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Orthopäde2000 29: 112 119 Springer-Verlag 2000Zum Thema: Tissue engineering in der OrthopädieC. Perka1 · O. Schultz2 · M. Sittinger2, 3 · H. Zippel1 ·1 Orthopädische Klinik und Poliklinik,Humboldt-Universität Berlin (CharitØ) · 2 Medizinische Universitätsklinik und Poliklinik III,Humboldt-Universität Berlin (CharitØ) · 3 Deutsches RheumaforschungsZentrum, BerlinChondrozytentransplantationin PGLA/Polydioxanon-VliesenZusammenfassungDie Transplantation von chondrogenen Zellen in supportiven Trägerstrukturen erweistsich zunehmend als eine alternative Methode zur Behandlung von Knorpeldefekten.Gegenstand der vorliegenden Untersuchungwar die Transplantation allogener Chondrozyten in einem biodegradierbaren Polymervlies (PGLA/Polydioxanon) in Gelenkknorpeldefekte in einem Kaninchenmodell. InKnorpel-Knochen-Defekte der femoralen Patellagleitbahn wurden Transplantate ausisolierten allogenen Chondrozyten in einembioresorbierbaren Polymerkonstrukt eingesetzt und mit Leerdefekten sowie Polymerkonstrukten ohne Zellen als Kontrollgruppenverglichen. Die Resultate wurden nach 4 und12 Wochen histologisch und histochemischbeurteilt. Die Beurteilung der Transplantatintegration und der Architektur des neugebildeten Knorpels erfolgte mit einem semiquantitativen Score. Bereits nach 4 Wochenwar die Entwicklung der Zell-Polymer-Transplantate zu einem hyalinartigen Knorpelnachweisbar, nach 12 Wochen waren dieDefekte fast vollständig mit hyalinartigemKnorpel gefüllt. Veränderungen der Transplantatstruktur durch die Biodegradationdes Trägermaterials wurden nicht beobachtet. Die Defekte der Kontrollgruppen wiesenkeine Heilungszeichen auf oder heilten mitFaserknorpel. Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass sich resorbierbare Polymere aufgrund der Möglichkeit der Invitro-Generation eines semisoliden Knorpeltransplantats und der resultierenden einfachen Fixationsmöglichkeit im Defekt alsgeeignetes Trägermaterial für die Knorpeltransplantation erwiesen. In vivo stellen sie112Der Orthopäde 2 2000ein adäquates Mikromilieu für die Bildungvon hyalinem Knorpel dar und lassen beiBindung von Wachstumsfaktoren durch eineprotrahierte Freisetzung eine weitere Verbesserung der Ergebnisse nach Chondrozytentransplantation ion · Tissueengineering · Bioresorbierbare PolymereDie Wiederherstellung pathologischveränderter Gelenkflächen durch Knorpeltransplantate dient dem Ziel der Prävention sekundär arthrotischer Veränderungen. Die regenerative Fähigkeitartikulären Knorpels zur Heilung solcher Defekte ist stark limitiert. Verletzungen ohne Penetration des subchondralen Knochens zeigen nur eine minimale Heilungstendenz [17]. Nach Alteration des subchondralen Knochens istdas Reparaturgewebe fibröses Bindegewebe, Faserknorpel oder auch hyalinartiger Knorpel in Abhängigkeit von derSpezies, dem Alter und der Lokalisationder Verletzung [18, 21]. Selbst wenn dieses Reparaturgewebe histologisch hyalinartigem Knorpel entspricht, unterscheidet sich dieser biomechanisch undbiochemisch von normalem Knorpel,so dass sich bereits nach 6 Monaten extensive degenerative Veränderungendes Reparaturgewebes zeigen [13]. Bisherige Strategien, wie die Durchführung von Abrasionsarthroplastiken,Bohrungen, KnorpeldØbridements unddas arthroskopische ¹Shavenª, warenlangfristig klinisch wenig erfolgreich[12]. Ursächlich dafür ist, dass das durchdiese Verfahren