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Revista Brasileira de Ortopedia

Print version ISSN 0102-3616

Rev. bras. ortop. vol.46 no.4 São Paulo  2011

http://dx.doi.org/10.1590/S0102-36162011000400003 

ARTIGO DE ATUALIZAÇÃO

 

Avanços no uso de células-tronco em ortopedia

 

 

Alexandre Fogaça Cristante; Douglas Kenji Narazaki

Médico Assistente do Grupo de Coluna do Instituto de Ortopedia e Traumatologia do HC/FMUSP - São Paulo, Brasil

Correspondência

 

 


RESUMO

As células primordiais, ou células-tronco, são células indiferenciadas multipotentes com a capacidade de originar qualquer tipo de tecido no organismo. Podem ter origem no blastocisto, sendo classificadas como embriônicas, ou em tecidos desenvolvidos de fetos, recém-nascidos ou adultos, conhecidas como célulastronco somáticas. Como um dos principais locais de isolamento da célula primordial está a medula óssea, tendo duas linhagens: células progenitoras hematopoéticas e mesenquimais. Existem diversos usos dessas células indiferenciadas na ortopedia, desde lesões cartilaginosas em patologias como osteoartrose, osteocondrite dissecante, condromalácia patelar, lesões ósseas como em pseudoartroses ou em perdas ósseas, ou em lesões nervosas como em trauma raquimedular. O estudo das células-tronco é provavelmente o campo de estudo mais promissor de toda a medicina que, em um espaço curto de tempo, irá revolucionar todas as especialidades médicas, tanto clínicas quanto cirúrgicas, solucionando patologias hoje de difícil abordagem.

Descritores: Ortopedia/tendências; Células-tronco; Cartilagem; Pseudoartrose


 

 

INTRODUÇÃO

Células primordiais, ou células-tronco, são células indiferenciadas multipotentes, com capacidade de proliferar e originar células de qualquer linhagem, formando qualquer tecido do organismo.

As células-tronco podem ser classificadas em células-tronco embriônicas, que são achadas na massa celular interna do blastocisto (embrião), ou em células-tronco somáticas ou adultas, que são achadas em tecidos desenvolvidos do feto, recém-nascido ou no adulto. Estas podem ser obtidas através de medula óssea, sangue periférico, cordão umbilical, fígado fetal, tecido neural ou outros diversos tecidos mesenquimais do adulto, tais como sinóvia, periósteo, tecido muscular ou tecido adiposo.

Na medula óssea existem pelo menos duas populações de células-tronco progenitoras: as células progenitoras hematopoéticas e as células progenitoras mesenquimais(1).

As células progenitoras hematopoéticas expressam uma glicoproteína de membrana que permite sua identificação e quantificação, o antígeno CD34. Outras células que também a expressam são: célula endotelial, fibroblasto embriônico e algumas células do tecido nervoso fetal e adulto. Já as células progenitoras mesenquimais não apresentam nenhum marcador de superfície celular conhecido, podendo ser encontradas também em diversos órgãos sólidos e sendo identificadas somente pela cultura celular.

Essas duas populações de células estão presentes na medula óssea e em condições normais; apenas 0,1% delas circulam no sangue periférico. Este número pode ser aumentado em aproximadamente 30-50 vezes após a administração de fatores estimuladores de colônias hematopoéticas, especialmente o G-CSF (Granulocyte - Colony Stimulating Factor).

 

OBJETIVOS

Proporcionar um melhor entendimento da natureza da célula-tronco e da sua importância na medicina como um todo e, principalmente, na ortopedia, fazendo uma abordagem desde o histórico até às atuais pesquisas.

Com os avanços na medicina, hoje somos capazes de extrair, cultivar e reinfundir essas células progenitoras com finalidade terapêutica, formando diversos tecidos desde ósseo, hepático, neural ou adiposo(2).

Na ortopedia e traumatologia podemos usar essas células para formar novos tecidos como o tecido nervoso, ósseo, cartilaginoso e tecido conjuntivo denso (ligamentos e tendões) (Figura 1).

 

 

TECIDO NERVOSO

A utilização das células totipotentes para formação de tecido nervoso tem importância nas doenças degenerativas como o Parkinson e na lesão medular. Neste capítulo abordaremos esta última (Figura 2).

