Impianto di menisco collagenico (CMI): analisi ultrastrutturale, biochimica e dell’espressione genica

[Machine translation] Collagenic meniscus implantation (CMI) is a tissue engineering technique for treating non-repairable meniscus injuries. This procedure involves the use of a type I collagen scaffold which, once implanted arthroscopically, stimulates cell invasion and proliferation, and then tissue regeneration. The purpose of the study is to evaluate the structural and molecular evolution of the CMI after implantation. The study was performed on 5 biopsy samples, taken from 5 different patients at different times: 3 to 7 months, 1 to 12 months and 1 to 18 months. A scaffold before implantation, a normal human meniscus and an allograft 16 months after implantation were used as a control group. The morphological analysis was carried out with light microscopy, immunohistochemistry (collagen type I and II), SEM and TEM techniques. For the biochemical evaluation, Flurophore Assisted Carbohydrate Electrophoresis (FACE) was used, for the analysis of gene expression, Quantitative Real Time PCR (QRT-PCR). For this purpose, the type I collagen gene and the Versican gene, a proteoglycan specific to meniscus fibrocartilaginous tissue, have been studied. The scaffold is composed of connective sheets parallel to each other, connected by smaller fibers to delimit gaps. In biopsy samples at 7 months, the lacunae were invaded by connective tissue characterized by the presence of fibroblasts and neovases. The checks at 12 and 18 months showed a greater structural organization of the plant and the appearance of units morphologically similar to chondrons. Comparing these data to those observed in the control group, there was a greater superimposition of the implants to the normal meniscus in terms of number of cells and organization of the extracellular matrix. At immunohistochemistry, type I collagen was present in the scaffold, while type II appeared in the newly formed tissue in all controls. FACE did not detect glycosaminoglycans in the scaffold, unlike the plants where the disaccharides were present. The electrophoretic picture was superimposable to that of the normal meniscus. The RT-PCR recorded the expression of both genes considered in the plants as opposed to the scaffold where no signal was appreciated. In the allograft, only the activation of the type I collagen gene was observed. Differences in the amount of gene expression were highlighted between the different samples. Structural and molecular observations show that the CMI is a biocompatible structure that stimulates the formation of meniscal-like tissue.
L'impianto di menisco collagenico (CMI) è una tecnica di ingegneria tissutale per il trattamento delle lesioni meniscali non riparabili. Tale procedura prevede l’utilizzo di uno scaffold di collagene tipo I il quale, una volta impiantato per via artroscopica, stimola l’invasione e la proliferazione cellulare, quindi la rigenerazione tissutale. Scopo dello studio è valutare l’evoluzione strutturale e molecolare del CMI dopo l’impianto. Lo studio è stato eseguito su 5 campioni bioptici, prelevati da 5 differenti pazienti a tempi diversi: 3 a 7 mesi, 1 a 12 mesi ed 1 a 18 mesi. Come gruppo controllo sono stati utilizzati uno scaffold prima dell’impianto, un menisco umano normale ed un allograft a 16 mesi dall’impianto. L’analisi morfologica è stata condotta con tecniche di microscopia luce, immunoistochimica (collagene tipo I e II), SEM e TEM. Per la valutazione biochimica è stata utilizzata la Flurophore Assisted Carbohydrate Electrophoresis (FACE), per l’analisi dell’espressione genica la Quantitative Real Time PCR (QRT-PCR). Sono stati studiati a tal fine il gene del collagene tipo I ed il gene del versicano, proteoglicano specifico del tessuto fibrocartilagineo meniscale. Lo scaffold è composto da lamine connettivali parallele tra loro, connesse da fibre minori a delimitare lacune. Nei campioni bioptici a 7 mesi, le lacune erano invase da tessuto connettivo caratterizzato dalla presenza di fibroblasti e neovasi. Nei controlli a 12 e 18 mesi si è osservato una maggiore organizzazione strutturale dell’impianto e la comparsa di unità morfologicamente simili ai condroni. Confrontando tali dati a quelli osservati nel gruppo controllo, si è registrato una maggiore sovrapponibilità degli impianti al menisco normale per numero di cellule ed organizzazione della matrice extracellulare. All’immunoistochimica era presente collagene tipo I nello scaffold, mentre il tipo II appariva nel tessuto neoformato in tutti i controlli. La FACE non ha evidenziato glicosaminoglicani nello scaffold, al contrario degli impianti dove i disaccaridi erano presenti. Il quadro elettroforetico era sovrapponibile a quello del menisco normale. La RT-PCR ha registrato l’espressione di entrambi i geni considerati negli impianti al contrario dello scaffold dove non è stato apprezzato nessun segnale. Nell’allograft è stato osservato esclusivamente l’attivazione del gene collagene tipo I. Differenze nella quantità dell’espressione genica sono state evidenziate tra i diversi campioni. Le osservazioni strutturali e molecolari dimostrano che il CMI è una struttura biocompatibile che stimola la formazione di un tessuto simil-meniscale.