Una carta per un intervento al ginocchio

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La ricercatrice dell’Empa Federica Orellana lavora con uno scanner di tomo
La ricercatrice dell’Empa Federica Orellana lavora con uno scanner di tomografia microcomputerizzata per analizzare campioni di tessuto meniscale. Immagine: Empa

L’intervento al menisco del ginocchio è una procedura comune su una parte del corpo particolarmente complessa. I ricercatori vogliono fornire una base migliore per la medicina, al fine di ridurre i rischi dell’operazione. Utilizzando modelli 3D basati su analisi di tomografia microcomputerizzata in laboratorio, stanno mappando la rete di vasi sanguigni della cartilagine del menisco nell’ordine dei nanometri.

L’articolazione del ginocchio è una conquista biomeccanica estremamente complessa dell’evoluzione. Chiunque abbia subito un infortunio in questa zona conosce bene le dolorose prove di pazienza durante la diagnosi e il trattamento. Il menisco è un elemento non banale nell’orchestra anatomica dell’articolazione composita. I ricercatori dell’Empa stanno ora creando una "mappa 3D" della preziosa cartilagine.

Come cuscinetto di scorrimento a forma di mezzaluna, il menisco assorbe gli urti e consente un movimento fluido tra la coscia e la parte inferiore della gamba. Tuttavia, i due menischi per ginocchio sono soggetti a usura e lesioni. Ad esempio, un ginocchio su tre nella popolazione di età superiore ai 40 anni presenta un’usura significativa del menisco e circa il 15% di tutti gli incidenti all’articolazione del ginocchio coinvolge il menisco. Secondo l’assicuratore infortuni Suva, questi incidenti da soli causano ogni anno in Svizzera costi sanitari per oltre 650 milioni di franchi svizzeri.


Se il ginocchio deve essere trattato chirurgicamente, il menisco non è generalmente un candidato favorevole, poiché il suo tessuto è irrorato di sangue solo in alcune sezioni. La conoscenza precisa di questo prezioso plesso vascolare è utile per avere buone probabilità di recupero. Finora, tuttavia, le informazioni si basavano su immagini bidimensionali di sezioni di tessuto. Ciò significa che si perdono dati preziosi sulla deformabilità della cartilagine o sulla rete vascolare, ad esempio.

"Vogliamo creare una mappa tridimensionale del menisco ad alta precisione", spiega Federica Orellana del Centro di analisi a raggi X dell’Empa a Dübendorf. Secondo la biofisica, questo potrebbe ottimizzare il trattamento e consentire terapie su misura nel senso della medicina personalizzata.

L’équipe guidata da Federica Orellana e dalla responsabile del progetto Annapaola Parrilli punta a un livello di precisione che non può essere raggiunto con le apparecchiature ospedaliere. Rispetto alla risoluzione millimetrica di una tomografia computerizzata (TC) clinica, i micro e nano tomografi computerizzati dei laboratori Empa possono scendere addirittura sotto il limite del micrometro. Da queste immagini radiologiche, i ricercatori creano modelli matematici con cui è possibile registrare e mappare nello spazio la densità, la struttura, la deformabilità biomeccanica e la rete vascolare della cartilagine.


Con il sostegno del Fondo Nazionale Svizzero per la Ricerca Scientifica (FNS) e insieme ai partner clinici dell’Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna, dell’Ospedale Cantonale di Winterthur e dell’Università di Zurigo, i ricercatori stanno attualmente lavorando con un gran numero di campioni di laboratorio per costruire una base di dati il più possibile significativa. Le prime simulazioni al computer mostrano già con promettente precisione le vene ramificate del menisco. Le immagini micro-CT trasmettono la complessità strutturale del tessuto e forniscono anche ulteriori informazioni nella modellazione matematica, come la porosità o la forte contrazione dei vasi sanguigni.

Federica Orellana sta attualmente lavorando a un atlante 3D con campioni di tessuto meniscale sano. Il prossimo passo sarà quello di integrare nei modelli le immagini TC di tutti i tipi di lesioni e di usura. In questo modo si potrebbero fornire ai pazienti informazioni essenziali sul potenziale di auto-guarigione del tessuto direttamente durante un esame e si potrebbero ottimizzare le strategie di trattamento individuale. Il biofisico sottolinea che la mappa 3D può essere utilizzata sia per i pazienti vittime di incidenti che per i processi di usura in età avanzata.