 

 

O primeiro relato das dificuldades no tratamento de pacientes com lesão medular foi há três mil anos antes de Cristo, quando acreditava-se que a lesão medular não deveria ser tratada. Essa descrição foi feita por Edwin Smith apud Barros Filho et al(3).

Durante a Primeira Guerra Mundial, 80% dos pacientes com trauma raquimedular morriam nas duas primeiras semanas pós-trauma(3).

Durante a Segunda Guerra Mundial, o conceito de centros especializados de lesão medular foi desenvolvido na Inglaterra. Nestes centros, com equipes multidisciplinares, foi possível reduzir dramaticamente a mortalidade(3).

O traumatismo raquimedular era tido com uma doença sem tratamento. Até 10 anos atrás, tudo o que poderia ser feito era estabilizar a coluna, tratar infecções e espasticidade e prescrever fisioterapia(4,5). Contudo, o desenvolvimento de pesquisas nesta área indica que as lesões agudas na medula espinal podem ser minimizadas com o uso de drogas, desde que administradas em um curto espaço de tempo após o trauma(6-10).

No início deste século, foram realizados os primeiros experimentos acerca da fisiopatologia da lesão espinal(11,12). Contudo, estes trabalhos só foram retomados na década passada por investigadores que começaram a valorizar as mudanças tempo dependentes na patologia do trauma raquimedular(13,14).

O imenso déficit neurológico decorrente da lesão da medula espinal advém da somatória de dois eventos distintos: a lesão mecânica inicial e a lesão endógena secundária consequente à primeira(15-20). A lesão primária é produzida pelo trauma em si, com morte celular e liberação de eletrólitos, metabólitos e enzimas, sendo, portanto, um processo mecânico que independe de controle celular. A lesão secundária da medula espinal envolve complexas mudanças bioquímicas, surgindo como cascata de eventos, envolvendo edema, inflamação, isquemia, reperfusão, fatores de crescimento, metabolismo do cálcio e peroxidase lipídica em que os esforços científicos se concentram para possibilitar seu controle(20-30). Farmacologicamente, drogas moduladoras das respostas endógenas à lesão primária estão sendo progressivamente introduzidas a fim de limitar o dano tecidual e melhorar o potencial de recuperação funcional destes pacientes. Estas drogas visam interromper os mecanismos fisiopatológicos de lesão neuronal secundária(31-34) (Figuras 3 e 4).

 

 

 

 

Avanços clínicos e científicos indicam que as lesões agudas na medula espinal podem ser manipuladas por terapêuticas farmacológicas utilizadas em um curto espaço de tempo. A metilprednisolona administrada dentro das primeiras oito horas pós-trauma é o primeiro agente farmacológico a demonstrar melhora significativa na recuperação do trauma raquimedular em seres humanos(4,35-46). Outras drogas, como tirilizade(47-49) e o GM-1(50-57) apresentam promissores resultados preliminares. Estes avanços podem representar grande melhora na qualidade de vida de pacientes com lesão da medula espinal, desde que sejam adotados pela prática clínica. Após lesões do sistema nervoso central, há um período de déficit seguido de período de variável recuperação funcional. Tal recuperação se deve principalmente às alterações nos circuitos não lesados, mas o processo exato de recuperação ainda não foi completamente esclarecido.

O tratamento ideal para a lesão medular seria aquele que não apenas diminuísse a lesão, mas que também estimulasse o processo de reparação. Ao contrário do conceito de 10 anos atrás, já está provado que neurônios fora do sistema nervoso central, na medula espinal imatura e em meios especiais de cultura podem regenerar(58).

Atualmente, têm sido desenvolvidas linhas de pesquisas para utilização de neurotransmissores, transplante de células fetais, transplante de células indiferenciadas, implante de eletrodos, emprego de substâncias promotoras de remielinização; mas ainda não apresentam resultados definitivos.

Nesses últimos 10 anos, o uso das células-tronco no tratamento da lesão medular foi descrito em vários estudos experimentais, com efeitos benéficos. O modo como tais células podem vir a atuar na reparação de uma lesão no sistema nervoso ainda permanece controverso, mas certamente envolve fenômenos como a reconstrução funcional de circuitos neuronais com o restabelecimento de sinapses ou interconexões com células hospedeiras; a produção de substâncias neuroquímicas como neurotransmissores, fatores de crescimento e anticorpos; na remielinização de axônios íntegros que deixaram de produzir impulsos elétricos por estarem desmielinizados.

