Rigenerare con la chirurgia

Lara Bettinzoli, N. 3 marzo 2005

Riparare e rigenerare le parti danneggiate del corpo umano non è più un’aspirazione utopistica e inconcepibile. Grazie infatti a una nuova branca della chirurgia, la chirurgia rigenerativa, che utilizza cellule staminali, gel piastrinico, biomateriali, tecnologie biomediche e si avvale dell’ingegneria dei tessuti, è oggi ipotizzabile anche la “ricostruzione” di un intero organo trapiantabile. Attualmente viene utilizzata anche in campo oncologico, laddove interventi demolitivi provocano gravi menomazioni, favorendo il miglioramento della qualità di vita del paziente, riducendogli le conseguenze fisiche e psicologiche che spesso accompagnano il trattamento chirurgico di patologie neoplastiche.
Vediamo allora, insieme al dottor Marco Scala, chirurgo oncologo, responsabile della Chirurgia Rigenerativa presso il Dipartimento di Terapie Chirurgiche Integrate dell’Istituto Nazionale per la Ricerca sul Cancro di Genova, cosa è la chirurgia rigenerativa, come viene effettuata e per quali patologie trova applicazione.
Dottor Scala, che cosa è la chirurgia rigenerativa?
Negli ultimi anni si è delineata una nuova branca della chirurgia, la chirurgia rigenerativa, che si colloca come trait d’union tra ricerca di base, bioingegneria tissutale e la clinica, rappresentando quindi uno degli esempi più eclatanti di ricerca traslazionale, quella, cioè, che dal laboratorio può essere trasferita rapidamente al letto del malato.
Essa permette di riparare e rigenerare tessuti mediante l’impiego di componenti e segnali naturali dell’organismo quali cellule e fattori di crescita che ne controllano la proliferazione.
Perché un istituto che studia e cura i tumori si occupa di chirurgia rigenerativa?
La risposta è molto semplice: dove c’è un danno c’è bisogno di ricostruire e in chirurgia oncologica spesso si devono effettuare interventi demolitivi che esitano in gravi menomazioni. L’obiettivo è quello di consentire la rigenerazione dei tessuti, e quindi di permettere a questi pazienti una qualità di vita accettabile, riducendo le conseguenze fisiche e psicologiche che spesso accompagnano il trattamento chirurgico di patologie neoplastiche.
Un antico sogno della medicina era quello di poter riparare parti danneggiate del corpo umano: l’ideale è cominciare proprio dai “ mattoni” cioè dalle cellule. Questo è lo scopo che si prefigge la chirurgia rigenerativa.
In che modo viene effettuata la chirurgia rigenerativa?
La chirurgia rigenerativa utilizza tre componenti fondamentali:

• cellule progenitrici pluripotenti sotto forma di: 1) cellule staminali ottenute da midollo osseo fresco e concentrato, 2) cellule staminali midollari coltivate ed espanse;
• fattori di crescita presenti nei granuli alfa delle piastrine mediatrici la guarigione e la rigenerazione tissutali sotto forma di concentrato piastrinico;
• biomateriali che rappresentano l’impalcatura che deve sostenere e guidare tridimensionalmente l’osso nel processo rigenerativo qualora sia richiesta osteogenesi. I materiali più utilizzati per veicolare le cellule staminali sono a base di calcio e fosforo (idrossiapatite) che garantiscono un’assoluta biocompatibilità e bioattività.

