Generalidades de comportamiento biológico

La incorporación de los injertos es un proceso largo, que incluye diferentes etapas complejas de interacción con el huésped. Los autoinjertos, usualmente se integran en forma completa y más rápido que los aloinjertos. Sin embargo, debido a que la cantidad de  autoinjertos es limitada y que su extracción implica morbilidad, los aloinjertos son cada vez más populares.

Los aloinjertos pueden pasar por periodos muy prolongados de remodelación activa, dependiendo de su porosidad, hasta lograr una incorporación definitiva al huésped. Por esta razón, la función que se espera que desempeñen indica la clase de injerto que se debe utilizar.

La actividad biológica de los injertos en los sitios a donde son transplantados incluye al menos dos procesos: Osteoinducción y osteoconducción.

La osteoinducción se refiere al potencial de los injertos de estimular el lecho en donde son colocados para producir hueso nuevo. Esto se produce gracias a la presencia de proteínas morfogenéticas del hueso (BMP) presentes en las células de los injertos. Los autoinjertos tienen un potencial muy grande de estímulo, pues muchas de sus células se mantienen vivas en el proceso del transplante. Los aloinjertos, por supuesto tienen un potencial menor, pues no tienen células vivas, sin embargo, algunas proteínas permanecen en el injerto y conservan una capacidad leve de inducción.

La osteoconducción, por otro lado, es una característica que proveen todos los injertos, e incluso algunos biomateriales como las cerámicas. La osteoconducción se presenta gracias a que los injertos proporcionan un matriz tridimensional que es invadida por capilares del huésped, tejido perivascular y células osteoprogenitoras. En la figura 3, se aprecia un esquema de este proceso.

 

Figura 3. Comportamiento biológico

 

La incorporación del injerto al huésped, requiere de una interacción entre osteoinducción y osteconducción, asociada a la presencia de cargas fisiológicas sobre la zona injertada. El final de este proceso implica la sustitución del injerto original por hueso del huésped de un patrón prácticamente normal.


Proceso específico de incorporación de los injertos

El término incorporación se utiliza para describir las interacciones biológicas entre cualquier tipo de injerto y el sitio receptor, que resultan en la formación de hueso nuevo con adecuadas propiedades mecánicas. Podemos identificar las siguientes etapas: respuesta inflamatoria del receptor, reacción al trauma quirúrgico,  respuesta inmune al material implantado  y los procesos de proliferación celular, migración, diferenciación y revascularización que redundan en neoformación ósea y unión entre el injerto y el hueso. La velocidad y extensión de la incorporación dependen del tipo de injerto implantado, de los tejidos que lo rodean y del estado fisiológico sistémico del receptor.

Más específicamente podemos dilucidar los eventos biológicos que ocurren en el injerto y en el sitio injertado asi:

1. Formación de hematoma con liberación de citoquinas y factores de crecimiento
2. Inflamación, migración y proliferación de células mesenquimales y crecimiento   de tejido fibrovascular alrededor del injerto
3. Invasion de vasos capilares dentro del injerto frecuentemente utilizando los ya existentes canales haversianos o de Volkman
4. Resorción osteoclástica focal de las superficies del injerto
5. Osificación intramembranosa o encondral  en las superficies del injerto

De los factores mencionados anteriormente  la reacción inflamatoria en el sitio de implantación es la más importante. Como en cualquier respuesta inflamatoria reparadora, las plaquetas se adhieren rápidamente a las superficies de la herida, se degranulan y liberan amplia variedad de factores de crecimiento incluyendo FGF -2, PDGF, TGF ß dentro de la malla de fibrina  formada por la coagulación de la sangre y el líquido extracelular. De igual manera neutrófilos, linfocitos y monocitos son atraídos al sitio  inflamado y migran dentro del hematoma organizado. Los neutrófilos particularmente liberan quininas y prostaglandinas que son angiogénicas de manera que el tejido de granulación resultante está compuesto de pequeños capilares  y tejido fibroso edematoso rico en citoquinas y factores de crecimiento. Esta secuencia de cambios está controlada por citoquinas, prostaglandinas, óxido nítrico, aminas vasoactivas, factores de complemento e interleuquinas.  Los fibroblastos locales también producen colágeno en parte bajo la estimulacion del TGF ß e interleuquinas.  Simultáneamente el hueso necrótico bajo remodelación va siendo envuelto por fibrosis.  Sin embargo, la acumulación neta de colágeno también depende de la extension de la degradación colagénica llevada a cabo por metaloproteinasas que a su vez son liberadas por fibroblastos y macrófagos.

