Investigaciones

Use of Autologous Growth Factors in Lumbar Spinal Fusion
G. L. LOWERY, S. KULKARNI, and A. E. PENNISI
Research Institute International, Inc., Gainesville, FL, US

Uso de factores de crecimiento autólogo en la fusión espinal lumbar

Los resultados de la fusión espinal, especialmente posterior por encima de la unión lumbosacra, se han mezclado. El concentrado de factor de crecimiento autólogo (AGF) preparado por ultraconcentración de plaquetas contiene múltiples factores de crecimiento que tienen un efecto quimiotáctico y mitogénico sobre células madre mesenquimatosas y osteoblastos y pueden desempeñar un papel en la iniciación de la cicatrización del hueso. El propósito de este estudio retrospectivo es revisar nuestros resultados con AGF en las fusiones espinales lumbares. Hasta la fecha, AGF se ha utilizado en 39 pacientes con fusión espinal lumbar. El grupo de estudio consistió en los primeros 19 casos consecutivos para permitir al menos 6 meses de seguimiento. El seguimiento promedio fue de 13 meses (rango 6 a 18 meses). El cumplimiento de seguimiento fue del 91%. Había 7 hombres y 12 mujeres. La edad promedio fue de 52 años (rango 30-72 años). Nueve pacientes tuvieron una cirugía de espalda previa. Había 8 fumadores. AGF se utilizó en posterior (n 5 15) o intradiscal anterior (n 5 4) fusiones. AGF se utilizó con autoinjerto y coriácea hidroxiapatita en todas las fusiones posteriores, y autoinjerto, coral y intradiscal espaciador (fibra de carbono de fusión de las coyunturas espinal o Synthes anillo femoral) en intradiscal fusiones. La estabilización posterior se utilizó en todos los casos. Ocho casos fueron fusiones de un solo nivel, 6 de dos niveles y 1 de fusión de tres niveles. El injerto óseo de la cresta ilíaca autóloga se tomó en 14 casos y se usó autoinjerto local en 5 casos. Posteriormente, se fusionaron un total de 23 niveles; De éstos, nueve estaban en L5-S1, ocho en L4-L5, cinco en L3-L4 y uno en L2-L3. No se observaron pseudoartrosis inminentes en el examen radiográfico simple en la última visita de seguimiento. La fusión sólida se confirmó en 3 pacientes con eliminación rutinaria de hardware y en 2 pacientes que se sometieron a cirugía en un nivel adyacente. Hubo una infección posterior de la herida, que se manejó sin secuelas. Cuando se utiliza como complemento del autoinjerto, AGF ofrece ventajas teóricas que deben ser examinadas en estudios controlados. Se necesita un estudio adicional para determinar si la hidroxiapatita coralina utilizada como un extensor de injerto óseo en la fusión espinal lumbar puede ayudar a evitar la necesidad de recolección secundaria de injertos. (Bone 25: 47S-50S, 1999) © 1999 de Elsevier Science Inc. Todos los derechos reservados.
Palabras clave: Plaquetas; Autólogo; Factores de crecimiento; Injerto de hueso potenciador; Espina lumbar; Hidroxiapatita corallina.