induzierte Reparaturgewebe mechanisch inadäquat belastbarer Faserknorpel ist [8]. Die biologische Rekonstruktion der Gelenkflächendurch die Transplantation von Chondrozyten stellt eine Alternative dar, inderen Resultat eine langfristig erfolgreiche Rekonstruktion der Gelenkflächenmöglich erscheint [5, 9, 30]. Der dabeientstehende hyaline Knorpel ist hinsichtlich der mechanischen Stabilitätdem Faserknorpel deutlich überlegen,wenngleich er noch nicht die Stabilitätdes originalen Knorpels besitzt [6].Voraussetzung für eine erfolgreicheChondrozytentransplantation ist dasVorhandensein einer ausreichendenZahl vitaler, phänotypisch stabilerChondrozyten in einer mechanisch stabilen Matrix. Für das ¹Tissue engineeringª charakteristisch ist die initiale Entnahme eines Gewebes, die anschlieûende Isolation der Zellen aus ihrer Matrixund deren nachfolgende Vermehrung.Diese Amplifikation erfolgt aufgrundder nur begrenzt zur Verfügung stehenden Zahl von Zellen. Bei Chondrozytenist die nachfolgende Kultivierung in einer dreidimensionalen Matrixsubstanzfür den Erhalt der phänotypischen StaDr. C. PerkaKlinik und Poliklinik für Orthopädie,Universitätsklinikum CharitØ,Humboldt-Universität zu Berlin,Schumannstraûe 20/21, D-10 117 Berlin

Orthopäde2000 29: 112 119 Springer-Verlag 2000C. Perka · O. Schultz · M. Sittinger · H. ZippelChondrocyte transplantation usingPGLA/Polydioxanon fleecesSummaryThe transplantation of chondrogenic cells ina supportive carrier structure proved to be apromising alternative for the treatment ofcartilage defects. In the study presented wefocused on the transplantation of allogeneicchondrocytes in a biodegradable polymerscaffold (PGLA/Polydioxanon) in articularcartilage defects in a rabbit defect model.Isolated allogeneic chondrocytes embeddedin a PGLA polymer scaffold were transplanted into osteochondrogenic defects of thepatellar groove and compared with emptydefects and transplants of polymer scaffoldswithout cells. The histological and histochemical analysis was performed after 4and 12 weeks. The transplant integrationand the architecture of the newly formedcartilage were evaluated with a semiquantitative score. After 4 weeks the developmentof a hyaline-like cartilage tissue of the cellpolymer-transplants was observed, after12 weeks the defects were nearly completelyfilled with hyaline-like cartilage. The biodegradation of the polymer construct did notaffect the histological structure of the transplant area. Defects of the groups with emptydefect and polymer transplants without cellsrevealed no or insufficient healing indices.The study demonstrated that biodegradablepolymers served as suitable carriers for thechondrocyte transplantation, which is due tothe in-vitro establishment of a semi-solidcartilage transplant and the resulting effective transplant fixation into the defect. Invivo the polymer cell transplants seem toprovide a supportive microenvironment forthe development of hyaline cartilage. Thecontrolled release of morphogenic factors orbioactive molecules and the use of pluripotent mesenchymal progenitor cells opensnew perspectives for the optimization ofcartilage repair procedures.Key wordsChondrocyte transplantation · Tissueengineering · Bioresorbable polymersbilität notwendig [4]. Diese Zell-MatrixInteraktionen beeinflussen über dieAktivierung intrazellulärer Signalkaskaden, vermittelt über zelluläre Adhäsionsmoleküle, direkt Morphologie undFunktion der Zellen, wie beispielsweiseProliferation, phänotypische Differenzierung und Matrixsynthese [24]. Siestellen somit einerseits einen essentiellen Parameter für die Herstellung einesfunktionellenKnorpeltransplantatsdar, sind jedoch andererseits auch fürdie operative Handhabbarkeit, dieTransplantatintegration in das Wirtsgewebe und für die immunologischePrivilegierung allogener und xenogenerZellen entscheidend [2].Unterschiedliche Matrixsubstanzen, wie Agarosegel, Kollagen, Fibrin,Alginat, Hyaluronsäure und deren Kombinationen, wurden daher auf der Suchenach den optimalen Bedingungenzur Chondrozytendifferenzierung undnachfolgenden Transplantation verwendet [19]. Eine alternative Technik ist dieKultivierung isolierter Chondrozyten inunterschiedlichen Matrixsubstanzen(z. B. Agarose, Fibrin) auf resorbierbaren Polymergerüsten [22, 23, 27, 28].Diese atoxischen, bioresorbierbaren und biodegradiblen Polymere besitzen eine gute mechanische Stabilitätund ermöglichen den Erhalt des Phänotyps, da sie ein supportives zelluläresMikromilieu für die chondrozytäre Differenzierung bieten [22, 23, 27, 28]. Zudem zeigen diese eine hohe Formvariabilität und erlauben die gezielte Modifikation der In-vitro-Transplatgenerationdurch die kontrollierte Freisetzung vonWachstumsfaktoren [1, 10]. Infolge derhöheren mechanischen Stabilität gegenüber flüssigen und gelartigen Trägersubstanzen erscheinen auf diese Weisein vitro präformierte Gewebe zudemeinfach und mit hoher Sicherheit amTransplantationsort fixierbar.Unklar ist gegenwärtig jedoch, welche Auswirkungen die schnellere Biodegradation des Trägermaterials auf dieZelladhäsion, die Transplantatintegritätund die Transplantatintegration in vivohat. In der vorliegenden Studie wurdeein synthetisches Polymerkonstruktauf der Basis von L-Milchsäure und Glycolsäure auf seine Tauglichkeit alschondrozytäre Trägerstruktur analysiert und die Potenz der in vitro amplifizierten und nachfolgend in dem Polymerkonstrukt kultivierten Chondrozy-ten zur Knorpelregeneration untersucht. Weiterhin sollte die Technik derImplantation synthetischer Polymerein Gelenkknorpeldefekte des Kaninchens etabliert werden.Material und MethodePolymervlieseFür die vorliegenden Versuche wurdeEthisorbÒ (Ethicon, Norderstedt) verwendet. Dabei handelt es sich um einungewebtes Material, welches aus resorbierbarem poly[lactid-co-glycolic] acid(PGLA) besteht. Zusätzlich ist in einemgeringen Prozentsatz Polydioxanon enthalten. Durch die Verwendung als Nahtmaterial haben sich die Bestandteile seitvielen Jahren in den chirurgischenFachgebieten bewährt. Eine starke Degradation des EthisorbsÒ in vitro beginnt nach ca. 3 Wochen [23]. Zylindrische Vliese mit einer Dicke von 2 und einem Durchmesser von 4 mm wurdenfür diese Versuche eingesetzt.Isolation der ChondrozytenDer Knorpel des Hüft- und Kniegelenksvon 6 Monate alten weiûen Neuseeland-Kaninchen wurde dissekiert undunter sterilen Bedingungen in Ham's F12 (Seromed, Berlin) unter Zusatz vonNystatin gesammelt. Der hyaline Knorpel wurde über 12 h durch 2 mg/ml Kollagenase P (Boehringer, Mannheim) inHam's F-12 unter Zusatz von 10 % fetalem Kälberserum (Seromed), 100 IE/mlPenicillin, und 100 mg/ml Streptomycinverdaut. Die erhaltene Zellsuspensionwurde dann durch einen 100 mm Polyesterfilter (Estal mono, Thal, Schweiz)gegeben und 3mal mit Ham's F-12 gewaschen. Die isolierten Zellen wurden3mal passagiert und nachfolgend fürdie Transplantatpräparation verwendet.Tissue engineeringZunächst wurde unter Verwendung derTrypan-blau-Färbung mit einem Hämozytometer die Anzahl vitaler Zellenbestimmt. Für die Präparation des ZellFibrin-Gemisches wurde eine 24-WellPlatte (Costar, Cambridge, USA) verwendet. Die in Ham's F-12 Medium suspendierten Zellen wurden danach mitder Fibrinogenkomponente eines Gewebeklebers (Tissucol Duo SÒ ImmuDer Orthopäde 2 2000113

