Resident angiogenic mesenchymal stem cells from multiorgan donor thoracic aortas

Stem cells are one of the most fascinating areas of biology today, and since the discover of an adult population, i.e., adult Stem Cells (aSCs), they have generated much interest especially for their application potential as a source for cell based regenerative medicine and tissue engineering. aSCs have been found in different tissues including bone marrow, skin, intestine, central nervous system, where they reside in a special microenviroment termed “niche” which regulate the homeostasis and repair of adult tissues. The arterial wall of the blood vessels is much more plastic than ever before believed. Several animal studies have demonstrated the presence of cells with stem cell characteristics within the adult vessels. Recently, it has been also hypothesized the presence of a “vasculogenic zone” in human adult arteries in which a complete hierarchy of resident stem cells and progenitors could be niched during lifetime. Accordingly, it can be speculated that in that location resident mesenchymal stem cells (MSCs) with the ability to differentiate in smooth muscle cells, surrounding pericytes and fibroblasts are present. The present research was aimed at identifying in situ and isolating MSCs from thoracic aortas of young and healthy heart-beating multiorgan donors. Immunohistochemistry performed on fresh and frozen human thoracic aortas demonstrated the presence of the vasculogenic zone between the media and the adventitial layers in which a well preserved plexus of CD34 positive cells was found. These cells expressed intensely HLA-I antigens both before and after cryopreservation and after 4 days of organ cultures remained viable. Following these preliminary results, we succeeded to isolate mesenchymal cells from multi-organ thoracic aortas using a mechanical and enzymatic combined procedure. Cells had phenotypic characteristics of MSC i.e., CD44+, CD90+, CD105+, CD166+, CD34low, CD45- and revealed a transcript expression of stem cell markers, e.g., OCT4, c-kit, BCRP-1, IL6 and BMI-1. As previously documented using bone marrow derived MSCs, resident vascular wall MSCs were able to differentiate in vitro into endothelial cells in the presence of low-serum supplemented with VEGF-A (50 ng/ml) for 7 days. Under the condition described above, cultured cells showed an increased expression of KDR and eNOS, down-regulation of the CD133 transcript, vWF expression as documented by flow cytometry, immunofluorescence, qPCR and TEM. Moreover, matrigel assay revealed that VEGF induced cells were able to form capillary-like structures within 6 hours of seeding. In summary, these findings indicate that thoracic aortas from heart-beating, multi-organ donors are highly suitable for obtaining MSCs with the ability to differentiate in vitro into endothelial cells. Even though their differentiating potential remains to be fully established, it is believed that their angiogenic ability could be a useful property for allogenic use. These cells can be expanded rapidly, providing numbers which are adequate for therapeutic neovascularization; furthermore they can be cryostored in appropriate cell banking facilities for later use.

Funzionalizzazione della mandibola dopo ricostruzione con lembo libero rivascolarizzato di fibula "single strut". Al di là del deficit di verticalità.

