Confronto dell’efficacia tra autotrapianto e allotrapianto sulla riparazione dei difetti in vivo in ratti normali e osteoporotici

Abstract

Introduzione. Nel campo della chirurgia ortopedica, l’uso di materiale osteogenico nei difetti più grandi è essenziale. Autograft e allograft sono entrambi metodi noti, e l’autograft è ritenuto la scelta migliore. Ma l’autograft è associato a procedure invasive aggiuntive che possono rivelarsi difficili in pazienti fragili e possono causare effetti collaterali locali dopo il prelievo osseo. Per scopi fattibili, l’uso dell’allotrapianto sta aumentando e confrontando l’efficacia, e le differenze tra autograft e allotrapianto sono essenziali per il risultato clinico per i pazienti. Metodo. Sono stati inclusi 24 ratti norvegesi marroni femmina, 12 ratti normali e 12 indotti con osteoporosi (OP). L’induzione di OP è stata verificata in vivo dalla frazione di volume osseo (BV/TV) a 90 giorni dopo l’ovariectomia (OVX). L’intervento primario in ogni ratto consisteva in un foro di mm nella tibia prossimale, bilateralmente. L’autotrapianto e l’allotrapianto sono stati assegnati in modo casuale nella tibia destra e sinistra. Dopo un’osservazione di 21 giorni, i ratti sono stati sacrificati. I campioni di tibia sono stati raccolti, sottoposti a scansione micro-CT per l’induzione ossea e le proprietà microarchitettoniche, e poi incorporati per l’istologia. Risultati. L’induzione dell’OP è stata verificata tre mesi dopo l’OVX da una riduzione del 68,5% dell’osso trabecolare BV/TV rispetto all’osso normale. L’analisi microarchitettonica e l’istologia non hanno mostrato differenze significative nelle capacità di formazione dell’osso tra l’autotrapianto e l’allotrapianto nell’osso normale o osteoporotico dopo 3 settimane. Conclusioni. Questo studio non ha dimostrato alcuna differenza tra autograft e allograft in un modello di difetto tibiale di ratto normale o osteoporotico dopo 21 giorni, suggerendo che l’allograft è una buona alternativa all’autograft.

1. Introduzione

La perdita e i difetti ossei possono essere causati da traumi, infezioni o in seguito ad artroplastiche. Sono classificati come una delle maggiori sfide cliniche nella chirurgia ortopedica. La chirurgia implantare è il termine generale e comprende una gran parte degli interventi chirurgici come la riparazione dei difetti ossei in chirurgia ortopedica, neurochirurgia, orale e maxillofacciale. Si stima che questi interventi siano eseguiti più di 2 milioni di volte all’anno e hanno quindi un alto impatto sui pazienti e sul risultato economico.

L’osso autograft è considerato come un materiale “vivo” con proprietà osteogeniche, osteoinduttive e osteoconduttive e dovrebbe fornire il miglior trattamento, dove l’allotrapianto consiste in osso “morto” inattivo con proprietà principalmente osteoconduttive. Tuttavia, la raccolta di osso autograft è una procedura invasiva supplementare, e la quantità disponibile è spesso insufficiente. L’autotrapianto raccolto dall’osso della cresta iliaca è definito innesto osseo autogeno della cresta iliaca (AICBG). Questa procedura può essere associata a morbilità, come la perdita di sangue, il dolore del sito del donatore, il rischio di infezioni e le lesioni nervose. Le percentuali di fallimento negli interventi di autotrapianto d’osso hanno dimostrato di essere il 50% causato da diversi tipi di raccolta, manipolazione, metodo di impianto utilizzato, e differenze tra le condizioni del paziente e la vitalità dell’osso. A causa di queste complicazioni e dei costi elevati, il materiale osseo allogeno viene spesso utilizzato come materiale da innesto alternativo. L’osso allogeno viene raccolto convenientemente senza effetti collaterali da altri pazienti. Ma questo materiale da innesto ha principalmente un effetto osteoconduttivo e ha i rischi potenziali di trasmissione di malattie, infezioni batteriche, risposta autoimmune dell’ospite e nonunioni dell’ospite dell’innesto. Questi effetti collaterali sono più gravi ma sono comunque estremamente rari. Teoricamente, il trattamento più delicato è l’allotrapianto. Con l’aumento dei pazienti anziani e fragili, è essenziale acquisire conoscenze confrontandoli in un modello di difetto rilevante, sia nelle strutture ossee regolari che in quelle fragili. Un’alternativa per diminuire la necessità di raccogliere l’innesto osseo vivo è il sostituto. L’approccio è stato ampio, dall’uso di cellule staminali da diversi tessuti alle combinazioni con fattori di crescita in modelli animali e clinici. Tuttavia, nessun sostituto ha mostrato un effetto stabile per sostituire tutte le procedure che utilizzano autograft e allograft nella clinica.