Zum Thema: Tissue engineering in der OrthopädieGruppen, eine experimentelle Gruppeund 2 Kontrollgruppen geteilt. In denDefekten der experimentellen Gruppewurden die Chondrozyten-PGLA-Vliese mit Fibrinkleber (Tissucol Duo S )fixiert. In der ersten Kontrollgruppe erfolgte die Defektfüllung mit einem Ethisorb-Vlies ohne Zellen, in der zweitenblieben die Defekte leer. Anschlieûendwurde die Patella reponiert und dieWunde mit Vicryl-Nähten (Ethicon,Norderstedt) verschlossen. Nach 4 bzw.12 Wochen wurden die Tiere getötet.Histologische und histochemischeUntersuchungDie Gelenke wurden makroskopisch untersucht und die Weichteile nachfolgendvon den Femurkondylen entfernt. Sofort anschlieûend wurden die Femorain 4 % Formaldehyd-PBS-Lösung (pH7,2) mit 0,5 % Cetylpiridiniumchlorid fixiert. Nach der Dekalzifizierung erfolgte die Dehydrierung mit Ameisensäureund danach die Einbettung der Präparate in Paraffin. Die 5 mm dicken, transversalen Schnitte des distalen Femur wurden jeweils mit Hämatoxylin-Eosin(HE), Masson-Goldner und Alcian blau(pH 1,0) gefärbt.Abb. 1 Prinzip der Herstellung von Knorpeltransplantaten (Tissue engineering)no, Heidelberg) im Verhältnis 3:1 gemischt. Diese Zellsuspension wurdenachfolgend auf runde Ethisorb-Vliesemit einem Durchmesser von 4 mm gebracht (Abb. 1). Die Polymerisation erfolgte mit einer Thrombinlösung (Tissucol Duo SÒ) in phosphatgepufferterSalzlösung (PBS). Die Zell-PolymerTransplantate wurden nachfolgend für2 Wochen in einer speziellen Perfusionskammer für dreidimensionale Matrixsysteme kultiviert (Minucells andMinutissue GmbH, Bad Abbach)(Abb. 2).luxiert und die Femurkondyle dargestellt. Durch eine Hohlfräse wurde ein4 mm groûer osteochondraler Defektin der femoralen Gleitbahn der Patellagesetzt (Abb. 3). Die Tiere wurden in 3HeilungsindicesDie Schnitte wurden von 2 unabhängigen Untersuchern ohne Kenntnis derDefektbehandlung untersucht. Alle Defekte wurden entsprechend dem histologischen Score nach Wakitani [30]klassifiziert (Tabelle 1). Dabei wurdeOperationBei 24 Kaninchen wurden insgesamt 48Knorpeldefekte in standardisierterTechnik gesetzt. Die Tiere wurden durchi. m.-Applikation von 0,4 ml/kg HypnormÒ (10 mg/ml Fluanisone/0,315 mg/ml Fentanyl) 25 min vor der Operationanästhesiert. Nach einem medialen parapatellären Zugang wurde die Patella114Der Orthopäde 2 2000Abb. 2 Darstellung der auf einem PGLA/Polydioxanon-Vlies kultiviertenChondrozyten in vitro

matten gelblichen Gewebe gefüllt. Nach12 Wochen war eine unregelmäûige Defektoberfläche bei nur partieller Füllungmit Bindegewebe zu verifizieren. DieDefektzone erschien infolge der Erosiondes angrenzenden Knorpels vergröûert.Unterschiede zwischen den Kontrollgruppen wurden zu diesem Zeitpunktnicht beobachtet.HistologieExperimentelle GruppeAbb. 