G.Zatti Le ceramiche 23 Settembre 2011 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI MILANO BICOCCA Clinica Ortopedica e Scuola di Specialità in Ortopedia Azienda Ospedaliera S. Gerardo - Monza Dir.: Prof. Giovanni ZATTI Le ceramiche G.Zatti 23 Settembre 2011

del numero di interventi Aumento continuo del numero di interventi Chirurgia di Revisione 2020 1960 Impianti primari ( >120’000 / aa in USA) Ci attendiamo una crescita sostanziale delle revisioni protesiche nelle prossime decadi ( Kurtz et al. JBJS 2007)

Il problema della perdita ossea Perdita di massa ossea acetabolare e/o (femorale - PTA tibiale - PTG) Cause: patologia di base motivi di fallimento manovre di rimozione dell’impianto e del cemento Innesto osseo adeguato? Clinical Orthopaedics & Related Research: December 2003 Samuelson et al., 1988

Vie della rigenerazione ossea OSTEOGENICHE OSTEOINDUTTIVA OSTEOCONDUTTIVA Formazione di osso inducendo alla proliferazione ed alla differenziazione le cellule presenti in situ Formazione di osso producendo tutte le componenti della matrice Formazione di osso con utilizzo di supporto 3-D adeguato alle cellule residenti AUTOGRAFT, OSTEOGENICHE CELLULE, MSCs BMPs, PLATELET DERIVED and DBM HA, TCP, HA-TCP + NON-AUTOGRAFT Clin. Orthop. 2000, 371: 10-27

Innesto osseo Un innesto ideale dovrebbe possedere tre proprietà: 1- Osteogenesi 2- Osteoinduzione 3- Osteoconduzione The Use of Ceramics as Bone Substitutes in Revision Hip Arthroplasty; Michael R. Whitehouse ; Materials 2009, 2, 1895-1907

Innesto osseo L’osso Autologo: è il gold standard quantità limitata!! donor site morbidity L’osso di banca: quantità limitata caratteristiche che dipendono da età del donatore, dal livello di mineralizzazione, alterazione delle capacità dovute al processo di sterilizzazione e di conservazione The Use of Ceramics as Bone Substitutes in Revision Hip Arthroplasty; Michael R. Whitehouse ; Materials 2009, 2, 1895-1907

Possibili innesti Injury. 2005 Nov;36 Suppl 3:S20-7 Type Graft Osteo-conduction Osteo-induction Osteo-genesis Advantages Bone Autograft 3 2 “Gold standard” Allograft 1 Availability in many forms Biomaterials DBM Supplies osteoinductive BMPs, bone graft extender Collagen Good as delivery Vehicle system Ceramics TCP, HA Biocompatible Calcium phosphate cement Some initial structural support Injury. 2005 Nov;36 Suppl 3:S20-7

Ceramiche: hydroxyapatite (HA), β-tricalcium phosphate (β-TCP) bioactive glass coralli

Le ceramiche L’idrossiapatite (HA): - sintetica o di derivazione animale - buona resistenza meccanica alla compressione e meno alle forze di taglio Il fosfato tricalcico (β-TCP) è più riassorbibile dell’idrossiapatite scarsa resistenza alle forze di carico The Use of Ceramics as Bone Substitutes in Revision Hip Arthroplasty; Michael R. Whitehouse ; Materials 2009, 2, 1895-1907

Le ceramiche HA, CP, TCP and β-TCP biocompatibilità delle ceramiche risiede nel fatto che, come l’osso, sono costituite da calcio e fosfato composizione chimica e strutturale molto simile alla fase minerale dell’osso materiale osteoconduttivo ideale deve essere biodegradabile: degradandosi lascia il posto all’osso ospite neoformato The Use of Ceramics as Bone Substitutes in Revision Hip Arthroplasty; Michael R. Whitehouse ; Materials 2009, 2, 1895-1907

Ceramiche: HA, CP, TCP and β-TCP Il riassorbimento delle ceramiche dipende: - composizione chimica - porosità ( ottimale tra 100-400 µm, interconnesione e volume dei pori del 75-80%) - grande porosità inducono più rapidamente l’osteoconduzione (fosfato tricalcico biodegrada entro 4-8 settimane dall’impianto - velocità di 10-20 volte > rispetto all’idrossiapatite ) The Use of Ceramics as Bone Substitutes in Revision Hip Arthroplasty; Michael R. Whitehouse ; Materials 2009, 2, 1895-1907

Ceramiche: La commistione tra idrossiapatite e fosfato tricalcico in varia proporzione introduce il concetto di: CERAMICHE BIFASICHE Possibilità di riassorbimento e di sostituzione con osso neoformato da parte dell’ospite Proprietà meccaniche proprie dell’idrossiapatite The Use of Ceramics as Bone Substitutes in Revision Hip Arthroplasty; Michael R. Whitehouse ; Materials 2009, 2, 1895-1907

