Knorpeltransplantation bei Knorpelschaden im Knie

1. Welche Ursachen stecken hinter dem Knorpelschaden?
2. Welche Folgen hat ein Knorpelschaden?
3. Behandlung von Knorpelschäden mit Knorpeltransplantation
4. Arthroskopische Operation der autologen Knorpelzelltransplantation
5. Weiterentwicklung der Behandlung von Knorpelschäden mit dem 3D- Chondrosphereverfahren
6. Wie führt der Orthopäde die Knorpelzelltransplantation bei Knorpelschäden im Knie durch?
7. Knorpeltransplantation im Kniegelenk – Ergebnisse
8. Was passiert nach der Operation?

Defekte im Gelenkknorpel können verschiedene Ursachen haben: Vor allem Fehlstellungen der Beinachse, Überlastung und Traumata (Verletzungen) führen zu einer schmerzhaften Arthrose im Kniegelenk. Die Transplantation von körpereigenem Gelenkknorpel kann solche Defekte behandeln. © Viewmedica

Weltweit leiden Millionen Menschen unter Knorpeldefekten, die durch vielfältige Ursachen hervorgerufen werden. Das führt zu einer Vielzahl von Beschwerden und Schmerzen. Die Knorpeltransplantation oder auch Knorpelzell- oder Chondrozyten-Transplantation ist ein neuartiges Operationsverfahren, das Knorpelschäden mithilfe von körpereigenen Knorpelzellen repariert. Es wird von wenigen ausgesuchten Spezialisten in Deutschland erfolgreich durchgeführt. In der Gelenk-Klinik ziehen die orthopädischen Fachärzte die minimalinvasive Knorpelzelltransplantation insbesondere bei lokal begrenzten (fokalen) Knorpelschäden in Betracht.

Was ist Knorpel?

Knorpel ist ein festes, glattes, elastisches Gewebe, das die Knochenabschnitte überzieht, die sich in einem Gelenk gegenüberliegen. Da Knorpel selbst über keine eigene Blutversorgung verfügt, wird er teils über die Gelenkflüssigkeit, teils über den darunterliegenden Knochen versorgt.

Aus diesem Grund ist geschädigter Knorpel kaum fähig, sich selbst zu regenerieren. Wir benötigen den Knorpel jedoch für einen reibungslosen Bewegungsablauf gemeinsam mit der Gelenkflüssigkeit als Gleitschicht und als „Stoßdämpfer" zum Schutz des Knochens.

Welche Ursachen stecken hinter dem Knorpelschaden?

Knorpelschäden können beispielsweise Folge von Verletzungen sein. Hierbei wird der Knorpel meist nur an einer Stelle mehr oder weniger stark beschädigt. Herausgesprengte Teile des Knorpels, z. B. infolge von Gewalteinwirkungen aufs Gelenk, können sich im Gelenkspalt verklemmen und so zu starken Schmerzen und Bewegungseinschränkungen führen.

Ist der Knorpelschaden eine Folge chronischer Abnutzung, so ist er meist großflächiger und an verschiedenen Stellen lokalisiert. Solche Abnutzungserscheinungen kommen einerseits durch einen natürlichen Alterungsprozess zustande, andererseits hängen sie auch mit der Knorpelqualität zusammen. Diese wiederum ist unter anderem genetisch bedingt und von Mensch zu Mensch verschieden. Auch die Art und Stärke der jahrelangen Belastung des Gelenkes spiegelt sich in der Abnutzung des Knorpels und dem damit einhergehenden Knorpelschaden wider. So führen beispielsweise Fehlstellungen und die damit einhergehende Fehlbelastung des Gelenkes zu einer vorzeitigen Verschleißerscheinung (Arthrose).

Grundsätzlich unterscheidet man vier Schweregrade des Knorpelschadens:

• Grad 1: Erweichung des Knorpels
• Grad 2: Aufrauung der Knorpeloberfläche
• Grad 3: kraterförmiger Defekt des Knorpels
• Grad 4: Fehlen der gesamten Knorpelschicht bis zum Knochen

Welche Folgen hat ein Knorpelschaden?

Knorpelschäden können sich unterschiedlich entwickeln. Liegt eine akute Verletzung vor, schmerzt das Gelenk meist bei Belastung und Bewegung. Manchmal treten die Schmerzen sogar in Ruhe auf. Das Gelenk reagiert mit Flüssigkeitseinlagerung (Erguss) und schwillt an. Wird ein abgesprengtes Knorpelstück eingeklemmt, so kann dies zu schmerzhaften Bewegungseinschränkungen führen und weitere Knorpelschäden verursachen.

Chronische Verschleißerscheinungen des Knorpels, die mit einer Verschmälerung des Gelenkspalts und einer Gelenkinstabilität einhergehen, versucht der Körper, durch Knochenanbauten (Osteophyten) auszugleichen. Diese Anbauten können die Funktion des ursprünglichen Knorpels jedoch nicht ersetzen und sind stattdessen für eine optimale Bewegung eher hinderlich. Oft reibt an solchen Stellen Knochen auf Knochen, was als äußerst schmerzhaft empfunden wird. So führt ein Knorpelschaden in den allermeisten Fällen zur Arthrose.

Behandlung von Knorpelschäden mit Knorpeltransplantation

Um das Ausmaß des vorliegenden Knorpelschadens abschätzen zu können, wird eine Magnetresonanztomographie (MRT) durchgeführt. Das exakte Schädigungsausmaß sieht der Arzt jedoch erst bei einer Gelenkspiegelung (Arthroskopie). Bei dieser minimalinvasiven Operation sollte gleichzeitig an Knorpelaufbau gedacht werden. Hierbei stehen mehrere Techniken zur Verfügung. Abgelöste Knorpelstücke sollten wenn möglich wieder fixiert, andernfalls entfernt werden. Durch Mikrofrakturierung oder Abrasionschondroplastik kann der Knorpeluntergrund angefrischt und dadurch eine Ersatzknorpelbildung angeregt werden. Wie der Name schon sagt, handelt es sich hierbei lediglich um einen Ersatz des ursprünglichen Knorpels, der diesen auch funktionell nicht vollständig ersetzen kann. