Regeneração do menisco humano por engenharia de tecidos: Nova abordagem celular e acelular (Prémio Jorge Mineiro 2011)

A meniscectomia (total ou parcial) tem sido a abordagem clínica mais frequente no que respeita ao tratamento da maioria das lesões do menisco. A reparação meniscal representa uma tendência recente em ortopedia uma vez que a importância funcional destas estruturas na articulação do joelho e as consequências a longo prazo da sua remoção são agora melhor compreendidas. Contudo, as suas indicações ainda são limitadas e apesar de garantir melhores resultados funcionais e radiológicos a longo prazo, as técnicas de reparação apresentam ainda uma taxa muito elevada de falência e reintervenção.

As lesões destas estruturas continuam a estar entre as mais frequentes patologias que motivam intervenção cirúrgica em Ortopedia e têm um importante impacto sócio-económico.

Verificamos um interesse crescente da comunidade médica nos aspectos da biologia do menisco humano mas continuam a existir poucos estudos relacionados com este tema. Um dos objectivos desde grupo de investigação é acrescentar conhecimento relevante sobre este tecido com o objectivo de facilitar aplicações clínicas futuras, nomeadamente pelo conhecimento das propriedades biomecânicas do menisco a fresco (sem processo de congelamento) e da sua biologia celular. Da análise mecânica dinâmica (DMA) dos segmentos do menisco humano a fresco observamos a seguinte tendência decrescente de rigidez: segmento anterior MI (0.25 MPa a 1Hz) <anterior ME< médio ME < posterior MI< posterior ME< médio MI (0.9 MPa a 1 Hz). As células isoladas das diferentes amostras incluem fibrocondrócitos e células estaminais mesenquimais (positivas para CD105, CD73 e CD90; negativas para CD34 e CD45). A densidade celular decresce da periferia para o centro. Existe assimetria na celularidade entre os diferentes segmentos avaliados.

Efectuamos a primeira revisão sistemática da literatura sobre aplicações da Engenharia de Tecidos e Medicina Regenerativa aplicadas às lesões meniscais para aferir o estado da arte.

Existem poucos biomateriais em aplicação clínica actualmente com esta finalidade. Diferentes opções têm sido testadas como estruturas tridimensionais porosas “scaffolds” viáveis (derivados do colagénio, poliuretano ou poliglicerol, enxertos de submucosa, hidrogéis acelulares) mas muitas questões permanecem por responder apesar de, nos ensaios pré-clínicos e poucos ensaios clínicos publicados, serem apresentadas perspectivas promissoras. Matrizes derivadas de colagénio e de poliuretano estão já comercialmente disponíveis para substituição parcial de menisco mas existem algumas preocupações relativas à sua estabilidade e taxa de degradação, e biocompatibilidade. Por outro lado, poucos estudos combinam estratégias de regeneração baseadas em abordagens acelulares e celulares existindo aí uma diferença marcada nas abordagens por estudos clínicos e pré-clínicos.

Para cumprir o objectivo de regeneração deste tecido existe um longo caminho a percorrer na descoberta da melhor forma de aplicar a tríada da Engenharia de Tecidos (matrizes, células, factores de crescimento ou substâncias bioactivas) ou mesmo abordagens mais complexas por Medicina Regenerativa (manipulação de células estaminais, genética, nanotecnologia) para responder à recuperação deste tecido concreto e adequado aos vários mecanismos de lesão estabelecidos.

Foi testada a viabilidade de um novo biomaterial derivado de solução aquosa de elevada concentração de fibroína de seda desenvolvida na nossa instituição, e que permite combinar propriedades mecânicas e biológicas promissoras para uso como estrutura tri-dimensional porosa em zonas articulares de carga com vantagens por comparação aos materiais existentes e considerando os dados adquiridos da nossa caracterização do menisco a fresco.

A nossa hipótese é que estes biomateriais processados como scaffolds e combinados com células (isoladas do tecido nativo ou diferenciadas previamente de células estaminais, e.g. tecido adiposo abdominal ou bolsa de Hoffa), permitirão desenvolver estratégias regenerativas, capazes de ultrapassar algumas limitações e preocupações associadas às práticas que estão já em uso clínico.

Um segundo objectivo será completar esta abordagem reconhecendo e controlando o processo de neovascularização/inervação adversa. A nossa hipótese será que é positivo incrementar a neovascularização na zona periférica (facilitando a adesão e integração) e inibi-la na área mais central do menisco aí preservando o fenótipo dos meniscócitos (responsáveis pela manutenção das propriedades biomecânicas) e inibindo desenvolvimento de nocireceptores em zonas de carga. Pelo uso de um outro biomaterial original do nosso grupo (Goma gelana metacrilada) (factor de crescimento vascular-endotelial) foi conseguido, pelo ensaio de angiogénese na membrana corioalantóica do embrião de galinha demonstrar pela primeira vez a possibilidade de controlar a neovascularização adversa em tecido de menisco humano.

Com base nos resultados obtidos foi possível construir uma nova hipótese para abordagem por Medicina Regenerativa aos defeitos do menisco implicando o uso de células, factores de crescimento e novos biomateriais desenvolvidos no nosso Grupo (fibroína de seda e goma gelana). Decorre ainda dos mesmos um modelo original de diferenciação para regeneração do menisco considerando a assimetria do tecido nativo, respeitando a distribuição determinada pelas áreas definidas pelo grau de vascularização do menisco humano adulto.

Concluída a fase de estudo in vitro, está já em curso a subsequente análise in vivo incluindo modelo em ovelha pois tem sido largamente estudada como modelo de artrose do joelho humano por partilhar vários aspectos da biomecânica e biologia desta articulação.