Perspektiven des Tissue Engineerings am Gelenkknorpel

Zusammenfassung

Aufgrund der mangelnden intrinsischen Fähigkeit des adulten Gelenkknorpels, Strukturdefekte selbständig zu reparieren, sind in der Vergangenheit unterschiedliche Techniken entwickelt worden, um die Knorpelreparation zu verbessern. Die Methode der autologen Chondrozytentransplantation (ACT) erregte aufgrund der guten histologischen Ergebnisse des neu gebildeten Reparationsgewebes zwar sehr viel Aufsehen, die eingesetzte Technik ist allerdings sehr anspruchsvoll und mit einigen gravierenden zellbiologischen und operationstechnischen Problemen vergesellschaftet. Aus diesen Gründen wurden Trägermaterialien entwickelt, welche den sicheren Transfer in den Defekt gewährleisten und die Knorpelreparation fördern sollen. In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien und Methoden tierexperimentell getestet. Allerdings waren die Ergebnisse nur bei wenigen Materialien so zufrieden stellend, dass sie auch klinisch eingesetzt wurden. Die einzelnen Materialien haben in der vorliegenden Form einige Vorteile, aber auch gravierende Nachteile, welche die Applikation teilweise infrage stellen. Bisher existieren nur wenige klinischen Studien, die den Einsatz dieser Materialien in ausreichender Weise dokumentieren. Insbesondere gibt es keine Vergleichsstudien, welche diese neuen Materialien untereinander untersuchen, und schon gar keine Langzeitstudien. Die Anwendung dieser neuen Knorpelersatzmaterialien sollte in der jetzigen Phase nur an Zentren erfolgen, welche sich sowohl methodisch als auch wissenschaftlich mit diesem Thema auseinander setzen. Eine „marketinggesteuerte” Verbreitung dieser neuen Techniken sollte vermieden werden, solange keine ausreichende klinische Evaluation der einzelnen Materialien vorliegt.

Abstract

In view of the rather limited intrinsic repair capacities of adult articular cartilage, various techniques have been introduced to improve cartilage repair. The concept of autologous chondrocyte transplantation with favourable histological results of the repair tissue has attracted a great deal of attention. However, the surgical technique is very demanding and involves several by some major biological and technical problems. Hence, new artificial scaffolds have been developed which provide a safe transfer of the cultured tissue into the cartilage defect and ultimately support the repair process. In recent years, a variety of artificial matrices have been tested in animal studies. However, only few matrices showed properties which finally led to clinical studies. So far, the matrices have both advantages and major disadvantages, which may impair the clinical application. Until now, only few studies are available with a sufficient documentation of the application of these new materials. In particular, there are no comparative studies of the various matrices, and there are no longitudinal studies. At present, the clinical application of the new scaffolds should be limited to those centres with practical and scientific expertise. Commercial marketing of the new techniques should be avoided as long as no sufficient clinical evaluation is available.

