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La storia del cross-linking (X Linking), generalmente inteso
come induzione di “cross-links” (legami chimici crociati)
viene da lontano, da millenni di esperienze umane spesso
casuali. Basti pensare alla mummificazione e agli effetti
del tannino per la trasformazione delle pelli fresche in
materiali invecchiati di alta durata. Fu scoperto per caso
già 500.000 anni fa (Ice-Age) che certe cortecce di albero
avessero il potere di incrementare la durata e la resistenza
delle pelli animali utilizzate in epoche primitive dall’uomo
per coprirsi dal freddo.
L’impiego del tannino è probabilmente la prima forma in
assoluto di cross-linking utilizzata dall’uomo. Il tannino
infatti, combinandosi con le proteine, formava composti
chimici altamente resistenti ed in grado di ritardare
significativamente il deterioramento dei materiali nel
tempo. Allo stesso modo il cross-linking fisico e
fisico-chimico venivano impiegati dall’industria
automobilistica per aumentare la durata delle verniciature e
la loro resistenza ai fattori climatici.
La prima esperienza con il cross-linking di impiego clinico
in Medicina e Chirurgia fu nel campo della Odontoiatria e
della Cardiochirurgia negli anni ‘70. Il principio dell’X-linking
fisico mediante raggi UV A veniva utilizzato per la
foto-polimerizzazione e l’indurimento istantaneo di resine
e polimeri (canfor-chinon UV A X Linking) per la
ricostruzione dentale (figura 1) e per incrementare la
durata e ridurre le calcificazioni dei lembi valvolari
porcini nella valvuloplastica cardiaca ad una lunghezza
d’onda di 468 nm (Glutaraldeide X linking).
Figura 1.
Prima applicazione clinica del cross-linking in Medicina.
Foto-polimerizzazione per la ricostruzione dentale.
Nel cross-linking foto-ossidativo, Il principio di base è
quello della Foto-polimerizzazione: l’irradiazione UV A (che
fa da primer) ad una determinata lunghezza d’onda (λ)
emessa su di una sostanza eccitabile (fotosensibile)
determina il rilascio di specie reattive dell’ossigeno
(ossigeno singoletto) in grado di indurre la formazione di
legami covalenti crociati (cross-links) con un meccanismo di
tipo ossidativo. (figura 2).
Figura 2.
Cross-linking Riboflavina UV A, meccanismo biochimico della reazione
foto-dinamica di base.
Di cross-linking oggi se ne conoscono vari tipi: Enzimatico
(lisil-ossidasi), Chimico (aldeidi, zuccheri, alcool, etc),
Fisico (raggi UV, radiazioni Ionizzanti), Fotochimico (Raggi
UV A e B e sostanze chimiche). A quest’ultima tipologia
appartiene il cross-linking foto-ossidativo (figura 3) che
abbiamo introdotto e diffuso in Italia dal 2001 1 e che oggi
è sempre più largamente impiegato per la cura delle malattie
corneali ectasiche primitive in fase di progressione (cheratocono,
degenerazione marginale pellucida) e secondarie (ectasie
post lasik).
Figura 3.
Esempio di cross-linking foto-ossidativo.
Evidente strutturazione ed interconnessione fibrillare nel
collagene cross-linkato.
L’idea di questo approccio conservativo per la cura del
cheratocono nasce in Germania nella metà degli anni ‘90 ad
opera di un gruppo di ricercatori dell’Università tecnica di
Dresda2 con lo scopo di rallentare o bloccare la
progressione del cheratocono evolutivo, evitando o
ritardando il ricorso alla cheratoplastica. L’idea era
supportata da 2 semplici ma alquanto argute osservazioni
cliniche: la prima è che i giovani diabetici non risultavano
quasi mai affetti da cheratocono e nei rarissimi casi di
malattia pre-esistente all’esordio del diabete dimostravano
scarsa progressione verosimilmente in relazione all’effetto
cross-linkante del glucosio (iperglicemia) il quale induceva
un incremento della resistenza del collagene corneale di
questi soggetti (Reazione di Maillard e glicosilazione
proteica); la seconda è che un meccanismo analogo di
indurimento ed inspessimento delle fibre collagene era stato
dimostrato nell’invecchiamento corneale dove fu rilevato un
ruolo attivo dell’enzima lisil-ossidasi espresso dalla
stessa tendenza del cheratocono a stabilizzarsi
spontaneamente col passare degli anni, in particolar modo
nella terza-quarta decade di vita, salvo rare eccezioni. In
questo contesto biologico e fisiopatologico possiamo quindi
rilevare l’esistenza di un crosslinking fisiologico
età-correlato, un crosslinking fisiopatologico o
dismetabolico (diabete-correlato) ed un cross-linking
terapeutico foto-biologicamente indotto (crosslinking
Riboflavina + UV A). Il primo report clinico
sull’applicazione della tecnica in 22 pazienti affetti da
cheratocono progressivo fu pubblicato nel 2003 da Wollensak
e coll. sull’American Journal of Ophthalmology 2.
