Histologische Untersuchung eines aus Rattenkollagen gefertigten Implantates zur Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes beim Minipig

Abstract

Der derzeitige „Goldene Standard“ bei der Rekonstruktion des VKB des Menschen sind autologe Transplantate. Diese autologen Transplantate sind mit einer hohen Entnahmemorbidität verbunden. Um diesen Nachteil zu umgehen wurde von der Arbeitsgruppe von Meike Haddad-Weber an der Universität Würzburg ein xenogenes Kollagenimplantat entwickelt. In der vorliegenden Studie sollte die Bandheilung sowie die knöcherne Bandeinheilung im Minipig-Model systematisch histologisch analysiert werden. Methoden: Aus rattinem Kollagen wurde ein xenogenes Implantat eingesetzt, welches bei Minipigs als vorderer Kreuzbandersatz genutzt wurde. Das Implantat wurde per Endobutton fixiert. Die Tiere wurden sechs Wochen bzw. sechs Monate post operationem getötet. 13 Tiere wurden für die histologische Auswertung verwendet. Es wurden Paraffinschnittpräparate der Implantate sowie Paraffinschnittpräparate und Kunststoffschnittpräparate der Ossa Femura angefertigt und durchlichtmikroskopisch deskriptiv ausgewertet. Zusätzlich wurden die immunhistochemische Färbung Kollagen I und Faktor-VIII-related Antigen angefertigt, wobei in der Faktor-VIII-related Antigen Färbung zusätzlich eine semiquantitative Auswertung vorgenommen wurde. Ergebnisse: In der Sechswochengruppe (n=7) waren alle Präparate vaskularisiert, mit einer synovialen Deckschicht versehen und vital. Ein beginnendes Bandremodeling konnte nachgewiesen werden. In allen Präparaten waren eine fibröse Zwischenschicht und Sharpey’sche Fasern ausgebildet. Zusätzlich konnten in allen Präparaten erste Anzeichen zur Ausbildung einer direkten Bandinsertion gefunden werden. In der Sechsmonatsgruppe (n=6) war die Anzahl der Gefäße höher und das ursprüngliche kollagene Implantatgewebe war nicht mehr nachweisbar. Neu gebildeter Geflechtknochen verengte die Bohrkanäle und in keinem Präparat war eine fibröse Zwischenschicht nachweisbar. In der Sechsmonatsgruppe zeigten fünf von sechs Präparate Anzeichen für die Ausbildung einer direkten Bandinsertion. Anzeichen für eine Synovialitis gab es nicht. Diskussion: Der Ablauf der Revaskularisierung und des Bandremodeling sowie die knöcherne Bandheilung entsprachen weitestgehend den in der Literatur beschriebenen Ergebnissen autologer Transplantate. Weiterhin sprach der Nachweis von Kollagen I vom Schwein in den Präparaten für eine vollständige Integration des Implantates. Zusammenfassend kann man sagen, dass das in dieser Studie verwendete Implantat zur Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes im Minipigmodell vollständig und entzündungsfrei eingewachsen und durch eigenes Bandgewebe des Versuchstieres ersetzt wurde. Ob es eine geeignete Methode für den Ersatz des humanen Kreuzbandes ist, müssen weitere Untersuchungen zeigen.

The current gold standard for the reconstruction of the human anterior cruciate ligament are autografts. Those autografts are associated with high donor-site morbidity. To avoid this disadvantage, a xenogenic collagen implant was developed in the laboratory of Meike Haddad-Weber at the University of Wuerzburg. This study presents a systematic histological analysis of the healing as well as osseous integration of the ligament in the minipig model. Methods: Xenogenic implants were prepared from rat collagen and used in minipigs as anterior cruciate ligament replacement. Fixation of the implants was achieved via Endobutton. The animals were sacrificed at six weeks and six months post operation, respectively. 13 minipigs were used for histological analysis. Paraffin-embedded sections of the implants as well as paraffin- and plastic-embedded sections of the Ossa femura were prepared and evaluated descriptively by transmitted light microscopy. Furthermore, immunohistological staining for collagen I and factor-VIII-related antigen was performed with semi-quantitative assessment of the factor-VIII-related antigen staining. Results: In the six-week group (n=7) all samples were well vascularized, covered by a synovial layer and vital. Early ligament remodeling was observed. An interface fibrous layer and Sharpey’s fibers had formed in all samples. Moreover, in all samples first signs of direct ligament insertion were found. In the six-month group (n=6) the number of vessels had increased and the original implant tissue could not be detected anymore. Newly formed reticulated bone constricted the drill channel and in none of the samples an interface fibrous layer was detectable. In this group, five out of six samples showed signs of a direct ligament insertion. No signs of synovialitis were found. Discussion: The course of the revascularization and ligament remodeling as well as ligament healing corresponds to the results obtained with autografts described in the literature. Furthermore, the detection of pig collagen I in the preparations verifies the complete integration of the implants. In summary, it appears that the implant used in this study integrates completely and without inflammation, and is substituted by ligament tissue of the recipient. Further studies have to show if this is a suitable method for cranial cruciate ligament reconstruction in humans.