Sendo assim, no Instituto de Ortopedia e Traumatologia do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, foi realizado um estudo tipo ensaio clínico para avaliar o efeito da infusão de células progenitoras indiferenciadas autógenas no tratamento de pacientes com lesão medular crônica(59).

Foram selecionados 39 pacientes com pelo menos dois anos de lesão medular traumática com déficit completo. Todos passaram pelo protocolo de consentimento informado e em seguida foram realizados: hemograma, coagulograma, ressonância nuclear magnética da coluna e potencial evocado somato-sensitivo. Os 39 pacientes não apresentavam registro de transmissão de impulsos para o córtex cerebral após estímulo dos membros inferiores.

Para obtermos as células progenitoras do sangue periférico, os pacientes receberam G-CSF. Após cinco dias, todos se submeteram à coleta das células-tronco por técnica de aférese, através de um separador celular de fluxo contínuo. Com isso, conseguimos 2,5 x 106 células CD34+ por quilo de peso do paciente, que foram criopreservadas. Em seguida, essas células foram cultivadas em meio propício ao desenvolvimento de células de linhagem neuronal.

A infusão dessas células foi feita através de angiografia da artéria, que irriga o sítio de lesão e perfunda a artéria espinal anterior. Como veículo, utilizamos o dimetilsulfóxido (Figura 5).

 

 

Os pacientes, então, foram seguidos clinicamente por potencial evocado somato-sensitivo e por urodinâmica.

Como resultado final, em 26 pacientes foi registrada transmissão de impulsos no córtex cerebral ou melhoria no tempo de latência para obtenção de resposta cortical após estímulo dos membros superiores e inferiores. No entanto, a condução sensorial mostrou-se prolongada, com maior latência quando comparada a indivíduos normais (Figuras 6 e 7).

 

 

 

 

Apesar dessa resposta, clinicamente os pacientes não tiveram ganho motor. Alguns revelam melhora sensitiva inespecífica dos membros inferiores. Foram observados, como complicações com esse método terapêutico, um caso de pneumotórax decorrente da passagem do cateter duplo lúmen para a coleta das células-tronco e três casos de alergia ao contraste realizado na arteriografia(59).

 

TECIDO CARTILAGINOSO

As células primordiais têm também sido estudadas para a formação de cartilagem articular. Doenças como lesões condrais traumáticas, osteocondrites dissecantes, condromalácia patelar e osteoartrose são alvos da terapêutica com essas células(58).

As lesões condrais traumáticas, especificamente de tornozelo e joelho, quando pequenas e em áreas de pouco estresse mecânico, são tratadas, habitualmente, por métodos conservadores que incluem restrição de descarga de peso, analgésicos, anti-infamatórios e fisioterapia (Figura 8). Quando extensas, podem ser tratadas por perfurações, enxertos autólogos ou homólogos osteocondrais, artroplastia de substituição (próteses parciais e totais) e artrodeses.

 

 

Osteocondrite dissecante do joelho é um distúrbio comum, de causa desconhecida. Supõe-se que seja resultante de isquemia de uma determinada área localizada de osso subcondral, precipitada por infarto, traumatismo ou outras causas. O tratamento das osteocondrites dissecantes, especificamente de joelho, em crianças, é conservador por serem estáveis os fragmentos. Já no adulto, os fragmentos são instáveis; quando pequenas e fora da área de carga, podem ser excisadas. Quando maiores e em áreas de carga, devem ser tratadas com perfurações ou curetagem associadas à fixação do fragmento, através também de enxertos homólogos osteocondrais ou artroplastias (Figuras 9 e 10).

 

Na condromalácia patelar, o tratamento depende do grau da lesão. Se for uma lesão menos extensa e profunda pode-se tratar conservadoramente. Se for profunda, muitas vezes com exposição do osso subcondral, podemos tratar com curetagem, perfurações, enxerto autólogo. Os resultados cirúrgicos são piores do que quando acomete o fêmur ou tíbia.