La
Storia del Cross-Linking in Italia
L’avventura Italiana del cross-linking ha inizio per la
prima volta a Siena nel 2003-2004 proprio con il
sottoscritto all’epoca Oculista Dottorando di Ricerca.
Dopo aver intuito le potenzialità di tale ricerca, ottenni
dal Prof. Aldo Caporossi di poter andare presso l’Università
Tecnica di Dresda dal Dr. Eberhard Spoerl per apprendere le
basi della tecnica1. Figura 4.
Figura 4: Il Dott. Mazzotta durante la fellow-ship a
Dresda presso L’Ospedale Universitario “Carl Gustav Carus”,
15 dicembre 2003. Primi casi trattati con la metodica del
cross-linking Riboflavina UV A mediante prototipo dual-led.
Correva l’anno 2003 e l’Italia ancora non aveva incontrato
il crosslinking.
Il mio entusiasmo fu grande fin dai primi casi osservati,
così ottenni dal Dr. Spoerl gli elementi necessari ad
intraprendere la prima sperimentazione clinica a Siena con
il Prof. Caporossi ed in particolare proposi al gruppo
tedesco, che ne fu subito entusiasta, di voler integrare lo
studio clinico del cross-linking verificando gli effetti
della terapia direttamente in vivo nell’uomo per la prima
volta a livello internazionale con la microscopia confocale.
I nostri studi di microscopia 3,4,5,6, come evidente dalla
bibliografia e dalle citazioni del nostro Gruppo di ricerca
nelle sempre più numerose pubblicazioni sull’argomento da
parte di vari autori, sono entrati nella ricerca mondiale di
base ed avanzata sul crosslinking del cheratocono fino ad
oggi3,4,5,6,7 e siamo orgogliosi di averla fatta e di
continuare a portare avanti queste ricerche per il
miglioramento della qualità della vita dei pazienti
cheratoconici attraverso l’innovazione.
Tornato in Italia presentammo al Comitato etico di Siena il
primo studio Italiano sul crosslinking con l’obiettivo di
verificarne l’efficacia e la sicurezza ma soprattutto di
verificare con la microscopia in vivo che cosa succedeva
alla cornea dopo il trattamento, cose che abbiamo fatto
diffondendo a tutta l’Italia e nel Mondo la tecnica.
Ma non ci siamo limitati a questo !!!
Lo Studio Siena Eye Cross 20041,3, fu il primo studio
monocentrico Italiano in aperto (il secondo al Mondo) di
fase II approvato dal Comitato Etico locale dell’AOUS di
Siena e sotto l’egida del Ministero della Salute, prima su
22 pazienti, in analogia allo studio pilota di Dresda, poi
su 44 casi per aumentare il campione visti i promettenti
risultati dei primi 10 trattamenti il cui report clinico
preliminare fu da noi pubblicato sul Journal of Cataract and
Refractive Surgery nel 20061.
Lo Studio “Siena Eye Cross 2004” fu premiato dalla S.O.I
SociatàOculistica Italiana rappresentante i 7 mila Oculisti
Italiani, come migliore ricerca italiana in Oftalmologia nel
20041. Nel 2005 la ricerca fu da noi estesa come
Multicentrica coinvolgendo varie Università e Centri
italiani (L’Istituto Clinico Humanitas di Milano, le
Università di Roma, L’Aquila, Bari, Napoli, Firenze,
L’Ospedale Civile di Venezia, etc) non senza difficoltà
dovute ai vari comitati etici sia in termini di tempistiche
differenti che di coordinamento.
TABELLA 1.
STORIA DEL CROSS-LINKING IN ITALIA, SIENA EYE
CROSS PROJECT.