Inoltre un “biochirurgo”, come a me piace essere definito, deve saper utilizzare tecniche chirurgiche il meno possibili traumatiche sui tessuti, quali per esempio la chirurgia piezoelettrica, che permette di tagliare l’osso senza danneggiare i tessuti molli circostanti e la criochirurgia che con le basse temperature distrugge le cellule tumorali e induce, da parte dell’organismo,un processo riparativo.
Quali sono le indicazioni alla chirurgia rigenerativa?
Con la chirurgia rigenerativa è possibile accelerare i processi di guarigione, ridurre i deficit funzionali post-chirurgici, la sostituzione di segmenti ossei, la rigenerazione guidata dei tessuti molli, il trattamento di ulcere trofiche, la riduzione del dolore post-operatorio.
Quali sono i protocolli di trattamento di chirurgia rigenerativa attivati presso l’IST?
Numerosi sono i protocolli di trattamento già attivi o in fase di attivazione. Tra questi l’impiego del Gel Piastrinico Autologo per la riduzione dei deficit neurologici nei pazienti operati per neoplasia parotidea, l’impiego di Gel Piastrinico e Biomateriali per la riparazione di deficit ossei, l’impianto di ceramica porosa caricata con cellule staminali coltivate per la ricostruzione di tratti di mandibola, la terapia antitumorale con gel di fibrina veicolante chemioterapici, il trattamento delle ferite “difficili” con l’applicazione topica di Gel Piastrinico.
Le cellule staminali sono presenti, oltre che nell’embrione, anche nei soggetti adulti?
Si, è proprio cosi. Nel nostro organismo le cellule, pur originando da una prima cellula, sono tante e diverse. Il complesso processo che porta alla comparsa di cellule dotate di forma e funzione si chiama “differenziazione”. È in virtù della differenziazione che, da una cellula capace di trasformarsi in mille modi diversi, derivano miliardi di cellule, capaci di svolgere una specifica funzione. In realtà però cellule dotate di forte potere rigenerativo permangono, sia pure in modesta quantità, nell’adulto. Esse si possono trovare, oltre che nel midollo osseo, nel tessuto adiposo, in quello muscolo-scheletrico, nella cute e nel periostio. Queste cellule staminali, che pur essendo adulte sono rimaste indifferenziate, sono in grado di differenziarsi appunto in cellule specializzate di vari tessuti. È necessario però coltivarle ed espanderle in coltura prima di essere reinserite nell’organismo.
In futuro sarà possibile arrivare a “fabbricare” un intero organo trapiantabile, magari per un malato oncologico?
Ci vorrà ancora molto tempo. Al momento i ricercatori stanno approntando dei “bioreattori” in cui sono assemblate parti meccaniche e cellule viventi: essi possono sostituire temporaneamente organi complessi come fegato e reni in pazienti che versano in gravi condizioni.
Quali sono oggi le principali difficoltà?
Il fatto che i gruppi che si occupano di rigenerazione tissutale tendano ognuno a lavorare per proprio conto, senza alcun coordinamento, gelosi dei propri risultati. È invece con le collaborazioni e la multidisciplinarietà che si raggiungono i grandi obiettivi. La chirurgia rigenerativa della quale sono responsabile, per esempio, non potrebbe avere nessuna applicazione se non ci fosse una stretta collaborazione con il Centro Trasfusionale e il Laboratorio di differenziamento cellulare del Centro di Biotecnologie Avanzate, diretto dal professor Ranieri Cancedda.
Lei è il presidente della Associazione Europea per la Rigenerazione dei Tessuti. Ci vuol dire di che cosa si occupa la sua Associazione?
Le principali finalità dell’AERT sono quelle di promuovere la ricerca di base e clinica nel campo della chirurgia rigenerativa, promuovere e curare eventi culturali, convention, seminari, creare e promuovere corsi per studenti italiani e stranieri che vogliano specializzarsi in ricerche relative alla bioingegneria e alla rigenerazione dei tessuti, promuovere la raccolta di fondi per realizzare e gestire opere assistenziali in favore di soggetti affetti da patologie tali da richiedere trattamenti di chirurgia o medicina rigenerativa, che si trovino in stato di bisogno per motivi sociali, fisici o economici. È nata da pochi mesi, ma ha già riscosso molti consensi, soprattutto da parte di chi, nel tempo, ha mostrato sensibilità e attenzione ai temi della ricerca e della prevenzione, nello spirito della competenza e del volontariato, quale la Lega Italiana per la Lotta contro i Tumori, che gentilmente ha accolto la nostra richiesta di patrocinio.

Che cosa è la criochirurgia?
La criochirurgia (krio=freddo) è una tecnica di chirurgia che si basa sull’applicazione di basse temperature su una zona da trattare. Consiste nel necrotizzare il tessuto cellulare mediante l’applicazione locale del freddo, mantenendo la struttura fibrosa intatta. In pratica sfrutta l’effetto del congelamento rapido che comporta la formazione di cristalli di ghiaccio all’interno delle cellule bersaglio. Questa tecnica si è dimostrata efficace per interventi su neoplasie maligne del rene, della prostata e del fegato. La crioterapia provoca una modificazione biologica della cellula causandone la morte; infatti, applicando il terminale della sonda criogenica sulla parte alterata, si formano cristalli di ghiaccio internamente ed esternamente alla cellula malata, che ne disgregano la struttura; inoltre si blocca l’afflusso di sangue che nutre la cellula.
Con la crioterapia si possono trattare varie patologie: verruche e condilomi acuminati, verruche seborroiche, cicatrici ipertrofiche, cheloidi, angiomi, nevi connettivali, macchie, fibromi penduli, papillomi, dermatofibromi, cheratosi, erosioni della cervice uterina, polipi, cisti mucose, alcune lesioni del cavo orale, formazioni della cornea, biopsie.

