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Knorpelzelltransplantation

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Die matrixgestützte autologe Chondrocyten-Transplantation (M-ACT)

Angewandtes Tissue-engineering zur Behandlung von isolierten Gelenkflächendefekten

Isolierte Defekte des Gelenkknorpels am Kniegelenk entstehen durch Unfälle oder Veränderungen, welche die Umgebung der geschädigten Knorpeloberfläche intakt lassen. Betroffen sind oft jüngere, sportlich aktive Menschen. Die körpereigenen Reparaturmechanismen am Gelenkknorpel sind stark limitiert und führen zumeist zu einem unbefriedigenden Ergebnis mit schmerzhaften Reizzuständen sowie einem Verlust der Bewegungs- und Belastungsfähigkeit des Gelenkes.


Arthroskopisches Bild eines Kniescheibenknorpeldefektes

Abb.: Arthroskopisches Bild eines Kniescheibenknorpeldefektes

Die daraus resultierende sog. Arthrose-Krankheit schreitet über Jahre mit vorübergehenden Episoden bezw. trotz scheinbarem Stillstand unweigerlich fort. Das Spektrum sowohl konservativer als auch operativer Behandlungsmöglichkeiten bei Arthrose ist auch in der modernen Medizin begrenzt. Durch die bisherigen Therapieverfahren (Knorpelglättung, Anbohrung o.ä.) konnte lediglich die Ausbildung eines faserknorpeligen Ersatzgewebes angeregt werden.

Die Matrixgestützte Autologe Chondrocyten-Transplantation (M-ACT) stellt ein modernes Verfahren des Tissue-engineering in der Orthopädie dar, das eine Gelenkknorpelregeneration mit orignalem hyalinen Knorpelgewebe ermöglicht. Gesunde Knorpelzellen werden dafür bei einer Spiegelung aus dem Knie gewonnen, im Labor aufgearbeitet und vermehrt, um dann nach ca. 4 Wochen in den Defekt eingebracht zu werden. Durch die M-ACT lässt sich ein biologisch vollwertiges Knorpelersatzgewebe erzielen.


Indikation

Isolierte Knorpeldefekte in bestimmten anatomischen Lokalisationen sind für eine M-ACT geeignet.

Am Kniegelenk geeignet sind isolierte Knorpeldefekte der Oberschenkelrolle (Femurcondylus), der Kniescheibenrückfläche (Patella) und ihres Gleitlagers (Trochlea). Eine Osteochondrosis dissecans ist in der Regel ebenfalls geeignet, bedarf jedoch eines zusätzlichen Wiederaufbaus des mitbetroffenen Knochenlagers. Meniskusschädigungen werden gleichzeitig bearbeitet. Ein Riss des vorderen Kreuzbandes ist ebenfalls mittels Ersatzoperation zu versorgen; diese kann in der Regel einzeitig zusammen mit der M-ACT erfolgen.

Die übrigen Gelenke wie Schulter, Hüfte und Grosszehengelenk stellen seltene Ausnahmendikationen für das M-ACT-Verfahren dar.

Grundsätzlich zu unterscheiden von isolierten Knorpeldefekten sind die alterungsbedingten, flächenhaften Verschleißveränderungen des Gelenkknorpels. Ein derartiger allgemeiner Gelenkflächenverschleiß („Arthrose“) ist für das ACT-Verfahren nicht geeignet. Desweiteren ungeeignet sind Knorpelschädigungen einander gegenüberliegender Gelenkpartner (z.B. Oberschenkelrolle und Schienbeinkopf, Kniescheibe und Gleitlager).

Als Ausschlußkriterien des ACT-Verfahrens gelten: Ein zu Grunde liegender Gelenkinfekt. Eine entzündliche Grunderkrankung, z.B. chronische Polyarthritis, Rheumatismus. Eine übermäßige Beinachsen-Fehlstellung. Eine Gelenkinstabilität. Hochgradige Veränderungen der Gelenkphysiologie, z.B. durch einen bereits vollständig entfernten Meniskus. Massives Übergewicht. Eine Allergie auf tierische Eiweisse. Die Obergrenze des Patientenalters wird bei etwa 45 Lebensjahren angesiedelt.

Trotz dieser strengen Anwendungseinschränkung muß beachtet werden, dass auch mit der Knorpelzelltransplantation - wie in der Medizin generell - ein Behandlungserfolg nicht garantiert werden kann.

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OP-Verfahren

Bei geeignetem Befund entnimmt der Operateur während der Arthroskopie (Gelenkspiegelung) eine Probe von gesundem, hyalinen Gelenkknorpel aus einem wenig belasteten Areal des betroffenenen Gelenkes. Die Knorpelzellen werden in einem Speziallabor unter hochsterilen Bedingungen aus der Gewebeprobe isoliert und weiter kultiviert. Die Knorpelzellen erlangen so ihre Eigenschaft zur Teilung und Produktion knorpelspezifischer Umgebungsbestandteile (Matrix) wieder.