Non ci siamo limitati ad introdurre e diffondere in Italia e
nel Mondo attraverso una serie di Corsi Abilitanti (ABBIAMO
ABILITATO OLTRE 500 CHIRURGHI IN ITALIA E ALTRETTANTI NEL
MONDO) la metodica del cross-linking ma la capacità e la
perseveranza, riconosciuteci a livello Internazionale, è
stata quella di sviluppare la tecnica ed evolvere le tre
cose più importanti (tabella 1) che, nell’ordine, sono
state:
1. la soluzione di Riboflavina
2. Lo strumento a raggi UV A 7,8 e
3. Le prime dimostrazioni mondiali con la microscopia
confocale in vivo nell’uomo
della sicurezza dei parametri raccomandati e
dell’efficacia della metodica.
Tutto è da noi pubblicato sulle più prestigiose riviste
scientifiche oculistiche internazionali come: Cornea,
Clinical and Experimental Ophthalmology, American Journal
Ophthalmology, Journal of Caratact and Refractive Surgery,
etc 3,4,5,6,7,8.
Grazie all’aiuto di SOOFT-Italia siamo arrivati per primi in
tutto il Mondo alla produzione di una sostanza, il Ricrolin®,
non più galenica!!!, che oggi ci viene fornita sterile e a
concentrazione stabile e ad uno strumento oggi denominato
C.B.M. Vega X Linker®, acronimo di Caporossi, Baiocchi e
Mazzotta, costruito sotto la nostra guida (Know how) da
C.S.O.Firenze, che ci consente di disporre della migliore
tecnologia oggi in campo per questa cura, sia in termini di
precisione e qualità che di controllo. Questa macchina, nata
per la prima volta in Italia nel 2004 in collaborazione con
il CNR come Prototipo “UV A Dual-Led Controller di
Caporossi-Mazzotta”, Figura 5, si è evoluta nel 2006 nella
versione C.B.M FIVE LED Array di Caporossi, Baiocchi,
Mazzotta, la prima al mondo marcata CE, Figura 6 e nel 2007
in quella MONO-LED, che tutti utilizziamo: il C.B.M. VEGA X
Linker, C.S.O. Figura 7.
Questa tecnologia consente grande omogeneità di trattamento
sulla cornea (il fascio UV A emesso dal mono-led attuale è
risultato da studi comparativi su banco ottico (laboratori
C.S.O., Badia a Settimo, Firenze) il più omogeneo tra tutti
gli apparati oggi in commercio per il cross-linking) ed ha
apportato notevoli miglioramenti da un punto di vista
ergonomico (timer audio-visivo integrato, comando a pedale
di accensione e spegnimento UVA, base a stativo, testata e
braccio regolabili micro e macrometricamente) e funzionale
(luce coassiale lampeggiante di fissazione per il paziente,
doppio aiming beam IR di focalizzazione, diaframma
variabile, micro-telecamera integrata per il controllo in
real time della centratura e della focalizzazione con la
visione del campo operatorio per tutta la durata del
trattamento su apposito monitor LCD integrato, Figura 7.
Figura 5: Università di Siena, primo trattamento italiano di
cross-linking corneale con primo prototipo Dual Led di
Mazzotta - Caporossi realizzato nel 2004 su Know how del Dr
Mazzotta e incarico del Dipartimento di Scienze
Oftalmologiche dell’Università di Siena in dalla Exerion SAS
e CNR, Firenze.
Figura 6. Il Dott. Cosimo Mazzotta mentre effettua il
primo cross-linking del cheratocono con l’emettitore UV A a
5 led, il primo strumento al mondo da lui inventato con il
prof Caporossi e il dr Baiocchi , marcato CE (Array FIVE LED
di Caporossi-Baiocchi-Mazzotta, realizzato in collaborazione
con la ditta C.S.O Ophthalmics di Firenze.
Figura 7: attuale strumento per il cross-linking corneale di
Caporossi, Baiocchi, Mazzotta, “C.B.M. VEGA X Linker”,
realizzato in collaborazione con C.S.O, Firenze.
Questo strumento, Figura 7, oltre a consentirci un
trattamento ottimale e sicuro della superficie corneale ha
dato al nostro gruppo di ricerca la possibilità di avere una
casistica “affidabile ed omogenea”, di breve medio e oggi
anche di lungo termine (in corso di pubblicazione,
2009-2010), sempre sotto l’egida e il controllo del
Ministero della Salute e del Comitato Etico per cui siamo
arrivati all’applicazione a 5 anni.