Introducción
El papel vital desempeñado por los factores de crecimiento locales en la compleja serie de eventos que conducen a la consolidación ósea y la incorporación de injertos se conoce desde hace casi tres décadas. El descubrimiento de la proteína morfogenética ósea (BMP) en 1965 por Marshall Urist ha llevado a varios estudios para la identificación y aislamiento de formas purificadas de una variedad de factores de crecimiento que juegan papeles en la osteogénesis. Desde entonces se ha identificado un gran número de polipéptidos y se han agrupado en base a sus homologías estructurales en al menos 20 familias y superfamilias.13 Los más estudiados son el factor de crecimiento insulínico (IGF), el factor de crecimiento epidérmico (EGF) ), El factor de crecimiento de fibroblastos (FGF), el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF) y el grupo de factor de crecimiento transformante (TGF), de los cuales las BMP forman un subgrupo. Los efectos potencialmente beneficiosos del PDGF sobre la formación ósea in vitro se han descrito en muchos estudios, 2,3,5,6,9,15,17 y la estimulación in vivo de la formación ósea por TGF-b también se ha demostrado en ratas.8 Diversos estudios han demostrado los efectos quimiotácticos y mitogénicos de los factores de crecimiento locales en las células mesenquimatosas, así como los osteoblastos y los fibroblastos periósticos4,5,12,16. La formación ósea en el sitio de una fractura o en el sitio del injerto se inicia por Un proceso de formación de coágulos de fibrina, agregación plaquetaria y desgranulación. Los gránulos de plaquetas contienen una variedad de sustancias fisiológicamente activas tales como catecolaminas, serotonina, iones de calcio, ATP, albúmina, fibrinógeno, osteonectina, osteocalcina, diversos factores de coagulación y los factores de crecimiento localmente activos como PDGF, TGF-b, IGF-I, IGF Se ha demostrado que el PDGF es quimiotáctico para los fibroblastos, así como para los monocitos y las células mesenquimatosas primitivas.3,16 También se ha informado que el TGF-b tiene actividad quimiotáctica hacia los precursores de osteoblastos.10 Tanto el PDGF como el FGF TGF-b tiene actividad mitogénica por estimulación de la síntesis de ADN y la replicación celular.6 Caplan4 ha descrito tres sitios en hueso que contienen células madre indiferenciadas que son capaces de diferenciarse en osteoblastos, a saber, la médula ósea, el periostio y la vaina perivascular. PDGF y TGF-b tienen un efecto quimiotáctico y mitogénico sobre estas células que hace que se multipliquen y segregan factores de crecimiento adicionales. Luego, bajo la influencia de otras citoquinas y condiciones ambientales locales tales como pH, tensión de oxígeno y micromovimiento, estas células experimentan una diferenciación en osteoblastos o condroblastos. La síntesis de colágeno y proteínas por los osteoblastos también es estimulada por PDGF pero también necesita la presencia de IGF-I.7. El PDGF aumenta probablemente la secreción de IGF-I por los osteoblastos y las células madre mesenquimales, lo que acelera la formación de matriz colágena. También parece aumentar la actividad de la BMP en la promoción del cartílago y la formación ósea.8 Todos los demás factores presentes en los gránulos de plaquetas también desempeñan papeles en la osteogénesis.11 Kasperk et al. Han observado que "puesto que múltiples factores de crecimiento están presentes en el microambiente de la célula ósea a la vez, Las interacciones entre los factores podrían ser importantes para la regulación de la proliferación de las células óseas ".9 Su estudio de las interacciones entre los factores de crecimiento ha concluido que TGF-b, IGF-II y FGF modifican la actividad de otros factores de crecimiento y citoquinas y tienen un efecto sinérgico en combinación. Hemos utilizado el ultraconcentrado de plaquetas autólogo obtenido por una técnica patentada de centrifugación tanto en las fusiones espinales postero-laterales como en las intercorporales. Hasta donde sabemos, este es el primer informe sobre el uso de ultraconcentrado de plaquetas como potenciador biológico para la fusión espinal.
Materiales y métodos
Se presenta una revisión retrospectiva de pacientes con fusión espinal lumbar utilizando concentrados de crecimiento autólogo (AGF) entre agosto de 1997 y agosto de 1998. Hasta la fecha, AGF concentrado se ha utilizado en 39 fusiones lumbares. Los primeros 21 casos consecutivos son al menos 6 meses postcirugía. De estos 21 pacientes, 1 murió de múltiples complicaciones sistémicas dentro de los 2 meses de la cirugía. Un paciente se reubicó. Seis meses de seguimiento están disponibles para 19 pacientes (91%). El seguimiento promedio fue de 13 meses (rango 6 a 18 meses). Había 7 hombres y 12 mujeres. La edad promedio fue de 52 años (rango de 30 a 72 años). Nueve pacientes tuvieron una cirugía de espalda previa. Hubo 8 fumadores (42%). Seis pacientes (31%) tenían sobrepeso (índice de masa corporal [IMC] 27), 4 casos de compensación al trabajador y 5 tenían antecedentes clínicos significativos positivos. AGF se utilizó en la fusión posterolateral en 15 casos y en fusión intradiscal en 4 casos. Se utilizó instrumentación posterior en todos los casos. La fusión e instrumentación posterolateral con o sin fusión intradiscal y laminectomía se realizó en 15 casos. La indicación para la cirugía en estos casos fue fusión anterior fallida en 5, síndrome de laminectomía lumbar fracasado en 3, estenosis espinal y radiculopatía en 5, síndrome de espalda plana iatrogénica en 1 y síndrome transicional con fusión previa sólida en un nivel adyacente en 1 caso. Siete de estos 15 pacientes tenían fusión intradiscal concomitante, 7 tenían sólo fusión posterolateral con instrumentación, y 1 paciente con iatrogénica de espalda plana tenía osteotomía de extensión con fusión posterior e instrumentación. Ocho de estos pacientes también presentaban laminectomías descompresivas. En este grupo, los 7 pacientes con fusión intradiscal concomitante tenían malla quirúrgica de titanio (TSM) o espaciador del anillo femoral con autoinjerto. La fusión póstero-lateral se realizó utilizando una mezcla de autoinjerto y AGF concentrado activado por trombina e hidroxiapatita coralina (HA, Interpore-Cross, Irvine, CA) en los 15 pacientes. Un total de 23 niveles posteriores se fusionaron (bilateralmente). De éstos, nueve estaban en L5-S1, ocho en L4-L5, cinco en L3-L4 y uno en L2-L3. Fusión posterior de un solo nivel se realizó en 8 casos, dos niveles en 6 casos y tres niveles en un caso. Todos los pacientes tenían instrumentación posterior. Se realizó fusión intradiscal anterior con instrumentación posterior (sin fusión posterior) en 4 casos. Dos de ellos tenían dolor discogénico, 1 con espondilolistesis con radiculopatía en L4-L5 y 1 con síndrome de transición. Todos los 4 casos intradiscales sin fusión posterior se realizaron utilizando espigas HA con autoinjerto y AGF concentrado colocado en jaulas de fibra de carbono o TSM.
Técnica quirúrgica (Figura 1)
Se extrajo una unidad de sangre completa (450 cc) de los pacientes al comienzo de la cirugía después de obtener un recuento de plaquetas basal. Este se sometió a feresis a través de un ahorrador de células para obtener un concentrado de envoltura buffy o concentrado de plaquetas (Pcon) de aproximadamente 60 ml de volumen mientras que el plasma pobre en plaquetas y los glóbulos rojos (RBC) se recogieron y reinfundieron en el paciente.
Se ahorró una muestra del concentrado de capa leucocítica para contar los niveles de plaquetas y, a continuación, se sometió la preparación de capa leucocítica a un método patentado de ultraconcentración para reducir el volumen a aproximadamente 20 cc. Este concentrado ultraconcentrado o AGF se ensayó a continuación para el recuento de plaquetas, así como para la formación de gel, mezclando 1 cc de concentrado con 1 gota de trombina (100 U / cc). Con técnicas de concentración mejoradas, se ha obtenido últimamente alrededor de 180 cc de concentrado de plaquetas a partir de una unidad de sangre, que se ultraconcentra más hasta aproximadamente 60 cc de concentrado AGF. Con el cirujano listo para aplicar el injerto, el injerto deseado fue cubierto por una aplicación simultánea del concentrado AGF y aproximadamente 3-6 cc de trombina para obtener un gel que se mezcló completamente con el injerto antes de aplicarlo al sitio receptor.