Die vermehrten und aktivierten Knorpelzellen werden anschliessend im Labor auf ein Trägervlies (Träger-Matrix) aufgebracht oder in einem Gel aus Hyaluronsäure verteilt. Ein Trägervlies besteht z.B. aus tierischen Eiweissen (Kollagen). Nach ca. 4 Wochen steht das Knorpelzellvlies zur Implantation zur Verfügung. Das Gelenk wird nun minimal-invasiv eröffnet, der Knorpeldefekt bis in das gesunde Umgebungsgewebe gesäubert und das passgenau zugeschnittene Vlies in den Defekt eingeklebt. Bei einer gelbasierten ACT wird das knorpelzellhaltige Gel in den Defekt eingespritzt. Anschließend wird das Gelenk wieder verschlossen.

Knorpeldefekt vor Bearbeitung Bearbeiteter Knorpeldefekt mit passgenauer Schablone
Knorpeldefekt vor Bearbeitung Bearbeiteter Knorpeldefekt mit passgenauer Schablone
Eingeklebtes Knorpelzellvlies Nach Implantation setzen die Knorpelzellen am Ort des Defektes die Synthese ihrer typischen Umgebungsbestandteile (Matrix) fort. Das Trägervlies bzw. Gel aus Fremdeiweiss wird hingegen vom Körper allmählich abgebaut. Der Defekt wird durch ein Gewebe größtmöglicher Ähnlichkeit oder Identität mit dem Originalknorpel aufgefüllt.
Eingeklebtes Knorpelzellvlies


Maci A

Arthroskopisches Bild des großen, zerfurchten, ulcusähnlichen Defektes im Bereich der Lauffläche der Kondyle


Maci B

Anfertigen der Schablone entsprechend der Kontur des Defektes


Maci C

Auflegen der knorpelzell-haltigen Matrix, die exakt dem Defekt eingepasst wird


Maci D

Arthroskopisches Bild des Defektes 40 Monate nach der Transplantation. Es zeigt sich eine glatte Knorpeloberfläche von identischer Farbe und Kontur wie der nicht betroffene Umgebungsknorpel. Es ist zu einer völligen Wiederherstellung körpereigenen Knorpels gekommen.

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Nachsorge

Das Gelenk wird in der Regel nur für einige Tage mit einer Schiene ruhig gestellt. Die weitere Behandlung ist funktionell: Sie umfasst am Knie- und Sprunggelenk neben einer 6-wöchigen Teilbelastung an Gehstützen ein intensives ambulantes physiotherapeutisches Rehabilitationsprogramm über einen Gesamtzeitraum von ca. 4 Monaten begleitet von physikalisch-balneologische Massnahmen (Lymphdrainage, Kälteanwendungen, Elektrostimulation, Aqua-Therapie etc.).

Dynamische Sportarten wie Lauf- und Ballsportarten und Skifahren können in der Regel 6 Monate nach der ACT wieder betrieben werden. Der Gelenkschutz-Aspekt („Knieschule“) sollte dabei für den langfristigen Erhalt einer schmerzfreien Gelenkfunktion beachtet werden.


Fazit

Weltweit sind seit 1987 bisher ca. 40.000 Patienten mit der M-ACT behandelt worden. Die Quote guter und sehr guter klinischer Ergebnisse in verschiedenen Langzeitstudien liegt dabei nach 2 –10 Jahren bei über 90 %.

In unserer Klinik wurden seit 1.7.2000 über 500 Patienten mit dem M-ACT-Verfahren versorgt. Neben der Grundlagenforschung im klinikeigenen Zell-Labor werden durch die Optimierung der Operationstechnik mit speziellem Instrumentarium und der Verwendung biologischer Trägermaterialien (sog. Matrices) weitere Ressourcen des konventionellen M-ACT-Verfahrens zur Miniaturisierung des Eingriffs und schmerzfreieren schnelleren Rehabilitation erschlossen.

Die M-ACT ist eine vielversprechende, auf modernsten biologischen Techniken basierende Methode zur Behandlung isolierter Knorpeldefekte geeigneter Gelenke. Durch Kooperation von Tissue engineering und moderner Orthopädie erwachsen erstmals neuartige Behandlungskonzepte zur gezielten Gelenkflächenrekonstruktion mit biotechnologisch aktiviertem körpereigenem Gewebe. Langfristiges ehrgeiziges Ziel ist die biologisch vollwertige Restitution des Gelenkknorpels auch bei degenerativer Schädigung zur Vermeidung der Arthrosekrankheit.

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