Direttore Prof. A.Giunti Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna DISMISSIONE ANTIBIOTICA IN VITRO CON INNESTI OSSEI OMOPLASTICI DI BANCA MORCELLIZZATI SGRASSATI E CEMENTATI G.Gualdrini, A. Bassi VII Divisione Direttore Prof. A.Giunti Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna

Relazione presentata al Convegno su “Infezioni protesiche: approccio multidisciplinare ad una patologia invalidante”. Torino, 22 Novembre 2001. Atti del Convegno, pag.60-61.

1947 De Grood M. 1980 McCollum D.E. 1982 Roffmann M. 1984 Sloof T. 1985 Ling R. 1987 Oakeshott R. 1991 Oliver H. 1993 Gie GA. 1994 Schreurs B.W.

Gli innesti ossei morcellizzati sono descritto già dal 1948 da De Grood che utilizzava osso morcellizzato mescolato a penicillina per la cura delle osteomieliti nelle ferite da guerra. Negli anni successivi altri Autori hanno descritto la loro esperienza con innesti morcellizzati prevalentemente per il trattamento delle perdite di sostanza ossea nelle revisioni protesiche.

1996 Hovelius e Ullmark “Impacted morselized allograft and cement for revision total knee arthroplasty” Acta Orthop. Scand. 1996 l’osso spongioso per la sua architettura può essere più facilmente penetrato dai vasi che apportano osteoblasti e depositano osteoide direttamente sulle trabecole senza che queste vengano riassorbite (GOLDBERG E STEVENSON 1987).

Nel 1996 Hovelius e Ullmark descrivono in modo standardizzato la produzione di innesti morcellizzati omoplastici utilizzati nella revisione di protesi mobilizzate di ginocchio.

OSSO SPONGIOSO METAFISARIO RIMOZIONE TESSUTI FIBROSI E CARTILAGINE

Viene utilizzato osso spongioso omoplastico o, quando possibile, autoplastico. Si asportano accuratamente i tessuti fibrosi e le corticali.

MORCELLIZZAZIONE CHIPS DI 3 mm

La morcellizzazione viene eseguita con un apposito strumentario denominato Howex. In circa 20 secondi si macina una testa di femore. Si ottengono “cips” ossee di 3 mm di dimensione. La preparazione dell’innesto può essere fatta in sala operatoria, durante l’intervento. In tale modo sono stati preparati gli innesti nell’Istituto Rizzoli negli anni 1997 e 1998. Aggiungere video su howex

Thorèn K., “Lipid-extracted bone graft”, 1994 LAVAGGI MULTIPLI IN SOLUZIONE FISIOLOGICA CALDA 2.5 MRad Thorèn K., “Lipid-extracted bone graft”, 1994

Il prodotto viene raccolto in una garza e lavato in soluzione fisiologica calda a circa 40°. Thorèn, nella sua tesi di Laurea, ha dimostrato che con il lavaggio si elimina gran parte del grasso midollare. Ha dimostrato inoltre che lo “sgrassamento” accellera l’osteointegrazione dell’innesto e riduce la flogosi da istio-incompatibilità degli innesti omoplastici. Normalmente il lavaggio è ripetuto tre volte, quindi l’osso morcellizzato viene asciugato il più possibile all’interno di un telino sterile robusto tramite spremitura manuale. A questo punto l’innesto è pronto per essere utilizzato.

Cavità con pareti continue e cruentate Adeguata compattazione

E’ fondamentale che l’innesto morcellizzato riempa lesioni cavitarie, dalle quali venga contenuto completamente. Se questa condizione non viene rispettata, l’innesto può riassorbirsi e non portare ad alcun recupero della perdita di sostanza ossea. Nell’immagine a fianco si vede l’area acetabolare, in revisione di protesi d’anca, colmata di osso morcellizzato. Anteriormente vi è un anello di rinforzo sul quale verra’ fissato il nuovo cotile. La superficie del morcellizzato è stata modellata con una fresa da cotile girata al contrario e quindi manualmente compressa con un cotile da prova.

