INTRODUCERE: STADIUL ACTUAL ȘI DIRECȚIILE DE [610903]

CAPITOLUL 6
INTRODUCERE: STADIUL ACTUAL ȘI DIRECȚIILE DE
CERCETARE

43
Orbita este o structură piramidală formată din planșeu, plafon, perete lateral și media l.
Fracturile de planșeu orbitar reprezintă aproximativ 22 -47% din leziune orbitei și un porcent
semnificativ din fracturile masivului facial. Fracturile orbitei se pot complica cu hemoragie
subconjunctivală, echimoză, lezarea musculaturii extraoculare, deficit senzitiv, enoftalmie,
hipoglobus (Kwonet al., 2016).
Rebordul orbitar, planșeul orbitei și peretele medial protejează globul ocular de
șocuri, cu toate acestea riscul de leziuni la acest nivel este 22 -76%. Lang a fost primul care a
descris în 1889 enoftalmosul după fractura peretelui orbitar și leziunile de țesut moale
intraorbitar. Modificările de poziție a globului ocular pot fi cauzate de o dizlocare inferioară a
planșeului orbitar sau o expansiune transversală a orbitei, dar și modificarea țesuturilor moi
din orbită (Ye et al., 2016) .
Reconstrucția orbitei reprezintă una dintre cele mai complexe arii ale chirurgiei
reconstructive și presupune colaborarea specialităților de chirurgie plastică, oftalmologie și
neurochirurgie . Defectele osoase ale orbitei pot fi rezultatul unui traumatism, a rezecției
tumorale sau a malformațiilor congenitale.
Scopul reconstrucției este de a corecta poziția anatomică a globului ocular, de a
restabili volumul orbitei, de a reda funcția oculară și a restabili integritatea tisulară. Cele mai
frecvente fracturi sunt la nivelul planșeului și peretelui medial al orbitei, însă cel din urmă
este cel mai vulnerabil și mai dificil de reparat (Ye et al., 2016) .
Una dintre principalele complicații ce pot apărea după intervenția de reconstrucț ie a
orbitei este reprezentată de tulburări ale consolidării osoase ce pot influența poziția globului ocular și modifica acuitatea vizuală (Rodriguez et al., 2018) .
Capacitatea remarcabilă a scheletului uman de a produce regenerare osoasă fără
fibroză semn ificativă a fost apreciată datorită relației dintre structura și fun cția acestuia.
Adițional rolurilor de suport, protecție, intervenție în mișcare, scheletul reprezintă și o nișă
suport pentru hematopoeză și reglator al homeostazei endocrine. Cu toate acestea l eziunile
osoase ce depășesc o anumită mărime critică nu se pot repara prin vindecare spontană ducând
la pseudartroză și țesut cicatricial.
Vindecarea osoasă poate fi afectată de multiple cauze precum: infecție, hematom,
malpoziția fragmentelor, imobi lizare inadecvată, resorbția grefelor osoase, protruzia
materialului de osteosinteză, defecte tisulare mari.
Defectele osoase orbitare de peste 2 mm prezintă indicație de stabilizare cu materiale
de osteosinteză și reconstrucție cu grefon osos autolog sau substituenți osoși .
La nivel mondial sunt efectuate peste 2 milioane de grefe osoase, punând această
procedură pe locul doi ca transplant de țesuturi după transfuzia sanguină. Reprezintă una
dintre cele mai vechi tehnici chirurgicale ortopedice, fiind descrisă încă din secolul XVII de
chirurgul Job Van Meekeren. Acesta a transplantat un segment din craniul unui câine la
craniul unui soldat, însă grefa a trebuit înd epărtată la ordinele Bisericii.
Prima grefă osoasă ce a avut succes a fost raportată de Van Meeren în secolul XIX ,
iar în 1879 Sir William MacEwen a descris prima grefă autoloagă.
Prima reconstrucție cu substituent osos a fost descrisă de Dreesman care în 1892 a
folosit sulfatul de calciu (Grado et al., 2018) .
Integrarea grefei osoase este procesul de intercalare a țesutului osului donor cu osul
nou format de gazdă. Inițial se produce un răspuns inflamator ca reacție la grefă cu efect de
chemotaxie asupra celulelor stem mezenchimale (Schlickewei și Schlickewei , 2007) . Acestea

