dell'osso temporale squamoso per accedere all'articolazione. Solo l'approccio chirurgico potrebbe avere un impatto sui risultati ed è una limitazione di questo modello.

Uno dei motivi principali per cui animali di dimensioni maggiori, piuttosto che topi, ratti e conigli, sono comunemente utilizzati per lo studio dei metodi chirurgici dell'ATM è l'accesso chirurgico adeguato e il carico adeguato dell'ATM, aumentando l'accuratezza dei possibili test meccanici. Per questo motivo, topi, ratti e conigli presentano sfide tecniche che sollevano frequentemente interrogativi riguardo alla rilevanza traslazionale per l'ATM umano, giustificando perché quegli animali non sono raccomandati per rigorosi studi preclinici per l'TE dell'ATM.

Nella sezione degli animali di grandi dimensioni, storicamente, il maiale è stato considerato lo standard d'oro, basato su somiglianze generali con l'anatomia umana, specificamente, la dimensione delle strutture articolari dell'ATM e la forma del disco. Inoltre, uno studio recente e completo ha convalidato l'uso del mini-pig Yucatan come modello animale per gli studi sull'TE dell'ATM. Tuttavia, l'arco zigomatico protegge lo spazio articolare nel maiale da allevamento, rappresentando, secondo l'opinione degli autori, una limitazione per l'uso di questo modello. Inoltre, le forze biomeccaniche del mini-pig possono compromettere i risultati.

L'anatomia, l'istologia e la biomeccanica dell'ATM delle pecore Merino nere sono state studiate (Fig. 1). Con un'incisione preauricolare e dissezione blunt, la capsula dell'ATM può essere facilmente accessibile (Figs. 2 e 4), anche per l'arthrocentesi dell'ATM. Un vantaggio è che l'arco zigomatico non protegge lo spazio articolare, come nel caso del maiale da fattoria. Il disco dell'ATM separa il compartimento superiore da quello inferiore (Fig. 3 e 4). Il condilo della pecora è concavo mediolateralmente con forma ellissoidale e con l'asse più lungo nella posizione mediolaterale (Figs. 5 e 6). Queste somiglianze anatomiche con l'ATM umano, associate alla grande esperienza nell'indagine chirurgica dell'ATM in-vivo, suggeriscono che la pecora possa essere considerata un modello adatto per condurre indagini chirurgiche rigorose sull'ATM. 

Le pecore sono un'opzione valida per gli studi sulla TMJ considerando le dimensioni della TMJ, il processo condilare e la forma della fossa mandibolare, le dimensioni del disco, la morfologia e gli attacchi. L'analisi istologica ha una grande somiglianza con la TMJ umana (Fig. 7 e 8). Un altro importante vantaggio riguardo al modello ovino è il processo di ruminazione (Fig. 9), che fornisce un carico biomeccanico aggiuntivo nella TMJ, ideale per testare la resistenza del materiale TE in-vivo. Recentemente, il modello animale ovino è stato utilizzato con successo in uno studio preclinico di ricostruzione alloplastica della TMJ. 

Sebbene nessuna specie fornisca lo standard d'oro per tutti gli studi preclinici di ingegneria tissutale dell'ATM, le pecore sono emerse come un'opzione principale. Il minipig e il maiale da allevamento possono essere considerati quando sono disponibili risorse adeguate, fungendo da alternative accettabili.

Progettazione dello studio per l'ingegneria tissutale preclinica dell'articolazione temporomandibolare

L'assenza di opzioni efficaci per sostituire il disco dell'ATM può essere correlata alle difficoltà nella traduzione delle evidenze animali nella pratica clinica negli esseri umani. Queste limitazioni sono probabilmente correlate ai seguenti fattori:

1. L'uso di modelli animali eterogenei con risultati contrastanti, probabilmente a causa di anatomia variabile e carico intra-articolare tra le specie;
2. L'uso dell'ATM controlaterale come controllo, che può essere associato a sovraccarico controlaterale;
3. I biomateriali utilizzati per sostituire il disco, che non tengono conto delle caratteristiche morfologiche e biomeccaniche del disco ATM nativo;
4. L'assenza di studi controllati randomizzati con cieco per gli valutatori degli esiti;
5. La mancanza di team multidisciplinari coinvolti nel progetto.