ISTOLOGIA: 4 settimane 1 MESE: OSTEOCITI NELLE LACUNE DELL’INNESTO, NEOAPPOSIZIONE OSSEA (in rosa + chiaro) ATTORNO TESSUTO FIBROSO CON NEOANGIOGENESI 3-4 MESI: TESS. FIBROSO ED OSTEOIDE INTORNO ALLE TRABCOLE DI TESSUTO NECROTICO 6-12 MESI: NEOFORMAZIONE OSSEA (FLUORESCENZA) 48 MESI: TESSUTO OSSEO VITALE (FOCOLAI DI EMOPOIESI) 1 MESE: OSTEOCITI NELLE LACUNE DELL’INNESTO

Immagine di preparato istologico, per gentile concessione del dott. G. Ullmark, Dipartimento di Ortopedia, Ospedale Laussjukhuset Gavle-Sandvichen, Gavle, Svezia. A 4 settimane dall’innesto di osso morcellizzato, le “cips” di colore rosso scuro appaiono circondate da tessuto osseo neoformato, di colore rosso più tenue. Nello spessore dell’osso neoformato vi sono lacune con osteociti. Le trabecole ossee sono circondate da abbondante tessuto fibroso ben vascolarizzato. L’immagine istologica conferma che gli innesti ossei morcellizzati servono da substrato inducente per la neo-osteogenesi.

ISTOLOGIA: 6 mesi Assenza osteociti nell’innesto (+ scuro); più chiaro osseo neoformato con osteociti e lacune vascolari

Immagine di preparato istologico, per gentile concessione del dott. G Immagine di preparato istologico, per gentile concessione del dott. G.Ullmark, Dipartimento di Ortopedia, Ospedale Laussjukhuset Gavle-Sandvichen, Gavle, Svezia. A sei mesi le “cips” innestate sono ancora distinguibili per la colorazione verde scuro e per le lacune osteocitiche vuote. Appaiono abbondantemente circondate da nuovo tessuto osseo neoformato verde chiaro, attraversato da vasi e con lacune osteocitiche abitate. Attorno alle travate ossee vi è un vallo fibroso e stroma abbondantemente vascolarizzato.

ISTOLOGIA: 4 anni

Immagine di preparato istologico, per gentile concessione del dott. G Immagine di preparato istologico, per gentile concessione del dott. G.Ullmark, Dipartimento di Ortopedia, Ospedale Laussjukhuset Gavle-Sandvichen, Gavle, Svezia. In questa immagine si vede una sezione diafisaria periprotesica di femore di un paziente deceduto per cause naturali, operato 4 anni prima di revisione di protesi d’anca.Il tessuto osseo è omogeneo alla periferia, mentre nella parte interna è ricco di lacune emopoietiche.

ISTOLOGIA: 4 anni Lacune con tessuto emopoietico, non si distingue tessuto neoformato ed innestato

Immagine di preparato istologico, per gentile concessione del dott. G.Ullmark, Dipartimento di Ortopedia, Ospedale Laussjukhuset Gavle-Sandvichen, Gavle, Svezia. Ad un maggiore ingrandimento le trabecole ossee appaiono formate da tessuto omogeneo, nel quale non si individuano più le “cips” innestate. Attorno vi è un abbondate stroma emopoietico. A 4 anni gli innesti sono già stati coinvolti nel biologico rimaneggiamento osseo e non ce n’è più traccia. Rimane un tessuto osseo abbondantemente vascolarizzato, completamente neoformato, che colma un volume prima vuoto.

LA BANCA DELL’OSSO I.O.R. PRODUCE DAL 1998 “OSSO OMOLOGO MORCELLIZZATO SGRASSATO”

Da 1998 la Banca dell’Osso dell’Istituto Rizzoli di Bologna produce innesti di osso omologo morcellizzato sgrassato denominato sinteticamente “MOS”.

IRRADIAZIONE: raggi gamma (2.5 KGy) CONGELAMENTO: - 80°C CONFEZIONAMENTO: in tripla busta sottovuoto IRRADIAZIONE: raggi gamma (2.5 KGy) CONGELAMENTO: - 80°C

L’osso, lavorato come già esposto, viene chiuso in quantità di 20 grammi (circa mezza testa femorale media) in una triplice confezione sotto vuoto e conservato a -80°. Se la lavorazione non è avvenuta in asepsi, la confezione viene sterilizzata con raggi gamma ad un dosaggio che non altera le caratteristiche fisiche e meccaniche dell’osso..

