Oggetto della ricerca I tumori ossei sono neoplasie eterogenee, spesso resistenti alle terapie e con elevato potenziale metastatico. L’osteosarcoma (OS) è il tumore osseo maligno più comune nei giovani; nonostante chirurgia e chemioterapia, la sopravvivenza a 5 anni resta del 60–70%, con esiti sfavorevoli nei casi metastatici o recidivi. La chirurgia può comportare significativa perdita di tessuto e compromissione funzionale. Questo studio valuta tre strategie integrate per ottenere ricostruzione scheletrica, controllo locale della malattia e riduzione della tossicità sistemica: (i) biomateriali innovativi come SmartBone® ORTHO, con comprovata osteointegrazione; (ii) cementi di fosfato di calcio arricchiti con stronzio (SrCPCs) funzionalizzati con chemioterapici (doxorubicina, DOX; metotrexato, MTX) per unire rigenerazione e rilascio controllato del farmaco; (iii) composti naturali come il resveratrolo (RSV), in grado di modulare pathway tumorali riducendo proliferazione e migrazione delle cellule OS. Metodi È stata condotta un’analisi retrospettiva su 13 pazienti pediatrici sottoposti a curettage e ricostruzione con SmartBone® ORTHO, valutando sintomi, complicanze e recupero funzionale. Le analisi radiologiche con ImageJ e BoneJ2 hanno quantificato densità ossea e spessore trabecolare. Gli SrCPC caricati con MTX o DOX sono stati testati su linee cellulari OS (SAOS-2, U2-OS); morfologia cellulare tramite microscopia elettronica a scansione; citotossicità, apoptosi e necrosi mediante Alamar Blue, Annexin V/PI, attivazione caspasi-3/7 ed ELISA; migrazione tramite wound healing. Gli effetti del RSV sono stati valutati su cellule OS e cellule staminali mesenchimali sane mediante MTT, Live/Dead, imaging iperspettrale, BrdU/PI, Annexin V/PI, wound healing e RT-qPCR per geni di apoptosi, adesione cellulare e pathway Wnt/β-catenina. È stata inoltre analizzata la sinergia tra RSV e MTX o DOX. Risultati SmartBone® ORTHO ha mostrato un successo clinico del 77%, senza complicanze e con progressiva osteointegrazione entro 6–12 mesi; le analisi radiologiche hanno confermato aumento di densità e spessore trabecolare. Tre recidive locali sono state gestite con innesto di revisione. Gli scaffold SrCPC-MTX e SrCPC-DOX hanno indotto citotossicità, alterazioni morfologiche e ridotta adesione nelle cellule OS; il saggio Alamar Blue ha evidenziato riduzione della vitalità fino a 7 giorni, mentre caspasi-3/7 e Annexin V/PI hanno confermato l’attivazione dell’apoptosi. I saggi di migrazione hanno mostrato significativa inibizione. Il RSV ha ridotto la vitalità delle cellule OS in modo dose- e tempo-dipendente, senza effetti sulle cellule sane; l’imaging iperspettrale ha confermato la sua localizzazione intracellulare. Ha indotto arresto in fase S, apoptosi, downregulation di geni anti-apoptotici (BCL2, BIRC3), upregulation di geni pro-apoptotici (CASP3, CASP7, CYCS), riduzione della migrazione e modulazione di geni di adesione e del pathway Wnt/β-catenina (MMP7, MMP9, CTNNB1, CD44, CDH1, WNT1, c-MYC, VIM). La combinazione RSV-MTX/DOX ha prodotto effetti sinergici anche a basse dosi. Impatto della ricerca Lo studio affronta le principali sfide nel trattamento dei tumori ossei: ricostruzione scheletrica, controllo locale della malattia e riduzione della tossicità sistemica. SmartBone® ORTHO si conferma sicuro ed efficace nei pazienti pediatrici. Gli SrCPC funzionalizzati con DOX o MTX riducono vitalità e migrazione cellulare, consentendo potenzialmente l’impiego di dosi più basse. Il RSV esercita effetti selettivi sulle cellule tumorali, inducendo apoptosi e modulando l’espressione genica, oltre a potenziare l’efficacia dei chemioterapici. L’integrazione di biomateriali, scaffold funzionalizzati e composti bioattivi rappresenta una strategia completa per la rimozione tumorale, la rigenerazione ossea e il controllo molecolare della malattia.