La ricerca preclinica dovrebbe promuovere la efficace traduzione della conoscenza nella pratica. Gli aspetti precedentemente menzionati possono limitare la traduzione efficace della qualità della conoscenza scientifica nella pratica clinica, e questi possono presentare potenziali problemi per i pazienti, i clinici e il progresso scientifico.

L'assenza contemporanea di opzioni di successo per sostituire il disco dell'ATM è ancora un problema importante per la salute pubblica. Poco è cambiato nell'ultimo decennio riguardo ai disegni di studio per l'indagine sull'ATM, e il trattamento dei pazienti con gravi disturbi temporomandibolari (DTM) rimane controverso. Per queste ragioni, i futuri studi devono essere rigorosi nel disegno dello studio, rispettando le linee guida ARRIVE. TEMPOJIMS è uno studio preclinico rigoroso, con il protocollo disponibile pubblicamente. L'esito primario dovrebbe essere l'analisi istopatologica. A tal fine, gli autori raccomandano di rimuovere con attenzione il blocco dell'ATM come mostrato in Fig. 10. La preparazione istologica è impegnativa, ma il protocollo è ben dettagliato dal nostro gruppo, la maggior parte della difficoltà risiede nel processo di decalcificazione. Il protocollo di studio è stato utilizzato nella fase 1 di TEMPOJIMS: confrontando i risultati della discectomia dell'ATM rispetto alla discopexia dell'ATM rispetto alla chirurgia simulata dell'ATM, ottenendo una base per l'interpretazione dei futuri risultati del disco dell'ATM.

La giustificazione per l'ingegneria dei tessuti dell'articolazione temporomandibolare

Per giustificare l'indagine sull'ingegneria dei tessuti nell'ATM, è necessario dimostrare la necessità clinica di un sostituto del disco dell'ATM. Per quanto si sa, la discectomia dell'ATM è associata a risultati a lungo termine favorevoli, quindi perché investire tempo e risorse in un sostituto del disco dell'ATM?

Probabilmente, perché, oltre alle forti evidenze, alcuni risultati sulla discectomia sono contrastanti. Negli studi preclinici precedenti in questo campo, i ricercatori hanno utilizzato il lato controlaterale non operato come controllo e modelli animali discutibili. Utilizzare il lato controlaterale come controllo può essere inappropriato considerando l'impatto del sovraccarico controlaterale. Teoricamente, un approccio bilaterale potrebbe ridurre il bias. La variabilità animale nei diversi studi è un avvertimento sull'importanza di utilizzare lo stesso modello animale in ulteriori studi riguardanti il TE dell'ATM. Pertanto, il gruppo degli autori ha condotto diversi studi preclinici in pecore Merino nere, ma il primo studio è stato per comprendere la necessità di un sostituto del disco dell'ATM, utilizzando un gruppo di controllo di chirurgia simulata - TEMPOJIMS fase 1.

La discectomia bilaterale dell'ATM in pecore Merino nere è stata eseguita, e sono stati rilevati gravi cambiamenti nell'ATM con analisi istopatologiche e di imaging (Fig. 11 e 12). Nella valutazione macroscopica post-mortem, è stato osservato un grave processo degenerativo (Fig. 13). Nell'analisi istologica, i ricercatori hanno verificato un aumento di proteoglicani e cellule rotonde e un ispessimento della cartilagine dopo la discectomia. È stata osservata anche una sinovite più grave nella discectomia, indicando un possibile processo infiammatorio. Strutturalmente, sono state rilevate differenze nella forma, sclerosi del condilo, sclerosi temporale, midollo del condilo, erosione temporale, erosione del condilo e midollo temporale (Fig. 14). Tuttavia, la discectomia ha avuto effetto solo nel tempo masticatorio assoluto, nel tempo di ruminazione per ciclo e nell'area di ruminazione nei primi 2 mesi, e dopo il periodo iniziale non sono stati notati cambiamenti significativi. In Macaca fascicularis, Yaillen e colleghi dopo discectomia unilaterale hanno descritto l'anchilosi tra il condilo e l'osso temporale. Negli studi clinici, af Björkesten e Boman nel 1947 sono stati i primi ricercatori a riportare cambiamenti morfologici radiografici causati dalla discectomia, descrivendo “appiattimento della superficie articolare.” Negli anni '80, sono stati descritti gravi appiattimenti del condilo e sclerosi nei pazienti post-discectomia. Successivamente, Eriksson e Westesson in una revisione di 52 pazienti hanno verificato anche che la maggior parte delle articolazioni mostrava evidenza radiografica di osteofiti, appiattimento e sclerosi.