CAPITOLUL 6
INTRODUCERE: STADIUL ACTUAL ȘI DIRECȚIILE DE
CERCETARE

44
se diferențiază în condroblaști și osteoblaști sub influența factorilor de creștere. Concomitent
cu revascularizarea grefei are loc resorbția grefei necrotice. Osteoblaștii produc os nou în
structura grefei ce este apoi remodelat sub efectul stresului mecanic (Campana et al. , 2014) .
Grefa osoasă autoloagă reprezintă tratamentul „gold standard” pentru defectele osoase
datorită caracteristicilor i deale, lipsei imunogenicității ș i a transmisiei de boli virale.
Dezavantajele sunt reprezentate de comorbiditățile asociate unui al d oilea situs operator,
durerii cro nice ce apare în 2,5 – 8% din cazuri, dizesteziei în 6% din cazuri sau infecției în 2%
din cazuri (Grado et al., 2018) .
Alternativele la grefa osoasă autoloagă sunt reprezentate de grefa alogenă, grefa
xenogenă și substituenții osoși.
Caracteristicile pe care ar trebuisă le îndeplinească compozit pentru a putea fi
considerat m aterialul ideal sunt:
• să fie suficient de puternic pentru a susține conținutul orbitei,
• să-și mențină forma în timp ,
• să se fixeze la structurile adiacente,
• să aibă o biocompatibil itate înaltă,
• să fie inert din punct de vedere chimic
• nonalergenic ,
• bioresorbabil pentru a evita infecția sau extruzia materialului,
• osteoconductiv, asemănător din pun ct de vedere structural cu osul uman
• poros,
• sterilizabil,
• ușor de manevrat,
• să fie radiolucent pentru a putea fi apreciat ușor radiografic,
• nu în ultimul rând materialul ideal ar trebui să fie în cantități suficiente
• să aibă un cost acceptabil (Campana et al., 2014, Ye et al., 2016 ).

Deși reprezintă o resursă de os apreciabilă grefele alogene aduc cu ele riscul de
transmisie virală și un preț ridicat. Doar două cazuri de transmisie a HIV prin grefa alogenă
au fost descris e din 1989 prezentând un risc de transmisie de 1 la 1,6 milioane cazur i. Și
hepatitele B și C au fost transmise în unul -două cazuri. Cu toate acestea nu poate fi exclusă
transmisia altor vectori virali.
Matr icea osoasă demineralizată este o grefă alogenă înalt prelucrată ce menține
practic colagenul de tip I și o parte din f actorii de creștere (sialoproteina, osteopontina, BMP,
IGF1) din structură după îndepărtarea componentei minerale. Astfel menține și o parte din
capacitatea de osteoinducție, pe lângă osteoconductivitate.
Polimerii de hidrogel permit livrarea de celule și factori de creștere datorită
citocompatibilității, stimulării unui răspuns celular adecvat, porozității și degradării
controlate. Biopolimerii sunt asemănători cu mat ricea osoasă naturală ca structură,
compoziție chimică și pr oprietăți biochimice și prezintă proprietăți imunogenice scăzu te.
Aceștia includ colagenul, g elatina, chitosanul, mătasea, alginatul și acidul hialuronic.
Colagenul este cea mai abundentă proteină a matricei extracelulare și reprezintă o
opțiune validă ca suport pentru regenerarea tisulară. Astfel hidrogelurile de colagen sunt
biocompatibile și biodegradabile, cu porozitate mare și se pot asocia cu alte materiale. Prin
intermediul interacțiunilor cu receptorul integrinei alfa și beta are efect de diferen țiere a
celulelor progenitoare osoase stimulând dezvoltarea celulară și producția de minerale.
Dezavantajele structurilor de colagen sunt proprietățile mecanice slabe, inferioare țesutului