L’osteoporosi è una malattia in aumento legata all’età ed è un importante problema di salute pubblica legato all’aumento dell’età nella popolazione e con la presente un aumento della prevalenza e del costo del trattamento a livello globale del 20-30% nel 2030. L’osteoporosi è una malattia delle ossa con una marcata riduzione della densità minerale ossea. Ciò è causato dagli osteoclasti (OC) che riassorbono più osso di quanto l’osteoblasto (OB) possa produrre, disturbando la stabilità dell’unità di rimodellamento osseo (BMU), che porta ad uno squilibrio tra il riassorbimento e la formazione dell’osso e alla fine alla perdita dell’osso. Questo afferma l’importanza di utilizzare modelli verificati e di testare sia le strutture ossee normali che quelle fragili per la migliore correlazione clinica per migliorare la correlazione alla situazione pertinente.

Finora, c’è una conoscenza limitata sulle differenze tra autograft e allograft nella riparazione dei difetti ossei.

Questo studio ha lo scopo di indagare gli effetti di autograft e allograft sulla riparazione dei difetti tibiali in vivo sia in ratti normali che osteoporotici. In particolare, i cambiamenti microarchitetturali longitudinali in vivo dopo l’intervento, a 7 giorni, 14 giorni e 21 giorni. La valutazione è stata eseguita con scansioni micro-CT in tutti i punti temporali e la valutazione istomorfometrica dopo l’eutanasia a 21 giorni. L’obiettivo primario era quello di valutare la formazione dell’osso tra autograft e allograft. L’obiettivo secondario era quello di verificare l’induzione di osteoporosi 90 giorni dopo la rimozione delle ovaie. Si è ipotizzato che non ci fossero differenze nelle riparazioni dei difetti tra autograft e allograft sia nei ratti normali che in quelli osteoporotici, il che può aiutare a ridurre l’uso di autograft clinicamente in modelli di difetti in strutture ossee sia normali che fragili e diminuire la necessità di ulteriori procedure invasive di raccolta.

2. Materiali e metodi

2.1. Modello animale

Ventiquattro ratti femmina di razza norvegese bruna (BN/SsNOlaHsd) sono stati inclusi nello studio. Sia i ratti normali che quelli osteoporotici avevano 4 mesi di età con un peso medio di g. Sono stati alloggiati e acclimatati 2 mesi prima dell’intervento presso il Laboratorio Biomedico, Università della Danimarca meridionale. L’ambiente controllato aveva una temperatura di 21-28°C, un’umidità del 40-60% e luci accese tra le 6 del mattino e le 6 del pomeriggio, con accesso ad acqua sterile e dieta normale o carente di Ca ad libitum, rispettivamente. Le gabbie avevano un pavimento di segatura e materiale da letto. Gli animali sono stati osservati ogni giorno per cambiamenti di comportamento o segni di disagio dai tecnici degli animali o dal ricercatore.

2.2. Approvazione degli animali

Tutte le procedure sperimentali sono state eseguite in conformità alle linee guida danesi per la ricerca sugli animali. Questo protocollo sperimentale è stato approvato dal Danish Animal Experiments and Inspectorates (no. 2011/561-1959). Questo articolo segue la ricerca sugli animali: Reporting of In Vivo Experiments (ARRIVE) guidelines.