CASISTICA 1998-2001 131 Pazienti 46 reimpianti di protesi d’anca 35% 28 artrodesi vertebrali 21% 23 borraggi 17.5% 17 osteosintesi 13% 11 protesi anca primarie 8% 6 reimpianti protesi di ginocchio 4.5% 6 cisti aneurismatiche, 5 TCG

Il primo impiego del “MOS” è stato per la revisione delle protesi d’anca mobilizzate con una importante perdita di sostanza ossea. Nella casistica I.O.R. esse rappresentano il 35% alla fine del 2001. Successivamente però, con la constatazione della affidabilità del “MOS”, le indicazioni aumentavano e venivano quindi trattate altre patologie. Nelle superfici di artrodesi vertebrale, come arricchimento osseo. Nel borraggio di cavità osteolitiche come cisti ossee, cisti aneurismatiche, TCG. Nelle osteosintesi di pseudoartrosi dei grandi segmenti, per arricchimento locale osseo e riempimento di “spazi morti” fra il segmento osseo, i mezzi di sintesi e stecche corticali omoplastiche. Il “MOS” è stato utilizzato anche per protesi primarie in coxartrosi secondarie post-trauma, dove il cotile è gravemente deformato.

C.S. 54 anni 1° reimpianto nel 1995 2° reimpianto con innesto massivo nel 1999

Primo caso clinico. Revisione di cotile mobilizzato con utilizzo di innesto osseo omologo massivo.

A 6 mesi dalla seconda revisione Vite rotta

A 8 mesi dalla seconda revisione

Primo caso clinico. A meno di un anno si verifica il riassorbimento dell’innesto e la mobilizzazione del cotile recidiva.

3° revisione Testa metallo+cotile polietilene Post-operatorio

Primo caso clinico. Controllo postoperatorio del terzo reimpianto del cotile. Il cotile è mantenuto in sede da un anello di rinforzo con alette avvitate iliache e gancio otturatorio. Il volume di osteolisi è colmato con innesti morcellizzati compressi, una retina di titanio impedisce la dispersione di morcellizzato attraverso una soluzione di continuo della lesione cotiloidea.

6 mesi

Primo caso clinico. Controllo a 6 mesi. La massa dell’innesto morcellizzato è ben visibile. I mezzi di sostegno del cotile in sede. Il paziente carica completamente.

12 mesi

Primo caso clinico. A 12 mesi dall’intervento il volume osseo innestato morcellizzato è radiologicamente più denso ed omogeneo. Invariato l’assetto delle componenti protesiche.

P.G.,75 aa.

Secondo caso clinico. Entrambe le protesi sono mobilizzate, la sinistra presenta una sintomatologia dolorosa più importante.

Controllo post-operatorio

Secondo caso clinico. Il reimpianto viene eseguito con un cotile da revisione con anello di rinforzo con presa iliaca e con gancio otturatorio. La cavità cotiloidea risulta aperta medialmente, per cui viene applicata una retina di titanio per impedire la dispersione del morcellizzato. La perdita di sostanza ossea viene colmata da osso omoplastico di Banca morcellizzato e sgrassato.

Controllo a 3 mesi

Secondo caso clinico. A tre mesi decorso regolare, con carico concesso parzialmente. Buona radio-opacità dell’innesto osseo morcellizzato, che si presenta compatto e senza zone di rarefazione

Controllo a 6 mesi

A sei mesi decorso regolare, carico pieno da 3 mesi. Buona tenuta del tessuto morcellizzato.

TCG tibia prossimale sinistra. B.E., 14 anni

Terzo caso clinico. In questa giovane persona gli innesti morcellizzati sono stati impiegati per riempire la cavità rimasta dallo svuotamento di un tumore a cellule giganti.

