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Caracterização da membrana induzida pela técnica de Masquelet em modelo murino de defeito ósseo segmentar

Resumo

Objetivo

Reproduzir em modelo animal a técnica cirúrgica de Masquelet utilizada no tratamento de defeitos ósseos críticos e analisar as características da membrana formada em torno do cimento ósseo.

Métodos

Um defeito crítico de 10mm foi realizado na diáfise femoral de 21 ratos Sprague-Dawley. Após a ressecção da porção central da diáfise o defeito foi estabilizado com fio de Kirschner introduzido pelo canal medular e com a interposição de espaçador de cimento ósseo. Após 2, 4, e 6 semanas do procedimento cirúrgico os animais foram eutanasiados e avaliados em radiografias do membro posterior quanto ao tamanho do defeito, o alinhamento e a estabilidade da osteossíntese. As membranas formadas em torno do espaçador foram submetidas a análise histológica para avaliação da espessura, da maturação do tecido conjuntivo e da densidade vascular.

Resultados

Ao longo do tempo as membranas inicialmente constituídas por tecido conjuntivo frouxo foram substituídas por membranas representadas por tecido conjuntivo denso, rico em fibras colágenas espessas. Com seis semanas a espessura das membranas foi maior (565 ± 208μm) do que com quatro (186,9 ± 70,21μm, p = 0,0002) e duas semanas (252,2 ± 55,1μm, p = 0,001). Todas as membranas do tempo inicial apresentaram focos de diferenciação osteogênica que reduziram progressivamente ao longo do tempo.

Conclusão

Além da função estrutural e protetora da membrana, suas características biológicas intrínsecas podem contribuir ativamente para a regeneração óssea. A atividade biológica atribuída pela presença de focos de osteogênese confere à membrana potencial de osteoindução que favorece as condições locais para a integração do enxerto ósseo.

Palavras-chave
modelos animais; membrana induzida; osso e ossos; regeneração óssea; técnica de Masquelet

Abstract

Objective

To reproduce in an animal model the surgical technique of Masquelet used in the treatment of critical bone defects and to analyze the characteristics of the membrane formed around the bone cement.

Methods

A 10mm critical defect was created in the femoral shaft of 21 Sprague-Dawley rats. After resection of the central portion of the diaphysis, the defect was stabilized with a Kirschner wire introduced through the medullary canal and with the interposition of a bone cement spacer. After 2, 4, and 6 weeks of the surgical procedure, the animals were euthanized and evaluated on radiographs of the posterior limb regarding the size of the defect, alignment and stability of the osteosynthesis. The membranes formed around the spacer were subjected to histological analysis to assess thickness, connective tissue maturation and vascular density.

Results

Over time, the membranes initially made up of loose connective tissue were replaced by membranes represented by dense connective tissue, rich in thick collagen fibers. At six weeks, membrane thickness was greater (565 ± 208μm) than at four (186.9 ± 70.21μm, p = 0.0002) and two weeks (252.2 ± 55.1μm, p = 0.001). All membranes from the initial time showed foci of osteogenic differentiation that progressively reduced over time.

Conclusion

In addition to the structural and protective function of the membrane, its intrinsic biological characteristics can actively contribute to bone regeneration. The biological activity attributed by the presence of foci of osteogenesis confers to the membrane the potential of osteoinduction that favors the local conditions for the integration of the bone graft.

Keywords
bone and bones; masquelet technique; models, animal; membrane induced; bone regeneration

Introdução

Os defeitos segmentares críticos são definidos como uma falha óssea segmentar com comprimento 2 a 2,5 vezes maior do que o diâmetro do osso e que não regeneram espontaneamente.11 Wiese A, Pape HC. Bone defects caused by high-energy injuries, bone loss, infected nonunions, and nonunions. Orthop Clin North Am 2010;41(01):1–4,22 Mauffrey C, Giannoudis PV, Conway JD, Hsu JR, Masquelet AC. Masquelet technique for the treatment of segmental bone loss have we made any progress? Injury 2016;47(10):2051–2052 Defeitos com essas dimensões são lesões complexas de difícil abordagem e representam um desafio para o ortopedista.33 Kadhim M, Holmes L Jr, Gesheff MG, Conway JD. Treatment options for nonunion with segmental bone defects: systematic review and quantitative evidence synthesis. J Orthop Trauma 2017;31(02):111–119 Em animais, um defeito ósseo crítico é definido como um defeito que não regenera espontaneamente ou que apresenta menos de 10% de regeneração óssea ao longo da vida do animal.44 Rimondini L, Nicoli-Aldini N, Fini M, Guzzardella G, Tschon M, Giardino R. In vivo experimental study on bone regeneration in critical bone defects using an injectable biodegradable PLA/PGA copolymer. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2005;99(02):148–154