Este proceso descrito, que finalmente resulta en la proliferación vascular a través de una respuesta inflamatoria, es necesario para proveer al injerto con nutrientes y células.  En la práctica es importante tener en cuenta que los antiinflamatorios que se utilizan para aliviar el dolor postoperatorio, pueden demorar  e incluso anular  la fase vascular de la incorporación

Las condiciones mecánicas que rodean al injerto tambien tienen un efecto profundo en la vascularización y diferenciación celular, de tal manera que si el injerto no logra una estabilidad mecánica adecuada, es probable que se desarrolle tejido de granulación y fibrosis en la interfase entre el injerto y el receptor precluyendo su incorporación.

También es importante tener en cuenta la vascularidad del lecho que rodea el injerto, la abundancia y competencia de células endoteliales progenitoras y precursoras también del tejido conjuntivo. Tejidos que han sido irradiados, tejidos con fibrosis cicatricial, con infección previa van a tener una menor respuesta osteoinductora, osteoconductora y angiogénica.

 

Figura 4. Aloinjerto esponjoso necrótico 3 meses después de implantado

 

 

Incorporación de los autoinjertos


Autoinjertos vascularizados

La incorporación se logra con mayor predictibilidad en autoinjertos vascularizados en los cuáles, la reacción inflamatoria que acompaña la implantación no está complicada por una necrosis extensa de las células en el injerto, ni por la reacción inmunológica del receptor. Si se logra una adecuada anastomosis vascular y una apropiada estabilidad, mas del 90% de los osteocitos sobrevive al transplante (15).  La formación de nuevo hueso por el injerto y por el receptor puede llevar a una incorporación rápida; la cantidad de injerto que persiste con el tiempo se determina por el proceso de remodelación el cuál esta modificado principalmente por la carga mecánica (Fig 5).

 

Figura 5. Peroné vascularizado en una cabeza femoral con necrosis avascular.
Las láminas de cortical se ven viables y organizadas

 


Hueso esponjoso

Aún con el sitio receptor apropiado,  la mayoría de las células transplantadas mueren como resultado de isquemia o apoptosis inducida.  Las células que más resisten la isquemia después del transplante son las células mesenquimales primitivas y las células progenitoras endoteliales que se encuentran en la médula ósea.  Estas células pueden sobrevivir y aun  ser estimuladas a proliferar  por cambios en la PO2, el pH  y las citoquinas presentes en el sitio de implantación.  La supervivencia de éstas células es la que contribuye a obtener mejores resultados si comparamos al autoinjerto esponjoso con un aloinjerto también esponjoso. La matriz del injerto es invadida rápidamente por tejido de granulación. En un estudio experimental se pudo observar reabsorción osteoclástica y formación de hueso nuevo tan pronto como a las 3 semanas.  En un patrón similar al que se observa en el borde de un infarto óseo, la formación de hueso nuevo  en un andamiaje de trabéculas óseas necróticas puede dar una imagen radiológica de hiperdensidad.  A medida que la matriz del injerto es contínuamente reabsorbida por el proceso de remodelación, la imagen radiológica retorna a la normalidad. La tasa de incorporación de estos autoinjertos se ve influenciada por muchos factores incluyendo el sitio receptor, la extensión de la zona cruenta , las dimensiones del injerto y la especie. Un estudio controlado en ratas mostró la máxima expresión de los genes para colágeno tipo I y III a la primera semana de implantación de autoinjerto esponjoso y a la segunda semana después de la implantacion de aloinjerto esponjoso. Esto se correlacionó con invasión temprana del injerto por células mesenquimales y formación ósea precoz. La mayoría del autoinjerto completó su remodelación a la octava semana.


