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Knorpelchips

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Knorpelchips (Minced Cartilage)

Zur Behandlung von Knorpelschäden am KniegelenK

Knorpelzelltransplantation

In den letzten Jahren hat sich basierend auf wissenschaftlichen Arbeiten gezeigt, dass unter den verschiedenen Knorpelreparatur-Techniken die Knorpelzelltransplantation (ACT) mit den besten Reparaturgewebe-Ergebnissen und damit auch den besten klinischen Ergebnissen einhergeht. Dieses klinische Ergebnis steht dann auch wieder in engem Zusammenhang mit der Rückkehr-Quote in den Sport und der Langzeit-Haltbarkeit des Regeneratgewebes. Insbesondere zeigt sich eine eindeutige Überlegenheit gegenüber der Mikrofrakturierung oder der Transplantation von Knorpelknochenzylindern (OATS).

Verfahren, die zellfreie Implantate verwenden oder diese mit einer Anbohrung des Knochens unterhalb des Knorpels kombinieren (z.B. AMIC), haben ein geringes biologisches Potential, da das „Schicksal“ des Trägers nach Implantation zellulär nicht weiter gesteuert werden kann.

Es ist bis heute nicht klar, welche Zellpopulation in das Trägermaterial einwandert und dort neues Gewebe generiert. Passend dazu ist die wissenschaftliche Literaturlage dieser Thematik sehr dünn. Stammzellen dürfen in Deutschland bisher nicht eingesetzt werden, um Knorpelschäden zu behandeln. Bei grösseren Knorpelschäden (ab ca. 1.5 cm2) oder Knorpelknochenschäden sowie bei Revisionsfällen (eine versagte Knorpelreparatur muss nochmal operiert werden) empfiehlt sich die Knorpelzelltransplantation im Besonderen.

ACT-Zellkultur

Jedoch ist auch die ACT mit Nachteilen vergesellschaftet. Zum einen werden immer zwei Operationen benötigt, da zunächst Knorpel/Zellen gewonnen werden müssen, diese im Labor angezüchtet und dann wieder eingesetzt werden. Des Weiteren ist die Kultur im Labor mit Nachteilen assoziiert, die zum einen die Zellqualität als auch Zellalterung betreffen. Durch das Vermehren der Knorpelzellen im Labor (eine absolute Notwendigkeit der Realisierung einer ACT) verlieren diese ihre typischen Eigenschaften der Knorpelzelle und nehmen einen Bindegewebezellen-Typus an (Dedifferenzierung).

In diesem Zustand werden die Knorpelzellen dann implantiert. Wahrscheinlich sind die Zellen dazu in der Lage, sich dann im Körper wieder in eine typische Knorpelzelle zurückzuverwandeln. Dieser Nachweis ist jedoch in der Wissenschaft bisher nie eindeutig getätigt worden. Wie lange dieser potentielle Prozess dauert und ob dieser vollständig abläuft, ist ebenfalls nicht klar. Der weitere Nachteil der Kultur im Labor ist die Alterung der Zelle (Seneszens) pro Teilung. Die Knorpelzelle ist nach der Pubertät nicht dafür ausgelegt sich weiter zu teilen.

Im Rahmen der ACT-Zellkultur ist diese jedoch dazu gezwungen sich mehrfach zu teilen. Dieser Prozess führt zwangsläufig zu einer ungewollten Alterung der Knorpelzellen. Die initiale Biopsie zur Realisierung einer ACT (die erste Operation zum Gewinnen von Knorpel) geschieht in der Regel an einer wenig/nicht belasteten Knorpelstelle innerhalb des Kniegelenks. Wissenschaftliche Arbeiten konnten nachweisen, dass jedoch diese Knorpelzellen ein schlechteres Knorpel-typisches Regenerationspotential haben im Vergleich zu Knorpelzellen, welche aus belasteten Regionen kommen (z.B. Oberschenkelrolle).

 

 

Die Operationen

Zu guter Letzt sind die 2 notwendigen Operationen, die Zellkulturphase im Labor sowie die ausgeprägte Regulation des Prozesses an sich (es handelt sich bei der ACT um ein Arzneimittel und unterliegt damit strengen Regularien) mit ausgeprägten Kosten assoziiert. Das hat in den letzten Jahren dazu geführt, dass wir persönlich teilweise ausgeprägte Probleme damit hatten bei gewissen Patienten von der jeweils zuständigen Krankenkasse eine Kostenzusage für die Operation zu erhalten.

Teilweise war die Kasse im Nachgang nicht dazu bereit die Kosten für die ACT zu übernehmen. Einige Krankenhäuser bieten aus diesem Grund die ACT gar nicht mehr an. Dies sind aber nur unsere eigenen Erfahrungen, keine Allgemeingültigkeit. Die Kombination aus der immer gegebenen Notwendigkeit von zwei Operationen, der Unmöglichkeit auf frische Defekte (z.b. ausgebrochene Knorpelstücke = Flake-Frakturen und osteochondrale Abscherungen) spontan reagieren zu können sowie unserer persönlichen negativen Erfahrungen mit der Erstattungssituation haben dazu geführt, dass wir nun seit geraumer Zeit eine alternative Knorpelreparatur-Technik anwenden, welchen eine vergleichbares biologisches Potenzial wie die ACT hat. Dabei handelt sich um die Anwendung von Knorpelchips oder auch „minced cartilage“.