Bjørnland e Larheim hanno descritto l'anchilosi fibrosa 6 mesi dopo una discectomia unilaterale. Insieme, questi risultati hanno evidenziato l'importanza di studiare un materiale interposto efficace per sostituire il disco dell'ATM.

Impianti ingegnerizzati tissutali

Il tentativo di sostituire il disco dell'ATM ha iniziato a essere studiato intorno alla metà degli anni '60 e '70. I primi materiali testati furono la gomma siliconica (Dow-Corning, Midland, MI, USA) e Proplast-Teflon (Vitek, Inc, Houston, TX, USA). La gomma siliconica è stata introdotta da Robinson nel 1968, nei settori della chirurgia estetica, delle sostituzioni articolari e della chirurgia ricostruttiva orale e maxillofacciale. Sebbene questo materiale presenti interessanti proprietà di facile manipolazione e buona resistenza ed elasticità, il suo utilizzo è stato rapidamente scoraggiato. Alcuni pazienti hanno presentato gravi reazioni immunitarie, come reazioni contro le particelle di silicone e sinovite. Il sostituto del disco in silicone è stato anche associato alla migrazione di questo materiale nei tessuti adiacenti. Negli ovini, l'impianto di un foglio di silastic (impianto in gomma siliconica) è stato responsabile di una distruzione ossea in tutte e 4 le articolazioni operate ed è stato accompagnato da una reazione del corpo estraneo in tutta la capsula di tessuto fibroso che si era formata attorno all'impianto. Inoltre, Sanders e colleghi in una rivalutazione di 30 pazienti hanno riportato una capsula fibrosa come pseudodisco e una barriera fibrosa tra il condilo e la fossa.

Il Proplast-teflon (politetrafluoroetilene o PTFE) è stato un altro materiale utilizzato come sostituto del disco ATM. Introdotto nel 1976 dal Dr Charles Homsy, è stato presentato come un materiale stabile e poroso che consente l'adesione cellulare. Tuttavia, questo materiale si usurava rapidamente, inducendo gravi reazioni, tra cui granulomi da corpo estraneo, fibrosi, alterazioni morfologiche del condilo e dolore. Nel 1990, la Food and Drug Administration ha raccomandato la rimozione di questi impianti nei casi in cui si osservavano cambiamenti degenerativi nell'ATM.

In considerazione dei conseguenti fallimenti di questi materiali di sostituzione, l'ingegneria tessutale (TE) ha guadagnato importanza, rappresentando una possibile via praticabile per la sostituzione del disco ATM. Un disco articolare efficace e sicuro deve soddisfare alcuni criteri, come i seguenti:

1. Biodegradabilità per consentire una sostituzione con un tessuto idoneo e biocompatibilità con l'ospite, per evitare una risposta infiammatoria;
2. Elevata capacità di carico per resistere alle forze meccaniche applicate;
3. Porosità e chimica superficiale adeguate per la differenziazione cellulare e per consentire il trasporto e lo scambio di ossigeno, nutrienti e rifiuti.

In questo contesto, gli autori hanno caratterizzato la caratterizzazione morfologica, istologica e biomeccanica del disco dell'articolazione temporomandibolare (TMJ) della pecora Merino nera (Fig. 15). I risultati di questo studio sono stati estremamente rilevanti per comprendere la geometria e le proprietà biomeccaniche e biologiche del disco articolare al fine di poter sviluppare materiali sostitutivi. Infatti, la grande sfida della TE è stata sviluppare una strategia in cui un biomateriale contenga tutte queste caratteristiche. Nel caso del TMJ, gli studi si sono concentrati su 2 tipi di biomateriali: sintetici e naturali.