As principais estratégias terapêuticas para os defeitos segmentares críticos são a distração osteogênica ou o transporte ósseo interno com fixador externo (técnica de Ilizarov),55 Giannoudis PV. Treatment of bone defects: Bone transport or the induced membrane technique? Injury 2016;47(02):291–292 os enxertos ósseos vascularizados66 Ren GH, Li R, Hu Y, Chen Y, Chen C, Yu B. Treatment options for infected bone defects in the lower extremities: free vascularized fibular graft or Ilizarov bone transport? J Orthop Surg Res 2020;15 (01):439–450 e a técnica da membrana induzida descrita por Alain Masquelet.77 Masquelet AC, Fitoussi F, Bégué T, Muller GP. Reconstruction des os longs par membrane induite et autogreffe spongieuse. Ann Chir Plast Esthet 2000;45(03):346–353,88 Masquelet AC, Begue T. The concept of induced membrane for reconstruction of long bone defects. Orthop Clin North Am 2010; 41(01):27–37

Inicialmente, a técnica cirúrgica de Masquelet foi descrita para o tratamento das perdas ósseas secundárias à infecção e passou a ser progressivamente utilizada na reconstrução dos defeitos ósseos críticos. Na técnica, realizada em dois tempos, é feito o desbridamento da lesão com colocação do espaçador temporário (cimento) no primeiro tempo e, após cerca de seis semanas, é realizada a reconstrução com enxerto ósseo.77 Masquelet AC, Fitoussi F, Bégué T, Muller GP. Reconstruction des os longs par membrane induite et autogreffe spongieuse. Ann Chir Plast Esthet 2000;45(03):346–353,88 Masquelet AC, Begue T. The concept of induced membrane for reconstruction of long bone defects. Orthop Clin North Am 2010; 41(01):27–37 O racional da técnica se baseia na formação de uma membrana fibrosa induzida pela resposta inflamatória do tipo corpo estranho em torno do cimento interposto no local da ressecção do osso.99 Masquelet A, Kanakaris NK, Obert L, Stafford P, Giannoudis PV. Bone repair using the Masquelet technique. J Bone Joint Surg Am 2019;101(11):1024–1036,1010 Alford AI, Nicolaou D, Hake M, McBride-Gagyi S. Masquelet’s induced membrane technique: Review of current concepts and future directions. J Orthop Res 2021;39(04):707–718 No segundo tempo cirúrgico, o cimento é retirado e o material de enxertia é introduzido na câmara formada no local de defeito.1111 Giannoudis PV, Harwood PJ, Tosounidis T, Kanakaris NK. Restoration of long bone defects treated with the induced membrane technique: protocol and outcomes. Injury 2016;47(Suppl 6): S53–S61,1212 Klein C, Monet M, Barbier V, et al. The Masquelet technique: Current concepts, animal models, and perspectives. J Tissue Eng Regen Med 2020;14(09):1349–1359

Relatos da literatura já descreveram as propriedades biológicas da membrana induzida que favorecem a consolidação do defeito após a enxertia óssea.88 Masquelet AC, Begue T. The concept of induced membrane for reconstruction of long bone defects. Orthop Clin North Am 2010; 41(01):27–37,1313 Pelissier P, Masquelet AC, Bareille R, Pelissier SM, Amedee J. Induced membranes secrete growth factors including vascular and osteoinductive factors and could stimulate bone regeneration. J Orthop Res 2004;22(01):73–79

14 Aho OM, Lehenkari P, Ristiniemi J, Lehtonen S, Risteli J, Leskelä HV. The mechanism of action of induced membranes in bone repair. J Bone Joint Surg Am 2013;95(07):597–604

15 Christou C, Oliver RA, Yu Y, Walsh WR. The Masquelet technique for membrane induction and the healing of ovine critical sized segmental defects. PLoS One 2014;9(12):e114122
-1616 Gourón R, Petit L, Boudot C, et al. Osteoclasts and their precursors are present in the induced-membrane during bone reconstruction using the Masquelet technique. J Tissue Eng Regen Med 2017; 11(02):382–389 Além da barreira mecânica à reabsorção do enxerto, a membrana é fonte de moléculas bioativas como o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF), responsável pela modulação do padrão de vascularização da membrana ao longo do tempo1414 Aho OM, Lehenkari P, Ristiniemi J, Lehtonen S, Risteli J, Leskelä HV. The mechanism of action of induced membranes in bone repair. J Bone Joint Surg Am 2013;95(07):597–604,1717 Wang X, Wei F, Luo F, Huang K, Xie Z. Induction of granulation tissue for the secretion of growth factors and the promotion of bone defect repair. J Orthop Surg Res 2015;10(01):147 e o fator de crescimento transformador β1 (TGF-β1), relacionado com a regulação da proliferação e diferenciação de condrócitos e osteoblastos na membrana.1515 Christou C, Oliver RA, Yu Y, Walsh WR. The Masquelet technique for membrane induction and the healing of ovine critical sized segmental defects. PLoS One 2014;9(12):e114122,1717 Wang X, Wei F, Luo F, Huang K, Xie Z. Induction of granulation tissue for the secretion of growth factors and the promotion of bone defect repair. J Orthop Surg Res 2015;10(01):147