Obiettivi: Valutare la modalità  più efficace per la riabilitazione funzionale del limbo libero di fibula "single strut", dopo ampie resezioni per patologia neoplastica maligna del cavo orale. Metodi: Da una casistica di 62 ricostruzioni microvascolari con limbo libero di fibula, 11 casi sono stati selezionati per essere riabilitati mediante protesi dentale a supporto implantare. 6 casi sono stati trattati senza ulteriori procedure chirurgiche ad eccezione dell'implantologia (gruppo 1), affrontando il deficit di verticalità  della fibula attraverso la protesi dentaria, mentre i restanti casi sono stati trattati con la distrazione osteogenetica (DO) della fibula prima della riabilitazione protesica (gruppo 2). Il deficit di verticalità  fibula/mandibola è stato misurato. I criteri di valutazione utilizzati includono la misurazione clinica e radiografica del livello osseo e dei tessuti molli peri-implantari, ed il livello di soddisfazione del paziente attraverso un questionario appositamente redatto. Risultati: Tutte le riabilitazioni protesiche sono costituite da protesi dentali avvitate su impianti. L'età  media è di 52 anni, il rapporto uomini/donne è di 6/5. Il numero medio di impianti inseriti nelle fibule è di 5. Il periodo massimo di follow-up dopo il carico masticatorio è stato di 30 mesi per il gruppo 1 e di 38.5 mesi (17-81) di media per il gruppo 2. Non abbiamo riportato complicazioni chirurgiche. Nessun impianto è stato rimosso dai pazienti del gruppo 1, la perdita media di osso peri-implantare registrata è stata di 1,5 mm. Nel gruppo 2 sono stati riportati un caso di tipping linguale del vettore di distrazione durante la fase di consolidazione e un caso di frattura della corticale basale in assenza di formazione di nuovo osso. L'incremento medio di osso in verticalità è stato di 13,6 mm (12-15). 4 impianti su 32 (12.5%) sono andati persi dopo il periodo di follow-up. Il riassorbimento medio peri-implantare, è stato di 2,5 mm. Conclusioni: Le soluzioni più utilizzate per superare il deficit di verticalità  del limbo libero di fibula consistono nell'allestimento del lembo libero di cresta iliaca, nel posizionare la fibula in posizione ideale da un punto di vista protesico a discapito del profilo osseo basale, l'utilizzo del lembo di fibula nella versione descritta come "double barrel", nella distrazione osteogenetica della fibula. La nostra esperienza concerne il lembo libero di fibula che nella patologia neoplastica maligna utilizziamo nella versione "single strut", per mantenere disponibili tutte le potenzialità  di lunghezza del peduncolo vascolare, senza necessità  di innesti di vena. Entrambe le soluzioni, la protesi dentale ortopedica e la distrazione osteogenetica seguita da protesi, entrambe avvitate su impianti, costituiscono soluzioni soddisfacenti per la riabilitazione funzionale della fibula al di là  del suo deficit di verticalità . La prima soluzione ha preso spunto dall'osservazione dei buoni risultati della protesi dentale su impianti corti, avendo un paragonabile rapporto corona/radice, la DO applicata alla fibula, sebbene sia risultata una metodica con un numero di complicazioni più elevato ed un maggior livello di riassorbimento di osso peri-implantare, costituisce in ogni caso una valida opzione riabilitativa, specialmente in caso di notevole discrepanza mandibulo/fibulare. Decisiva è la scelta del percorso terapeutico dopo una accurata valutazione di ogni singolo caso. Vengono illustrati i criteri di selezione provenienti dalla nostra esperienza.

Il trattamento delle fratture e lussazioni vertebrali nei piccoli animali

Treatment of spinal fracture and luxation in small animals Traumatic spinal injuries usually result from a mechanic trauma. Spinal facture and luxations generally occur in the junction between and more mobile parts of the spinal column: close to the skull, thorax and pelvis. Fractures may occur alone or in combination with luxation as fracture/luxation. When the fractures are not stable the best solution is the surgical fixation. Internal and external fixation are the surgical methods for the treatment of vertebral fractures and luxations. The authors report the treatment of 12 cases of thoracic and lumbar vertebral fractures and luxations in small animals using the screws/pins and Polymethylmethacrylate technique. The analysis of results is a contribute I the valutation of surgical technique and complications in the post-surgical period.

Outcome respiratorio a lungo termine nei soggetti affetti da cardiopatia congenita sottoposti ad intervento cardiochirurgico

