Struktur und Bestandteile von Knorpelregeneratgewebe osteochondraler Defektfüllungen im Schafsmodell: eine histologische, histomorphometrische und immunhistochemische Untersuchung

Abstract

Hyaliner Gelenkknorpel weist kein relevantes Selbstheilungspotential auf, daher sind Knorpelschäden momentan noch nicht heilbar. Aus diesen Gründen schreiten Knorpelschäden im Allgemeinen zur Gelenksarthrose fort. Im Laufe der Zeit wurde eine Vielzahl von konservativen und operativen Methoden zur Behandlung von Knorpelschäden im Kniegelenk entwickelt, was darauf hinweist, dass eine optimale Therapie noch nicht vorhanden ist. Bei diesen Therapien entsteht im günstigsten Fall hyalin-ähnlicher Knorpel, jedoch in den meisten Fällen Faserknorpel oder Narbengewebe. Dieses Regeneratgewebe ist nicht in der Lage, auf Dauer den im Gelenk herrschenden großen Belastungen standzuhalten und degeneriert. Das Ziel dieser Arbeit war, Aussagen über den Einfluss der mechanischen Rahmenbedingungen von osteochondralen Implantaten auf die Rekonstruktion des subchondralen Knochens und des Knorpels zu machen. Die Studie zur unterschiedlichen Versorgung osteochondraler Defekte soll den Zusammenhang zwischen den unterschiedlichen Steifigkeiten der Implantate und den Heilungsergebnissen immunhistochemisch, histologisch und histomorphometrisch widerspiegeln. Bei 24 Merinomix-Schafen wurde auf der medialen und lateralen Femurkondyle des linken Knies jeweils ein osteochondraler Defekt gesetzt, von denen einer als Leerdefekt unversorgt blieb und der andere mit verschiedenen Implantaten aufgefüllt wurde. Die Referenzgruppe wurde mit einem autologen osteochondralen Transplantat versorgt. Das Hauptaugenmerk richtete sich auf den Zusammenhang zwischen strukturellen und mechanischen Einflüssen der subchondralen Defektfüllung und den Heilungsergebnissen. Bei der ersten Gruppe wurde der Defekt mit Spongiosaclustern aufgefüllt und mit einer Kollagenmembran verschlossen. Die Defekte der anderen zwei Gruppen wurden mit biodegradierbaren Polylaktidglykolid-Scaffolds unterschiedlicher mechanischer Steifigkeit versorgt. Die postoperative Heilungsdauer betrug zwölf Wochen. Post mortem wurden die Femora entnommen und die Leerdefekte, die aufgefüllten Defekte und die nativen Kondylen immunhistochemisch, histologisch und histomorphometrisch untersucht und beurteilt. Die Ergebnisse zeigten, dass nach zwölf Wochen das Wiederherstellungsverfahren mit dem autologen osteochondralen Zylinder den anderen drei Operationsmethoden überlegen war. Bei der SC-Gruppe wurde eine verzögerte und ungenügende Regeneration beobachtet. Der Defekt war zum Untersuchungszeitpunkt nur bindegewebig aufgefüllt, ein Ergebnis, welches mit dem der Leerdefekte identisch war. Die Scaffold-Gruppen zeigten im Knochen- und Knorpelbereich eine Randzonenintegration. Die PH-Gruppe, mit einer 84%igen Steifigkeit bezogen auf den gesunden ovinen subchondralen Knochen, wies geringgradig bessere Heilungsergebnisse auf als die PW-Gruppe mit einer nur 58%igen Steifigkeit. Nach zwölf Wochen scheint eine unterschiedliche subchondrale Versorgung bezüglich der Struktur und Steifigkeit den Regenerationsverlauf osteochondraler Defekte in Bezug auf die Gewebeanteile, die Geschwindigkeit und auch die Qualität des Regenerats zu beeinflussen.

Hyaline articular cartilage does not show a significant self healing potential and so cartilage damage cannot be currently healed. For these reasons cartilage damage generally progresses to osteoarthritis. Over the years many conservative and surgical methods have been developed for the treatment of knee joint cartilage damage. This indicates that an optimal therapy has not yet been found. In the best case these therapies result in hyaline-like cartilages, however, in most cases fibrous cartilage or cicatricial tissue develops. In the long term this regenerated tissue is not able to withstand the heavy loads dominant in the joint and therefore degenerates. The goal of this study was to determine the influence of the limiting mechanical factors of osteochondral implants on the reconstruction of the subchondral bone and cartilage. This study of different therapeutical approaches of osteochondral defects should reflect the connection between the different rigidities of the implants and the immunohistochemical, histologic and histomorphometric healing outcomes. An osteochondral defect was induced on the lateral and medial condyle of the left knee joint in 24 merino-mix sheep. One defect remained untreated and served as a control while the others were treated with various implants. The reference group was treated with an autologous osteochondral graft. Special attention was directed toward the connection between structural and mechanical influences of the subchondral defect filling and the healing outcomes. In the second group the defect was filled with cancellous bone clusters and covered with a collagen membrane. The defects of the other two groups were treated with biodegradable polylactic-co-glycolic acid (PLGA) scaffolds with different mechanical rigidity. The postoperative healing period amounted to twelve weeks. The femora were removed post mortem and the control defects, the filled defects and the native condyles were analyzed and evaluated immunohistochemically, histologically and histomorphometrically. The results showed that after twelve weeks the recovery procedure with the autologous osteochondral cylinder was superior to the other three operation methods. A retarded and unsatisfactory regeneration was observed in the autologous cancellous bone group. Up to the time of the examination the defect was only filled with connective tissue, a result that was similar to that of the control group. The scaffold groups showed integration in the edges of the bone and cartilage area. The scaffold group, with a 84% rigidity in relation to a healthy ovine subchondral bone, exhibited slightly better healing results than the scaffold group with only 58% rigidity. It seems that after twelve weeks a different subchondral treatment in relation to the structure and rigidity influences the regeneration process of osteochondral defects as regards to the amount of tissue, the speed and also the quality of the regenerated material.