3 Makroskopisches Bild eines Knorpeldefekts der Femurkondylenach Transplantation eines mit Chondrozyten besiedelten PGLA/Polydioxanon-Vliesesdas Implantat in 5 Kategorien beurteilt:Zellmorphologie, Matrixfärbung, Oberflächenregularität, Knorpeldicke undTransplantatintegration.Statistische AnalyseDie statistische Analyse der Resultateerfolgte mit dem Mann-Whitney-UTest.ErgebnisseMakroskopische BeobachtungenAlle Tiere zeigten nach 7 Tagen ein unauffälliges Gangbild. Wundheilungsstörungen wurden nicht beobachtet.In der experimentellen Gruppe derChondrozytentransplantatefandensich bei der Übersichtsuntersuchungkeine Hinweise auf degenerative Veränderungen, Arthrosezeichen, entzündliche Reaktionen, synoviale Proliferationen oder Knorpeldestruktionen. Nach4 Wochen waren die Defekte komplettmit weichem, weiûen knorpelähnlichenGewebe gefüllt, welches die Oberflächebereits nahezu vollständig wiederhergestellt hatte. Der Originaldefekt war jedoch deutlich gegenüber der Umgebungabgrenzbar. Nach 12 Wochen war dieAbgrenzung der Defektränder gegenüber dem normalen Knorpel deutlicherschwert. Das Implantat erschien vollständig in den umgebenden Knorpel integriert.Im Gegensatz dazu, beobachtetenwir in den Kontrollgruppen in der Umgebung des Defekts Zeichen der Knor-pelerosion. Die Defekte nach Implantation eines Polymervlieses waren klarabgrenzbar und mit einem weiû-grauenGewebe nahezu vollständig gefüllt. DieLeerdefekte waren mit einem dunklen,4 Wochen nach der Operation warendie Defekte mit hyalinartigem Knorpelgewebe gefüllt. Dabei wurde einehohe Zelldichte und eine uniformeVerteilung der transplantierten Chondrozyten gefunden (Abb. 4). Durch diehohe Chondrozytendichte bedingt,war das Matrix-Zellverhältnis herabgesetzt. Die Oberfläche der Patellargrubewar histologisch nur unvollständigwiederhergestellt. Der neu geformteTabelle 1Histologischer Score für Knorpeldefekte nach Wakitani [30]KategoriePunkteZellmorphologieHyaliner KnorpelÜberwiegend hyaliner KnorpelÜberwiegend FaserknorpelÜberwiegend kein KnorpelKein Knorpel01234Matrixfärbung (Metachromasie)Normal (im Vergleich zum normalen Knorpel)Gering reduziertDeutlich reduziertKeine Metachromasie0123OberflächenregularitätGlatt ( 3/4)Moderat ( 1/2 3/4)Irregulär (1/4 1/2)Hochgradig irregulär ( 1/4)0123Knorpeldicke 2/31/3 2/3 1/3012Integration des Transplantats im EmpfängerknorpelBeide Ränder integriertEin Rand integriertKein Rand integriert012Maximale Punktzahl14Der Orthopäde 2 2000115

Zum Thema: Tissue engineering in der Orthopädie4ginalen Knorpel. Die Chondrozyten insbesondere in den tieferen Regionen desTransplantats unterlagen einer Clusterbildung und progredienten Hypertrophie. Im oberen Transplantatbereichzeigten die Zellschichten eine zunehmende spindelförmige Morphologie.Die Alcianblau-Färbung war wenigerintensiv als 4 Wochen nach der Implantation. In den Masson-Goldner-Färbungen konnte eine diskrete Akkumulationvon perizellulär befindlichem Kollagennachgewiesen werden. Zu diesem Zeitpunkt waren die Polymere vollständigresorbiert. Nekrosen oder Granulationsgewebe wurden nicht beobachtet.Die histologischen Resultate der experimentellen Gruppe unterschieden sichsignifikant von den Ergebnissen derKontrollgruppen nach 12 Wochen(p 0,05; Tabelle 2).5Abb. 4 Knorpeldefekt 4 Wochen nach Implantation eines PGLA/Polydioxanon-Vliesesmit kultivierten allogenen Chondrozyten.Hohe Zelldichte der transplantierten Chondrozyten. Nachweis von Faserresten (Pfeil)(Originalvergr.: 400:1, Masson-Goldner)Abb. 5 Nachweis der Glycosaminoglycansynthese 4 Wochen nach Transplantationallogener Chondrozyten in einem Polymervlies (Originalvergr.: 100:1, Alcian blau)Knorpel