Introduction: In the last years cardiac surgery for congenital heart disease (CHD) reduced dramatically mortality modifying prognosis, but, at the same time, increased morbidity in this patient population. Respiratory and cardiovascular systems are strictly anatomically and functionally connected, so that alterations of pulmonary hemodynamic conditions modify respiratory function. While very short-term alterations of respiratory mechanics after surgery were investigated by many authors, not as much works focused on long-term changes. In these subjects rest respiratory function may be limited by several factor: CHD itself (fetal pulmonary perfusion influences vascular and alveolar development), extracorporeal circulation (CEC), thoracotomy and/or sternotomy, rib and sternal contusions, pleural adhesions and pleural fibrosis, secondary to surgical injury. Moreover inflammatory cascade, triggered by CEC, can cause endothelial damage and compromise gas exchange. Aims: The project was conceived to 1) determine severity of respiratory functional impairement in different CHD undergone to surgical correction/palliation; 2) identify the most and the least CHD involved by pulmonary impairement; 3) find a correlation between a specific hemodynamic condition and functional anomaly, and 4) between rest respiratory function and cardiopulmonary exercise test. Materials and methods: We studied 113 subjects with CHD undergone to surgery, and distinguished by group in accord to pulmonary blood flow (group 0: 28 pts with normal pulmonary flow; group 1: 22 pts with increased flow; group 2: 43 pts with decreased flow; group 3: 20 pts with total cavo-pulmonary anastomosis-TCPC) followed by the Pediatric Cardiology and Cardiac Surgery Unit, and we compare them to 37 age- and sex-matched healthy subjects. In Pediatric Pulmonology Unit all pts performed respiratory function tests (static and dynamic volumes, flow/volume curve, airway resistances-raw- and conductance-gaw-, lung diffusion of CO-DLCO- and DLCO/alveolar volume), and CHD pts the same day had cardiopulmonary test. They all were examined and had allergological tests, and respiratory medical history. Results: restrictive pattern (measured on total lung capacity-TLC- and vital capacity-VC) was in all CHD groups, and up to 45% in group 2 and 3. Comparing all groups, we found a significant difference in TLC between healthy and group 2 (p=0.001) and 3 (p=0.004), and in VC between group 2 and healthy (p=0.001) and group 1(p=0.034). Inspiratory capacity (IC) was decreased in group 2 related to healthy (p<0.001) and group 1 (p=0.037). We showed a direct correlation between TLC and VC with age at surgery (p=0.01) and inverse with number of surgical interventions (p=0.03). Reduced FEV1/FVC ratio, Gaw and increased Raw were mostly present in group 3. DLCO was impaired in all groups, but up to 80% in group 3 and 50% in group 2; when corrected for alveolar volume (DLCO/VA) reduction persisted in group 3 (20%), 2 (6.2%) and 0 (7.1%). Exercise test was impaired in all groups: VO2max and VE markedly reduced in all but especially in group 3, and VE/VCO2 slope, marker of ventilatory response to exercise, is increased (<36) in 62.5% of group 3, where other pts had anyway value>32. Comparing group 3 and 2, the most involved categories, we found difference in VO2max and VE/VCO2 slope (respectively p=0.02 and p<0.0001). We evidenced correlation between rest and exercise tests, especially in group 0 (between VO2max and FVC, FEV1, VC, IC; inverse relation between VE/VCO2slope and FVC, FEV1 and VC), but also in group 1 (VO2max and IC), group 2 (VO2max and FVC and FEV1); never in group 3. Discussion: According with literature, we found a frequent impairment of rest pulmonary function in all groups, but especially in group 2 and 3. Restrictive pattern was the most frequent alteration probably due to compromised pulmonary (vascular and alveolar) development secondary to hypoperfusion in fetal and pre-surgery (and pre-TCPC)life. Parenchymal fibrosis, pleural adhesions and thoracic deformities can add further limitation, as showed by the correlation between group 3 and number of surgical intervention. Exercise tests were limited, particularly in group 3 (complex anatomy and lost of chronotropic response), and we found correlations between rest and exercise tests in all but group 3. We speculate that in this patients hemodynamic exceeds respiratory contribution, though markedly decreased.

Characterization of vascular wall progenitor cells and their role in therapeutic angiogenesis and Monckeberg's sclerosis

Recently, the existence of a capillary-rich vasculogenic zone has been identified in adult human arteries between the tunica media and adventitia; in this area it has been postulated that Mesenchymal Stem Cells (MSCs) may be present amidst the endothelial progenitors and hematopoietic stem cells. This hypothesis is supported by several studies claiming to have found the in vivo reservoir of MSCs in post-natal vessels and by the presence of ectopic tissues in the pathological artery wall. We demonstrated that the existence of multipotent progenitors is not restricted to microvasculature; vascular wall resident MSCs (VW-MSCs) have been isolated from multidistrict human large and middle size vessels (aortic arch, thoracic aorta and femoral artery) harvested from healthy multiorgan donors. Each VW-MSC population shows characteristics of embryonic-like stem cells and exhibits angiogenic, adipogenic, chondrogenic and leiomyogenic potential but less propensity to osteogenic ifferentiation. Human vascular progenitor cells are also able to engraft, differentiate into mature endothelial cells and support muscle function when injected in a murine model of hind limb ischemia. Conversely, VW-MSCs isolated from calcified femoral arteries display a good response to osteogenic commitment letting us to suppose that VW-MSCs could have an important role in the onset of vascular pathologies such as Mönckeberg sclerosis. Taken together these results show two opposite roles of vascular progenitor cells and underline the importance of establishing their in vivo pathological and regenerative potential to better understand pathological events and promote different therapeutic strategies in cardiovascular research and clinical applications.