18 Henrich D, Seebach C, Nau C, et al. Establishment and characterization of the Masquelet induced membrane technique in a rat femur critical-sized defect model. J Tissue Eng Regen Med 2016; 10(10):E382–E396
-1919 Viateau V, Bensidhoum M, Guillemin G, et al. Use of the induced membrane technique for bone tissue engineering purposes: animal studies. Orthop Clin North Am 2010;41(01):49–56

O objetivo deste estudo foi reproduzir em um modelo animal a técnica cirúrgica de Masquelet e analisar ao longo do tempo as características da membrana induzida formada em torno do cimento ósseo. No contexto da pesquisa ortopédica, o modelo poderá contribuir para (i) identificar achados relacionados com o favorecimento das condições locais para a consolidação óssea e (ii) possibilitar a realização de experimentos com novos materiais utilizados para o preenchimento inicial ou na reconstrução dos defeitos.

Materiais e Métodos

Animais

Utilizamos neste estudo 21 ratos Sprague-Dawley machos com 12-14 semanas e peso médio de 350 g, adquiridos no Biotério Central da Unicamp (Campinas, São Paulo). Os animais foram alojados em ambiente com luz e temperatura controladas e receberam ração e água ad libitum. Os experimentos foram realizados de acordo com as diretrizes publicadas na Lei 11.794 que regulamenta os procedimentos para o uso científico de animais e com a aprovação do comitê institucional de cuidados com animais (CEUA 006/2017).

Modelo Experimental

O procedimento cirúrgico foi realizado após indução anestésica em câmara com concentração alveolar de isoflurano (Biochimico, Itatiaia, Rio de Janeiro) de 4-5%. A seguir o animal foi transferido para máscara facial e mantido com concentração de 2,5% (Vaporizador Universal, Insight Ltda, Ribeirão Preto, São Paulo). A analgesia foi realizada com 5 mg/kg de cloridrato de tramadol (Hipolabor, Sabará, Minas Gerais) associado a 5 mg/kg cetoprofeno (Ketoprofeno 1%, Vencofarma, Londrina, Paraná) por via subcutânea no pré-operatório e mantida com dose diária por três dias consecutivos no pós-operatório. A antibioticoterapia profilática foi realizada com uma dose diária de 50 mg/kg de cefazolina sódica (Fazolon®, Blau Farmacêutica, São Paulo) por via intraperitoneal por três dias consecutivos. Após a cirurgia os animais foram mantidos individualmente em estantes ventiladas.

As cirurgias foram realizadas em condições estéreis com o animal em decúbito lateral esquerdo. Após tricotomia e assepsia do membro posterior direito com etanol 70%, foi realizada incisão cutânea longitudinal de 40 mm na face lateral da coxa. Após a incisão da fáscia lata, o músculo vasto lateral foi divulsionado para exposição do fêmur direito (Fig. 1A). Para criação do defeito foi realizada ostectomia de 10 mm na porção central da diáfise femoral com o auxílio de serra de Gigli com 0,22 mm de espessura (RISystem AG, Landquart, Suiça) (Fig. 1B).

Fig. 1
Etapas do procedimento cirúrgico para criação de defeito crítico na diáfise femoral em modelo animal e reconstrução com cimento ósseo. (A) Exposição do fêmur por acesso anterolateral e demarcação do local da criação do defeito crítico com gancho duplo na porção médio-diafisária. (B) Ostectomia (10 mm) realizada na porção central da diáfise com o auxílio de serra de Gigli (seta). (C) Inserção de fio de Kirschner (1,5 mm) através do canal medular do segmento ósseo distal em direção ao joelho. (D) Após a visualização da extremidade do fio na fossa intercondílea, com auxílio de um motor manual o fio foi progredido retrogradamente pelo canal medular através da falha óssea. (E) Ancoramento do fio na região trocantérica do fêmur e delimitação do defeito crítico. (F) Estabilização do defeito com a interposição de um espaçador cirúrgico de cimento ósseo (PMMA).