La fabbrica dell’osso
«Attraverso l’impiego di biomateriali e particolari cellule staminali, le cellule stromali midollari dell’adulto – spiega il dottor Scala – è possibile effettuare interventi chirurgici rivoluzionari di rigenerazione ossea. Lo studio dei biomateriali è iniziato all’inizio del secolo ma soltanto negli ultimi anni, con l’affermarsi delle tecniche di bioingegneria tissutale, ha subito un incremento veramente significativo. I più noti, tra i biomateriali, sono i metallici e i polimerici, questi ultimi con funzione sostitutiva di organi; quelli però che si dimostrano più adattabili al sistema biologico sono quelli ceramici, di recente generazione, quali l’idrossiapatite, che hanno una struttura simile a quella dell’osso naturale.
L’idrossiapatite, infatti, principale componente inorganico dei tessuti calcificati nel corpo umano, è formata da calcio e fosforo. Essa può essere prodotta in forma sintetica controllandone la porosità e la solubilità. La forma usata per la clinica deve essere molto porosa e biodegradabile ed essere dotata di una determinata geometria di superficie tale da renderla osteoinduttiva, in grado cioè di convertire cellule staminali totipotenti in quelle cellule capaci di produrre sostanza ossea, chiamate osteoblasti. Un biomateriale ceramico può essere prodotto per la realizzazione di segmenti uguali allo scheletro osseo, sui quali inserire e coltivare cellule prelevate dallo stesso paziente. Per prima cosa viene effettuato un prelievo di midollo osseo dalla cresta iliaca posteriore, da cui si estraggono alcune migliaia di cellule staminali stromali, cioè progenitrici dei tessuti connettivi. Queste cellule vengono coltivate in vitro fino a farle diventare milioni e si caricano poi sul supporto di idrossiapatite porosa, già precedentemente modellato, sulla base della Tac tridimensionale, nella forma del tratto di osso da sostituire. L’osso “finto” stimola il potenziale delle cellule in esso contenute e in breve tempo viene completamente colonizzato da queste ultime che riprendono così il loro ciclo vitale. A distanza di qualche mese il manufatto inserito chirurgicamente si trasforma lentamente in osso, legandosi al tessuto circostante. In pratica è così sostituito un pezzo d’osso mancante o per esiti di traumi o per asportazione di parti di osso malato, con un uguale segmento di osso che riproduce fedelmente la forma di quello da sostituire.
A tal proposito è stato recentemente approvato, dal comitato etico dell’Istituto Tumori di Genova, un protocollo di trattamento di rigenerazione guidata dei tessuti ossei con ceramici porosi attivati con cellule staminali prelevate dal paziente e coltivate “ex vivo” per applicazioni in chirurgia ricostruttiva del distretto maxillo-facciale».

Il dottor Marco Scala
Dottor Marco Scala, chirurgo oncologo, responsabile della Chirurgia Rigenerativa presso il Dipartimento di Terapie Chirurgiche Integrate dell’Istituto Nazionale per la Ricerca sul Cancro di Genova, diretto dal professor Ferdinando Cafiero. Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1980 presso l’Università degli Studi di Genova.

• 1984 Specializzazione in Oncologia presso l’Università degli Studi di Genova.
• 1990 Specializzazione in Otorinolaringoiatria presso l’università degli Studi di Sassari.
• 1996 Specializzazione in Chirurgia Maxillo-Facciale presso l’Università degli Studi di Verona.
• 2000 Corso di perfezionamento in Chirurgia del distretto cercico cefalico presso il Memorial Sloane Kettering Cancer Centre - N.Y. U.S.A. (Dr. Y. Shah).
• 2000 Corso di perfezionamento sull’uso del gel piastrinico nella rigenerazione del tessuto osseo presso lo studio del Professor Alan Meltzer -New Jersey - U.S.A.
• Dal 1982 Medico Chirurgo presso la Divisione di Oncologia Chirurgica dell’Istituto Nazionale per la Ricerca sul Cancro di Genova.
• Da gennaio 2003 responsabile della Chirurgia Rigenerativa presso l’IST di Genova.

Indirizzi e-mail: marco.scala@istge.it
marco.scala@aert.it - info@aert.it

Che cosa è la chirurgia ossea piezoelettrica
La chirurgia ossea piezoelettrica, chiamata piezochirurgia, è un’innovativa tecnica di chirurgia dell’osso (osteotomia e osteoplastica) che permette di incidere e ricostruire l’osso attraverso la microvibrazione di scalpelli a frequenza ultrasonica.
La piezochirurgia è stata ideata dal dottor Tommaso Vercellotti, un odontostomatologo genovese, per superare i limiti di sicurezza e precisione delle tecniche tradizionali.
I chirurghi dell’IST hanno pensato di utilizzarla per la prima volta anche in chirurgia oncologica, in una zona delicatissima come quella testa-collo. La nuova applicazione è merito del dottor Marco Scala, responsabile della Chirurgia Ricostruttiva del Dipartimento di Terapie Chirurgiche Integrate diretto dal professor Ferdinando Cafiero.

Che cosa è la chirurgia rigenerativa?
La chirurgia e la medicina rigenerativa, spiega il dottor Scala, sono nuove aree di ricerca che si prefiggono di studiare come riparare e rigenerare organi e tessuti utilizzando i componenti e i patways intercellulari propri dell’organismo (cellule stromali, fattori di crescita ecc.). Negli ultimi anni la rigenerazione del tessuto osseo ha trovato applicazioni interessanti in molti campi, dall’ortopedia alla chirurgia maxillo-facciale. Lo scenario biotecnologico offre al chirurgo la possibilità di riparare i tessuti utilizzando essenzialmente 3 elementi: cellule stromali ottenute dal midollo osseo, fattori di crescita e biomateriali. Questa ricerca è solo agli inizi ma mostra già risultati molto incoraggianti.

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