Tumori primitivi multipli del polmone. Profilo clinico e biologico in pazienti affetti da neoplasie polmonari multiple. Analisi di elementi clinici e marcatori biologici come possibili fattori di differenziazione dei tumori polmonari multipli

Background: MPLC represents a diagnostic challenge. Topic of the discussion is how to distinguish these patients as a metastatic or a multifocal disease. While in case of the different histology there are less doubt on the opposite in case of same histology is mandatory to investigate on other clinical features to rule out this question. Matherials and Methods: A retrospective review identified all patients treated surgically for a presumed diagnosis of SPLC. Pre-operative staging was obtained with Total CT scan and fluoro-deoxy positron emission tomography and mediastinoscopy. Patients with nodes interest or extra-thoracic location were excluded from this study. Epidermal growth factor receptor (EGFR) expression with complete immunohistochemical analisis was evaluated. Survival was estimated using Kaplan-Meyer method, and clinical features were estimated using a long-rank test or Cox proportional hazards model for categorical and continuous variable, respectively. Results: According to American College Chest Physician, 18 patients underwent to surgical resection for a diagnosis of MPLC. Of these, 8 patients had 3 or more nodules while 10 patients had less than 3 nodules. Pathologic examination demonstrated that 13/18(70%) of patients with multiple histological types was Adenocarcinoma, 2/18(10%) Squamous carcinoma, 2/18(10%) large cell carcinoma and 1/18(5%) Adenosquamosu carcinoma. Expression of EGFR has been evaluated in all nodules: in 7 patients of 18 (38%) the percentage of expression of each nodule resulted different. Conclusions: MPLC represent a multifocal disease where interactions of clinical informations with biological studies reinforce the diagnosis. EGFR could contribute to differentiate the nodules. However, further researches are necessary to validate this hypothesis.

Reconstructive Microsurgery and Tissue Engineering in Musculo-Skeletal Oncology - Innovative Techniques

Tumors involving bone and soft tissues are extremely challenging situations. With the recent advances of multi-modal treatment, not only the type of surgery has moved from amputation to limb-sparing procedures, but also the survivorship has improved considerably and reconstructive techniques have the goal to allow a considerably higher quality of life. In bone reconstruction, tissue engineering strategies are the main area of research. Re-vascularization and re-vitalisation of a massive allograft would considerably improve the outcome of biological reconstructions. Using a rabbit animal model, in this study we showed that, by implanting a vascular pedicle inside a weight bearing massive cortical allograft, the bone regeneration inside the allograft was higher compared to the non-vascularized implants, given the patency of the vascular pedicle. Improvement in the animal model and the addition of Stem Cells and Growth factors will allow a further improvement in the results. In soft tissue tumors, free and pedicled flaps have been proven to be of great help as reconstruction strategies. In this study we analyzed the functional and overall outcome of 14 patients who received a re-innervated vascularized flap. We have demonstrated that the use of the innovative technique of motor re-innervated muscular flaps is effective when the resection involves important functional compartments of the upper or lower limb, with no increase of post-operative complications. Although there was no direct comparison between this type of reconstruction and the standard non-innervated reconstruction, we underlined the remarkable high overall functional scores and patient satisfaction following this procedure.

Diagnosi prenatale delle malformazioni fetali: ecografia e risonanza magnetica a confronto in 11 anni di esperienza