Após a ressecção da porção central da diáfise foi inserido um fio de Kirschner com ponta rosqueada e espessura de 1,5 mm através do canal medular do segmento ósseo distal em direção ao joelho (Fig. 1C). Após a luxação da patela e a visualização da extremidade do fio na fossa intercondílea, com auxílio de um motor manual, o fio foi progredido retrogradamente pelo canal medular através da falha óssea (Fig. 1D) e ancorado pela rosca na região trocantérica do fêmur (Fig. 1E). O tamanho da falha foi confirmado com um afastador de gancho duplo. A estabilização do defeito foi obtida com a interposição de um espaçador cirúrgico de cimento ósseo (polimetilmetacrilato, PMMA) preparado em capela de exaustão com a mistura de 1 g de polimetilmetacrilato com 487 μL de líquido ativador (Smartset GMV Endurance, Gentamicin in Bone Cement, DePuy International, Leeds, Inglaterra) (Fig. 1F). Uma vez iniciado o processo de polimerização, o PMMA foi moldado sobre a falha óssea e, após a secagem, foi feita sutura por planos.

Os animais foram eutanasiados duas, quatro e seis semanas após a cirurgia com injecçaão intravenosa de solução saturada de KCl sob efeito de anestesia inalatória profunda. Após a eutanásia foram realizadas radiografias do membro posterior direito na incidência em perfil para avaliar o tamanho do defeito, o alinhamento e a estabilidade da osteossíntese. O tamanho dos defeitos ósseos foi medido utilizando programa de processamento de imagem radiográfica (mDicomViewer, Microdata versão 3.0).

Análise histológica

Após a eutanásia, o membro posterior direito foi desarticulado no quadril, os tecidos moles foram removidos e o fêmur foi exposto. As membranas recobrindo o PMMA foram retiradas com auxílio de pinça e bisturi e fixadas sobre papel de filtro em formol tamponado a 10% (pH 7,4). Após 48 horas foram seccionadas em fragmentos longitudinais, incluídos em blocos de parafina para obtenção de cortes histológicos com 5 µm de espessura e, posteriormente, corados pela técnica da Hematoxilina e Eosina (H&E) (Fig. 2). As imagens foram obtidas no sistema ApoTome 2 em câmera de alta resolução AxioCam HRm (Zeiss Axiozoom v.16, Carl Zeiss, Munique, Alemanha) e digitalizadas no programa de análise Zeiss Zen 2 core (Carl Zeiss).

Fig. 2
Após a fixação em formol tamponado a 10% por 48h as membranas foram seccionadas em fragmentos longitudinais equidistantes, incluídas em parafina e coradas pela técnica da Hematoxilina-Eosina (H&E).

A medida da espessura foi obtida em pontos equidistantes em toda a extensão das membranas utilizando o software Image J (disponível gratuitamente no site https://imagej.nih.gov/ij/). Os graus de maturação do tecido conjuntivo (frouxo, denso e muito denso) e a vascularização (baixa, intermediária e alta) das membranas foram definidos por avaliação semi-quantitativa.

Análise estatística

Os tamanhos dos defeitos e a espessura das membranas em micra foram expressos em média ± desvio padrão e comparados utilizando o ANOVA one way seguido de pós teste de Holm-Sidak's. Foram considerados significativos valores para p < 0,05. As análises foram realizadas utilizando o programa GraphPad Prism versão 8.3 para iOS (Home-graphpad.com).

Resultados

Procedimento cirúrgico

As cirurgias tiveram duração média de 32 minutos. Apesar dos animais apresentarem algum grau de claudicação após a recuperação anestésica, eles se mantiveram ativos durante o período experimental. Ao final do terceiro dia, após a suspensão dos esquemas de analgesia e antibioticoterapia, os animais recuperaram a funcionalidade do membro operado.

Controle radiográfico

O tamanho médio dos defeitos ósseos foi 7 ± 1,5 mm. Nenhum animal apresentou deslocamento do cimento ósseo ou infecção no sítio cirúrgico. Em dezoito animais a osteossíntese garantiu a estabilidade dos segmentos ósseos, com boa sobreposição do PMMA inserido ao longo do defeito (Fig. 3). Três animais que apresentaram sinais de falha da osteossíntese por perda do ancoramento trocantérico (Fig. 4) foram submetidos a eutanásia e excluídos do estudo.

Fig. 3
Radiografias em perfil do membro posterior realizadas após a eutanásia para avaliar o tamanho do defeito, o alinhamento e a estabilidade da osteossíntese.

Fig. 4
Radiografias em perfil do membro posterior dos animais que apresentaram falha da osteossíntese por perda do ancoramento trocantérico. (A) Deslocamento completo do fio de Kirschner e soltura do espaçador. (B e C) Deslocamento parcial do fio de Kirschner com soltura do espaçador.