A tutti i pazienti e gli operatori mi rivolgo nel
sottolineare che con grande pazienza e perseveranza
continuiamo a seguire i nostri pazienti fin dai primissimi
casi trattati con la massima attenzione e non è un caso che
la casistica di Siena, quella con i numeri (oltre 500
trattamenti) e il follow up maggiore in Italia oggi (5anni)
, sia la più richiesta e la più accreditata in campo
internazionale.
Rispetto ad altre metodiche mini-invasive quali gli anelli
intrastromali (INTACS) i quali non sono in grado di bloccare
la cheratectasia rivolgendosi esclusivamente alla cura degli
effetti rifrattivi del cheratocono, il coss-linking del
collagene corneale si rivolge alla prevenzione ed alla cura
di alcuni tra i più importanti meccanismi fisiopatologici
alla base del cheratocono avendo dimostrato: un effetto di
incremento sulla resistenza e sulla stabilità biomeccanica
della cornea, un effetto di aumento del diametro fibrillare
del collagene, un effetto anticollagenasico, un effetto
apoptotico di bonifica dei cheratociti degenerati dello
stroma anteriore ed intermedio (fino a 300 micron di
profondità) seguito da un ripopolamento cellulare che parte
dagli strati corneali profondi.
Oggi è crescente l’interesse verso questa tecnica e verso
possibili combinazioni terapeutiche per incrementarne
l’effetto refrattivo, tuttavia i pochi casi effettuati non
hanno ancora dato sufficienti risultati e non esistono studi
controllati sull’argomento con la tecnica standard ma solo
con la metodica trans epiteliale che non è tutt’oggi
standardizzata.
Molti sforzi si stanno facendo per ridurre i tempi
dell’intervento e migliorare il comfort intra e
postoperatorio del paziente, tuttavia ogni modifica
necessita delle varie fasi di approfondimento sperimentale,
obbligatorie nella evoluzione del metodo scientifico, dalla
fase di laboratorio e pre-clinica a quella clinica sotto
l’egida e il controllo di un Comitato Etico.
D’altra parte ci sono voluti oltre 10 anni di ricerche da
parte del gruppo tedesco, e prove scientificamente solide e
ampiamente documentate alle quali anche noi abbiamo
contribuito con riconoscimenti internazionali e stiamo
contribuendo con i nostri studi clinici di lungo termine (in
corso di pubblicazione i dati di Siena a 48 mesi)11, con la
microscopia confocale in Vivo, con la tele-termometria
corneale in-vivo7.
Questa enorme mole di studi ha portato alla attuale
applicazione del crosslinking standardizzata (con rimozione
dell’epitelio) nel rispetto della sicurezza e della
efficacia fino al follow-up di oggi.
Sono già depositate, presso l’Università di Siena sotto
controllo del Comitato Etico (Studio Siena C.L.E.S. 2008-09,
già depositato al C.E.L. in febbraio 2009) anche le
sperimentazioni di nuove soluzioni di Riboflavina
“potenziate”, in collaborazione con Sooft, Italia, per un
possibile utilizzo del cross-linking trans-epiteliale allo
scopo di eliminare il dolore postoperatorio, la necessità
della sala operatoria e ridurre i tempi della procedura.
Abbiamo già dimostrato molte cose: è possibile ottenere un
adeguata concentrazione di riboflavina nella cornea solo
alterando l’epitelio altrimenti ne passa pochissima.
Tuttavia l’epitelio almeno per ora, fino a conclusione degli
studi sperimentali, VA RIMOSSO
PERCHE’, ANCHE SE POSSIAMO FAR PASSARE LA RIBOFLAVINA
ALTERANDO LA BARRIERA EPITELIALE, COMUNQUE NON RIUSCIAMO A
FAR PASSARE A SUFFICIENZA L’EFFETTO DEI RAGGI UV A, CHE
RESTA COSI’ CONFINATO IN 100 MICRONS CONTRO I 300 MICRONS DI
PENETRAZIONE DEL CROSSLINKING STANDARD.