I biomateriali naturali sono derivati da fonti naturali e presentano le migliori proprietà biologiche, come biocompatibilità, biodegradabilità e bioattività, e promuovono l'adesione, la proliferazione e la differenziazione cellulare, essenziali per la TE. Tuttavia, di solito hanno proprietà meccaniche peggiori e maggiori difficoltà nel trattamento dei materiali. A causa di queste difficoltà, pochi studi hanno dimostrato finora il potenziale utilizzo di questi biomateriali nell'ATM. Il primo studio pilota ha utilizzato un ibrido di fibrina/citosano combinato con cellule staminali sinoviali dell'ATM. Gli investigatori hanno mostrato una promozione della deposizione della matrice extracellulare con l'impianto del supporto nei topi. Nonostante questi risultati promettenti, lo studio non è proseguito, e gran parte di ciò potrebbe essere dovuto al fatto che, dopo il giorno 7 di semina cellulare, il numero di cellule ha iniziato a diminuire drasticamente. In un altro studio, è stata valutata una combinazione di supporto in spugna di collagene e cellule mesenchimali di midollo osseo autologhe in dischi perforati dell'ATM di conigli giapponesi. Gli investigatori hanno osservato la formazione di nuovo tessuto connettivo dopo 2 settimane, mentre nel controllo, dopo 8 settimane, la perforazione non si era ancora completamente chiusa. Tuttavia, come già accennato, l'uso di conigli/topi in questo tipo di studio presenta molte limitazioni. Anche l'alginato è stato studiato in un approccio in vitro con cellule del disco dell'ATM, ma i risultati non erano promettenti, e la formazione di collagene o GAG non è stata verificata, e il numero di cellule è diminuito nel tempo. Un'altra strategia che è stata esplorata è la matrice extracellulare decellularizzata (dECM). La dECM ha grandi proprietà, preservando le proprietà organiche e meccaniche native, come la rete di collagene del tessuto, poiché i componenti immunogenici vengono rimossi per consentire l'adesione e la proliferazione cellulare. Pochi studi si sono concentrati sul miglior metodo per la decellularizzazione efficace del disco dell'ATM. Più recentemente, è stato prodotto un idrogel iniettabile a base di dischi dell'ATM porcine decellularizzati e iniettato in un topo. L'idrogel ha mostrato una buona citocompatibilità, e solo una lieve infiammazione è stata osservata entro 7 giorni dopo l'impianto. Tuttavia, questo studio manca di verifica dell'efficacia terapeutica. Le indagini relative al protocollo più efficace per la decellularizzazione del disco sono scarse. Pertanto, il gruppo di ricerca degli autori sta attualmente studiando ampiamente altri metodi di decellularizzazione dei dischi dell'ATM del Merino nero (Fig. 16), come chimici, fisici ed enzimatici, al fine di trovare la strategia più efficace.

I biomateriali sintetici rispetto ai materiali naturali presentano svantaggi nelle differenze strutturali rispetto ai tessuti nativi e possibili complicazioni associate a tossicità e biocompatibilità. Tuttavia, hanno presentato alcuni vantaggi rilevanti, come una maggiore disponibilità, una lavorazione più semplice e migliori proprietà biomeccaniche e fisiche. Per queste ragioni, i materiali sintetici sono in fase di esplorazione come sostituti del disco TMJ.

La polilattide (PLA), che ha un tempo di degradazione più lungo, è stato uno dei primi materiali sintetici studiati. La PLA in combinazione con cellule staminali adipose ha aumentato l'espressione di aggrecano e collagene di tipo I e II in un mezzo condrogenico, ma il grado di differenziazione delle cellule era inferiore rispetto alle cellule derivate dal disco dell'ATM.