2.3. Materiali per innesti ossei

2.3.1. Autograft

Il materiale osseo autograft è stato raccolto da tibie di ratto bilaterali durante il processo di perforazione dell’intervento chirurgico per il difetto della tibia. L’osso è stato trattato in modo sterile, e le schegge erano di circa 0,5-1 mm. Nel riempimento del difetto della tibia, l’osso normale aveva un volume sufficiente dalla procedura di perforazione per riempire il vuoto. Tuttavia, per i ratti osteoporotici, il difetto aveva bisogno di un ulteriore riempimento con materiale osseo dalle vertebre della coda. Per i ratti osteoporotici, il materiale osseo aggiuntivo è stato acquisito dalle vertebre della coda. Con una piccola incisione 2 mm distale dall’attacco della coda al corpo, il tessuto molle è stato rimosso con un’attrezzatura chirurgica e sezionato in frammenti. La necessità di osso aggiuntivo era dovuta alla pronunciata perdita di densità minerale ossea dopo l’induzione osteoporotica. Questo metodo è ben noto per la raccolta di osso autologo nel modello di ratto. Allotrapianto

Questo è stato prodotto da una femmina di ratto norvegese sana. È stato eutanizzato con pentobarbital secondo le linee guida, e i condili di femore, tibia e omero sono stati raccolti in condizioni sterili. I tessuti molli aggiuntivi sono stati rimossi con cura. L’osso è stato preparato con una fresa per ossa (Ossano Scandinavia ApS, Stoccolma, Svezia). La struttura ossea trabecolare è stata divisa in frammenti con un diametro di 0,5-1 mm e conservata a 80°C. Prima dell’uso, l’osso congelato è stato scongelato per 30 minuti e aggiunto tramite standard chirurgici al difetto. Tutte queste procedure sono state eseguite in condizioni asettiche nella sala di chirurgia dei piccoli animali del Laboratorio Biomedico dell’Università della Danimarca meridionale.

2.4. Disegno dello studio

È stato utilizzato un disegno di studio longitudinale a coppie, con un gruppo di controllo e un gruppo di intervento in ogni osso tibiale. Un totale di 24 ratti femmina norvegesi di razza (BN/SsNOlaHsd) sono stati divisi in due gruppi di 12 ciascuno nelle ossa normali e osteoporotiche. L’autotrapianto e l’allotrapianto sono stati assegnati in cieco e in modo casuale nel difetto tibiale destro e sinistro e inoltre in cieco nella fase di valutazione (Figura 1). A 13 settimane prima della chirurgia tibiale, 12 ratti hanno ricevuto un’ovariectomia (OVX) per l’induzione dell’osteoporosi. Il materiale di allotrapianto è stato scongelato 30 minuti prima dell’uso, e l’autotrapianto è stato preparato e raccolto sotto anestesia per la chirurgia primaria del difetto della tibia prossimale. Al giorno 0, al giorno 7, al giorno 14 e al giorno 21 postoperatorio, sono state eseguite scansioni micro-CT per una valutazione continua. Al sacrificio, i campioni bilaterali del difetto tibiale prossimale sono stati raccolti per l’istologia e l’istomorfometria.

Figura 1

Illustrazione del disegno dello studio. 24 ratti sono stati inclusi e divisi in gruppi normali o osteoporotici. 12 ratti ciascuno. Ogni ratto aveva un gruppo di autotrapianto e allograft nella tibia sinistra e destra per un totale di 24 campioni di osso normale e 24 campioni per l’osso osteoporotico. T1 (settimana 0): giorno per la chirurgia; T2 (settimane 0, 1, 2, 3): scansioni micro-CT; T3: sezione istologica.