Morfologia das membranas

Em todos os animais as membranas envolviam completamente o espaçador de PMMA (Fig. 5). Microscopicamente, a porção superficial em contato com o cimento era representada por camada densamente celular (Fig. 6). Apesar da nítida delimitação entre o revestimento celular e a porção fibrosa superior da membrana, não havia evidência da presença de membrana basal.

Fig. 5
Aspecto macroscópico da membrana induzida de Masquelet em modelo murino com a face brilhante relacionada com o espaçador de polimetilmetracrilato (PMMA) voltada para cima (retângulo pontilhado).

Fig. 6
Microfotografia da membrana induzida de Masquelet em modelo murino quatro semanas após a criação de defeito crítico no fêmur. Revestimento da superfície em contato com o com o espaçador de polimetilmetracrilato (PMMA) representado por camada densamente celular, com interface (setas) bem definida da porção superior da membrana. Coloração H&E. Barra = 150μm.

A densidade do tecido conjuntivo alterou ao longo do tempo (Tabela 1). Em duas semanas, as membranas eram representadas por tecido de granulação ou conjuntivo ricamente vascularizado com deposição de matriz extracelular amorfa relacionada com fibroblastos jovens (Fig. 7A). A partir da quarta semana os fibroblastos são alongados e a matriz extracelular adquire aspecto fibrilar (Fig. 7B). Com seis semanas o tecido conjuntivo é rico em fibroblastos alongados e matriz colágena densa (Fig. 7C). Exceto pelo discreto aumento da espessura da parede dos vasos na avaliação mais tardia, o padrão da neoformação vascular não mostrou relação com o tempo (Tabela 1).

Fig. 7
Microfotografia das membranas induzidas ilustrando as características do tecido conjuntivo fibroso duas, quatro e seis semanas após a criação de defeito crítico no fêmur. (A) Duas semanas: tecido conjuntivo ricamente vascularizado associado com matriz extracelular amorfa relacionada com fibroblastos jovens (seta), focos de hemorragia (h) e depósitos de fibrina (f). (B) Quatro semanas: vascularização exuberante (*) e matriz extracelular com aspecto fibrilar relacionada a fibroblastos com morfologia alongada. (C) Seis semanas: tecido conjuntivo rico em fibrobastos aprisionados em matriz colágena densa com fibras dispostas paralelamente (*). PMMA = polimetilmetacrilato. Coloração H&E. Barra = 200µm (A, B e C).

Tabela 1
Análise histológica semi-quantitativa dos graus de maturação do tecido conjuntivo e da neoformação vascular nas membranas

A espessura das membranas aumentou significativamente ao longo do tempo (Fig. 8). Com seis semanas as membranas tinham espessura média de 565 ± 208 μm e, na maior parte dos animais o tecido conjuntivo penetrava o músculo esquelético subjacente, promovendo o ancoramento da membrana no local do defeito ósseo (Fig. 9). Com quatro e duas semanas a expessura média foi respectivamente 186,9 ± 70,21 e 252,2 ± 55,1 μm.

Fig. 8
Relação entre temporalidade e espessura das membranas. Valores expressos como média ± desvio padrão. ANOVA one way seguido de pós teste de Holm-Sidak's.

Fig. 9
Na avaliação mais tardia (seis semanas) o tecido conjuntivo da membrana (setas) penetra no músculo esquelético (ME) subjacente promovendo o ancoramento da membrana no local do defeito ósseo e atrofia das fibras musculares esqueléticas (*). PMMA = polimetilmetacrilato. Coloração H&E. Barra = 200µm

Quanto ao potencial intrínseco para diferenciação osteogênica, todas as membranas avaliadas no tempo inicial de duas semanas (6/6) mostraram focos de ossificação endocondral. Ao longo do tempo este potencial reduziu progressivamente (4/6 com quatro semanas e 1/6 com seis semanas). Independente do ponto de observação, a neoformação óssea ocorreu em todas as regiões da membrana, sem definição de um padrão preferencial de localização (Fig. 10). Em algumas membranas havia associação do osso neoformado com células hematopoéticas.

Fig. 10
Potencial intrínseco das membranas para indução de diferenciação osteogênica. (A) Foco de ossificação endocondral (OE) localizado próximo à superfície da membrana. Condrócitos proliferativos e hipertróficos (*) podem ser identificados em relação com a formação óssea (duas semanas). (B) Foco de ossificação localizado próximo ao plano muscular (ME) constituído por osso lamelar (OL) e não lamelar imaturo (OI) e células hematopoéticas (*) (4 semanas). (C) Foco de ossificação endocondral (OE) localizado próximo a superfície da membrana constituído por osso imaturo contendo osteoblastos aprisionados na matriz óssea e células hematopoéticas (*). PMMA = polimetilmetacrilato. ME = Músculo esquelético Coloração H&E. Barra = 100µm (A e B) e 50μm (C).

