Der Einfluss von lokal appliziertem plättchenreichem Plasma und mesenchymalen Stromazellen auf die Heilung avaskulärer Meniskusrisse unter Analyse von wundheilungsrelevanten Wachstumsfaktoren (FGF-2, TGF-β1, PDGF-β, VEGF-A, IGF-1, IGF-2), katabolen Zytokinen (TNF-α, IL-1α) und Kollagenen (Col1A1, 1A2, 2A1)

Abstract

Einleitung: Der Meniskus ist häufig von traumatischen Verletzungen betroffen. Die Durchblutung und dadurch das Heilungspotenzial nehmen von peripher nach zentral ab, sodass die Heilung zentraler, avaskulärer Meniskusrisse limitiert ist. Häufig erfolgt eine partielle Meniskusresektion, da das Risiko, dass die gewebeerhaltende Meniskusnaht versagt, hoch ist. Forschungsansätze untersuchen potenziell heilungsfördernde Blutbestandteile, wie das plättchenreiche Plasma (PRP) und die mesenchymalen Stromazellen (MSC). Durch die Freisetzung von Wachstumsfaktoren aus dem PRP kommt es z. B. zur Steigerung der Zellproliferation, Bildung extrazellulärer Matrix und Chemotaxis der MSC. Dass die Kombination von PRP und MSC heilungsfördernder sein kann als eine alleinige Applikation, konnte bereits am Knochen und Gelenkknorpel gezeigt werden. In der vorliegenden tierexperimentellen Studie soll die Wirkung von PRP + MSC in vivo auf die Heilung avaskulärer Meniskusrisse untersucht werden. Dabei sollen wundheilungsrelevante Wachstumsfaktoren (FGF-2, TGF-β1, PDGF-β, VEGF-A, IGF-1, IGF-2), katabole Zytokine (TNF-α, IL-1α) sowie Kollagene (Col1A1, 1A2, 2A1) analysiert werden. Methodik: 30 Schafen wurde ein longitudinaler Riss in der avaskulären Zone des Meniscus medialis gesetzt. In fünf Gruppen (je n = 6) wurde der Riss versorgt mit: (1) Naht, (2) Naht + Kollagencarrier, (3) Naht + Kollagencarrier + PRP, (4) Naht+Kollagencarrier+MSC sowie (5) Naht+Kollagencarrier+PRP+MSC. Nach acht Wochen wurden der operierte und der kontralaterale (als Referenz) Meniscus medialis entnommen und makroskopisch, histologisch sowie FGF-2- immunhistochemisch untersucht. Die relative mRNA-Expression der Wachstumsfaktoren FGF-2, TGF-β1, PDGF-β, VEGF-A, IGF-1, IGF-2, der Zytokine TNF-α, IL-1α sowie der Kollagene Col1A1, Col1A2 und Col2A1 wurde mittels qRT-PCR quantifiziert. Für die Statistik wurden nicht-parametrischen Testverfahren verwendet (Signifikanzniveau p < 0,05). Ergebnisse: In keiner Gruppe konnte eine makroskopische Heilung festgestellt werden. Die relative FGF-2-mRNA-Expression war in allen Gruppen signifikant vermindert im Vergleich zu den kontralateralen gesunden Menisken. Die niedrigste FGF-2-mRNA- Expression zeigte die PRP + MSC-Gruppe. Die relative mRNA-Expression der Wachstumsfakturen TGF-β1, PDGF-β, VEGF-A, IGF-1, IGF-2, Zytokine TNF-α, IL-1α und Kollagene Col1A2, Col2A1, Col1A1 war dort nicht signifikant verändert. Zwischen den Gruppen war nur die Col1A1-mRNA-Expression signifikant verändert, mit einer geringeren Expression in der PRP + MSC-Gruppe als in der Carrier-Gruppe. Schlussfolgerung: Durch die alleinige und kombinierte lokale Applikation von PRP + MSC kam es nach acht Wochen zu keiner verbesserten makroskopischen Heilung avaskulärer Meniskusrisse. Aufgrund dieser Studienergebnisse kann aktuell die lokale Anwendung von PRP, MSC und ihrer Kombination zur Therapie avaskulärer Meniskusrisse nicht empfohlen werden. Nach kombinierter Applikation wurde die niedrigste FGF-2-mRNA- Expression nachgewiesen, sodass sogar ein negativer Einfluss auf die Wundheilung nicht auszuschließen ist.

Introduction: Traumatic meniscus injuries are common. Due to decreasing vascularization the healing potential is strongly declining from the periphery to the central zone. Therefore the healing of a central avascular meniscal tear is limited. It often requires a partial meniscectomy due to the high meniscus suture failure rate. Efforts focus on potentially healing promoting blood components such as platelet-rich plasma (PRP) and mesenchymal stroma cells (MSC). Growth factors released from PRP stimulate e. g. cell proliferation, extracellular matrix syntheses and chemotaxis of MSC. The fact that PRP + MSC can be more beneficial to healing than a single application was already demonstrated on bones and joint cartilage. This experimental sheep study aims to evaluate the effect of PRP + MSC on meniscal healing of avascular tears by analyzing important growth factors of wound healing (FGF-2, TGF-β1, PDGF-β, VEGF-A, IGF-1, IGF-2, cytokines (TNF-α, IL-1α) and collagens (Col1A1, Col1A2, Col2A1). Methods: A longitudinal tear was created in the avascular zone of the medial meniscus of 30 sheep. In five groups (n = 6 each) the tear was treated with: (1) suture, (2) suture + collagen-carrier, (3) suture + collagen-carrier + PRP; (4) suture + collagen- carrier + MSC and (5) suture + collagen-carrier + PRP + MSC. After eight weeks, the operated and the contralateral (as reference) medial menisci were harvested. Evaluation of gross healing, histology and FGF-2 immunohistochemistry were performed. Relative mRNA expression of growth factors FGF-2, TGF-β1, PDGF-β, VEGF-A, IGF-1, IGF-2, cytokines TNF-α, IL-1α, as well as collagens Col1A1, Col1A2 and Col2A1 were quantified by qRT-PCR. Nonparametric statistics (significance level p < 0,05) were used. Results: No group showed gross healing. The relative FGF-2 mRNA expression was significantly decreased in all groups compared to the contralateral menisci. The PRP + MSC-group showed the lowest FGF-2 mRNA expression. The relative mRNA expression of the growth factors (TGF-β1, PDGF-β, VEGF-A, IGF-1, IGF-2), cytokines (TNF-α, IL-1α) und collagens (Col1A2, Col2A1, Col1A1) showed no significant change in the PRP + MSC-group. Between the groups only the mRNA expression of Col1A1 was significantly downregulated in the PRP + MSC-group compared to the carrier-group. Conclusion: The isolated and combined application of PRP + MSC failed to improve the repair of avascular meniscus tears after eight weeks. Therefore the local application of PRP, MSC and its combination cannot be recommended. The reduced FGF-2 mRNA expression after PRP + MSC application even suggests a negative effect onto meniscus healing.