Il trattamento del dolore spinale con i dischi sostitutivi si avvicina alla realtà

dolore spinale

Immagine, scansioni TC del disco con ingegneria tissutale 20 settimane dopo l’impianto nelle code dei ratti. La scansione confronta l’impianto (colonna destra) con i dischi nativi (colonna sinistra) senza carico e se compressi. Credito: SE Gullbrand et al., Science Translational Medicine (2018).

Per la prima volta, i dischi vertebrali bioingegnerizzati sono stati impiantati con successo nel trattamento del dolore spinale e hanno fornito una funzione a lungo termine nel più grande modello animale mai valutato per la sostituzione del disco con ingegneria tessutale. 

Un nuovo studio della Penn Medicine pubblicato su Science Translational Medicine fornisce prove convincenti che le cellule di pazienti affetti da dolore al collo e alla schiena potrebbero essere utilizzate per costruire un nuovo disco spinale in laboratorio, per sostituire quello deteriorato. Lo studio, che è stato eseguito utilizzando capre, è stato condotto da un team multidisciplinare della Perelman School of Medicine dell’Università della Pennsylvania, Scuola di Ingegneria e Scienza Applicata e Scuola di Medicina Veterinaria.

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I tessuti molli nella colonna vertebrale, i dischi intervertebrali, sono essenziali per i movimenti della vita quotidiana. Circa la metà della popolazione adulta negli Stati Uniti soffre di dolori alla schiena o al collo, per i quali il trattamento e l’assistenza pongono un onere economico significativo per la società: circa 195 miliardi di dollari l’anno. Sappiamo che la degenerazione del disco spinale è spesso associata a quel dolore, ma le cause alla base della degenerazione del disco rimangono poco comprese. Gli approcci odierni, che includono la chirurgia spinale di fusione e dispositivi di sostituzione meccanica, forniscono sollievo sintomatico, ma non ripristinano la struttura, la funzione e l’intervallo di movimento del disco nativo e spesso hanno un’efficacia limitata a lungo termine. Quindi, c’è bisogno di nuove terapie.

L’ingegneria tissutale è molto promettente. Si tratta di combinare le cellule dei pazienti o degli animali con gli scaffold di biomateriali in laboratorio per generare una struttura composita che viene poi impiantata nella colonna vertebrale per fungere da disco sostitutivo. Negli ultimi 15 anni, il team di ricerca di Penn ha sviluppato un disco sostitutivo di ingegneria tissutale, passando da studi di scienza di base in vitro a modelli animali di piccole dimensioni a modelli animali più grandi con un occhio di riguardo verso le sperimentazioni umane.

“Questo è un passo importante: far crescere un disco così grande in laboratorio e poi farlo  integrare con il tessuto nativo circostante del ricevente”, ha detto Robert L. Mauck, Professore di chirurgia ortopedica presso la Perelman School of Medicine di Penn e ricercatore presso Michael Crescenz VA Medical Center (CMC VAMC) a Philadelphia e co-autore senior dell’ articolo. “L’attuale standard di cura in realtà non ripristina il disco, quindi la nostra speranza con questo dispositivo ingegnerizzato è di sostituirlo in modo biologico, funzionale e recuperare la massima libertà di movimento”.

Studi precedenti del team hanno dimostrato con successo l’integrazione dei loro dischi ingegnerizzati, noti come DAPS (disco-like angle ply structures), in code di ratto per cinque settimane. Quest’ultima ricerca ha esteso quel periodo di tempo nel modello di ratto – fino a 20 settimane – ma con dischi ingegnerizzati rinnovati, noti come DAPS modificati alla piastra terminale o eDAPS, per imitare la struttura del segmento spinale nativo. L’aggiunta delle placche terminali ha contribuito a mantenere la composizione della struttura ingegnerizzata e a promuovere la sua integrazione nel tessuto nativo.

La risonanza magnetica, insieme alle analisi istologiche, meccaniche e biochimiche, hanno dimostrato che l’eDAPS ha ripristinato la struttura del disco nativo, la biologia e la funzione meccanica nel modello di ratto. Partendo da tale successo, i ricercatori hanno quindi impiantato l’eDAPS nella colonna cervicale delle capre. Hanno scelto la capra perché le sue dimensioni del disco spinale cervicale sono simili a quelle degli umani e le capre hanno il vantaggio della statura semi-eretta.

Il team comprende anche Sarah E. Gullbrand, ricercatrice associata nel dipartimento di chirurgia ortopedica presso la Penn Medicine e il Translational Musculoskeletal Research Center del Corporal Michael J. Crescenz VA Medical Center, Lachlan J. Smith, assistente Professore di Neurochirurgia e Chirurgia ortopedica presso la Penn, e Dawn M. Elliott, ex ricercatrice Penn che ha ora la cattedra di Ingegneria biomedica presso l’Università del Delaware.

Il prossimo passo sarà quello di condurre studi a lungo termine per caratterizzare ulteriormente la funzione di eDAPS nel modello di capra, oltre a modellare la degenerazione dei dischi vertebrali nell’uomo e testare come i loro dischi ingegnerizzati si comportano in quel contesto.

Fonte, Science Translational Medicine

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