Autoinjerto cortical no vascularizado

Segmentos de estos autoinjertos están compuestos por hueso necrótico que no induce respuesta inmunológica. La matriz del hueso cortical no permite la suficiente difusión como para que los osteocitos presentes sobrevivan después del implante. Por esta razón estos injertos no producen osteogénesis directa  sino que sirven como sustrato para formación ósea por osteoconducción. La revascularización de estos autoinjertos es lenta en parte por la densidad de las osteonas y la escasa superficie que ofrece el hueso cortical para la penetración capilar.  La ventaja más importante es que proveen soporte mecánico en el sitio de implantación, si los comparamos con aloinjertos de cortical la diferencia es muy sutil en cuanto a comportamiento biológico.

 

INCORPORACIÓN DE LOS ALOINJERTOS

Han sido utilizados en la práctica ortopédica por décadas y su incorporación estudiada muchas veces. En general los procesos son similares cualitativamente a los de la incorporación de autoinjertos, pero ocurren más lentamente y se acompañan de una respuesta inflamatoria mayor, atribuida a la respuesta inmune.

 

Generalidades sobre respuesta inmune

El rechazo de la mayoría de transplantes de órganos sólidos involucra la  inmunidad celular y la humoral (anticuerpos) y requiere del reconocimiento del injerto por el receptor. Los antígenos responsables de este reconocimiento son los del complejo mayor de histocompatibilidad (HLA). Las moléculas HLA más importantes en el rechazo de transplantes son las llamadas clase I y clase II. Los antígenos clase I se expresan en todas las células nucleadas en forma de proteinas sintetizadas intracelularmente, especialmente proteinas virales.  Brevemente, una proteina extraña dentro de una célula es ligada a una recién sintetizada subunidad de la molécula clase I y entonces es transportada a la superficie de la célula. El antígeno extraño es orientado en la molécula clase I  sobre la membrana celular de manera que el receptor CD8 del linfocito T lo pueda reconocer. Las moléculas clase II tienen una estructura similar pero generalmente presentan los antígenos de origen extracelular a los linfocitos T CD 4.  A diferencia de los linfocitos B los linfocitos T reconocen antígenos únicamente cuando les son presentados por las células dendríticas o células presentadoras de antígeno. Estas células  presentan los antígenos de las células del injerto a los linfocitos T del receptor.  Una vez activados las células ayudadoras CD4 secretan citoquinas que influencian a otras células del sistema inmune incluyendo linfocitos B, macrófagos,  células asesinas naturales y a otros linfocitos T. Las células CD8 activadas pueden también secretar citoquinas pero su función primaria es citotóxica. Estas poblaciones de linfocitos T CD8 y CD4 son la clave para  iniciar la inflamación que va a destruir las células epiteliales y endoteliales de un  órgano transplantado.

Los linfocitos T CD4 tambien pueden estimular a los linfocitos B a producir anticuerpos dirigidos contra el implante. Dichos anticuerpos  producen lisis de las células extrañas y también atacan los vasos sanguíneos del transplante. Un hallazgo histológico común de la reacción de rechazo de un transplante es la infiltración linfocítica  de los pequeños vasos sanguíneos. La fase final de esta invasión es el daño de la íntima vascular, la trombosis y la necrosis.  A medida que se cronifica esta reacción, el órgano se llenará de tejido fibroso y perderá la estructura parenquimal.