grenzte direkt an den Wirtsknorpel.Im Vergleich zu normalem Knorpelwar eine deutlich stärkere interzelluläreMatrixfärbung mit Alcian blau zu beobachten (Abb. 5). Eine Anzahl mononukleärer und Riesenzellen fand sich ander Grenze des Transplantats zum subchondralen Knochen (Abb. 6). Das Polymer war weitestgehend resorbiert. Beginn der Knorpel-Knochen-Transfor-mation in den tieferen Defektzonen(Abb. 7). Die Resultate des histologischen Scores der experimentellen Gruppe unterschieden sich nach 4 Wochensignifikant von den Resultaten der Kontrollgruppen (p 0,05; Tabelle 2).Nach 12 Wochen wurde eine komplette Füllung des Defektes mit hyalinartigem Knorpelgewebe beobachtet(Abb. 8). Das Transplantat hatte direkten Kontakt zum Knochen und zum ori-KontrollgruppenEthisorb-Vliese ohne Zellen; unbehandelteDefekte. Zu beiden Zeitpunkten fandensich keine markanten Differenzen zwischen den beiden Kontrollgruppen. Keiner der Defekte heilte mit hyalinartigemGewebe. 4 Wochen nach der Transplantation war ein weiches, den Defektgrundfüllendes Gewebe in der Gruppe derLeerdefekte und in das Polymer einwachsendes Bindegewebe in der anderenKontrollgruppenachweisbar(Abb. 9). Nach 12 Wochen zeigten dieLeerdefekte Fasergewebe mit spindelförmigen Fibroblasten und nur wenigmetaplastischem Knorpel, währenddessen die mit dem Polymer gefüllten Defekte mit unregelmäûig geformtem Fa-Tabelle 2Resultate des histologischen Scores nach Wakitani. Entsprechend der Feststellung von Wakitani [30] wurde eine statistischeAnalyse nicht durchgeführt, da der Score nicht linear angelegt bzw. zwischen den 5 Kategorien vergleichbar ist116DefektfüllungZeit nach integrationExperimentelle ollgruppe I(Polymervlies ohne trollgruppe ,910,6Der Orthopäde 2 2000Gesamt[Punkte]

Abb. 6 Akkumulation von mononukleären und Riesenzellen um denDefekt 4 Wochen nach Transplantation der Zell-/Polymerkonstrukte.Kein Nachweis einer Zellmigration in den Defekt (Originalvergr. 200:1,Masson-Goldner)serknorpel gefüllt waren. Zu beidenZeitpunkten nach der Transplantationwar nur eine minimale metachromatische Färbung mit Alcianblau nachweisbar. Die Polymere waren nach 4 Wochen partiell und nach 12 Wochen vollständig resorbiert. Eine Rekonstruktiondes subchondralen Knochens wurdenicht beobachtet.ErfolgsrateDie Transplantation wurde als erfolgreich definiert, wenn der Defekt mit einem hyalinartigen Knorpelgewebe gefüllt war. Die Erfolgsrate in der experimentellen Gruppe nach 4 Wochen betrug 80 % (6 von 8) und nach 12 Wochen100 % (8 von 8). In den beiden Kontrollgruppen war, wie oben beschrieben,kein Nachweis von hyalinartigem Knorpel möglich.DiskussionDas Ergebnis der vorliegenden Arbeitzeigt, dass tiefe Knorpeldefekte nachTransplantation allogener Chondrozyten in PGLA/Polydioxanon-Vliesen mithyalinartigem Knorpelgewebe heilen.Der Vorteil der Verwendung von bioresorbierbaren Vliesen besteht in der resultierenden besseren mechanischenStabilität, da nach der Kultivierung einsemisolides Transplantat zur Verfügungsteht. Bereits die Transplantation derChondrozyten erfolgt in ihrer eigenenMatrix, was die Vulnerabilität der Zellengegenüber Einflüssen aus der Umgebung herabsetzt [15].Das Einkleben der semisoliden Implantate stellt eine einfache und sichereMöglichkeit der Implantatfixation dar.Dagegen beobachteten andere Autoreneine häufige Herauslösung der verwendeten gelartigen Matrixsubstanzen[20].Bei der gegenwärtig etablierten,kommerziell