Grundgedanke und Studien

 

Bild 1

Der Grundgedanke dieser Technik ist, dass man gesunden Knorpel aus dem Randbereich des Knorpelschadens (in der Regel damit belasteter Knorpel) während einer Operation gewinnt, den gewonnenen Knorpel direkt in kleinste Stückchen zerschneidet (to mince = „zerhacken“) und dann unmittelbar in gleichem Eingriff wieder in den Knorpelschaden einsetzt (Bild 1: klein geschnittener, gesunder Knorpel im Defektbereich).

Labor- und Tierstudien haben eindeutig gezeigt, dass die in den Stückchen enthaltenen Knorpelzellen nach Einsetzten in den Defektbereich aktiviert werden, dadurch aus den Stückchen (Bild 2: histologisches Bild aus dem Labor von Professor M. Zenoby-Wong der ETH Zürich welches aufzeigt wie unter Laborbedingungen in Zellkultur aus den Knorpelstückchen* die Knorpelzellen herauswandern und um diese neuen Knorpel aufbauen) herauswachsen (outgrowth culture) und damit den Knorpelschaden ausfüllen.

 

Bild 2

Die neu eingebrachten Knorpelzellen bauen dann über Monate ein neues Kollagennetzwerk (extrazelluläre Matrix; diese besteht hauptsächlich aus Kollagenen, Aggrecanen und Hyaluronsäure-Ketten) auf, welches dem Gelenkknorpel dessen ausgeprägten mechanischen Eigenschaften gibt. Hieraus entwickelt sich dann vergleichbar zur ACT über die Zeit neuer Knorpel.

Damit ist der biologische Grundgedanke der gleiche wie bei der ACT. Jedoch ist diese Technik einzeitig möglich. Man kann theoretisch immer spontan reagieren, denn dieses Verfahren ist praktisch immer direkt realisierbar (bestimmte Materialien sollten vorhanden sein).

Eine Zellkulturphase entfällt: die Zellen dedifferenzieren und altern nicht. Man verwendet in der Regel Orts-typische Knorpelzellen, welche die Belastung gewohnt sind und damit ein gutes Knorpelregenerationspotential haben.

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Entstehung

 

Diese Technik wurde genau genommen bereits in den 1980er Jahren von einem Herr Albrecht offiziell beschrieben. Ca. 20 Jahre später erfolgte die „Wiederaufnahme“ der Technik um die Arbeitsgruppe von Francoise Binette, welcher infolge Labor-und Tierversuchen gemeinsam mit einer Firma ein Produkt auf den Markt brachte mit dem Namen CAIS (Cartilage Autograft Implantation System).

Dabei wurde während einer Operation Knorpel mit einem speziellen Gerät entnommen. Dieser in dem Spezialgerät in kleinste Stückchen zerschnitten und dann mithilfe einer Membran als Trägermaterial wieder implantiert. Die klinische 2-Jahres-Sicherheitsstudie zeigte sehr zufriedenstellende klinische Ergebnisse und konnte die Sicherheit des Verfahrens nachweisen. Bereits damals wurde eine Überlegenheit gegenüber der Mikrofrakturierung gezeigt.

 

Zweiter Aufschwung

Das Produkt wurde aber dann aus Kostengründen von der Firma wieder vom Markt genommen. Seit nun ca. 2015 erleben die Knorpelchips einen zweiten „Aufschwung“, welcher mit der erfolgreichen Beschreibung einer kleinen Anzahl an Patienten, welche in Dänemark behandelt wurden, begann. Im Gegensatz zu CAIS zerschnitten die Dänen den Knorpel mit einem Skalpell und implantierten diesen mithilfe von allogenem (körperfremd; von einem genetisch verschiedenen Individuum derselben Art stammend) Fibrinkleber (Gewebekleber) in den Knorpelschaden.

Herr Professor Salzmann hat in den letzten 5 Jahren mittlerweile mehrere Hundert Patient erfolgreich unter Verwendung der Knorpelchips operiert. So konnten auch kürzlich die 2-Jahres-Ergebnisse der ersten 27 Patienten, welche Herr Professor Salzmann mithilfe der Knorpelchips versorgte, publiziert werden.

Herr Professor Salzmann ist auch Autor einer technischen Video-Beschreibung einer offenen Knorpelchipsplastik, welche in dem wissenschaftlichen Journal „Arthroscopy Techniques“ veröffentlich wurde:

VIDEO

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Ständige Verbesserung

 

Bild 3

Mit dem Ziel Operationstechniken ständig zu verbessern hat Herr Professor Salzmann gemeinsam mit einer Firma eine Technik entwickelt mit welcher sich die Knorpelchips nun sehr effektiv rein arthroskopisch implantieren lassen (Bild 3: aufbereiteter Knorpelschaden im Kniegelenk, welches arthroskopisch trocken gelegt wurde damit nun die Knorpelchips eingebracht werden können).