 

Respuesta inmunológica a los aloinjertos óseos

Como se acaba de describir los antígenos que se asocian mas comúnmente con transplante de órganos son las clase I y II del complejo HLA, por ende,  no es sorprendente que cuando se transplanta un aloinjerto fresco  se desencadene una respuesta inmune por parte del receptor.  Muchos estudios experimentales han demostrado que cuando se minimiza  la respuesta inmune por histocompatibilidad o por inmunosupresión se mejora sustancialmente la incorporación de los aloinjertos.

Hay amplia evidencia obtenida de estudios en animales, de que los aloinjertos inducen la producción de anticuerpos específicos. Por ejemplo, utilizando un modelo de peroné canino para comparar aloinjertos compatibles, incompatibles, frescos y congelados  Stevenson encontró evidencia de producción de anticuerpos específicos y de inmunidad celular en los injertos incompatibles y frescos.  Un estudio adicional usando el mismo modelo sugirió que la inmunidad humoral estaba primariamente dirigida a los antígenos clase I. La respuesta  por anticuerpos en el receptor es más suave e infrecuente cuando los aloinjertos han sido congelados.  Horowitz y Friedlaender incubaron aloinjertos óseos con linfocitos T aislados in vitro para caracterizar la naturaleza de la activación de estos linfocitos.  Demostraron activación de las células T CD8 contra antígenos del complejo HLA primariamente clase I y II.  Aunque varios estudios sugieren que las células de la médula ósea son la mayor fuente de inmunogenicidad, nuevamente Horowitz y Friedlander encontraron que al remover estas células no se eliminaba la activacion de células T, sugiriendo que las células dentro de la cortical diafisiaria son capaces de activar respuesta en dichos linfocitos.

A pesar de la evidencia experimental en estudios animales de que los aloinjertos pueden inducir respuesta inmune en el receptor, la significancia clínica de esta reacción en humanos no está clara.  Las biopsias de especímenes muestran claramente células inflamatorias crónicas pero la naturaleza de la inflamación no es específica y difícilmente atribuida a la respuesta inmune. Friedlaender, identificó anticuerpos específicos anti HLA del aloinjerto en el suero de 9 de 44 pacientes que habían recibido aloinjertos liofilizados, pero ninguno de estos tuvo un mal resultado clínico.

Además de las consecuencias potenciales del rechazo local también debe considerarse la sensibilización del receptor a un grupo ampliado de antígenos HLA. Lee y col reportadaron que una paciente con enfermedad renal y pancreática que había sido evaluada como receptora potencial de transplante,  tenia antecedente de condrosarcoma del femur distal y de haber sido operada con un aloinjerto congelado.Había presentado una incorporación correcta del aloinjerto pero a las pocas semanas de la cirugía la paciente había desarrollado anticuerpos reactivos contra HLA que la excluyeron de cualquier posibilidad de transplante de un nuevo órgano.  El concepto de sensibilización es importante en la práctica para que cuando  se vayan a utilizar varios aloinjertos de banco en un receptor, ojalá éstos sean de un único donante.

 

Unión aloinjerto – receptor


La mayoría de los aloinjertos consolidan con el hueso adyacente bien sea por uniones cortical – cortical, o medular – medular.  Las uniones corticales (Fig. 6) ocurren por formación intramembranosa de hueso del periostio reconstituido y no por extensión del hueso vivo hacia el aloinjerto.  Las brechas entre las corticales de la unión pueden ser llenadas por hueso que se extiende partiendo del periostio. Por esta razón la parte final de un injerto puede reconocerse por la persistencia de la llamada línea de cemento. Los osteones del hueso nuevo son perpendiculares al eje de la cortical del aloinjerto.En el estudio de Enneking y Mindel la orientación perpendicular mencionada no se remodeló y permaneció identificable en el aloinjerto después de 5 años de implantación. Estos mismo autores encontraron que las uniones entre hueso esponjoso del aloinjerto y receptor se formaban más rápidamente que entre corticales, en un patrón que recuerda el patrón de reparación alrededor de un infarto óseo. 