genutzten Methode nachBrittberg [5] wird eine liquide Matrixverwendet, da eine homogenere Verteilung der Zellen im Transplantat postuliert wird. Daraus resultiert die Notwendigkeit, zunächst einen Periostlappen inden den Defekt umgebenden Knorpeleinzunähen. Nachfolgend wird eine dieamplifizierten, kultivierten Zellen enthaltende Suspension unter den Periostlappen injiziert.Nachteile sind das zusätzliche Trauma des umgebenden Knorpels sowieProbleme an der Entnahmestelle des Periostlappens und dessen mögliche Ab-lösung. Zudem zeigt Brittbergs Techniktrotz generell guter Ergebnisse einigeFälle mit zentralem Substanzverlust,was auf die ungenügende Fixierung derimplantierten Chondrozyten im Defektzurückgeführt wird [15].Unsere Studie zeigt, dass auch beider Verwendung von PGLA/Polydioxanon-Vliesen die Zellen im Implantat homogen verteilt sind. Der Vorteil bestehtjedoch in der einfachen Fixierung dessemisoliden Transplantats durch Einkleben in den Defekt. In der vorliegenden Arbeit wurde in keinem Fall dasHerauslösen des ab dem ersten postoperativen Tag mechanisch belasteten Implantats beobachtet. Daraus ist zuschluûfolgern, dass der Abbau der Polymere durch die simultane hen wird, so dass kein Verlustan mechanischer Stabilität eintritt [11].Die verwendeten leichzeitig die spezifische zelluläre Architektur der Chondrozyten und ermöglichen die Synthese von knorpeltypischen Matrixsubstanzen wie Typ-IIKollagen und Proteoglycanen [28].Neueste Arbeiten zeigen, dass das Gesamtmodul von in vitro gezüchtetemKnorpel unter Verwendung von Polymervliesen bereits 40 % des normalenKnorpels erreicht und damit das höchste bisher für in vitro gezüchtete Knorpel ist; zugleich bleiben die Zellularität,die Zellgröûe und die Permeabilitätkonstant [16].4 Wochen nach der Implantationwaren in allen Fällen noch Reste der Faserstrukturen nachweisbar, nach 12 Wochen waren diese vollständig resorbiert.Abb. 7 Bereits 4 Wochen nach der Transplantation der Chondrozyten imbioresorbierbaren Polymer Nachweis des Transplantatumbaus durch einwachsende mesenchymale Zellen (Originalvergr. 100:1, Masson-Goldner)Der Orthopäde 2 2000117

Zum Thema: Tissue engineering in der OrthopädieFazit für die Praxis8Abb. 8 Knorpeldefekt 12 Wochen nachTransplantation allogener Chondrozyten aufeinem PGLA/Polydioxanon-Vlies. Defektfüllung mit hyalinartigem Knorpel und nahezuvollständige Wiederherstellung der Regularität der Oberfläche (Originalvergr. 100:1, Masson-Goldner)9Abb. 9 Defekt 12 Wochen nach Transplantation eines Polymervlieses ohne Zellen.Nachweis einer deutlichen Defektheilung(Originalvergr. 30 : 1, HE)Eine Ansammlung mononukleärer Zellen um den Defekt infolge der Degradation der polymeren Grundsubstanzkonnte 4 Wochen nach der Implantation gezeigt werden. Eine Zellmigrationin den Defekt wurde jedoch in keinemFall gefunden; 12 Wochen nach der Operation waren keine Entzündungszellenmehr um den Defekt zu beobachten, dadie Polymere bereits vollständig resorbiert waren. Polymervliesstrukturenhaben den Vorteil einer sehr geringenMaterialmenge pro Gewebevolumen, sodass die Belastung des Gewebes durchdie Polymerdegradation minimiertwird. Eine gute Biokompatibilität desbiodegradierbaren Polymers wurdeauch beim experimentellen [3] und klinischen Einsatz [25] in Form vonSchrauben gefunden.Die Implantation der bioresorbierbaren Polymere allein führt ebenso wiedie Defektreparatur in den Leerdefektennicht zur