Literatur

• 1 Aigner J, Tegeler J, Hutzler P. et al . Cartilage tissue engineering with novel nonwoven structured biomaterial based on hyaluronic acid benzyl ester.  J Biomed Mater Res. 1998;  42 172-81
• 2 Basad E, Stürz H, Steinmeyer J. Treatment of chondral defects by matrix-guided autologous chondrocyte implantation (MACI). Hendrich C, Nöth U, Eulert J Cartilage Surgery and future perspectives Heidelberg; Springer 2003: 49-56
• 3 Behrens P, Ehlers E M, Köcherman K U. et al . Ein neues Therapieverfahren zur Behandlung von lokalen Knorpeldefekten. Vielversprechende Ergebnisse mit der autologen Chondrozytenimplantation.  MMW Fortschr Med. 1999;  11 49-51
• 4 Bentley G, Greer R B. Homotransplantation of isolated epiphyseal and articular chondrocytes into joint surfaces.  Nature. 1971;  230 385-388
• 5 Ben-Yishay A, Grande D A, Menche S S. et al . Repair of articular cartilage defects using collagen-chondrocyte allografts.  Trans Orthop Res Society. 1992;  17 174
• 6 Brittberg M, Lindahl A, Nilson A. et al . Treatment of deep cartilage defects in the knee with autologous chrondocyte transplantation.  N Engl J Med. 1994;  331 889-895
• 7 Brittberg M, Faxen E, Peterson L. Carbon fiber scaffolds in the treatment of early knee osteoarthritis. A prospective 4-year followup of 37 patients.  Clin Orthop. 1994;  307 155-64
• 8 Buckwalter J A. Articular cartilage: injuries and potential for healing.  J Orthop Sports Phys Ther. 1998;  28 192-202
• 9 Chu C R, Monosov A Z, Amiel D. In situ assessment of cell viability within biodegradable polylactic acid polymer matrices.  Biomaterials. 1995;  16 1381-1384
• 10 Coutts R D, Healey R M, Ostrander R. et al . Matrices for cartilage repair.  Clin Orthop. 2001;  391 S271-9
• 11 Erggelet C, Sittinger M, Lahm A. The arthroscopic implantation of autologous chondrocytes for the treatment of full-thickness cartilage defects of the knee joint.  Arthroskopy. 2003;  19 108-110
• 12 Freed L E, Marquis J C, Nohria A. et al . Neocartilage formation in vitro and in vivo using cells cultured on synthetic biodegradable polymers.  J Biomed Mater Res. 1993;  27 (1) 11-23
• 13 Frenkel S R, Toolan B, Menche D. et al . Chondrocyte transplantation using a collagen bilayer matrix for cartilage repair.  J Bone Joint Surg Br. 1997;  79 831-836
• 14 Hendrickson D A, Nixon A J, Grande D A. et al . Chondrocyte-fibrin matrix transplants for resurfacing extensive articular cartilage defects.  J Orthop Res. 1994;  12 485-497
• 15 Huch K, Stöve J, Puhl W. et al . Vergleichender Überblick über Verfahren zur Kultivierung artikulärer Chondrozyten.  Z Orthop Ihre Grenzgeb. 2002;  140 145-152
• 16 Hunziker E B. Articular cartilage repair: are the intrinsic biological constraints undermining this process insuperable?.  Osteoarthritis and Cartilage. 1999;  7 15-28
• 17 Hunziker E B. Articular cartilage repair: basic science and clinical progress. A review of the current status and prospects.  Osteoarthritis and Cartilage. 2001;  10 432-463
• 18 Messner K, Gillquist J. Synthetic implants for the repair of osteochondral defects of the medial femoral condyle: a biomechanical and histological evaluation in the rabbit knee.  Biomaterials. 1993;  14 513-521
• 19 Messner K. Durability of artificial implants for repair of osteochondral defects of the medial femoral condyle in rabbits.  Biomaterials. 1994;  15 657-664
• 20 Nehrer S, Breinan H A, Ramappa A. et al . Chondrocyte-seeded collagen matrices implanted in a chondral defect in a canine model.  Biomaterials. 1998;  19 2313-2328
• 21 Ochi M, Uchio Y, Kawasaki K. et al . Transplantation of cartilage-like tissue made by tissue engineering in the treatment of cartilage defects of the knee.  J Bone Joint Surg Br. 2002;  84 (4) 571-578
• 22 Peterson L, Minas T, Brittberg M. et al . Two- to 9-year outcome after autologous chondrocyte transplantation of the knee.  Clin Orthop. 2000;  374 212-234
• 23 Peterson L, Brittberg M, Kiviranta I. et al . Autologous chondrocyte transplantation. Biomechanics and long-term durability.  Am J Sports Med. 2002;  30 (1) 2-12
• 24 Radice M, Brun P, Cortivo R. et al . Hyaluronan-based biopolymers as delivery vehicles for bone-marrow-derived mesenchymal progenitors.  J Biomed Mater Res. 2000;  50 101-109
• 25 Russlies M, Behrens P, Wunsch L. et al . A cell-seeded biocomposite for cartilage repair.  Ann Anat. 2002;  184 (4) 317-23
• 26 Ruuskanen M M, Kallioinen M J, Kaarela O I. et al . The role of polyglycolic acid rods in the regeneration of cartilage from perichondrium in rabbits.  Scand J Plast Reconstr Surg Hand Surg. 1991;  25 15-18
• 27 Sams A E, Minor R R, Wootton J AM. et al . Local and remote matrix responses to chondrocyte-laden collagen scaffold implantation in extensive articular cartilage defects.  Osteoarthritis Cartilage. 1995;  3 61-70
• 28 Schneider U, Breusch S J, von der Mark K. Aktueller Stellenwert der autologen Chondrozytentransplantation.  Z Orthop Ihre Grenzgeb. 1999;  137 386-392
• 29 Schneider U, Gavenis K. Chondrocytes and collagen gels. Hendrich C, Nöth U, Eulert J Cartilage Surgery and future perspectives Heidelberg; Springer 2003: 157-163
• 30 Sittinger M, Bujia J, Minuth W W. et al . Engineering of cartilage tissue using bioresorbable polymer carriers in perfusion culture.  Biomat. 1994;  15 451-456
• 31 Steadman J R, Rodkey W G, Rodrigo J J. Microfracture: surgical technique and rehabilitation to treat chondral defects.  Clin Orthop. 2001;  391 362-9
• 32 Steinwachs M, Kreuz P C. Clinical results of autologous chondrocyte transplantation (ACT) using a collagen membrane. Hendrich C, Nöth U, Eulert J Cartilage Surgery and future perspectives Heidelberg; Springer 2003: 37-47
• 33 Sommerlath K G, Gillquist J. The effect of anterior cruciate ligament resection and immediate or delayed implantation of a meniscus prosthesis on knee joint biomechanics and cartilage. An experimental study in rabbits.  Clin Orthop. 1993;  289 267-275
• 34 Tuan R S. Skeletal Tissue Engineering in cartilage replacement: Future perspectives and the new age of regenerative medicine. Hendrich C, Nöth U, Eulert J Cartilage Surgery and future perspectives Heidelberg; Springer 2003: 185-197
• 35 Vacanti C A, Kim W, Schloo B. et al . Joint resurfacing with cartilage grown in situ from cell-polymer structures.  Am J Sports Med. 1994;  22 485-488
• 36 Wakitani S, Goto T, Young R G. et al . Repair of large full-thickness articular cartilage defects with allograft articular chondrocytes embedded in a collagen gel.  Tissue Eng. 1998;  4 429-444