La zona más interna del aloinjerto permanecia necrótica y esencialmente acelular, con otra zona de varios milímetros periférica evidenciando substitución reptante y dando una mayor radiodensidad a la interfase hueso receptor.

 

Figura 6. Unión aloinjerto-receptor entre corticales por medio del periostio. Persiste visible la línea de división

 

Superficie del aloinjerto

Enneking y Mindel encontraron que únicamente una capa delgada de hueso de 1 a 2 mm formada por osificación intramembranosa se observaba sobre la superficie externa de la mayoría de los aloinjertos.  Observaron también ocasionales zonas de erosión mediadas por osteoclastos  y zonas rellenas con tejido fibroso y celulas inflamatorias ocasionales (Fig 7).

 

Figura 7. Delgada capa de osteoide en un aloinjerto estructural (flecha gruesa).
Laguna de Howship vacía (flecha delgada)

 

Rechazo

Dos de los especímenes estudiados por estos autores fueron extraídos por presunto rechazo inmunológico.  Lo que observaron fue áreas focales de reabsorción con presencia de linfocitos pero en ninguno de los especímenes se encontraron los hallazgos típicos supuestos.

 

Tipos de formación ósea

En reconstrucciones mecánicamente estables de aloinjertos mineralizados, la formación de hueso ocurre por aposición intramembranosa antes que por osificación endocondral. Podemos ver cartílago si hay movilidad en el sitio de unión aloinjerto-receptor. Basados en estas observaciones, los aloinjertos congelados y deshidratados humanos parecen comportarse más como superficies osteoconductoras que como compuestos osteogénicos o significativamente osteoinductores.

 

Matriz ósea desmineralizada alogénica

Este es el compuesto  que mejor comportamiento biológico puede ofrecer dentro del espectro de aloinjertos óseos.  Urist desarrolló un compuesto de hueso alogénico quimio-esterilizado, autolisado y libre de antígenos que denomino el hueso AAA y que fué utilizado exitosamente en fusiones vertebrales posteriores.Fuú también a  partir de MOD,  que el mismo autor descubrió el complejo de proteínas morfogénicas osteoinductoras.   La mayoría de los bancos de hueso modernos ofrecen matriz desmineralizada (MOD) obtenida de hueso cortical diafisiario particulado y desmineralizado en solución 0.5 N de ácido clorhídrico (Fig 8). La MOD se puede mezclar con glicerol o con ácido hialurónico,tomando una consistencia pastosa o semilíquida que favorece la manipulación intraoperatoria. Su interacción con el receptor es principalmente osteoinductora.

 

Figura 8. Matriz ósea desmineralizada

 

Figura 9. Formación de hueso nuevo por medio de cartílago en un implante de matriz ósea desmineralizada (osteoinducción)

 

Tabla 2. Preparaciones de matriz ósea desmineralizada

Producto Compañía Tipo
Grafton DBM Osteotech Matriz ósea desmineralizada, disponible en gel o pasta.
DynaGraft GenSci Regeneration Sciences Matriz ósea desmineralizada
OrthoBlast GenSci Regeneration Sciences Matriz ósea desmineralizada y aloinjerto de hueso esponjoso
Osteofil Sofamor Danek Matriz ósea desmineralizada (24%) con transportador de gelatina (17%) y agua
Opteform Exactech Exactech
DBX Synthes Matriz ósea desminealizada, disponible en pasta o masilla

 

Remodelación de los injertos óseos

Una vez un injerto ha logrado la madurez suficiente para llegar a ser mecánicamente funcional, aparecen nuevos factores distintos a la inmunidad  y a la inflamación que regularán su homeostasis. La tasa global de remodelación ósea de cada paciente es un factor que también influenciará el recambio sobre el injerto. Por ejemplo los injertos esponjosos se integran con el esqueleto que lo rodea con mayor rapidez en pacientes jóvenes que en ancianos. Aunque hay pocos datos clínicos, enfermedades metabólicas como la osteodistrofia renal, el hiperparatiroidismo, y la enfermedad de Paget producen diferentes patrones de remodelación si los comparamos  con pacientes con esqueleto normal.