Obiettivo: Valutare l’accuratezza reciproca dell’ecografia “esperta” e della risonanza magnetica nelle diagnosi prenatale delle anomalie congenite. Materiali e metodi: Sono stati retrospettivamente valutati tutti i casi di malformazioni fetali sottoposte a ecografia “esperta” e risonanza magnetica nel nostro Policlinico da Ottobre 2001 a Ottobre 2012. L’età gestazionale media all’ecografia e alla risonanza magnetica sono state rispettivamente di 28 e 30 settimane. La diagnosi ecografica è stata confrontata con la risonanza e quindi con la diagnosi postnatale. Risultati: sono stati selezionati 383 casi, con diagnosi ecografica o sospetta malformazione fetale “complessa” o anamnesi ostetrica positiva infezioni prenatali, valutati con ecografia “esperta”, risonanza magnetica e completi di follow up. La popolazione di studio include: 196 anomalie del sistema nervoso centrale (51,2%), 73 difetti toracici (19,1%), 20 anomalie dell’area viso-collo (5,2%), 29 malformazioni del tratto gastrointestinale (7,6%), 37 difetti genito-urinari (9,7%) e 28 casi con altra indicazione (7,3%). Una concordanza tra ecografia, risonanza e diagnosi postnatale è stata osservata in 289 casi (75,5%) ed è stata maggiore per le anomalie del sistema nervoso centrale 156/196 casi (79,6%) rispetto ai difetti congeniti degli altri distretti anatomici 133/187 (71,1%). La risonanza ha aggiunto importanti informazioni diagnostiche in 42 casi (11%): 21 anomalie del sistema nervoso centrale, 2 difetti dell’area viso collo, 7 malformazioni toraciche, 6 anomalie del tratto gastrointestinale, 5 dell’apparato genitourinario e 1 caso di sospetta emivertebra lombare. L’ecografia è stata più accurata della risonanza in 15 casi (3,9%). In 37 casi (9,7%) entrambe le tecniche hanno dato esito diverso rispetto agli accertamenti postnatali. Conclusioni: l’ecografia prenatale rimane a tutt’oggi la principale metodica di imaging fetale. In alcuni casi complessi e/o dubbi sia del sistema nervoso centrale sia degli altri distretti anatomici la risonanza può aggiungere informazioni rilevanti.

Carcinoma polmonare non a piccole cellule T1aN0M0: Ruolo prognostico della Microvessel Density

Obiettivi. Valutare l’angiogenesi tumorale mediante la Microvessel density (MVD) come fattore predittivo di mortalità per tumore polmonare non a piccole cellule (NSCLC) pT1aN0M0 trattato chirurgicamente. Metodi. I dati demografici, clinici e istopatologici sono stati registrati per 82 pazienti (60 maschi, 22 femmine) sottoposti a resezione chirurgica in due diverse Chirurgie Toraciche tra gennaio 2002 e dicembre 2007 per tumori polmonari non a piccole cellule pT1AN0M0. La MVD è stata valutata mediante il conteggio visivo dei microvasi positivi alla colorazione immunoistochimica con anticorpo monoclonale anti-CD31 e definita come il numero medio di microvasi per 1 mm2 di campo ottico. Risultati. Sono state eseguite 59 lobectomie (72%) e 23 resezioni sublobari (28%). Reperti istopatologici: 43 adenocarcinomi (52%) e 39 neoplasie non- adenocarcinoma (48%) pT1aN0M0; MVD media: 161 (CD31/mm2); mediana: 148; range 50-365, cut-off=150. Una MVD elevata (> 150 CD31/mm2) è stata osservata in 40 pazienti (49%), una MVD ridotta ( ≤ 150 CD31/mm2 ) in 42 pazienti (51%). Sopravvivenze a 5 anni: 70 % e 95%, rispettivamente per il gruppo ad elevata MVD vs il gruppo a ridotta MVD con una p = 0,0041, statisticamente significativa. Il tipo di resezione chirurgica, il diametro del tumore, le principali comorbidità e l’istotipo nono sono stati fattori predittivi significativi di mortalità correlata alla malattia. La MVD è risultata essere superiore nel gruppo “Adenocarcinoma” (MVD mediana=180) rispetto al gruppo “Non-Adenocarcinoma (MVD mediana=125), con un test di Mann-Whitney statisticamente significativo (p < 0,0001). Nel gruppo “Adenocarcinoma” la sopravvivenza a 5 anni è stata del 66% e 93 %, rispettivamente per i pazienti con MVD elevata e ridotta (p = 0.043. Conclusioni. Il nostro studio ha mostrato che la Microvessel density valutata con la colorazione immunoistochimica per CD31 ha un valore prognostico rilevante nel carcinoma polmonare in stadio precoce pT1aN0M0.