2.5. Procedure chirurgiche

2.5.1. Ovariectomia (OVX)

La schiena del ratto è stata rasata e disinfettata con iodio ed etanolo (70%). Un’incisione netta di circa 1 cm è stata fatta sulla parte caudale del dorso e dissecata in modo smussato fino alla fascia. Penetrando nella cavità, l’ovaia è stata raccolta con una pinzetta, e la legatura è stata fatta accanto all’ovaia con sutura 5.0 ethilon e rimossa. La ferita è stata chiusa in due strati. Tutte le operazioni sono state eseguite alla stessa ora del giorno e nella stessa posizione. Postoperatoriamente, i ratti sono stati analgesicizzati con buprenorfina (Temgesic, RB Pharmaceuticals Limited, Berkshire, UK), 0.2 ml/100 g di peso corporeo s.c. a intervalli di 8 ore per i seguenti 3 giorni. Dopo l’ovariectomia, ai ratti è stata data una dieta speciale a basso contenuto di calcio e acqua ad libitum. L’induzione della struttura ossea osteoporotica è stata verificata dopo 12 settimane, e la chirurgia primaria del difetto tibiale ha potuto essere iniziata.

2.5.2. Difetto prossimale della tibia

Il protocollo anestetico durante la chirurgia ha seguito la metodologia della chirurgia OVX.

I difetti prossimali tibiali bilaterali sono stati fatti in tutti i ratti usando la procedura chirurgica standard. Entrambi gli arti sono stati isolati, rasati e disinfettati con iodio veterinario (Kruuse Vet, Danimarca) ed etanolo al 70%. Incisione tagliente ed esplorazione smussata presentato il lato mediale della tibia prossimale, dove un difetto cilindrico di 2,8 mm e profondità di 3 mm fino a guscio corticale opposto sono stati creati sulla base dei risultati di uno studio pilota. L’intervento per il gruppo allograft è stato eseguito per primo, a causa della raccolta di autotrapianti da entrambe le gambe. In totale, 48 difetti cilindrici sono stati creati e riempiti con autograft o allograft programmati per randomizzazione. La ferita è stata chiusa in due strati con sutura 4.0. Postoperatorio, i ratti sono stati analgesizzati con buprenorfina (Temgesic, RB Pharmaceuticals Limited, Berkshire, UK), 0.2 ml/100 g di peso corporeo s.c. a intervalli di 8 ore per 4 giorni.

2.6. Scansione Micro-CT e analisi microarchitettonica

Le regioni tibiali prossimali bilaterali sono state scansionate in vivo con un sistema microtomografico ad alta risoluzione (vivaCT 40, Scanco Medical AG, Brüttisellen, Svizzera).

La scansione micro-CT in vivo per la valutazione dello sviluppo della crescita ossea nei ratti normali e osteoporotici è stata eseguita nei seguenti 4 punti temporali: il giorno prima dell’intervento (giorno 0) e poi a 7, 12 e 21 giorni dopo l’intervento.

Inoltre, per verificare il modello di induzione dell’osteoporosi, è stata condotta una valutazione longitudinale in 3 momenti: (1) prima della chirurgia OVX per stabilire una linea di base della densità minerale ossea (giorno 90), (2) prima della chirurgia della tibia (giorno 7), e (3) dopo la chirurgia della tibia (giorno 0).

Durante la scansione in vivo, i ratti sono stati anestetizzati con isoflurano in un sistema a scatola chiusa, 1 L/min di ossigeno e 4 ml/min di isoflurano (IsoFlo vet, Abbott Laboratories Ltd, Berkshire, Inghilterra) per 6 minuti, con regolazione secondo i riflessi del ratto. Dopo la sedazione completa, i ratti sono stati collocati in un letto di detenzione animale coperto da una maschera con una fornitura in esecuzione di ossigeno e isoflurano secondo il protocollo. L’area di interesse è stata fissata per scansioni accurate. Le immagini sono state acquisite in una risoluzione elevata con conseguente ricostruzione 3D dimensioni voxel di μm3 (pixel) per 500 fette per la valutazione rappresentativa di ogni area difetto. Il tempo di scansione per ogni campione era di 30 minuti.