Ceramiche: HA, CP, TCP and β-TCP Sintetici: a base di fosfato di calcio Alta biocompatibilità Non c’è produzione di interfaccia di tessuti molli → ottima osteointegrazione e rimodellamento Differenti tempi riassorbimento I migliori: alta porosità e bassa densità Ottimi scaffold per compositi Non infettivi . Combinazione con altri sostituti ossei (osso autologo miscelato a sangue midollare, emostatici e fattori di crescita) The Use of Ceramics as Bone Substitutes in Revision Hip Arthroplasty; Michael R. Whitehouse ; Materials 2009, 2, 1895-1907

Ceramiche:

Ceramiche:

Ceramiche: Corallo Struttra porosa simile a osso corticale e spongioso Il trattamento (ad alte temperature e alta umidità) converte il corallo in idrossiapatite cristallina Porosità tra i 200 e 500 μm Biocompatibile Bioriassorbibile

Caratteristiche The Use of Ceramics as Bone Substitutes in Revision Hip Arthroplasty; Michael R. Whitehouse ; Materials 2009, 2, 1895-1907

Ceramiche solo osteoconduttive da sole non bastano… Quindi associazione di prodotti osteoconduttivi e osteo- induttivi/- genici materiali I concentrati piastrinici derivano dalla attivazione delle piastrine per opera della trombina. Tra questi troviamo il PDGF, il GDF-5, l’IGF-I e II, l’FGF-2 e l’EGF. Questa miscela di fattori di crescita ha la capacità di stimolare la differenziazione cellulare verso la line osteoblastica e di produrre un importante stimolo proliferativo e chemiotattico sulle cellule osteoblastiche e fibroblastiche. Alcuni di questi derivati hanno anche un elevato potenziale neoangiogenetico.

Le ceramiche Non esistono RCT Studi con pochi pazienti e follow up brevi Promettente alternative ad innesti autologhi e allogenici Evidente riduzione dei costi (calcium phosphate ceramic)

Biopsia: zone necrotiche alternate e residui di HA-TCP e zone di osso neoformato Bone graft substitutes in hip revision surgery: A comprehensive overview; Andrew Beswick, Ashley W. Blom ; Injury, Int. J. Care Injured (2011)

Bone graft substitutes in hip revision surgery: A comprehensive overview; Andrew Beswick, Ashley W. Blom ; Injury, Int. J. Care Injured (2011)

VANTAGGI del sintetico rispetto all’auto- allograft Più rapido riempimento del difetto = rapida riduzione del dolore 1 Alta disponibilità dei materiali Assenza della donor site syndrome (infezione, sanguinamento, dolore) 2 Riduzione dei costi sanitari a lungo termine Esclusione rischio infettivo (allograft) Petruskevicius J, Nielsen S, Kaalund S, Knudsen P R and Overgaard S: No effect of Osteoset, a bone graft substitute, on bone healing in humans. A prospective randomized double-blind studyActa Orthop Scand 2002; 73 (5): 575–57 CHAPMAN M W, BUCHOLZ R and CORNELL C: Treatment of Acute Fractures with a Collagen-Calcium Phosphate Graft Material. A Randomized Clinical Trial*{{dagger}} J. Bone Joint Surg. Am. 79:495-502, 1997.

SVANTAGGI sintetico vs auto-allograft Non concesso il carico precoce sull’impianto 1 Tempi di riassorbimento dell’innesto piuttosto lunghi (3-16 mesi a volte anni) 2 Costi della singola operazione McConnell JR, Freeman BJ, Debnath UK, Grevitt MP, Prince HC, Webb JK: A prospective randomized comparison of coralline hydroxyapatite with autograft in cervical interbody fusion. Spine 2003 Feb 15;28(4):317-23 L. Galois, D. Mainard, P. Cohen, F. Pfeffer, R. Traversari, J.P. Delagoutte: Comblement des pertes de substance osseuse par le phosphate tricalcique en traumatologie. Ann Chir 2000 ; 125 : 972-81

Cosa fare? Tecnica chirurgica Ulteriori studi

Rx pre-op D. G – Donna 69 anni mobilizzazione asettica cotile destro PTA destra da 15 anni e sinistra da 10 anni

PREPARAZIONE: Subito prima dell’impianto il concentrato di GF e la trombina attivata sono mischiati e insieme versati sul sostituto osseo (bcpc).

Revisione cotile – Osso sintetico + gel piastrinico Rx post-op

Rx post- op 1 anno

Rx pre-op L.G- Donna di 70 anni mobilizzazione asettica cotile - PTA sx in coxartrosi da 19 anni con lesione permanente del nervo sciatico

Post op Revisione cotile - innesto osseo allogenico + sintetico e gel piastrinico Post op

Post-op 2 anni

- Frattura periprotesica e mobilizzazione cotile P.R - Uomo di 54 anni - Frattura periprotesica e mobilizzazione cotile PTA sinistra da 17 anni in esiti di displasia Rx pre-op

Rx post- op – sostituto osseo

Rx post - op 6 mesi

Conclusioni Stabilità primaria? Buona ricostruzione del Bone Stock Materiale affidabile - Risultati dipendono strettamente dalla correttezza della procedura chirurgica