Resezioni epatiche eco-guidate radicali ma conservative simultanee alle resezioni colo-rettali. Un approccio sicuro al cancro colorettale avanzato

Il cancro colorettale (CRC) rimane la prima causa di morte nei paesi occidentali.Dal 15% al 25% dei pazienti affetti da CRC presenta metastasi epatiche sincrone (CRLM) al momento della diagnosi.La resezione epatica radicale rimane l’unica terapia potenzialmente curativa in presenza di CRLM con una sopravvivenza a 5 anni compresa tra il 17% ed il 35% ed a 10 anni tra il 16% e il 23% rispettivamente. La tempistica ottimale per la resezione chirurgica in caso di presentazione sincrona di CRC è controversa.Questo studio intende dimostrare che le resezioni epatiche ecoguidate radicali ma conservative simultanee ad una resezione colorettale rappresentano una tecnica sicura ed efficace nei pazienti con CRC avanzato. 48 pazienti sono stati sottoposti ad una resezione simultanea colorettale ed epatica. L’età media +SD (range) era di 64,2+9,7 (38-84).Un solo paziente è deceduto entro 30 giorni. La mortalità post operatoria è stata complessivamente del 2,1%. Nove pazienti (18,8%) hanno sviluppato una o più complicanza ,4 (8,3%) di grado III-IV sec. Clavien-Dindo e 5 (10,4%) di grado I-II. La durata complessiva dell’intervento chirurgico simultaneo è stata di 486,6+144,0 (153-804) minuti.Questo studio conferma che le resezioni colorettali ed epatiche simultanee possono essere eseguite senza un significativo aumento della morbilità e mortalità perioperatorie, anche in pazienti sottoposti ad una resezione anteriore ultrabassa ed in quelli in cui sia indicato il clampaggio intermittente dell’ilo epatico. L’IOUS è efficace nel ridurre l’estensione della resezione epatica in pazienti sia con CRLM anche multiple e bilobari .Poichè le complicanze maggiori sono frequenti dopo resezioni epatiche maggiori simultanee, riducendo l’estensione della resezione del parenchima epatico si può avere un impatto favorevole sul decorso post operatorio.Le resezioni epatiche ecoguidate radicali ma conservative simultanee ad una resezione colorettale sono una tecnica sicura ed efficace in pazienti con carcinoma colorettale avanzato e andrebbero considerate l’opzione primaria in casi selezionati

Studio sul ruolo dei fattori genetici coinvolti nella Valvola Aortica Bicuspide e/o nell'Aneurisma dell'Aorta Toracica

La Valvola Aortica Bicuspide (BAV) rappresenta la più comune anomalia cardiaca congenita, con un’incidenza dello 0,5%-2% nella popolazione generale. Si caratterizza per la presenza di due cuspidi valvolari anziché tre e comprende diverse forme. La BAV è frequentemente associata agli aneurismi dell’aorta toracica (TAA). La dilatazione dell’aorta espone al rischio di sviluppare le complicanze aortiche acute. Materiali e metodi Sono stati reclutati 20 probandi consecutivi sottoposti a chirurgia della valvola aortica e dell'aorta ascendente presso l'Unità di Chirurgia Cardiaca di Policlinico S.Orsola-Malpighi di TAA associata a BAV. Sono stati esclusi individui con una condizione sindromica predisponente l’aneurisma aortico. Ciascun familiare maggiorenne di primo grado è stato arruolato nello studio. L’analisi di mutazioni dell’intero gene ACTA2 è stata eseguita con la tecnica del “bidirectional direct sequencing”. Nelle forme familiari, l’intera porzione codificante del genoma è stata eseguita usando l’exome sequencing. Risultati Dopo il sequenziamento di tutti i 20 esoni e giunzioni di splicing di ACTA2 nei 20 probandi, non è stata individuata alcuna mutazione. Settantasette familiari di primo grado sono stati arruolati. Sono state identificate cinque forme familiari. In una famiglia è stata trovata una mutazione del gene MYH11 non ritenuta patogenetica. Conclusioni La mancanza di mutazioni, sia nelle forme sporadiche sia in quelle familiari, ci suggerisce che questo gene non è coinvolto nello sviluppo della BAV e TAA e, l’associazione che è stata riportata deve essere considerata occasionale. L’architettura genetica della BAV verosimilmente dovrebbe consistere in svariate differenti varianti genetiche che interagiscono in maniera additiva nel determinare un aumento del rischio.