Discussão

Neste estudo estabelecemos um modelo murino de falha óssea médio-diafisária no fêmur com a colocação de haste intramedular retrógrada (fio de Kirschner rosqueado) a fim de mimetizar a técnica de Masquelet. Modelos animais que mimetizam a situação clínica são particularmente interessantes para teste de estratégias de bioengenharia ortopédica baseadas no desenvolvimento de substitutos ósseos. No nosso modelo, reproduzimos a formação da membrana e mostramos o seu potencial intrínseco para diferenciação osteogênica e a organização e maturação do tecido conjuntivo ao longo do tempo.

O tecido de granulação e a matriz extracelular das membranas dos tempos iniciais se torna progressivamente mais denso e rico em fibras colágenas espessas. Em coelhos1919 Viateau V, Bensidhoum M, Guillemin G, et al. Use of the induced membrane technique for bone tissue engineering purposes: animal studies. Orthop Clin North Am 2010;41(01):49–56 e ovelhas1313 Pelissier P, Masquelet AC, Bareille R, Pelissier SM, Amedee J. Induced membranes secrete growth factors including vascular and osteoinductive factors and could stimulate bone regeneration. J Orthop Res 2004;22(01):73–79 não foram observadas alterações estruturais relacionadas com o envelhecimento da membrana. Contudo, em um dos principais estudos clínicos desenvolvido para investigar a biologia das membranas, com o tempo, o tecido conjuntivo se tornou mais colagenizado e menos vascularizado atingindo sua composição final três a seis meses depois da colocação do espaçador.1414 Aho OM, Lehenkari P, Ristiniemi J, Lehtonen S, Risteli J, Leskelä HV. The mechanism of action of induced membranes in bone repair. J Bone Joint Surg Am 2013;95(07):597–604 A partir da segunda semana após o procedimento cirúrgico observamos em todos os animais a formação de membrana fibrosa envolvendo o espaçador. Diversos relatos confirmam a semelhança morfoestrutural da membrana formada em torno do PMMA em humanos e em animais.1212 Klein C, Monet M, Barbier V, et al. The Masquelet technique: Current concepts, animal models, and perspectives. J Tissue Eng Regen Med 2020;14(09):1349–1359 Em ambos os cenários ela é constituída por tecido conjuntivo bem estruturado organizado em camadas.1515 Christou C, Oliver RA, Yu Y, Walsh WR. The Masquelet technique for membrane induction and the healing of ovine critical sized segmental defects. PLoS One 2014;9(12):e114122,2020 Liu H, Hu G, Shang P, et al. Histological characteristics of induced membranes in subcutaneous, intramuscular sites and bone defect. Orthop Traumatol Surg Res 2013;99(08):959–964 A porção superficial da membrana em contato com o cimento é revestida por células poliédricas dispostas em camadas, semelhante aos revestimentos epiteliais.88 Masquelet AC, Begue T. The concept of induced membrane for reconstruction of long bone defects. Orthop Clin North Am 2010; 41(01):27–37 As camadas subsequentes são constituídas por fibroblastos, miofibroblastos, e matriz extracelular rica em colágeno tipo I.88 Masquelet AC, Begue T. The concept of induced membrane for reconstruction of long bone defects. Orthop Clin North Am 2010; 41(01):27–37,1515 Christou C, Oliver RA, Yu Y, Walsh WR. The Masquelet technique for membrane induction and the healing of ovine critical sized segmental defects. PLoS One 2014;9(12):e114122,1616 Gourón R, Petit L, Boudot C, et al. Osteoclasts and their precursors are present in the induced-membrane during bone reconstruction using the Masquelet technique. J Tissue Eng Regen Med 2017; 11(02):382–389,1919 Viateau V, Bensidhoum M, Guillemin G, et al. Use of the induced membrane technique for bone tissue engineering purposes: animal studies. Orthop Clin North Am 2010;41(01):49–56,2121 Viateau V, Guillemin G, Calando Y, et al. Induction of a barrier membrane to facilitate reconstruction of massive segmental diaphyseal bone defects: an ovine model. Vet Surg 2006;35(05): 445–452