I parametri specificati da questa scansione includevano proprietà microarchitettoniche dell’osso trabecolare per la conferma dell’induzione dell’osteoporosi e l’effetto di miglioramento dell’osso degli innesti. Questo includeva volume osseo/volume del tessuto (BV/TV), indice del modello di struttura, densità di connettività (CD), spessore trabecolare (TbTh), separazione trabecolare (Tb.Sp), grado di anisotropia (DA), densità della superficie ossea, rapporto superficie ossea/volume (BS/TV), densità apparente e densità materiale.

2.7. Istologia e Istomorfometria

21 giorni dopo l’intervento chirurgico, i ratti sono stati scansionati e sacrificati con pentobarbital in overdose secondo il protocollo di licenza animale. Le tibie prossimali bilaterali, compreso il materiale d’innesto e l’osso, sono state fissate in formaldeide (4%) e cambiate in soluzione salina a base di fosfato (PBS). Dopo la disidratazione e la decalcificazione, i campioni sono stati fissati e inclusi in paraffina. I campioni sono stati sezionati in 3 fette consecutive con uno spessore di 3-4 μm e una separazione di 500 μm. Tutte e 3 le sezioni sono state colorate con ematossilina ed eosina (H&E).

La regione di interesse (ROI) per l’istomorfometria è stata caratterizzata come l’area originale del difetto tibiale confrontata tra autograft e allograft (Figura 2). All’interno del ROI predefinito, le frazioni di volume sono state calcolate dal principio di Cavalieri utilizzando il software stereologico verificato (NewCast Visiopharm, Danimarca) per il conteggio dei punti, con 300-600 colpi per sezione con microscopio Olympus BX 51 (Ballerup, Danimarca).

Il tessuto all’interno delle ROI delle sezioni colorate HE è stato classificato come osso, tessuto fibroso, varie, muscoli o midollo. Il volume osseo è stato calcolato come la quantità di osso diviso per il totale dei colpi e indicato in percentuale.

2.8. Analisi statistica

Test a due code per due campioni e ANOVA a una via sono stati utilizzati per confrontare eventuali differenze tra i gruppi con GraphPad Prism v. 7 (GraphPad Software, Inc.). Un valore inferiore al 5% è stato considerato significativo.

La dimensione del campione includeva almeno 10 difetti per ogni innesto. Abbiamo scelto di includere 12 ratti in ogni gruppo a causa del rischio di dropout. L’errore di calcolo del primo tipo è stato fissato a 1,96/95% e l’errore del secondo tipo a 0,84 a causa della potenza selezionata dell’80%. La differenza minima rilevante e la deviazione standard sono state entrambe fissate al 70%.

3. Risultati

3.1. Osservazione degli animali

In totale, quattro dei 24 ratti sono morti durante le 3 settimane postoperatorie, composti da 2 per ogni gruppo. Tre di loro sono morti come risposta all’anestesia durante la scansione micro-CT in vivo, e uno è morto a causa di un’infezione. I ratti rimanenti sono stati inclusi nello studio. Durante il periodo di osservazione dell’esperimento, gli animali sono stati osservati quotidianamente da un tecnico degli animali o dal ricercatore per qualsiasi segno di disagio o di violazione della licenza animale. Nessun cambiamento di peso significativo è stato osservato in entrambi i gruppi dopo l’intervento per il difetto della tibia. I ratti esposti a OVX hanno guadagnato peso durante le prime 12 settimane da g a g ().

3.2. Proprietà microarchitetturali tridimensionali

3.2.1. Induzione dell’osteoporosi nei ratti

Dopo 12 settimane, i ratti trattati con OVX avevano una diminuzione della frazione di volume osseo, della densità di connettività, della densità della superficie ossea e della densità apparente () rispetto all’osso normale. L’indice del modello di struttura è aumentato dalla piastra tipica, -1,4, all’asta tipica, 3,3. La separazione trabecolare, il grado di anisotropia, la densità del materiale e il rapporto superficie-volume dell’osso sono aumentati (). Lo spessore trabecolare non ha avuto alcun cambiamento significativo () (Tabella 1).