Research Objective Bone tumors are heterogeneous neoplasms, benign or malignant, often resistant to therapy and highly metastatic. Osteosarcoma (OS) is the most common malignant bone tumor in youth. Despite surgery and chemotherapy, 5-year survival is 60–70%, with poor outcomes in metastatic or relapsed cases. Surgery can cause significant tissue loss and functional impairment, especially in young patients. This study evaluates three integrated therapeutic strategies to achieve skeletal reconstruction, local disease control and minimized systemic toxicity: (i) innovative biomaterials for bone regeneration, like SmartBone® ORTHO, ensuring osteointegration and safety; (ii) strontium-enriched calcium phosphate cements (SrCPCs) functionalized with chemotherapeutics (doxorubicin, DOX; methotrexate, MTX) for combined tissue regeneration and controlled drug release; (iii) natural compounds such as resveratrol (RSV), which reduce OS cell proliferation and migration while modulating tumor-related pathways. Methods A retrospective analysis of 13 pediatric patients (8–17 years) treated with curettage and SmartBone® ORTHO reconstruction assessed symptoms, complications, and functional recovery. Radiological analyses with ImageJ and BoneJ2 quantified bone density and trabecular thickness. SrCPCs doped with MTX or DOX were tested on OS cell lines (SAOS-2, U2-OS). Cellular morphology was analyzed via scanning electron microscopy; cytotoxicity and apoptosis/necrosis via Alamar Blue, Annexin V/PI, caspase-3/7 activation, and ELISA. Cell migration was assessed by wound healing assays. RSV effects were studied on OS and healthy mesenchymal stem cells. Cytotoxicity was measured by MTT and Live/Dead staining; intracellular localization via hyperspectral imaging; cell cycle and apoptosis via BrdU/PI and Annexin V/PI; migration via wound healing; gene expression via RT-qPCR for apoptosis, adhesion, extracellular matrix, and Wnt/β-catenin pathways. RSV synergy with MTX or DOX was also evaluated. Results SmartBone® ORTHO achieved 77% clinical success with no complications and progressive osteointegration within 6–12 months. Radiology confirmed increased bone density and trabecular thickness. Three local recurrences were successfully managed with revision grafting. SmartBone® provides mechanical reliability, biological integration, and overcomes limitations of autografts and allografts. SrCPC-MTX and SrCPC-DOX scaffolds induced cytotoxicity, morphological changes and reduced adhesion in OS cells. Alamar Blue assays confirmed reduced viability up to 7 days. Caspase-3/7 and Annexin V/PI analyses indicated apoptosis ctivation. Wound healing assays showed migration inhibition. RSV reduced OS cell viability dose- and time-dependently, but not on healthy cells. Hyperspectral imaging confirmed intracellular localization. RSV induced S-phase cell cycle arrest, apoptosis, downregulation of anti-apoptotic genes (BCL2, BIRC3), upregulation of pro-apoptotic genes (CASP3, CASP7, CYCS), and reduced migration. Gene expression changes affected cellular adhesion and Wnt/β-catenin signaling (MMP7, MMP9, CTNNB1, CD44, CDH1, WNT1, c-MYC, VIM), decreasing invasiveness and EMT. RSV combined with MTX or DOX showed synergistic cytotoxicity even at low chemotherapy doses. Research Impact This study addresses key challenges in bone tumor treatment: skeletal reconstruction, local disease control, and reduced systemic toxicity. SmartBone® ORTHO is safe and effective in pediatric patients, ensuring osteointegration and functional recovery. SrCPC scaffolds with DOX or MTX reduce OS cell viability and migration, allowing the use of lower doses. RSV selectively targets tumor cells, induces apoptosis, modulates gene expression, and enhancing the efficacy of chemotherapeutic agents. Integrating biomaterials, functionalized scaffolds, and bioactive compounds offers a comprehensive strategy for tumor removal, bone regeneration, and molecular disease control.