A não ser pelo espessamento da parede vascular, não observamos influência do tempo sobre a vascularização da membrana. Apesar da vascularização reduzir a medida que a membrana se torna mais colagenizada,1414 Aho OM, Lehenkari P, Ristiniemi J, Lehtonen S, Risteli J, Leskelä HV. The mechanism of action of induced membranes in bone repair. J Bone Joint Surg Am 2013;95(07):597–604 é possível que a forma de avaliação comparativa que utilizamos para quantificar a densidade dos vasos não tenha confirmado este achado. A redução de 60% da vascularização do primeiro para o terceiro mês foi descrita em fragmentos da membrana obtidos por biópsias sequenciais realizadas no mesmo paciente.1414 Aho OM, Lehenkari P, Ristiniemi J, Lehtonen S, Risteli J, Leskelä HV. The mechanism of action of induced membranes in bone repair. J Bone Joint Surg Am 2013;95(07):597–604 Outro ponto a ser considerado é que, em geral a avaliação do padrão de vascularização é feita após a reconstrução do defeito.2020 Liu H, Hu G, Shang P, et al. Histological characteristics of induced membranes in subcutaneous, intramuscular sites and bone defect. Orthop Traumatol Surg Res 2013;99(08):959–964 Possivelmente a enxertia óssea interfere na dinâmica de remodelação das membranas dificultando a comparação com membranas formadas antes da reconstrução do defeito.

Os relatos quanto a espessura da membrana em modelos animais, variando entre 100-200μm1616 Gourón R, Petit L, Boudot C, et al. Osteoclasts and their precursors are present in the induced-membrane during bone reconstruction using the Masquelet technique. J Tissue Eng Regen Med 2017; 11(02):382–389,2020 Liu H, Hu G, Shang P, et al. Histological characteristics of induced membranes in subcutaneous, intramuscular sites and bone defect. Orthop Traumatol Surg Res 2013;99(08):959–964,2222 Gruber HE, Gettys FK, Montijo HE, et al. Genomewide molecular and biologic characterization of biomembrane formation adjacent to a methacrylate spacer in the rat femoral segmental defect model. J Orthop Trauma 2013;27(05):290–297,2323 Tang Q, Tong M, Zheng G, Shen L, Shang P, Liu H. Masquelet’s induced membrane promotes the osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells by activating the Smad and MAPK pathways. Am J Transl Res 2018;10(04):1211–1219 a 1000 μm1717 Wang X, Wei F, Luo F, Huang K, Xie Z. Induction of granulation tissue for the secretion of growth factors and the promotion of bone defect repair. J Orthop Surg Res 2015;10(01):147,1919 Viateau V, Bensidhoum M, Guillemin G, et al. Use of the induced membrane technique for bone tissue engineering purposes: animal studies. Orthop Clin North Am 2010;41(01):49–56 estão de acordo com a faixa de valores obtidos no presente estudo. Como outros autores,1717 Wang X, Wei F, Luo F, Huang K, Xie Z. Induction of granulation tissue for the secretion of growth factors and the promotion of bone defect repair. J Orthop Surg Res 2015;10(01):147,1818 Henrich D, Seebach C, Nau C, et al. Establishment and characterization of the Masquelet induced membrane technique in a rat femur critical-sized defect model. J Tissue Eng Regen Med 2016; 10(10):E382–E396,2323 Tang Q, Tong M, Zheng G, Shen L, Shang P, Liu H. Masquelet’s induced membrane promotes the osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells by activating the Smad and MAPK pathways. Am J Transl Res 2018;10(04):1211–1219,2424 Nau C, Seebach C, Trumm A, et al. Alteration of Masquelet’s induced membrane characteristics by different kinds of antibiotic enriched bone cement in a critical size defect model in the rat’s femur. Injury 2016;47(02):325–334 observamos que as membranas se tornaram mais espessas ao longo do tempo, que pode ser justificado pelo maior acúmulo de tecido conjuntivo e de fibras colágenas espessas. Estudos realizados em ratos2222 Gruber HE, Gettys FK, Montijo HE, et al. Genomewide molecular and biologic characterization of biomembrane formation adjacent to a methacrylate spacer in the rat femoral segmental defect model. J Orthop Trauma 2013;27(05):290–297 e em coelhos1717 Wang X, Wei F, Luo F, Huang K, Xie Z. Induction of granulation tissue for the secretion of growth factors and the promotion of bone defect repair. J Orthop Surg Res 2015;10(01):147,2020 Liu H, Hu G, Shang P, et al. Histological characteristics of induced membranes in subcutaneous, intramuscular sites and bone defect. Orthop Traumatol Surg Res 2013;99(08):959–964 mostram que, com o tempo, a membrana se torna mais delgada. Em nenhum desses estudos os autores sugerem as bases biológicas/biomecânicas para justificar os seus resultados. À semelhança do padrão de vascularização é possível que esta discrepância esteja relacionada com a obtenção de valores da espessura da membrana antes e depois do segundo procedimento cirúrgico. Um resultado adicional do nosso estudo observado tardiamente foi a extensão do tecido conjuntivo das membranas para o músculo esquelético. As vantagens e desvantagens da fixação local da membrana podem vir a ser tema de investigações futuras em estudos clínicos voltados para a definição do melhor momento para realizar o segundo procedimento cirúrgico da técnica de Masquelet.