3.2.2. Cambiamenti microarchitetturali con trattamenti di autotrapianto e allotrapianto

(1) Cambiamenti nella microarchitettura nell’osso normale. BV/TV era diminuito nei difetti con allograft rispetto all’autograft nei giorni 0, 7 e 14. Tuttavia, il giorno 21, non c’era alcuna differenza statistica tra i due gruppi (Figura 3). Ricostruzioni 3D rappresentative di immagini micro-CT sono state visualizzate nella Figura 4.

(a)

(b)

(a)
(b)

Figura 4

ricostruzioni 3D rappresentative di immagini micro-Le immagini CT al termine (giorno 21) per entrambi i gruppi autograft e allograft e nei ratti normali (a) e osteoporotici (b) sono illustrate dallo stesso tessuto della Figura 2. Il cerchio rosso indica dove sono stati creati i fori originali del difetto. Sul lato destro di ogni immagine è la massa ossea appena generata all’interno del foro. Tutte le immagini sono visualizzate come massa intera e strato sottile di 10 fette (105 micrometri).

La stessa tendenza applicata al tessuto di connettività con valore diminuito nei giorni 0, 7 e 14 () ma nessuna differenza il giorno 21. Lo spessore trabecolare era aumentato a tutti i punti di tempo nei gruppi di allotrapianto () e nessuna differenza nel grado di anisotropia (Figura 3).

(2) Cambiamenti nella microarchitettura nell’osso osteoporotico. BV/TV dell’osso osteoporotico ha mostrato una diminuzione dell’osso nel gruppo dell’allotrapianto nei giorni 0, 7 e 14 e nessuna differenza dopo 21 giorni (Figure 4 e 5).

Figura 5

Proprietà di microarchitettura del difetto trattato con autograft vs. allograft nell’osso osteoporotico. BV/TV: volume osseo/volume del tessuto; CD: densità di connettività; TbTh: spessore trabecolare; DA: anisotropia. è considerato significativo.

Lo spessore trabecolare era significativamente più alto nel gruppo autograft nei giorni 0, 14, e 21 () ma nessuna differenza al giorno 7. La densità di connettività e il grado di anisotropia non avevano alcuna differenza significativa in nessun punto temporale (Figura 5).

3.3. Istologia e istomorfometria

3.3.1. Istologia

Nuova formazione ossea è stata osservata nell’area del difetto in tutti i campioni. Non è stato possibile distinguere la differenza tra resti di innesto e nuovo osso, mentre il volume osseo totale all’interno dell’area del difetto è stato calcolato come osso all’interno della ROI (Figura 1, T3).

3.3.2. Istomorfometria

Il volume osseo non ha mostrato alcuna differenza significativa tra i gruppi autograft e allograft nell’osso normale e osteoporotico. Confrontando l’autotrapianto e l’allotrapianto dell’osso normale con l’autotrapianto e l’allotrapianto nell’osso osteoporotico, c’era una quantità significativamente diminuita di osso a 21 giorni di valutazione ().

La formazione media di nuovo osso compreso il materiale di innesto nel difetto nell’osso normale era del 53% per l’autotrapianto, mentre il 51% per l’allotrapianto. Nell’osso osteoporotico, l’allotrapianto aveva il volume osseo più alto con una media del 35%, mentre l’autotrapianto aveva il 33% (Figura 6). Non c’era alcuna differenza significativa tra qualsiasi altro parametro misurato all’interno del difetto ().