Post-operatorio

Controllo a 12 mesi

Terzo caso clinico. Controllo radiografico ad un anno. Buona la radio-opacità dell’innesto osseo, che si presenta omogenea e con un ridotto vallo di radiotrasparenza periferica, visibile solo nella proiezione laterale, anteriormente.

Cisti ossea omero prossimale destro. 17 aa. F.U. 1 mese

Quarto caso clinico. Paziente di 17 ann con cisti ossea. A destra controllo radiografico ad un mese dall’intervento di svuotamento e borraggio della cavità ossea con innesti morcellizzati impattati. Da notare il bordo di radiotrasparenza che circonda il volume dell’ innesto.

F.U. 3 mesi F.U. 6 mesi

Quarto caso clinico. Controllo radiografico a 3 e 6 mesi. Il bordo radiotrasparente è scomparso per una integrazione completa dell’innesto morcellizzato. La densità radiografica appare intensa e omogenea.

Frattura piatto tibiale sin.

Quinto caso clinico. Frattura del piatto tibiale esterno.In queste fratture lo schiacciamento dell’osso spongioso tibiale equivale ad una perdita di sostanza ossea.

A 3 mesi

Pseudoartrosi di cotile dx, coxartrosi secondaria dx.

Sesto caso clinico. Situazione particolarmente complessa: giovane paziente con pseudoartrosi di cotile ed artrosi secondaria della coxa destra. Trattamento chirurgico: artroprotesi press-fit con cotile avvitato e abbondante impiego di morcellizzato per dare una stabilità secondaria all’impianto cotiloideo.

Post-operatorio

A 45 giorni

Sesto caso clinico. A 45 giorni la clinica era nella norma. Era concesso un carico sfiorante. L’aspetto radiologico faceva apprezzare una omogeneità del morcellizzato, senza evidenti soluzioni di continuo con l’osso pelvico.

COMPLICAZIONI 1 recidiva di infezione in revisione di protesi di ginocchio infetta 1 mobilizzazione di cotile per riassorbimento dell’innesto 2 infezioni in revisione di protesi d’anca

La revisione era stata fatta su una protesi di ginocchio già infetta. L’osso morcellizzato era stato impiegato nella metafisi tibiale dove c’era una importante perdita ossea. Nei primi impieghi del morcellizzato, non si associava antibiotico Il morcellizzato si è riassorbito perché la cavità cotiliodea non aveva un fondo continente. Per questo motivo non è stato possibile compattare correttamente il morcellizzato che in parte si è disperso nella pelvi. In un caso si verificò una lussazione postoperatoria con ematoma e infezione successiva che non interessò l’impianto. Nel secondo caso, l’infezione interessava completamente l’impianto e l’osso innestato. Dopo un intervento di pulizia profonda edelle parti molli, si ebbe una completa guarigione

CONSIDERAZIONI

A questo punto i risultati ottenuto con gli innesti di Banca morcellizzati e sgrassati vennero giudicati molto soddisfacenti. Al punto che si pensò in quale modo potessero essere utilizzati anche per le osteomieliti e le pseudoartrosi infette. Witso et al. avevano già studiato le caratteristiche di “carrier”di antibiotico dell’osso morcellizzato in vitro. Si pensò allora a mescolare polvere secca di antibiotico ad osso morcellizzato ed a cemento acrilico. L’idea del cemento acrilico venne per dare una consistenza all’osso morcellizzato.

DISMISSIONE ANTIBIOTICA IN VITRO DA OSSO MORCELLIZZATO CEMENTATO

“Adsorption and release of antibiotics from morselized cancellous bone “Adsorption and release of antibiotics from morselized cancellous bone. In vitro studies of 8 antibiotics.” Witso E., Persen L., Loseth K., Bergh K. Acta Orthop. Scand. 1999 Jun; 70 (3): 298-304

OBIETTIVO DELLA RICERCA

Possibilità di impiego nelle patologie settiche con importante perdita ossea

I cilindri di osso morcellizzato, cemento (PMMA) e antibiotico sono stati fatti con uno stampo apposito di 1 cm di diametro e 1 cm di altezza. La quantità di antibiotico, di cemento in polvere secca e di osso morcellizzato asciutto veniva misurata su apposita bilancia elettronica. Come antibiotico è stata scelta la vancomicina, perché attualmente la gran parte dei germi patogeni è sensibile a questo macrolide. La parte di reagente liquido è stata dosata in funzione della sua quantità minima capace di reagire con il cemento in polvere.