Quizás la mayor factor asociado con la integridad a largo plazo de un injerto es la carga mecánica. Es necesario repetir que el hueso se adapta a las exigencias físicas a las cuales es sometido. El mecanismo exacto es todavía desconocido pero se cree que fuerzas deformantes sobre el hueso inducen cambios en la actividad anabólica de los osteocitos y de otras celulas presentes en la superficie del hueso y que la ausencia de carga lleva a la reabsorción ósea. La carga puede afectar los osteocitos directamente por cambiar la forma de sus prolongaciones dentro de los canalículos o indirectamente  por cambios en la presión hidrostática. La presión hidrostática intermitente ha demostrado producir efectos anabólicos y catabólicos en los cultivos de hueso y de osteoblastos in vitro. Por eso no es sorprendente que un injerto ya viable como un autoinjerto vascularizado  presente cambios estructurales consistentes con la adaptación a las cargas mecánicas.

Estudios radiológicos de pacientes con aloinjertos estructurales han mostrado evidencia de remodelación en respuesta a la carga. Como sucede por ejemplo en los aloinjertos utilizados para reconstrucción de cadera en revisión de artroplastia.  Transik y col. demostraron la reabsorción de la porción del aloinjerto que sobresalía a la copa acetabular es decir, un área que no se esperaba que recibiera carga mecánica. Cuando tomamos una biopsia  a aloinjertos similares  la vasta mayoría del tejido es necrótico con sólo pocos milímetros de superficie reemplazada por hueso viable. Esta observación soporta el concepto de que pueden ocurrir señales locales iniciadas por la carga sobre la superficie de un hueso, en la ausencia de osteocitos vivos. 

No sólo los aloinjertos estructurales se remodelan bajo la influencia mecánica sino que también podemos ver este fenómeno en biomateriales acelulares como por ejemplo el mencionado fosfato tricalcico inyectable. Este material muestra aposición ósea temprana seguida de reabsorción osteoclástica focal, crecimiento vascular y formación de sistemas haversianos histológicamente indistinguibles de los del hueso en remodelación. Las partículas de este compuesto situadas más periféricamente y que podrían sufrir la influencia de la carga mecánica son remodeladas, sustituidas y reabsorbidas más rapido que las partículas centrales.

Para que un material sintético pueda responder a los postulados de la ley de Wolff se requieren las siguientes características:

1. Ser osteoconductor y llegar a incorporarse física y mecánicamente con el hueso receptor de manera tal que las fuerzas mecánicas lo puedan afectar.
2. Debe tener propiedades mecánicas que eviten la falla mecánica (fractura, deformación o liberación de partículas ) siendo sometido a las cargas que se experimentan in vivo.
3. Debe permitir y facilitar la reabsorción por parte de los osteoclastos
4. Debe ser poroso  y permitir la transmisión de cambios de presión hidrodinámica en toda su masa.

 

 


Terminología Básica
Proceso
Seguridad
Calidad
Bioseguridad
Trazabilidad
Injertos
Tipos de Injertos
Catálogo de Injertos
Utilización Clínica
¿Cómo solicitar un injerto?
Requisitos de Suministro de un injerto
¿Cómo convertirse en donante?
Novedades
Publicaciones
Contáctenos
Enlaces
Pagos en Linea

Calle 119 No. 7-14 2 piso Edificio Santa Ana Medical Center - info@cydbank.org - PBX: (571) 6583200 - Movil: 313 8525209 - Bogotá, Colombia

Horario de Atencion: Lunes a Viernes de 7:00am - 5:30pm jornada continua Sabado de 8:00am - 11:00am
Usuarios para odontologia: Lunes a Viernes de 8:00am - 5:30pm jornada continua Sabado de 8:00am - 11:00am