Innovative biomaterials and therapeutic strategies for bone regeneration and osteosarcoma treatment
DE PACE, RAFFAELLA
2026
Abstract
Oggetto della ricerca I tumori ossei sono neoplasie eterogenee, spesso resistenti alle terapie e con elevato potenziale metastatico. L’osteosarcoma (OS) è il tumore osseo maligno più comune nei giovani; nonostante chirurgia e chemioterapia, la sopravvivenza a 5 anni resta del 60–70%, con esiti sfavorevoli nei casi metastatici o recidivi. La chirurgia può comportare significativa perdita di tessuto e compromissione funzionale. Questo studio valuta tre strategie integrate per ottenere ricostruzione scheletrica, controllo locale della malattia e riduzione della tossicità sistemica: (i) biomateriali innovativi come SmartBone® ORTHO, con comprovata osteointegrazione; (ii) cementi di fosfato di calcio arricchiti con stronzio (SrCPCs) funzionalizzati con chemioterapici (doxorubicina, DOX; metotrexato, MTX) per unire rigenerazione e rilascio controllato del farmaco; (iii) composti naturali come il resveratrolo (RSV), in grado di modulare pathway tumorali riducendo proliferazione e migrazione delle cellule OS. Metodi È stata condotta un’analisi retrospettiva su 13 pazienti pediatrici sottoposti a curettage e ricostruzione con SmartBone® ORTHO, valutando sintomi, complicanze e recupero funzionale. Le analisi radiologiche con ImageJ e BoneJ2 hanno quantificato densità ossea e spessore trabecolare. Gli SrCPC caricati con MTX o DOX sono stati testati su linee cellulari OS (SAOS-2, U2-OS); morfologia cellulare tramite microscopia elettronica a scansione; citotossicità, apoptosi e necrosi mediante Alamar Blue, Annexin V/PI, attivazione caspasi-3/7 ed ELISA; migrazione tramite wound healing. Gli effetti del RSV sono stati valutati su cellule OS e cellule staminali mesenchimali sane mediante MTT, Live/Dead, imaging iperspettrale, BrdU/PI, Annexin V/PI, wound healing e RT-qPCR per geni di apoptosi, adesione cellulare e pathway Wnt/β-catenina. È stata inoltre analizzata la sinergia tra RSV e MTX o DOX. Risultati SmartBone® ORTHO ha mostrato un successo clinico del 77%, senza complicanze e con progressiva osteointegrazione entro 6–12 mesi; le analisi radiologiche hanno confermato aumento di densità e spessore trabecolare. Tre recidive locali sono state gestite con innesto di revisione. Gli scaffold SrCPC-MTX e SrCPC-DOX hanno indotto citotossicità, alterazioni morfologiche e ridotta adesione nelle cellule OS; il saggio Alamar Blue ha evidenziato riduzione della vitalità fino a 7 giorni, mentre caspasi-3/7 e Annexin V/PI hanno confermato l’attivazione dell’apoptosi. I saggi di migrazione hanno mostrato significativa inibizione. Il RSV ha ridotto la vitalità delle cellule OS in modo dose- e tempo-dipendente, senza effetti sulle cellule sane; l’imaging iperspettrale ha confermato la sua localizzazione intracellulare. Ha indotto arresto in fase S, apoptosi, downregulation di geni anti-apoptotici (BCL2, BIRC3), upregulation di geni pro-apoptotici (CASP3, CASP7, CYCS), riduzione della migrazione e modulazione di geni di adesione e del pathway Wnt/β-catenina (MMP7, MMP9, CTNNB1, CD44, CDH1, WNT1, c-MYC, VIM). La combinazione RSV-MTX/DOX ha prodotto effetti sinergici anche a basse dosi. Impatto della ricerca Lo studio affronta le principali sfide nel trattamento dei tumori ossei: ricostruzione scheletrica, controllo locale della malattia e riduzione della tossicità sistemica. SmartBone® ORTHO si conferma sicuro ed efficace nei pazienti pediatrici. Gli SrCPC funzionalizzati con DOX o MTX riducono vitalità e migrazione cellulare, consentendo potenzialmente l’impiego di dosi più basse. Il RSV esercita effetti selettivi sulle cellule tumorali, inducendo apoptosi e modulando l’espressione genica, oltre a potenziare l’efficacia dei chemioterapici. L’integrazione di biomateriali, scaffold funzionalizzati e composti bioattivi rappresenta una strategia completa per la rimozione tumorale, la rigenerazione ossea e il controllo molecolare della malattia.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