L'acido poliglicolico (PGA) è un altro polimero biodegradabile studiato nel campo dell'ATM. Le cellule del disco dell'ATM porcino sono state seminate su un'impalcatura di PGA, e è stata verificata un'aumentata produzione di matrice. Altri ricercatori hanno ipotizzato che le reti non tessute di acido polilattico (PLLA) limiterebbero la contrazione, consentirebbero una valutazione meccanica completa e mantenessero la vitalità rispetto ai controlli della rete non tessuta di PGA. Questi ultimi costrutti avevano la capacità di mantenere il loro volume per

6 settimane, rispetto al PGA, ma presentavano una bassa capacità meccanica. Il policaprolattone (PCL) è un altro biomateriale che è stato studiato a causa della sua lenta degradazione. Le impalcature di PCL, dove l'orientamento delle fibre rappresentava la rete di collagene, sono state incapsulate con microsfere

del fattore di crescita del tessuto connettivo (CTGF) e del fattore di crescita trasformante beta 3 (TGFb3). Quando coltivato con cellule staminali/progenitrici mesenchimali umane, questo scaffold si è dimostrato efficiente nella generazione di una matrice fibrocartilaginea eterogenea e nelle proprietà viscoelastiche. Gli investigatori affermano che devono essere eseguiti test di degradazione dello scaffold in vivo e a lungo termine. Jiang e colleghi hanno studiato un idrogel di polivinilalcool reticolato tramite congelamento-scongelamento ciclico e rinforzato da PCL tridimensionale (3D) impiantato in capre per 12 settimane. Gli investigatori hanno descritto questo sostituto con la capacità di mantenere la stabilità articolare e proteggere la cartilagine condilare e l'osso dai danni. Tuttavia, è stato anche segnalato come una crescita di tessuto fibroso nell'area circostante il PCL. Infatti, il PCL non sembra avere le proprietà ideali per essere utilizzato come sostituto nei lavori che sono stati effettuati. Il gruppo di ricerca degli autori ha anche studiato biomateriali basati su scaffold e idrogeli che imitano il disco dell'ATM delle pecore Merino nere, utilizzando materiali diversi, PCL e glicole polietilenico diacrilato (PEGDA), e come struttura multimateriale combinando PEGDA con scaffold PCL stampati in 3D (Fig. 17). I risultati degli autori hanno dimostrato che l'idrogel PEGDA come nucleo nello scaffold imita più da vicino le proprietà meccaniche del tessuto nativo (Fig. 18). Più recentemente, sono stati sviluppati impianti di disco dell'ATM su misura in 3D e impiantati in pecore Merino nere:

(1) Scaffold in poli(glicerolo sebacato) (PGS) rinforzato con fibre di PCL elettrofilate sulla superficie esterna (PGS + PCL); (2) PCL e PEGDA (PCL + PEGDA); e (3) PCL (Fig. 19 e 20). I risultati hanno mostrato che i dischi di PCL e PCL + PEGDA presentavano un rischio maggiore di aumentare i cambiamenti degenerativi, a causa della frammentazione del materiale. Nessuno dei dischi testati rigenera un nuovo disco autologo; tuttavia, PGS + PCL era sicuro, ha dimostrato una rapida riassorbimento ed era in grado di prevenire i cambiamenti degenerativi del condilo. Hagandora in uno studio in vitro ha anche evidenziato una grande proprietà del PGS tenendo conto che i fibrochondrocyti rispondono all'applicazione di forze meccaniche producendo elevate quantità di matrice extracellulare.

Nonostante la ricerca che è stata condotta negli ultimi anni, un biomateriale che soddisfi tutte le caratteristiche necessarie per sostituire il disco dell'ATM non è ancora disponibile per la sperimentazione clinica. Si prevede che nei prossimi anni questo diventi possibile.