Na osteoartrose de quadril e joelho, temos como opções o tratamento conservador e o cirúrgico (Figuras 11 e 12). Como novo arsenal no tratamento conservador, temos os condroprotetores (ácido hialurônico, glucosamina, condroitina) que apresentam resultados satisfatórios em todos estudos com humanos, porém com tempo de seguimento curto. Quando o tratamento conservador falha, podemos indicar osteotomias, artroplastias de substituição, artrodeses. Os enxertos autólogos e heterólogos têm maior índice de insucesso quando comparados com outras doenças cartilaginosas articulares.

 

 

A importância das células-tronco como novo método de tratamento nas lesões condrais deve-se ao fato de a cartilagem articular ter pouca capacidade de reparação. A técnica de transplante de cultura de condrócitos autólogos nos defeitos condrais é restrita a lesões pequenas em jovens. Em contrapartida, estudos recentes provaram que as células progenitoras mesenquimais podem reparar defeitos maiores independente da idade. O maior problema ainda é a cultura, indução de diferenciação e aderência no sítio de lesão(59-61).

Além das células-tronco, são necessários fatores de crescimento para determinar a proliferação e diferenciação em tecido cartilaginoso tanto durante as culturas in vitro quanto na implantação. Dentre esses fatores, temos a prolactina, que induz a proliferação celular, a síntese de proteoglicanos e interação celular e inibe a formação de fibrilas do colágeno tipo II. Outros fatores que determinam a condrogênese são o fator de crescimento insulina-símile 1 (IGF-1) e o fator de crescimento transformador beta 1 (TGFβ1)(62,63).

Com essa nova técnica terapêutica podemos diminuir as morbidades da área doadora no caso do mosaicismo (retirada de pequenos mosaicos de cartilagem de uma área de menor carga para outra com defeito osteocondral), evitar a passagem de patógenos e deterioração dos aloenxertos, evitar as revisões por soltura/desgaste de material no caso das próteses articulares(64).

São necessários estudos de maior impacto em humanos para definir a real finalidade das células-tronco nas doenças cartilaginosas articulares.

 

TECIDO ÓSSEO

Na traumatologia, uma das grandes complicações é a chamada pseudoartrose. Essa palavra significa "falsa articulação", pois a não união dos fragmentos de uma fratura leva à formação de uma pseudocápsula com sinóvia e líquido sinovial.

A pseudoartrose pode ser dividida em dois principais tipos: hipertróficas ou hipervasculares e atróficas ou avasculares. A primeira tem como principal causa o movimento no foco de fratura, e a última, a falta de condições biológicas locais para a consolidação óssea (Figura 13).

 

 

Nas pseudoartroses hipertróficas, o tratamento visa a melhora da estabilização da fratura, seja com gesso, órteses, osteossínteses ou fixadores externos. A vantagem dos dois últimos é que podemos, além de estabilizar, comprimir o foco.

É no segundo tipo de pseudoartrose, tipo atrófico, que tem-se aplicabilidade das células-tronco como tratamento (Figuras 13 e 14). Sabemos que a consolidação tem três fases: I) inflamação - na qual existe a infiltração de leucócitos que determinam a quimiotaxia de células mesenquimais e fibroblastos que se diferenciarão em osteoblastos; II) reparação - na qual temos a formação de um calo mole (tecido conjuntivo frouxo-fibroblastos) e, em seguida, o calo duro (tecido ósseo imaturo); e III) remodelação - na qual se forma o tecido ósseo maduro. Assim, as células progenitoras interfeririam nas duas primeiras fases(64).

 

 

Como variedade de tratamento para as pseudoartroses atróficas, podemos utilizar métodos físicos como o ultrassom e o pulso eletromagnético, que apresentam resultados duvidosos. São necessários melhores estudos (ensaio clínico randomizado e controlado), com um tempo de seguimento maior para conclusões definitivas.

Podemos ainda utilizar enxertos autólogos (ilíaco, tíbia, rádio distal) ou homólogos (osso de banco de tecidos). A grande vantagem do enxerto autólogo é sua capacidade osteogênica, osteocondutora e osteoindutora. A osteogênese deve-se ao microambiente formado com fatores tróficos que determinam o recrutamento de células mesenquimais e fibroblastos e sua diferenciação em tecido ósseo. A osteoindução refere-se a proteínas específicas que determinam o crescimento ósseo local. A osteocondução refere-se ao substrato, arcabouço, onde pode-se formar osso. Já o enxerto de banco e os substitutos ósseos como a hidroxiapatita têm somente capacidade osteocondutora.