Figura 6

Valutazione istomorfometrica della formazione ossea nelle ossa normali e osteoporotiche:

4. Discussione

Questo studio ha confrontato gli effetti di autograft e allograft in un modello di ratto con difetto tibiale per la migliore riparazione del difetto nelle ossa normali e osteoporotiche. L’ipotesi era che non ci sarebbe stata alcuna differenza nella formazione dell’osso utilizzando l’autotrapianto o l’allotrapianto, sia che venisse usato nell’osso normale o osteoporotico. I risultati della micro-CT o dell’istomorfometria non hanno mostrato alcuna differenza significativa nell’uso di autograft e allograft in un difetto osseo tibiale dopo un’osservazione di 21 giorni, né in strutture ossee normali né osteoporotiche. Tuttavia, le scansioni micro-CT hanno mostrato una minore quantità di nuovo osso nel gruppo allograft a 0, 7 e 14 giorni.

Quando gli studi confrontano le loro invenzioni, c’è un certo disaccordo se l’autograft o l’allograft debbano servire da golden standard. La differenza è principalmente tra le opinioni accademiche e cliniche e quale tipo di difetto viene utilizzato nello studio. Facendo un confronto all’interno dello stesso modello, un’informazione preziosa può essere ottenuta per lo scopo accademico e per l’applicazione clinica, soprattutto, a causa della crescente attenzione sui materiali sostitutivi per superare le sfide nell’uso dei materiali da innesto e le loro limitazioni.

Quando si valutano i risultati di questo studio, si dovrebbe notare che sia nelle ossa normali che in quelle osteoporotiche, la BV/TV sulla scansione micro-CT è significativamente più bassa nel gruppo allograft al giorno 0, che potrebbe essere dovuto al processo di riempimento del difetto. L’allotrapianto è stato ottenuto da osso normale e l’autotrapianto dallo stesso animale con osso normale o osteoporotico. Lo spessore trabecolare è più basso nel gruppo autograft nell’osso normale ma più alto nell’osso osteoporotico. In teoria, questo avrebbe dovuto essere con risultati opposti rispetto alla diminuzione della densità nell’osso osteoporotico. Tuttavia, potrebbe essere dovuto all’effetto della fresa per ossa e alla dimensione e mobilità dei chip. L’aspetto interessante è che lo sviluppo dal giorno 0 al giorno 21 è più veloce nel gruppo allograft con un aumento del 65,8% contro solo il 16,4% nel gruppo autograft. Al giorno 21, non c’è differenza tra autograft e allograft quantificata dall’istomorfometria o dall’analisi microarchitettonica.

L’istomorfometria ha rivelato al giorno 21 una diminuzione della formazione ossea generale quando si cerca di utilizzare materiali da innesto in osso osteoporotico (Figura 6). Ancora una volta, va notato che l’allotrapianto proviene da un donatore sano, eppure fornisce una rigenerazione significativamente inferiore rispetto a quella dell’osso normale. Questo sottolinea perfettamente la necessità di testare i materiali d’innesto o i dispositivi medici nell’osso osteoporotico per poter valutare la loro piena efficacia. Tuttavia, questo test del materiale d’innesto sia nel tessuto osseo normale che in quello osteoporotico sembra essere privo di potenziale rigenerativo.

L’induzione dell’osteoporosi in un modello di ratto è stata precedentemente verificata, con un’illustrazione dell’importanza dell’osservazione fino all’induzione. Kinney et al. hanno studiato i cambiamenti nell’osso trabecolare dovuti all’OVX e hanno scoperto che la procedura OVX porta a una diminuzione immediata e continua dell’osso trabecolare, e dopo 50 giorni, i ratti OVX avevano perso il 50% del loro volume osseo senza effetto di rimbalzo. Campbell et al. hanno stabilito un corso temporale longitudinale dettagliato della perdita ossea nel modello di ratto OVX in dodici settimane. I risultati di questo studio indicano che i cambiamenti microarchitetturali si verificano entro le prime 12 settimane dopo OVX nel modello di ratto. Pertanto, con l’osservazione di 21 giorni, non ci sono aspettative di un effetto rebound.