OGGI E’ PUBBLICATO DA WOLLENSAK (PRIMO IDEATORE DELLA
TECNICA) SUL JOURNAL OF CATARACT AND REFRACTIVE SURGERY E
DAL NOSTRO GRUPPO (PRIMO INTRODUTTORE DELLA TECNICA IN
ITALIA, CON LA MAGGIORE E PIU’ LUNGA ESPERIENZA SUL CAMPO IN
ITALIA) SULLA STESSA RIVISTA E SULL’AMERICAN JOURNAL OF
OPHTHALMOLGY , CHE PER AVERE UNA BUONA TENUTA BIOMECCANICA
NEL TEMPO BISOGNA ARRIVARE ALMENO A 250 MICRON DI
PROFONDITA’.
All’attuale
stato dell’arte, il cross-linking Riboflavina UV A
per essere efficace e sicuro va utilizzato secondo la
metodica standardizzata3 e i parametri
internazionali raccomandati2, rimuovendo
l’epitelio corneale9,10, ed occorre attendere le
necessarie verifiche sperimentali e i risultati clinici
delle modifiche in studio, su un congruo campione di
pazienti e per un sufficiente follow-up, sotto parere
favorevole di comitati etici, eseguite nelle sedi preposte,
prima di avventurarsi in cambiamenti “arbitrari” che
potrebbero esporre il paziente a grave rischio per la salute
oculare !!!
Per approfondimenti le ultimissime news su
questo argomento dai più importanti autori internazionali
con la maggiore esperienza nel campo di questa metodica:
1.
Corneal healing after riboflavin
ultraviolet-A collagen cross-linking determined by confocal
laser scanning microscopy in vivo: early and late
modifications.
Mazzotta C,
Traversi C, Baiocchi S, Caporossi O, Bovone C, Sparano MC,
Balestrazzi A, Caporossi A.
Am J Ophthalmol.
2008 Oct;146(4):527-533. Epub 2008 Jul 30.
PMID:
18672225 [PubMed - indexed for MEDLINE]
2.
Corneal crosslinking: riboflavin
concentration in corneal stroma exposed with and without
epithelium.
Baiocchi S,
Mazzotta C, Cerretani D, Caporossi T, Caporossi A.
J Cataract Refract Surg. 2009 May;35(5):893-9.
PMID:
19393890 [PubMed - in process]
3.
Biomechanical and histological changes
after corneal crosslinking with and without epithelial
debridement.
Wollensak G,
Iomdina E.
J Cataract Refract Surg. 2009
Mar;35(3):540-6.
PMID:
19251149 [PubMed - in process]
Bibliografia
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cross-linking of corneal collagen: ultrastructural
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cross-linking of corneal collagen: qualitative
investigation. Eur J Ophthalmol 2006 Jul-Aug;
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healing after riboflavin ultraviolet-a collagen
cross-linking determined by confocal laser scanning
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Mazzotta C, Balestrazzi A,
Baiocchi S, Traversi C, Caporossi A. Stromal haze after
combined riboflavin-UVA corneal collagen cross-linking
in keratoconus: in vivo confocal microscopic evaluation.
Clin Experiment Ophthalmol 2007 Aug;35(6):580-2.
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Mencucci R., Mazzotta C,
Rossi F et al. Riboflavin and ultraviolet A collagen
crosslinking in vivo thermographic analysis of the
corneal surface. J Cataract Refract Surg 2007 Jun;33(6):1005-8.
-
Caporossi A., Mazzotta C., Baiocchi C. et al: “Keratoconus
Therapeutic Guidelines based on staging: from
CrossLinking to Penetrating Keratoplasty”.
Reviews, Minerva Oftalmol. 2008,
50: 43-48.
-
Caporossi A., Mazzotta C., Baiocchi S..: Technological
innovations in corneal collagen cross-linking, Improving
the outcomes of progressive keratoconus therapy.
Pubblicazione Internazionale su rivista specializzata
Opthalmology Times Europe, September 2007.
-
Baiocchi S. MD, PhD,
Mazzotta C. MD, PhD, Cerretani D. PhD,
Caporossi T. MD, Caporossi A. MD, FRCS.
Corneal Cross-Linking:
-
Riboflavin concentration in Corneal Stroma exposed With
and Without Epithelium. J Cataract Refract Surg 2009,
In press.
-
Caporossi A. MD, FRCS,
Mazzotta C. MD, PhD, Baiocchi S. MD, PhD,
Tommasi C. MD, Caporossi T. MD.
Riboflavin UV A Corneal Collagen Cross-Linking: Long
Term Results of The Italian Siena-Eye-Cross Study,
2009, In press.
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