Bildung von hyalinem Knorpel. In jedem Fall erfolgte die Defektreparatur mit Faserknorpel. Diese Reparatur ist Folge der Migration mesenchymaler Zellen in den Defekt, was zur Re-118Der Orthopäde 2 2000organisation von funktionell minderwertigem Gewebe sowohl in Leerdefekten [21] als auch nach Implantation eines Polymers führt [27]. Der gebildeteFaserknorpel ist instabil und führt zumFortschreiten der Degeneration [14].Beide Kontrollgruppen zeigten in dersemiquantitativen Beurteilung vergleichbare Ergebnisse, wenngleichnach Implantation der Polymere einevollständigere Füllung der Defektenachweisbar war. Jedoch erfolgte nurnach Transplantation der Chondrozyten unter Berücksichtigung der Zellarchitektur, der Proteoglycansyntheseund der Kollagensynthese die Defektheilung mit hyalinartigem Knorpel.Nach 4 Wochen wurde in 75 % undnach 12 Wochen in 100 % der Fälle dieHeilung mit hyalinartigem Knorpel beobachtet.Individuelle Unterschiede zwischen den Tieren in allen Gruppen können Resultat einer unterschiedlichenDefekttiefe sein, da hiermit die Migrationsmöglichkeit von Knochenmarkstammzellen und immunologischenZellen beeinflusst wird.Resorbierbare Polymervliese stellen ein exzellentes Matrixsystem für die Transplantation isolierter Chondrozyten und deren Fixierung im Defekt dar. Neuere Ergebnisse zurZell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktion im Hinblick auf die Zelldifferenzierung und Homöostase unter Verwendung von Wachstumsund Differenzierungsfaktoren lassen perspektivisch noch effizientere Möglichkeitenfür das Tissue engineering des Gelenkknorpels erwarten [7, 26]. Insbesondere die Bindung dieser Wachstums- und Differenzierungsfaktoren an bioresorbierbare Polymereund die daraus resultierende prolongierteFreisetzung dieser Faktoren ermöglicht dieOptimierung der Knorpeltransplantation.Langzeitversuche sind jedoch zur Beurteilung der Rekonstruktion des subchondralenKnochens und des Aufbaus der knorpelspezifischen Architektur sowie der daraus resultierenden mechanischen Belastbarkeit notwendig.Literatur1. Agrawal CM, Pennick A, Wang X, Schenck RC(1997) Porous-coated titanium implantimpregnated with a biodegradable protein delivery system. J Biomed Mater Res36: 516 5212. Alsalameh S, Mollenhauer J, Hain N, Stock KP,Kalden JR, Burmester GR (1990) Cellular immune response toward human articularchondrocytes. T cell reactivities againstchondrocyte and fibroblast membranes indestructive joint diseases. Arthr Rheum33: 1477 14863. An YH, Friedman RJ, Powers DL, Draughn RA,Latour RA Jr. (1998) Fixation of osteotomiesusing bioabsorbable screws in the caninefemur. Clin Orthop 355: 300 3114. Bonaventure J, Kadhom N, Cohen Solal L, NgKH, Bourguignon J, Lasselin C, Freisinger P(1994) Reexpression of cartilage-specificgenes by dedifferentiated human articular chondrocytes cultured in alginatebeads. Exp Cell Res 212: 97 1045. Brittberg M, Lindahl A, Nilsson A, Ohlsson C,Isaksson O, Peterson L (1994) Treatment ofdeep cartilage defects in the knee withautologous chondrocyte transplantation.N Engl J Med 331: 889 8956. Brittberg M, Nilsson A, Lindahl A, Ohlsson C,Peterson L (1996) Rabbit articular cartilagedefects treated with autologous culturedchondrocytes. Clin Orthop 326: 270 2837. Buckwalter JA, Mankin HJ (1998) Articularcartilage: tissue design and chondrocytematrix interactions. Instr Course Lect47: 477 486

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