Un estudio preliminar de la concentración real de los niveles de TGF-b y PDGF también se hizo en algunas muestras.
Resultados
En nuestra serie, el recuento promedio de plaquetas aumentó de 234 3 106 células / ml de referencia a 718 3 106 células / ml en la etapa de concentrado de plaquetas. Este concentrado de plaquetas se concentró después para obtener un concentrado de AGF que mostró valores medios de recuento de plaquetas de 1333 3 106 células / ml, resultando en un aumento global del 575%. No se observaron complicaciones mayores en el grupo de estudio. Un paciente necesitó una reparación dural primaria para una duretomía incidental, y 1 paciente con instrumentación posterior colocada percutáneamente tuvo un desplazamiento de tornillo que requirió reposicionamiento. Una paciente de edad avanzada, con sobrepeso, diabéticos e hipertensos tenía una infección de la herida lumbar que fue tratada por riego de entrada-salida 2 semanas después de la operación y con antibióticos parenterales a largo plazo. Continuó mostrando bilateralmente una buena fusión posterolateral sin más secuelas. Tres pacientes con fusión intradiscal estabilizada con fijación de tornillo pedicular colocada suprafascialmente se sometieron a una rutina de extracción de la instrumentación a los 6 meses postoperatorios y se confirmó una fusión anterior sólida al destacar los tornillos pediculares sin movimiento bajo fluoroscopia. Dos de los casos de fusión circunferencial fueron sometidos a fusiones intradiscales para la degeneración discal en niveles adyacentes; Se confirmó que su fusión posterolateral era sólida en el momento de la segunda cirugía. Así, la fusión ósea se confirmó intraoperatoriamente en 5 de 19 pacientes (26%). En los restantes 14 pacientes, las radiografías tomadas en su último seguimiento mostraron fusión sólida o madura en todos los casos sin evidencia radiológica o clínica de pseudoartrosis.

