Makroskopische und molekularbiologische Evaluation des Einheilens neu entwickelter Polymerimplantate bei osteochondralen Kniedefekten am Schafmodell

Abstract

Die Behandlung osteochondraler Läsionen ist eine große klinische Herausforderung. Etablierte Verfahren führen häufig lediglich zur Bildung von minderwertigem Faserknorpel. Im Rahmen dieses BMBF-geförderten Projekts wurden daher mittels eines laserassistierten 3D-Druckverfahrens biphasische Polymerimplantate entwickelt. Diese Implantate imitieren mit ihren interkonnektierenden Poren die osteochondrale Zone. Als Polymere kamen LCM3 (Abbau über Milchsäure) und ACM (Abbau über Aminosäuren) zum Einsatz. Um die Zellbesiedlung zu fördern, wurden zwei Implantatgruppen zusätzlich mit einem kollagenbasierten Biogel versehen. Ziel dieser Studie war die makroskopische und molekularbiologische Analyse der Defektheilung in einem Großtiermodell. Dazu wurden je zwei zylindrische Implantate (7 mm Durchmesser, 10 mm Höhe) in das distale Femur von adulten, weiblichen Schafen (n = 5 pro Gruppe; Gewicht 66,28 ± 1,72 kg) eingesetzt. Ein Implantat wurde in der medialen Femurkondyle platziert und das zweite proximal davon. Die Versuchsgruppen erhielten entweder LCM-Implantate ohne Biogel (L-OB), LCM-Implantate mit Biogel (L-B) oder ACM-Implantate mit Biogel (A-B). Nach drei Monaten erfolgte die makroskopische und molekularbiologische Evaluation der Defektzonen. Makroskopisch zeigten die meisten Defekte eine gute Implantatintegration (Grad II nach ICRS), jedoch ohne signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen. Die molekularbiologische Analyse hingegen, welche für die qualitative Beurteilung der Gewebeheilung entscheidend war, offenbarte signifikante Effekte: Die Gruppe L-B induzierte die stärkste Chondrogenese, was durch eine signifikant erhöhte Expression der hyalinen Knorpelmarker Sox9 und Col2 belegt wurde. Im Gegensatz dazu deutete eine erhöhte Col1-Expression in der Gruppe L-OB auf eine fibröse Regeneration hin. Darüber hinaus war der Knochenresorptionsmarker CtsK in der Gruppe L-OB erhöht, woraus ein stabilisierender Effekt des Biogels auf die Knochenphase abgeleitet werden kann. Die Studie belegt somit die molekularbiologische Überlegenheit der LCM-Biogel-Kombination hinsichtlich der Bildung von qualitativ hochwertigem, hyalinähnlichem Knorpel. Obwohl die Implantate vielversprechend erscheinen, sind für eine abschließende Bewertung weitere immunhistochemische und histologische Analysen erforderlich.