Damit kann das Operationstrauma durch sehr kleine Schnitte gering gehalten werden. Zudem wird unter Anwendung dieser Technik der allogene Gewebekleber durch autolog (vom selben Individuum stammend) ersetzt. Das heißt, dass der Gewebekleber während der Knorpelreparatur-Operation durch das Patienten-eigene Blut hergestellt und dann direkt eingesetzt wird. In Realisierung dieser Technik wird ebenfalls Knorpel aus dem gesunden Randbereich des Defektes entnommen.

Dieser Knorpel wird direkt mittels einem drehenden Spezialmesser (Shaver) zerkleinert. Diese Knorpelpaste wird dann mit aufbereitetem Blut (es wird PRP = Plättchen-reiches Plasma hergestellt) des gleichen Patienten vermischt. Das Blut wird dem Patient während der Operation steril entnommen, in einer Zentrifuge aufbereitet und kann dann direkt verwendet werden. Durch die Vermischung der Knorpelchips mit dem PRP ergibt sich direkt eine modellierbare Substanz.

Dabei ist der besondere Vorteil, dass das PRP eine Reihe an positiven Aspekten der Knorpelreparatur mit sich bringt. Es fördert die Knorpelheilung durch Stimulation des Wachstums der Knorpelzellen als auch der Orts-typischen Differenzierung der Knorpelzellen (Knorpel soll Knorpel bleiben). Zudem kann aus dem Patienten-eigenen Blut ebenfalls autologer (Patienten-eigener) Gewebekleber hergestellt werden. Dieser Gewebekleber (Fibrinkleber) ist nichts anderes als ein Endprodukt der Gerinnungskaskade.

 

Schnelle Aushärtung

 

Bild 4

Der Fibrinkleber wird dann abschließend über das Gemisch der Knorpelchips/PRP gegeben und härtet nach wenigen Sekunden aus und hält damit dann die Knorpelchips an Ort und Stelle: im Knorpelschaden (Bild 4: Knorpelchips im Defektbereich; es erfolgt gerade die abschließende Versiegelung mittels autologem Fibrinkleber).

Dort können dann die auswachsenden Knorpelzellen direkt aktiv werden (zusätzlich stimuliert durch das PRP) und den Knorpelschaden hochqualitativ ausheilen (Bild 5: MRT eines Knorpelschadens im Kniegelenkbereich vor der Operation (A), während der Operation (B) und 6 Monate (MRT) nach der Operation (C).

Ebenfalls diese Technik hat Herr Professor Salzmann bereits an einer Vielzahl an Patienten eingesetzt. Aktuell verwendet Herr Professor Salzmann zur Realisierung der Knorpelchips-Technik das Produkt Autocart® der Firma Arthrex.

Bild 5

Nachbehandlung

Die Nachbehandlung ist im Prinzip identisch zu der Nachbehandlung nach ACT. Jedoch zeigen die ersten Erfahrungswerte, dass die Patienten nach der arthroskopischen Technik im Vergleich zur ACT etwas früher/besser rehabiliert werden können, da Schmerz- und Schwellungszustände schneller rückläufig sind im Vergleich zu einer ACT.

Hierbei handelt sich aber um komplett subjektive und wissenschaftliche nicht bestätige Erfahrungen ohne Gewähr.

Quellnachweise

  1. Albrecht, F., Roessner, A. & Zimmermann, E. Closure of osteochondral lesions using chondral fragments and fibrin adhesive. Arch Orthop Trauma Surg 101, 213-217 (1983).
  2. Lu, Y. et al. Minced cartilage without cell culture serves as an effective intraoperative cell source for cartilage repair. J Orthop Res 24, 1261-1270, doi:10.1002/jor.20135 (2006).
  3. Cole BJ, Farr J, Winalski CS, Hosea T, Richmond J, Mandelbaum B, De Deyne PG Outcomes after a single-stage procedure for cell-based cartilage repair: a prospective clinical safety trial with 2-year follow-up. Am J Sports Med. 2011 Jun;39(6):1170-9. doi: 10.1177/0363546511399382. Epub 2011 Apr 1.
  4. Christensen, B. B., Foldager, C. B., Jensen, J. & Lind, M. Autologous Dual-Tissue Transplantation for Osteochondral Repair: Early Clinical and Radiological Results. Cartilage 6, 166-173, doi:10.1177/1947603515580983 (2015).
  5. Salzmann, G. M., Calek, A. K. & Preiss, S. Second-Generation Autologous Minced Cartilage Repair Technique. Arthrosc Tech 6, e127-e131, doi:10.1016/j.eats.2016.09.011 (2017).
  6. Massen FK, Inauen CR, Harder LP, Runer A, Preiss S, Salzmann GM. One-Step Autologous Minced Cartilage Procedure for the Treatment of Knee Joint Chondral and Osteochondral Lesions: A Series of 27 Patients With 2-Year Follow-up. Orthop J Sports Med 7, 2325967119853773, doi:10.1177/2325967119853773 (2019).

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