CAMPIONI 10 cilindri: cemento + vancomicina + osso 6 cilindri: cemento + vancomicina

Sono stati prodotti 16 cilindri in tutto: 10 cilindri con PMMA, vancomicina e osso morcellizzato. 6 cilindri con solo PMMA e antibiotico, per poter avere un confronto con i precedenti.

LIQUIDI D’IMMERSIONE • Plasma umano • Soluzione fisiologica TEMPERATURA: 37°C

Entrambi i gruppi sono stati immersi per una metà in soluzione fisiologica e per l’altra in pool di plasma umano, a 37°. I gruppi così formati risultavano quattro: Gruppo 1: PMMA - Vancomicina - MOS in plasma Gruppo 2: PMMA - Vancomicina - MOS in fisiologica Gruppo 3: PMMA - Vancomicina in plasma Gruppo 4: PMMA - Vancomicina in fisiologica

DOSSAGIO DI ANTIBIOTICO SETTIMANA GIORNO I 1° 7° II 14° III 21° IV 28°

Il dosaggio dell’antibiotico è stato fatto a tempo zero e quindi ogni giorno, cambiando il liquido di immersione per una settimana. Successivamante il dosaggio si è ripetuto settimanalmente, in 14a, 21a e 28a giornata.

GRUPPO I (BONE-PLA) 5 cilindri con osso, cemento, vancomicina immersi in plasma GRUPPO II (BONE-SAL) 5 cilindri con osso, cemento, vancomicina immersi in soluzione fisiologica

GRUPPO III (CEM-PLA) 3 cilindri con cemento, vancomicina immersi in plasma GRUPPO IV (CEM-SAL) 3 cilindri con cemento, vancomicina immersi in soluzione fisiologica

RISULTATI

RILASCIO TOTALE DI ANTIBIOTICO bone pla vs cem pla

Il rilascio di antibiotico totale nei 28 giorni. Nei 28 giorni di immersione, il rilascio maggiore di antibiotico è avvenuto dai cilindri di PMMA-Vanco.-MOS immersi nel plasma umano. La quantità minore di antibiotico rilasciato è avvenuta dai cilindri di PMMA-Vanco immersi nel plasma.

RILASCIO DI ANTIBIOTICO prima settimana

Il rilascio di antibiotico nella prima settimana. Il maggiore rilascio di antibiotico è avvenuto nelle prime due giornate di immersione. I cilindri PMMA-Vanco-MOS e PMMA-Vanco in soluzione fisiologica hanno dato di più rispetto agli altri gruppi. Nei giorni successivi il rilascio di antibiotico si è uniformato fra i quattro gruppi, senza differenze statisticamente significative.

RILASCIO DI ANTIBIOTICO quattro settimane

Rilascio di antibiotico nelle ultime tre settimane. Dalla fine della prima settimana alla quarta, la quantità di antibiotico rilasciata si è progressivamente ridotta per i quattro gruppi. I cilindri PMMA-Vanco-MOS in plasma hanno rilasciato la quantità più alta di antibiotico e in 28a giornata la sua concentrazione “in vitro” superava la MIC su germi sensibili da 20 a 200 volte.

CONCLUSIONI

L’analisi statistica dimostra che l’osso morcellizzato addizionato a cemento acrilico è un valido sistema di dismissione antibiotica

L’osso omoplastico di Banca, morcellizzato e sgrassato secondo l’esperienza di Hovelius e Ullmark, si è rivelato una affidabile risorsa nel trattamento chirurgico delle lesioni ortopediche con perdita importante di tessuto osseo. Mescolato a polvere di antibiotico e cemento metacrilato, nelle sperimentazioni “in vitro”, si è rivelato un sistema composito ottimo come carrier di antibiotico. Al momento attuale non si può affermare nulla, ma è evidente la potenziale utilità di tale composito nel trattamento delle patologie settiche con perdita di sostanza ossea. Giovanni Gualdrini