O potencial intrínseco das membranas para diferenciação osteogênica demonstrado no presente estudo e em membranas humanas1414 Aho OM, Lehenkari P, Ristiniemi J, Lehtonen S, Risteli J, Leskelä HV. The mechanism of action of induced membranes in bone repair. J Bone Joint Surg Am 2013;95(07):597–604,2525 Gruber HE, Ode G, Hoelscher G, Ingram J, Bethea S, Bosse MJ. Osteogenic, stem cell and molecular characterisation of the human induced membrane from extremity bone defects. Bone Joint Res 2016;5(04):106–115 e de animais1616 Gourón R, Petit L, Boudot C, et al. Osteoclasts and their precursors are present in the induced-membrane during bone reconstruction using the Masquelet technique. J Tissue Eng Regen Med 2017; 11(02):382–389,1818 Henrich D, Seebach C, Nau C, et al. Establishment and characterization of the Masquelet induced membrane technique in a rat femur critical-sized defect model. J Tissue Eng Regen Med 2016; 10(10):E382–E396 reduziu ao longo do tempo.1414 Aho OM, Lehenkari P, Ristiniemi J, Lehtonen S, Risteli J, Leskelä HV. The mechanism of action of induced membranes in bone repair. J Bone Joint Surg Am 2013;95(07):597–604,1616 Gourón R, Petit L, Boudot C, et al. Osteoclasts and their precursors are present in the induced-membrane during bone reconstruction using the Masquelet technique. J Tissue Eng Regen Med 2017; 11(02):382–389,1818 Henrich D, Seebach C, Nau C, et al. Establishment and characterization of the Masquelet induced membrane technique in a rat femur critical-sized defect model. J Tissue Eng Regen Med 2016; 10(10):E382–E396,2424 Nau C, Seebach C, Trumm A, et al. Alteration of Masquelet’s induced membrane characteristics by different kinds of antibiotic enriched bone cement in a critical size defect model in the rat’s femur. Injury 2016;47(02):325–334,2626 Gruber HE, Riley FE, Hoelscher GL, et al. Osteogenic and chondrogenic potential of biomembrane cells from the PMMA-segmental defect rat model. J Orthop Res 2012;30(08):1198–1212 O tecido de granulação formado nas fases iniciais do processo induzido por grandes corpos estranhos é rico em estroma mesenquimal indiferenciado e contem células que expressam marcadores de pluri e de multipotencialidade.2727 Patel J, Gudehithlu KP, Dunea G, Arruda JAL, Singh AK. Foreign body-induced granulation tissue is a source of adult stem cells. Transl Res 2010;155(04):191–199 Esta composição confere elevado potencial local para diferenciação nas linhagens mesenquimais, justificando a neoformação óssea em todas as membranas avaliadas com duas semanas. A redução progressiva da população de progenitores mesenquimais, a medida que o tecido da membrana sofre maturação, explicaria o menor percentual de focos de osteogênese tardiamente.

A escolha pela fixação intramedular com fio de Kirshner conferiu estabilidade mecânica no local do defeito. Ocorreram três falhas de fixação (3 em 21 casos), decorrentes de erro técnico do ancoramento da rosca do fio na região trocantérica do fêmur. Existem outros implantes desenvolvidos para este fim, porém o alto custo inviabiliza a utilização em pesquisa básica no nosso meio. O modelo mostrou-se eficiente, simples, reprodutível e de baixo custo.

Uma limitação do nosso estudo foi não ter reproduzido o segundo procedimento cirúrgico da técnica de Masquelet. Outra limitação que pode ser corrigida em estudos futuros é a identificação de moléculas bioativas e de progenitores mesenquimais que atuam na regulação local da membrana, utilizando técnicas de biologia molecular e isolamento celular. Para assegurar a reprodutibilidade do modelo, um ponto crítico a ser observado durante a abordagem cirúrgica é a manutenção do espaço criado pela ostectomia até o final do processo de polimerização do PMMA.

Conclusão

Além da função estrutural e protetora da membrana, suas características biológicas intrínsecas podem contribuir ativamente para a consolidação do defeito. A atividade biológica atribuída pela presença de focos de osteogênese confere a membrana potencial de osteoindução que favorecem as condições locais para a integração do enxerto ósseo. O modelo proposto pode contribuir em pesquisas futuras voltadas para estudar esse microambiente favorável e potencializador da regeneração óssea.

  • Suporte Financeiro
    Os autores declaram que não receberam apoio financeirode fontes públicas, comerciais ou sem fins lucrativos.

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Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    11 Dez 2023
  • Data do Fascículo
    sep-oct 2023

Histórico

  • Recebido
    23 Set 2022
  • Aceito
    16 Dez 2022
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