Sub-regional characterization of human metastatic vertebrae: correlation between microstructural parameters and volumetric strains

La colonna vertebrale è il sito più comune di sviluppo di metastasi ossee, che alterano la normale distribuzione di tessuto osseo compromettendo la capacità vertebrale di resistere ai carichi fisiologici. L’obiettivo dello studio è stato quello di valutare la correlazione tra la microstruttura e il campo di deformazione di vertebre umane con e senza metastasi litiche, al fine di identificare le caratteristiche microstrutturali tipiche delle sotto-regioni a rischio rottura. Cinque segmenti spinali, formati da una vertebra metastatica e una di controllo, sono stati testati in compressione assiale e scansionati all’interno di una micro-tomografia computerizzata (µCT). Suddiviso il corpo vertebrale in 27 sotto-regioni, sono stati misurati i parametri microstrutturali (BV/TV, Tb.N, Tb.Th e Tb.Sp) usando CTAnalyzer. Le deformazioni principali minime (ε3) sono state misurate nelle sotto-regioni attraverso un algoritmo globale di Correlazione Digitale di Volumi (BoneDVC). I parametri sono risultati simili nelle vertebre sane e metastatiche di ogni provino (p>0.05). Tuttavia, il provino #775_T12L3 ha mostrato valori di BV/TV, Tb.N e Tb.Th più alti e di Tb.Sp più bassi nella vertebra metastatica. Le vertebre metastatiche hanno raggiunto ε3 più grandi rispetto ai controlli ad eccezione del provino #785_T5T8 che ha mostrato un comportamento opposto. È stata riscontrata una debole correlazione tra le ε3 e i parametri microstrutturali, suggerendo il coinvolgimento di altri fattori nel comportamento meccanico di vertebre metastatiche e controlli (e.g. qualità del tessuto, dimensioni e forma delle sotto-regioni). Tuttavia, nelle sotto-regioni più colpite dalle lesioni litiche e più deformate, BV/TV e Tb.N sono risultati minori e Tb.Sp maggiore rispetto all’adiacente controllo. Questi risultati, generalizzati su un campione più ampio, potrebbero essere utilizzati per valutare come le metastasi litiche colpiscono localmente la microstruttura e la competenza meccanica delle vertebre.