Ein neuer Ansatz bei der Sterilisation von allogenen Sehnentransplantaten zum Ersatz des vorderen Kreuzbandes

Abstract

Einleitung: Allogene Sehnentransplantate haben in den letzten 20 Jahren auf Grund ihrer großen Vorteile wie dem Entfall der Entnahmemorbidität und der beliebigen Transplantatdimensionierung immer mehr an Bedeutung in der Kreuzbandchirurgie gewonnen. Jedoch existieren bis dato keine Sterilisationsverfahren, die einen kompletten Schutz vor Infektion und Kontamination ohne Beeinträchtigung der initialen biomechanischen und strukturellen Eigenschaften der Allografts gewährleisten können. Das Peressigsäure-Ethanol-Unterdruck-Verfahren ist ein etabliertes und kostengünstiges Sterilisationsverfahren bei allogenen Knochentransplantaten und bietet auch bei allogenen Weichteiltransplantaten einen adäquaten antibakteriellen, antimykotischen und antiviralen Schutz. Nach hoffnungsvollen in-vitro Studien ist dies die erste in-vivo Studie am Schafsmodell zur Untersuchung biomechanischer Eigenschaften und der Revaskularisierung in der frühen Einheilungsphase des Remodelings von allogenen Sehnentransplantaten nach Sterilisation mit dem Peressigsäure-Ethanol-Unterdruck-Verfahren zum vorderen Kreuzbandersatz. Methoden: 18 ausgewachsene weibliche Merino-Schafe erhielten einen Ersatz des vorderen Kreuzbandes mittels PES-sterilisierten allogenen Flexorsehnentransplantaten. Nach 6 und 12 Wochen erfolgte die Tötung sowie die biomechanische Testung mittels standardisierter Schubladen- und Versagenstests von jeweils 9 Tieren. Nach histologischer Aufarbeitung erfolgte neben konventionellen (HE, Masson Goldner) Färbungen zur deskriptiven Auswertung der zellulären und strukturellen Umbauvorgänge eine immunhistochemische (von-Willebrand-Faktor/Faktor VIII) Färbung von Endothelzellen der Gefäßwand mit anschließender Auszählung der Gefäßanschnitte in Querschnittspräparaten in je drei Zonen (subsynovial, intermediär und zentral) zur quantitativen Bestimmung der Revaskularisierung des Allografts. Eine Vorstudie lieferte Kontrollgruppen, die zu gleichen Standzeiten mit dem selben Operateur am Schafsmodell identische histologische und biomechanische Untersuchungen zum Vergleich tiefgefrorener, unsterilisierter Allografts und Autografts nutzten. Ergebnis: Das PES-sterilisierte Allograft war in allen biomechanischen Testungen dem tiefgefrorenen, unsterilisierten Allograft und dem Autograft unterlegen, wobei die Unterschiede im Verlauf nach 12 Wochen immer deutlicher wurden. In Korrelation zeigte sich eine verlangsamte Revaskularisierung. Die Gefäßdichte war nach 6 und 12 Wochen in allen Regionen im Vergleich zu den Kontrollgruppen verringert. Auch deskriptiv war die Revaskularisierung und zelluläre Repopulation der PES-behandelten Allografts weniger weit nach zentral fortgeschritten als in den Kontrollgruppen. Die Gewebestruktur erschien in den PES-Allografts im Vergleich stets ungeordneter. Bei 66,6% der 12-Wochentiere bildete sich zudem eine klinisch asymptomatische, aber histologisch gesicherte fibrotische Hypertrophie am Eingang zum tibialen Knochentunnel aus. Intraligamentär zeigte sich jedoch nur eine leicht chronisch granulierende Entzündung zum Zeitpunkt von 6 und 12 Wochen. Diskussion/Fazit: Entgegen hoffnungsvoller in-vitro Studien sind die verlangsamte bzw. gestörte Revaskularisierung sowie die im Vergleich zu Autografts und tiefgefrorenen, unsterilisierten Allografts signifikant schlechteren biomechanischen Eigenschaften ein Indiz für den negativen Einfluss des Peressigsäure-Ethanol-Unterdruck-Verfahrens auf den Remodelingprozess knochenblockfreier Flexorsehnentransplantate im Schafsmodell. Auf diesen Ergebnissen basierend können wir die Sterilisation knochenblockfreier Sehnentransplantate mit dem Peressigsäure-Ethanol- Unterdruck-Verfahren zum vorderen Kreuzbandersatz vorerst nicht weiterempfehlen.

Introduction: Allografts have gained significant popularity in revision and primary reconstructive procedures of the anterior cruciate ligament during the last 20 years. Their great advantage is the avoidance of harvest morbidity. However, until today most of the current sterilization procedures have inherent disadvantages for the graft´s biological properties and mechanical function. Peracetic acid-ethanol (PAA) sterilization of soft-tissue allografts has gained increasing attention due to its successful application in the sterilization of bone allografts. It also showed adequate antibiotic, antifungal and antiviral protection for soft tissue grafts. In-vitro studies showed no adverse effect on the mechanical properties of such sterilized soft- tissue grafts. However, no in-vivo studies exist that analyzed the revascularization of the short-term healing of soft tissue grafts and their biomechanic proporties after this sterilization procedure for anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction. Methods: 18 mature female merino sheep received open ACL reconstruction with a PAA sterilized soft-tissue allograft. Nine sheep were sacrificed at 6 and 12 weeks, when they underwent an anterior- posterior (ap) drawer test and a load-to-failure test to obtain the structural properties. Conventional histological analysis (H&E;, Masson Goldner) was used for descriptive analysis of cell distribution, cell morphology, appearance of foreign-body giant and inflammatory cells. The endothelial surface cells of blood vessels were immunostained with antihuman von- Willebrand-factor/factor VIII in transverse sections to obtain the quantification of the vascular density. Therefore the transverse sections were subdivided into a subsynovial (SUB), an intermediate (MED) and a central (CNT) region. Fresh-frozen allograft (ALLO) and autologous (AUTO) ACL reconstructions of a previous study with an identical animal model and histological and biomechanical evaluations at corresponding time points served as controls. Results: Nearly all biomechanical properties of the PAA sterilized allograft were reduced in correlation to the control groups and the differences became more and more significant after 12 weeks. At the same time a reduced revaskularization was observed. The vascular density after 6 and 12 weeks was reduced in correlation to the control groups. Further showed the descriptive analysis that the revascularisation and the cellular repopulation were less expanded to the center of the grafts. Also the structural properties seemed less remodelled. In 67% percent of all PAA animals a fibrotic tissue was found at the tibial tunnel entrance, which was not observed in any of the control groups. Althoug intraligamental could only a mild chronical granulocytic inflammation detected. Discussion: Even though in-vitro mechanical data were promising, PAA sterilization lead to an inhibition or rather reduction of the remodeling processes in the healing ACL soft-tissue graft. These alterations of graft ligamentization and especially revascularization resulted in substantially impaired structural properties and show the adverse effect of PAA sterilization on the graft healing of soft tissue grafts in the sheep model. Therefore, based on these findings we do not recommend sterilization of soft-tissue allografts with peracetic acid-ethanol.