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Große osteochondrale Defekte des Kniegelenks führen bei jungen Traumapatienten oft zur Arthrose. Der endoprothetische Kniegelenksersatz ist bei den jungen Patienten meist mit unbefriedigenden Resultaten verbunden. Ziel des vorliegenden Projektes ist es stammzellbesiedelte Titanimplantate zu entwickeln, die als biologischer Teilersatz der verletzten Gelenkfläche implantiert werden. Die Gelenkfläche soll dadurch wiederhergestellt und die Ausbildung einer Arthrose vermieden werden.

Bei 8 Milchschafen wurde unter Analgosedierung Knochenmark aus dem Beckenkamm aspiriert und eine Kultur mesenchymaler Stammzellen angezüchtet. Runde Titanimplantate mit den Abmessungen 8,35 x 2 mm und 28 durchgängigen Bohrkanälen (600 µm Durchmesser) wurden in die Stammzellkulturen gegeben, so dass innerhalb von 3 Wochen ein dichtes Zell-Matrix-Netzwerk in den Kanälen entstand. Unter Vollnarkose wurden 6 mit autologen Zellen besiedelte Implantate in 8,25 mm breite Defekte des retropatellaren Gleitlagers der Schafe eingesetzt. 3 Implantate wurden dabei 2 mm und weitere 3 Implantate 5 mm unter das Knorpelniveau versenkt. Als Kontrolle dienten jeweils Leerdefekte oder Implantate ohne Zellen auf der Gegenseite. Während der 3-monatigen Versuchsdauer erfolgte eine polychrome Sequenzmarkierung des neu entstandenen Knochens, eine intravitale Gefäßmarkierung mittels Tuscheinfusion sowie die Anfertigung histologischer Schnittpräparate. Die Evaluation der Defektheilung erfolgte mittels Toluidin-Blau-Färbung, Mikroradiographie, sowie durch Licht-, Polarisations- und confokaler Lasermikroskopie.

Alle Implantate wurden osseointegriert. Bei den Leerdefekten und den Defekten, die mit unbesiedelten Implantaten behandelt wurden, zeigte sich keine Heilung des Knorpels. Bei den 2 mm tief im Gleitlager versenkten Implantaten kam es zur Ausbildung von minderwertigem Faserknorpel auf der Implantatoberfläche mit Einsprossung von Blutgefäßen. Die Defekte, bei denen das Implantat 5 mm tief eingebracht wurde, heilten 2x vollständig und 1x partiell aus. Ab der 10. Woche kam es dabei auf dem Implantat zur Ausbildung einer subchondralen Knochenschicht und zu einer Knorpelregeneration. In den Randbezirken des Defektes zeigte sich dabei hyaliner Knorpel, zentral ein vorläuferzellreiches Knorpelregenerat, welches bereits reich an Proteglycanen war.

Bei osteochondralen Defekten am Kniegelenk lässt sich der subchondrale Knochen mittels stammzellbesiedelter Titanimplantate rekonstruieren und dient als Grundlage für die Regeneration des hyalinen Knorpels. Das Verfahren stellt den ersten Schritt zur Entwicklung eines lebenden, biologisch aktiven Oberflächenersatzes für das Kniegelenk dar. Weitere Untersuchungen mit längerer Versuchsdauer und molekularbiologischer Knorpelcharakterisierung sind notwendig.