La conoscenza attuale nell’uso di allograft e autograft è che gli studi verificano diversi risultati dipendenti dalla posizione. Nelle cranioplastiche, l’allotrapianto ha dimostrato di essere superiore; nel legamento cruciale anteriore (ACL), l’autotrapianto ha mostrato un effetto migliore sulla formazione ossea, mentre nel legamento cruciale posteriore (PCL), i risultati sono uguali tra i 2 innesti. Quindi, quando si confrontano i risultati per l’attuazione clinica, l’uso dell’innesto corretto è essenziale per i confronti corretti. I risultati ottimali saranno ottenuti utilizzando entrambi gli innesti per i controlli positivi e negativi. Questo renderà l’impatto clinico più alto e fornirà risultati complessivamente convincenti.

Quando si affronta un’implementazione clinica, è inoltre necessario concentrarsi su un risultato economico e relativo al paziente. Il costo dell’utilizzo dell’autograft è riportato come inferiore, per esempio, negli interventi di ACL, ma il possibile effetto collaterale nella raccolta dell’autograft è associato a effetti collaterali piuttosto gravi. Questo dà il dilemma per la scelta della metodologia quando si raccoglie l’autograft, ma richiede ancora di più la necessità di un altro sostituto per sostituire entrambi i materiali di innesto. L’attuale ingegneria dei tessuti e i biomateriali con cellule staminali potrebbero fornire nuove speranze alla rigenerazione ossea.

I punti di forza di questo studio sono il modello standardizzato di difetto della tibia nei ratti e l’induzione ben verificata dell’osteoporosi. Tuttavia, nulla in questo documento si basa su risultati precedenti, e l’induzione dell’osteoporosi è verificata dallo stesso scanner che valuta i risultati nei gruppi di intervento. Ciò significa che l’affidabilità dei risultati di questo studio aumenta. Inoltre, i risultati e gli stessi metodi sono testati in diversi tipi di struttura ossea consentendo il miglior confronto del materiale di innesto, soprattutto perché l’allotrapianto nell’osso normale e osteoporotico proviene dallo stesso donatore.

Le limitazioni sono la mancanza di un difetto vuoto che potrebbe dimostrare l’efficacia di base del potenziale rigenerativo osseo senza innesti ossei sia nell’osso normale che osteoporotico. Tuttavia, l’obiettivo di questo studio è quello di confrontare l’efficacia potenziale tra i materiali di innesto e non secondo una linea di base specifica per il modello di progettazione. Un’altra limitazione è la differenza significativa al giorno 0 tra i gruppi. Ma quando la valutazione è limitata a 21 giorni e l’allograft riesce a fornire gli stessi risultati in una durata così breve, e quindi, i risultati sono convalidati in questo modello.

5. Conclusione

Questo studio conclude che l’autotrapianto e l’allotrapianto hanno capacità di formazione dell’osso simili con un’osservazione di 21 giorni in un difetto tibiale in un modello di ratto, suggerendo che l’allotrapianto potrebbe essere una buona alternativa all’allograft. Inoltre, la chirurgia OVX per l’induzione duratura dell’osteoporosi nel modello di ratto è un metodo fattibile.

Data Availability

I dati per questo studio sono stati analizzati da istomorfometria e tutti i dati sono memorizzati presso il laboratorio di ricerca ortopedica, Dipartimento di Ortopedia & Traumatologia, Odense University Hospital, Istituto di ricerca clinica, Università della Danimarca meridionale in datafiles da VisioPharm, Danimarca verificando ogni conteggio e statistiche fatte per le analisi incorporate in questo studio. Le scansioni Micro-CT sono file di grandi dimensioni memorizzati su nastri TB. Tutti i dati utilizzati per sostenere i risultati di questo studio sono disponibili dall’autore corrispondente su richiesta.

Conflitti di interesse

Gli autori non dichiarano alcun conflitto di interesse.

Riconoscimenti

Vorremmo ringraziare il personale del Laboratorio Biomedico, Università della Danimarca meridionale, specialmente Anne Mette Durand, per la condivisione delle competenze. Inoltre, si ringrazia Gitte Højlund Reinberg per il supporto durante l’intero studio. Questo studio è gentilmente sostenuto dal Consiglio danese per la ricerca sanitaria (SSVF22-04-0705, MD).