A proteína morfogenética óssea (BMP) é outra forma de tratamento das pseudoartroses atróficas, com capacidade osteoindutora.

Uma técnica simples de infiltrar localmente células totipotentes é o uso do aspirado de medula óssea do ilíaco. No entanto, sua baixa celularidade torna o método questionável. Talvez sua ação deve-se à presença de BMP mais do que de células totipotentes(65).

Para o sucesso da terapia com células-tronco é necessária uma alta celularidade na coleta, cultivo adequado para formação de células da linhagem óssea e fatores tróficos(63).

O uso de células-tronco para a formação de tecido ósseo determina uma diminuição da morbidade na área doadora de enxerto ósseo e evita transmissão de doenças através de enxertos homólogos(64,65).

Existem poucos estudos de células-tronco para formação de osso. Um estudo experimental em ratos relata a ação benéfica em utilizar as células-tronco em focos de osteotomias sob tratamento com distração por fixadores externos, determinando uma melhora da vascularização local e consolidação mais rápida em uma a duas semanas(66).

 

TECIDO CONJUNTIVO DENSO

Os ligamentos e tendões são formados por tecido conjuntivo propriamente dito, tipo denso. Para sua gênese, são necessárias forças de tração. São constituídos de fibroblastos e fibras de colágeno do tipo I e III principalmente.

O ligamento cruzado anterior (LCA) e ligamento colateral medial (LCM) do joelho são as estruturas mais lesadas na prática esportiva, alcançando 90% dos ligamentos lesados. O LCM é tratado conservadoramente, porém o LCA é tratado preferencialmente por cirurgia reconstrutiva artroscópica. Hoje temos, como opções de enxerto autólogo para o LCA, principalmente o tendão patelar, semitendíneo, grácil e tendão quadriciptal. Como alternativa, temos o enxerto homólogo de tendão de Aquiles. A maior crítica a essas cirurgias seria a morbidade da área doadora. Nesse caso, as células-tronco evitariam esse inconveniente(64).

Existem estudos comprovando diferentes graus de regeneração de tecidos intra-articulares em joelhos acometidos, desde lesões de ligamento cruzado anterior, lesões meniscais ou lesões condrais após injeções intra-articulares de células-tronco, proporcionando uma nova opção terapêutica para essas lesões articu- lares(67) (Figura 15).

 

 

O tendão de Aquiles é um dos mais lesados. Seu tratamento pode ser conservador ou cirúrgico. A vantagem do tratamento conservador é evitar complicações cirúrgicas, como necrose de pele, infecção e lesão neurovascular. A desvantagem é sua menor resistência e, portanto, maior risco de rerruptura. O inverso vale para o tratamento cirúrgico. Como opções cirúrgicas, temos a reparação aberta com sutura tipo Krakow, reparação percutânea com sutura em "x" e os diversos tipos de reforços tendíneos (flexor longo do hálux, plantar delgado, fibular curto, aponeurose do tríceps sural). As células-tronco têm-se tornado uma nova técnica que, futuramente, pode ser aplicada nos casos de falhas tendíneas sem aumentar o tempo cirúrgico e perda da função dos tendões transferidos (Figura 16).

 

 

CONSIDERAÇÕES FINAIS

A literatura apresenta-se em diversos trabalhos sobre esse tema, tanto em forma de trabalhos experimentais, quanto em forma de ensaios clínicos, mostrando-se um dos campos mais promissores da medicina que irá proporcionar a resolução de patologias até hoje sem solução.

 

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Correspondência:
Rua Dr. Ovídio Pires de Campos, 333- Cerqueira Cesar
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E-mail: aacristante@uol.com.br

Trabalho recebido para publicação: 08/06/2011, aceito para publicação: 28/06/2011.

 

 

Trabalho realizado no LIM 41 - Laboratório de Investigação Médica do Sistema Musculoesquelético do Departamento de Ortopedia e Traumatologia da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo
Os autores declaram inexistência de conflito de interesses na realização deste trabalho / The authors declare that there was no conflict of interest in conducting this work