CAPITOLUL 6
INTRODUCERE: STADIUL ACTUAL ȘI DIRECȚIILE DE
CERCETARE

45
osos. Colagenul recombinant a eliminat riscul de reacții alergice ș i de infecție (Thrivikraman
et al., 2017) .
Grefele xenogene prezintă aceleași riscuri de imunogenitate și transmisie virală, în
special a retrovirusului endogen porcin și en cefalopatiei spongiforme bovine. De asemeanea
pacientul poate refuza utilizarea acestuia din motive religioase (Grado et al., 2018) .
Substituenții osoși sunt combinații organice sau inorganice, sintetice ce pot fi
introduse pentru vindecarea unui defect osos în locul osului autolog sau alogen (Schlickewei
și Schlickewei., 2007) . Biomaterialele pot fi croite să regleze micromediul în care se află
celulele în procesul de osteo geneză. Astfel manipularea compoziției, arhitecturii și
proprietăților diferitelor materiale permite controlul ratei de regenerare și stimulează
formarea de os nou (Thrivik raman et al., 2017).
Substituentul osos trebuie să faciliteze osteoconducția, adică formarea de țesut osos
nou prin suportul pe care îl oferă pentru osteoblaste și celule osteoprogenitoare la nivelul
matricei tridimensionale. De asemenea trebu ie să poată fi invadat de vase de sânge prin
contactul direct cu osul nativ. Osteoinducția reprezintă diferențierea celulelor stem
mezenchimale adiacente focarului de fractură în osteoblaști sub influența factorilor de
creștere. Osteogeneza se referă la di ferențierea osoasă și formarea de os nou de către celulele
grefă sau native nou formate.
Principalii substituenți osoși sintetici sunt: sulfatul de calciu, hidroxiapatita, ceramica
din fosfat de calciu, cimentul din fosfat de calciu, sticla bioactivă și polimetilmetacrilatul, dar
și polimeri sintetici precum acidul poli l- lactic, acidul poliglicolic, polidioxanona, polimerii
compoziți.
Cu toate acestea alogrefele osoase și substituenții osoși sintetici au potențial ul
regenerativ limitat la osteoconductivitate, de aceea s -au dezvoltat materi ale de substituție
osoasă ce prezintă și calități osteoinductive (Rolvien et al., 2018) .
Procesele de creștere, regenerare și reparare scheletală sunt controlate de celule stem
și progenitor distincte genetic și fenotipic (Walmsley et al., 2016).
Celulele stem mezenchimale sunt situate într -o nișă perineurovasculară formată din
diverse structuri, celule și factori solubili ce reglează comportamentul acestora. Eliberarea de
TGF -1 din osteoclastele vecine stimulează diferențierea MSC din măduva osoasă în
osteoblaști ce se vor transforma în osteocite. Alterări la nivel hormonal, inflamator și metabolic pot diminua viabilitatea și diferențierea MSC. Factorii de transcripție Runx2, Osx
și Dlx5 controlează diferențierea MSC la diferite stadii ale procesului de vindecare prin căi
precum Akt, BMP, IGF și Wnt. Implantarea de MSC crește osteointegrarea în combinație cu suporturile sintetice prin inginerie tisulară. Iar adiția de factori de creșt ere îmbunătățește rata
de vindecare și eficacitatea tratamentului. Grefele osoase cu țesut vascularizat central conțin celule progenitor osoase și vasculare ce promovează osteogeneza și angiogeneza (Hutchings
et al., 2019).
Factorii de creștere influențează comportamentul celular prin cuplarea la receptori
transmembranari, acționând prin difuzie scurtă în matricea extracelulară. De aceea suporturile
ar trebui echipate cu molecule bioactive cum sunt factorii de creștere, angiogenici sau de
diferențiere.
Timp ul scurt de înjumătățire și degradarea rapidă in vivo au determinat utilizarea
factorilor de creștere în doze suprafiziologice, fie prin injectare locală, fie sistemic. Aceasta a
dus la o frecvență relativ crescută a reacțiilor adverse precum formarea de o s heterotopic,
pseudartroză, inflamație locală și răspuns imun. Eliberarea controlată și susținută de factori de creștere poate fi obținută prin dezvoltarea de vehicule de livrare pentru a evita

CAPITOLUL 6
INTRODUCERE: STADIUL ACTUAL ȘI DIRECȚIILE DE
CERCETARE

46
concentrațiile mari și efectele adverse. Astfel adaosul facto rilor de creștere în ingineria
tisulară poate îmbunătăți vindecarea și limita formarea excesivă de os.
Principalii factori de creștere prezenți în vindecarea osoasă sunt :
• proteinele morfogenetice osoase (BMP),
• factorul de creștere endotelial vascular (VEGF)
• factorul de creștere derivat din trombocite (PDGF) ,
• factorul de creștere fibroblastic (FGF),
• factorul de creștere insulinic (IGF).

