A fresagem do canal medular promove a enxertia de progenitores mesenquimais no foco fraturário e modula a resposta inflamatória local

Abstract

Objetivo: As fraturas da diáfise do fêmur ocorrem geralmente em adultos jovens em decorrência de traumas de alta energia e podem evoluir com não união ou de retarde de consolidação. Embora seja consenso que as novas abordagens terapêuticas voltadas para a regeneração óssea deva simular a biologia da consolidação das fraturas, ainda não estão claramente definidas quais etapas desse processo devem ser priorizadas. Atualmente o tratamento de escolha para a estabilização de fraturas da diáfise do femur são as hastes intramedulares bloqueadas, que resultam em maiores indices de consolidação precocemente. Os benefícios do tratamento são atribuídos parcialmente ao procedimento de fresagem, que apesar de violar o hematoma, estimula o reparo ósseo. Para entender como a fresagem influencia esse processo, o presente estudo teve como objetivo avaliar nos hematomas fraturários antes e depois da fresagem a viabilidade celular e a frequência de células CD45- /CD31- /CD146+ , onde estão contidas as células osteoprogenitoras e multipotentes. Adicionalmente foi realizado mapeamento da concentração de mediadores inflamatórios e fatores de crescimento no foco de fratura antes e depois do procedimento de fresagem. As amostras dos hematomas pré e pós fresagem foram obtidas por aspiração percutânea do foco de fratura de quinze pacientes com fratura fechada da diáfise femoral. A viabilidade celular e o percentual de células CD45- /CD31- /CD146+ foram analisadas por citometria de fluxo. A concentração de citocinas e fatores de crescimento foram determinadas por ELISA e a viabilidade celular pela marcação com Anexina V/PI. A fresagem resultou em redução da viabilidade celular no foco de fratura. Por outro lado, o produto da fresagem continha mais células CD45- /CD31- /CD146+ , correlacionadas com maior frequência de células com capacidade de formação de colônias. A análise da concentração de citocinas e fatores de crescimento nos sobrenadantes revelou que, após a fresagem, houve redução da concentração dos mediadores inflamatórios IL-6, CCL-4 e MCP-1 e aumento da concentração da citocina IL-1β e dos fatores de crescimento bFGF e PDGF-AB. Os resultados do presente estudo confirmam que os efeitos positivos da fresagem sobre a consolidação resultariam da enxertia mecânica no foco de fratura de uma população de progenitores esqueléticos contendo células multipotentes; a mudança na sinalização local para um estado menos inflamatório; aumento da disponibilidade local de fatores osteogênicos e angiogênicos específicos. O melhor conhecimento dos estímulos necessários para proporcionar o reparo ósseo ideal, considerando as alterações determinadas pela invasividade dos tratamentos ortopédicos, será fundamental para o desenvolvimento de tratamentos inovadores voltados para potencializar a regeneração óssea.

Objective: Femoral shaft fractures generally occur in young adults following a high-energy trauma and can evolve to delayed union/non-union. Although it is agreed that novel therapies to stimulate bone regeneration will have to mimic the biology of fracture healing, which are those aspects are still unclear. Currently, locked intramedullary nailing is the treatment of choice for the stabilization of femur shaft fractures, and it is associated to accelerated healing and increased union rates. These benefits were partially attributed to the reaming procedure, which regardless of significantly destroying the hematoma, stimulates the healing response. To better understand how reaming influence healing, we evaluated the viability of the nucleated cell fraction and the frequency of CD45- /CD31- /CD146+ skeletal progenitors - which contain multipotent cells - in reaming debris. We also screened the concentration of inflammatory mediators and growth factors in the fracture site after reaming, in comparison with the original hematoma. Hematoma and reaming debris were percutaneously aspirated from the fracture site of fifteen patients sustaining closed femoral shaft fractures. Cellular viability and the percentage of CD45- /CD31- /CD146+ progenitors were analyzed by flow cytometry. The concentration of cytokines and growth factors were determined by ELISA. The percentage of viable cells was inferior in reaming debris in comparison to the hematoma. However, reaming debris had an increased percentage of CD45- /CD31- /CD146+ cells, which correlated to an increased frequency of cells with colony-forming ability. Analysis of cytokines and growth factors in supernatants showed a decreased concentration of the inflammatory mediators IL-6, CCL-4, and MCP-1, along with an increase of IL-1β, and the growth factors bFGF and PDGF-AB after reaming. These findings support the view that the positive effects of reaming on fracture healing might result from mechanically grafting the fracture site with a population of skeletal progenitors that contain multipotent cells; transitioning the signaling environment to a less inflammatory state; and enhancing the local availability of specific osteogenic and angiogenic factors. A better understanding of the requisite stimuli for optimal bone repair, considering the disturbances made by orthopedic treatments, will be determinant for the development of innovative treatments to enhance bone repair.