Discusión
Con una mejor comprensión de los diversos factores biológicos que inician, mantienen y regulan el complejo proceso de osteogénesis, los investigadores ahora están buscando la manipulación del entorno biológico del sitio de formación ósea para mejorar las fusiones óseas. Una preocupación importante en la entrega de los factores de crecimiento al sitio de la curación del hueso ha sido su corta vida media en la circulación sistémica, como notó Nimni13 en su revisión de los diversos métodos utilizados para la entrega dirigida de factores de crecimiento a tejidos específicos. El PDGF tiene una vida media de aproximadamente 2 min si se inyecta por vía intravenosa, y TGF-b en su forma activa también se elimina del flujo sanguíneo en pocos minutos. Noda et al.14 han demostrado que la acción de TGF-b es sólo local, sin influencia sobre la formación ósea en sitios distantes de su aplicación. Kasprek et al.9 y otros investigadores han observado también que estos múltiples factores de crecimiento están presentes al mismo tiempo en el sitio de formación ósea y tienen un efecto sinérgico entre sí. Esto ha conducido a la filosofía de proporcionar mayores concentraciones de factores de crecimiento en el sitio real de formación de hueso con el fin de imitar el proceso natural de osteogénesis lo más cerca posible. Mientras que discute los sistemas de la entrega para BMP, Marshall Urist ha sugerido que "los sistemas ideales de la entrega para BMP son endógenos en naturaleza y origen autogenic." 18 El uso del concentrado plaquetario autólogo para entregar los factores del crecimiento localmente es así el vehículo ideal para proporcionar El entorno biológico de las células óseas en crecimiento con una combinación fisiológica de todos los factores de crecimiento que se necesitan para iniciar la curación
Proceso y crear un ciclo de retroalimentación positiva que se sustenta a través del proceso de curación. Marx et al.10 han informado sobre el uso de plasma rico en plaquetas para mejorar la incorporación del injerto en la reconstrucción del defecto mandibular. Ellos han informado un aumento promedio del recuento de plaquetas de 232,000 a 785,000 (un incremento de 338%). En nuestra serie, hemos encontrado que el recuento promedio de plaquetas aumentó en aproximadamente 306% en la etapa de concentrado de plaquetas, y luego hasta 575% en el estado de concentrado de AGF. También se realizaron estudios preliminares para evaluar los niveles reales de PDGF y TGF-b para algunas muestras; Estos mostraron que los niveles de PDGF aumentaron de 30 a 60 ng / mL en el concentrado de plaquetas y luego a 164 ng / mL en el concentrado de AGF (546% de aumento). Los niveles de TGF-b aumentaron desde la línea de base de 52 a 122 ng / mL en Pcon y luego a 198 ng / mL en el concentrado AGF (380% de aumento). Noda et al. Han demostrado un doble aumento en la formación ósea en calvarias de rata por inyección local de aproximadamente 200 ng de TGF-b. Las dosis más pequeñas de 50 ng no mostraron resultados similares.14 El AGF concentrado parece lograr niveles de TGF de 198 ng / mL, que se comparan con el valor efectivo reportado de 200 ng / mL. Aunque no existe una forma directa de medir el efecto real sobre el hueso en este estudio, la evidencia radiográfica y clínica parece apoyar la hipótesis de que el AGF concentrado es eficaz para estimular la unión ósea temprana. Otra ventaja de usar la mezcla de AGF-trombina es que también puede actuar como medio de unión para la mezcla de autoinjerto-HA, haciéndola más fácil de manipular y colocar en el sitio del injerto. Sin embargo, el beneficio más significativo de usar el AGF concentrado es su Autóloga, derivada endógenamente y fácilmente disponible. No hay problemas de inmunogenicidad o transmisión de infección. No se conocen efectos secundarios locales o sistémicos ni efectos adversos. El procedimiento también es considerablemente rentable en comparación con el uso de factores de crecimiento purificados o recombinantes, y también puede ser más fisiológicamente válido proporcionar una combinación de todos los factores en las plaquetas en lugar de factores individuales.
Ejemplo de caso
RB, una mujer de 53 años, se presentó con enfermedad degenerativa del disco en L5-S1 y tuvo fusión intradiscal laparoscópica. Alrededor de 3 meses después de la cirugía, mostró una radiculopatía radicular y radiación L5. Luego tuvo fusión posterolateral L5-S1 bilateral con una mezcla de autoinjerto y HA con AGF-trombina. También se realizó una laminectomía L5 y estabilización posterior L5-S1 con instrumentación de Moss Miami. El paciente tiene ahora 15 meses de postcirugía y tiene una fusión sólida anterior y posterior según se observa en el examen radiológico y clínico (Figuras 2 y 3).
Conclusión
Nuestra experiencia inicial con el concentrado AGF, preparado por ultraconcentración de plaquetas como potenciador biológico de la fusión en las fusiones lumbares, sugiere que la aplicación local de factores de crecimiento parece promover la maduración temprana de la fusión ósea y da buenos resultados de fusión incluso cuando se usa a niveles superiores a L5 -S1. Se están llevando a cabo estudios adicionales de las concentraciones reales de los factores de crecimiento en las muestras de AGF con el fin de validar estos hallazgos mediante pruebas de laboratorio. Dadas las propiedades osteoconductivas de la HA y las propiedades osteoinductivas del concentrado de AGF, es posible evitar la recolección de un autoinjerto de segundo sitio en futuros estudios. Además, se podrían añadir células potencialmente osteogénicas a partir de extracto de médula ósea u otras fuentes de células madre a esta combinación para proporcionar un sustituto de injerto "ideal". 1

References
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