Formarea de vase noi este esențială în formarea calusului. PDGF induce maturarea
osoasă, activarea macrofagelor, mitogeneză și angiogeneză. Adiția de factori ce stimulează
angiogeneza și calea semnalizării BMP pot stimula regenerarea osoasă. BMP, ca subgrup al
superfamiliei TGF , stimulează diferențierea celulelor stem în osteoblaști și formarea de țesut
osos prin mod ularea sintezei matricei osoase. Angiogeneza este modulată de VEGF, iar
osteogeneza de BMP. De asemenea mai există și alți factori de creștere ce controlează aceste
procese direct sau indirect.
Numeroase studii sprijină utilizarea BMP pentru inducerea diferențerii celulelor stem
în celule osteoprogenitor sau pentru stimularea activității osteogenice pentru accelerarea
vindecării osoase. Acestea sunt produse de celulele stem și condrocite. BMP -2,-6,-9 sunt cele
mai potente în inducerea diferențierii celulelo r stem mezenchimale în osteoblaști, în timp ce
celelalte BMP au în general un rol de suport în diferențierea osteocitelor. Cele mai utilizate sunt BMP -2 și BMP -7 (Cheng et al., 2003). BMP au fost testate în numeroase studii preclinice
până la trecerea la st udii clinice la oameni (Qasim et al., 2019).
Prima etapă a vindecării osoase începe prin formarea hematomului prin activarea
cascadei coagulării, degranularea trombocitelor și eliberarea factorilor de creștere din
granulele α . Acești factori de creștere activează căile d e transducție a semnalului intracelular
prin cuplare la receptori tirozin specifici. Factorii de creștere stimulează proliferarea celulară,
chemotaxia, diferențierea și sinteza de matrice extracelulară. Unele st udii preclinice au arăat
rolul trombocitelor în osteoclastogeneză și resorbția osoasă, fără a se identifica un mecanism
de acțiune specific (Salamanna et al., 2020) .
Derivații de trombocit e obținuți prin centrifugare precum plasma bogată în trombocite
(PRP ), plasma bogată în trombocite și leucocite (L -PRP), fibrină bogată în trombocite (PRF),
fibrină bogată în leucocite și fibrină (L -PRF) conțin o concentrație de 5 -10 ori mai mare de
trombocite față de plasma normală. Trombocitele activate eliberează peste 300 de molecule
responsabile de coordonarea interacțiunilor intercelulare și cu matricea extracelulară (Roffi et
al., 2016) .
Avantajul utilizării plasmei bogate în trombocite este aducerea în focarul de fractură a
multipli factori de creștere cu efect sinergic pentru a obține un rezultat specific, spre
deosebire de utilizarea unui singur factor de creștere în concentrații mari . Astfel produsele
derivate din trombocite conțin o concentrație ridicată de PDGF, TGF, factor de angiogeneză derivat din trombocite (PDAF), factor de creștere endotelial derivat din trombocite (PDEGF),
VEGF și mulți alții. Conform rezultatelor studiilor î n vitro a cestea reprezintă o variantă
atractivă pentru regenerarea osoasă (Salamanna et al., 2020) .
Studiile au demonstrat capacitatea concentratelor trombocitare de a stimula
proliferarea și activitatea osteogenică a celulelor stem mezenchimale din măduva osoasă și
derivate din țesutul adipos și a osteoblaștilor. De asemenea acestea au capacitatea de a
influența mobilitatea celulelor osteoblastice prin reorganizarea citoscheletului și accelerarea