Un'altra importante branca della ricerca TE è nelle cellule multipotenti. Tra queste cellule, le cellule staminali mesenchimali (MSCs) sono le più studiate, specialmente nel trattamento dell'osteoartrite (OA) TMD. Derivate da una varietà di tessuti, tra cui osso, tessuto adiposo e sinovia, le MSC possiedono molteplici proprietà: differenziazione condrogenica, attività antinfiammatoria, rigenerazione del fibrocartilagineo e differenziazione osteogenica. Nonostante alcuni risultati promettenti nella protezione dell'OA e nella riassorbimento condilare, gli studi si basano principalmente su iniezioni intraarticolari. L'uso di queste cellule nella rigenerazione del disco articolare è più scarso ed è principalmente utilizzato con altri biomateriali. Nei conigli, Ahtiainen e colleghi hanno progettato un disco in PLA con cellule staminali adipose e hanno osservato che queste cellule miglioravano il pattern morfologico dell'osso, più simile a quello nativo, ed è stata osservata la rigenerazione del tessuto adiacente. Più recentemente, uno studio che utilizzava cellule staminali derivate da tessuto adiposo è stato progettato per differenziare queste cellule in cellule del disco dell'ATM attraverso induzione laser. Più del 90% delle cellule erano vitali con fenotipi fibroblasti e condrogenici. L'applicazione di questo approccio non è stata applicata in prove in vivo. In uno studio pilota, utilizzando scaffold ibridi di fibrina/citosano con MSC derivate dalla sinovia, gli investigatori hanno osservato capacità rigenerative e sovraespressione in ratti con disco dell'ATM perforato. Anche le cellule staminali della polpa dentale sono state utilizzate in scaffold di citosano/alginate e valutate in coltura in vitro. Queste cellule staminali hanno mostrato un aumento del modulo di stoccaggio e delle proprietà elastiche, aumentando l'adesione delle cellule e l'espressione di marcatori fibrocartilaginei. Tuttavia, la sua efficacia nelle prove in vivo deve ancora essere dimostrata. Inoltre, le cellule stromali mesenchimali multipotenti sono state identificate e isolate dai dischi dell'ATM e hanno mostrato capacità di proliferazione e differenziazione. Nel prossimo futuro, si prevede che studi con queste cellule mostrino l'efficacia nella rigenerazione del disco dell'ATM.

Per migliorare le proprietà mostrate con le cellule staminali e i supporti, sono stati studiati alcuni fattori di crescita con l'obiettivo di migliorare la differenziazione, la proliferazione, la produzione di GAG e di collagene. I fattori di crescita più notevoli includono il fattore di crescita endoteliale vascolare, la proteina morfogenetica ossea-2, il fattore di crescita dei fibroblasti (FGF), TGF-b1, la proteina del gruppo ad alta mobilità 1, il fattore di crescita insulino-simile-1 (IGF-1); il fattore di crescita derivato dalle piastrine, il fattore di crescita epidermico, l'interleuchina 1 e il fattore di necrosi tumorale-alfa. Nella letteratura, alcuni ricercatori hanno esplorato il potenziale di incorporare questi fattori di crescita in diversi supporti. Detamore e Athanasiou sono stati pionieri nell'incorporare 3 fattori di crescita (FGF, TGF-b e IGF) in supporti di PGA. Tutti i fattori di crescita hanno migliorato l'integrità meccanica e strutturale; tuttavia, IGF e TGF-b sono stati i più efficaci nel promuovere la sintesi del collagene. Negli scaffolds di PLLA trattati con IGF1 o TGF-b1 o TGF-b3, i risultati sono stati migliori, con TGF-b1 che promuoveva un numero maggiore di cellule, collagene e glicosaminoglicani. Anche il PCL è stato incapsulato con microsfere di CTGF e TGFb3. Quando coltivato con cellule staminali/progenitrici mesenchimali umane, questo supporto si è dimostrato efficiente nella generazione di una matrice fibrocartilaginosa eterogenea e di proprietà viscoelastiche. In futuro, ci si aspetta di poter esplorare questo concetto incorporando i biomateriali con cellule staminali e fattori di crescita; tuttavia, le restrizioni burocratiche ed etiche devono essere riviste per rafforzare l'aspettativa di utilizzare queste tecniche negli esseri umani.

Sommario

La domanda di un impianto per il disco dell'ATM continua a rappresentare una grande sfida oggi. La grande difficoltà continua a essere sviluppare un biomateriale che abbia le proprietà biomeccaniche e biochimiche per rappresentare un'alternativa valida.

Il campo della TE ha contribuito attivamente alla possibilità di portare nuovi risultati nella ricerca di un nuovo tessuto duraturo che sostituisca/regeneri efficacemente il disco dell'ATM. Gli studi dovrebbero prendere in considerazione le proprietà native del disco, come quelle meccaniche, fisiche e biologiche. Una standardizzazione degli studi su grandi animali come pecore e maiali dovrebbe essere applicata.

Sebbene non sia ancora stato possibile raggiungere un biomateriale ideale, il lavoro sviluppato negli ultimi anni rende possibile che questo obiettivo sia più vicino.

David Faustino Ângelo, Florencio Monje Gil

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