CAPITOLUL 6
INTRODUCERE: STADIUL ACTUAL ȘI DIRECȚIILE DE
CERCETARE

47
migrării celulare. Concentratele trombocitare par să prezinte și efecte antimicrobiene ce pot
reprezenta un avantaj în cazul utilizării în reconstrucțiile osoase.
Studiile clinice au utilizat concentratele trombocitare în combinație cu diferite
materiale suport obținând creșterea expresiei de TGF -β și BMP -2, dar și o regenerare osoasă
îmbunătățită, osteogeneză precoce și reducerea profunzimii defectelor.
Deși studiile preclinice au prezentat multiple rezultate favorabile, în mare rezultatele
utilizării concentratelor trombocitare au fost controversate, iar studiile clinice au avut până
acum rezultate mixte. Acestea pot fi explicate prin varietatea de protocoale de preparare
folosite și lipsa unor loturi mari de subiecți. Având în vedere complexitatea interacțiunilor
dintre factorii de creștere, mediatorii in flamației și citokinele eliberate de trombocite, rolul
acestora în regenerarea osoasă este insuficient investigat și necesită studii aprofundat e (Roffi
et al., 2016) .
Au fost descrise multiple metode de reconstrucție a defectelor osoase orbitale cu
materia le precum substanțe biologi ce (grefă osoasă și cartilaginoasă autolo agă, alogrefe
osoase și durale, colagen porcin, xenogrefe dermice), plăci resorbabile (acid poli l -lactic, acid
poliglicolic, polidioxanonă, polimeri compoziți, policaprolactonă), plăci ne resorbabile
(polietilen poros, plasă de titan cu sau fără polietilen poros), materiale aloplasti ce (folii
siliconice, Teflon) (Kwon et al., 2016) .
Dezvoltarea imprimării tridimensionale a avut un impact considerabil asupra translării
în practica clinică a unor as pecte ale ingineriei tisulare, în special în reconstrucția osoasă
craniofacială. Aceasta permite controlarea arhitecturii interne și externe a sistemelor suport,
fabricarea de sisteme adaptate pacientului, încorporarea mai multor tipuri de materiale și
controlul comportamentului celular și răspunsului mecanic, fiind cunoscut faptul că
arhitectura substituentului influențează răspunsul celular și, în final, integrarea
substituentului .
Bioimprimarea 3D utilizează biomateriale încărcate cu celule sau agregate celulare
fără suport, în timp ce imprimarea 3D confecționează suporturi inerte sau bioactive. Cele mai
utilizate metode de imprimare 3D sunt imprimarea prin extruzie, imprimarea cu jet de cerneală, imprimarea laser și imprimarea litografică. Imprimarea prin extruzie este cea mai
folosită deoarece permite fabricarea rapidă la scară largă de modele clinice și poate folosi o gamă largă de materiale precum pasta injectabilă din fosfat de calciu, ceramice, hidrogeli cu
celule, policaprolactona ș.a (Thrivikraman et al., 2017).
Specificația celulară are loc într -un cadru organizat într -o populație celulară pentru a
produce diverse tipuri celulare. Concentrarea locală a unei moleculede semnal izare difuzibilă
într-o distribuție asimetrică este interpretată de celule ca informație pozițională. Aceasta
reprezintă modelul clasic de structurare celulară. Conceptul de instabilitate condusă de
difuzie a reprezentat un model de influență pentru modul în care poate fi ruptă simetria în
absența stimulilor extern i (Ishihara și Tanaka, 2018) .
Ruperea simetriei spontane este un proces prevalent în biologie deoarece
supraviețuirea depinde de structuri și șabloane bine definite atât microscopic, cât și
macroscopic. Aceasta este legată de diversificarea funcțională la orice scară, de la nivel
molecular, la structuri su bcelulare, celulare, arhitectură celulară și axe ale corpului.
Astfel diviziunea celulară asimetrică poate duce la diferite căi de dezvoltare celulară
(Petricka et al., 2009) , însă ruperea simetriei poate fi găsită și la nivel de motilitate celulară
(Wang , 2009) , morfogeneza celulară (Dworkin, 2009) , în structurile multicelulare precum
epiteliul polarizat (Vladar et al., 2009 ) și formarea axelor corpului embrionar la diverse
vertebrate (Hirokawa et al., 200 9).

CAPITOLUL 6
INTRODUCERE: STADIUL ACTUAL ȘI DIRECȚIILE DE
CERCETARE

48
După o perioadă de timp în care expresia și semnalizarea genică au fost considerate
factori principali în dezvoltarea celulară arhitectura celulară polarizată a fost recunoscută ca
fiind fundamentală pentru morfogeneza și diferențierea celulară și form area de axe. În timp
au fost identificați majoritatea factorilor moleculari cheie ce susțin ruperea simetriei în
diverse modele, utilizând genetica și biochimia tradițională în combinație cu metode de
imagistică live modernă, dar și matematică și fizică sub formă teoretică și computațională.
Exemple de semnale ce preced ruperea simetriei sunt gradientele moleculelor de
semnalizare ce orientează specificitatea celulară, creșterea și locurile diviziunii celulei
progenit oare. Factorul declanșator al ruperii simetriei nu pare a fi în legătură cu aceste
semnale, deoarece chiar și la dispariția acestora asimetria are loc aleator. Mecanismele ce
amplifică fluctuațiile stocastice sau asimetriile tranzitorii în asimetrii sistemice prin semnale
externe au putut fi studiate prin polarizarea aleatoare.
Centrele de control a ruperii simetriei par a fi asamblarea direcțională a polimerilor
citoscheletali, structurile moleculare ce controlează mișcarea celulară și GTP -azele, kinazele
și proteazele (Li și Bowerman, 2010) .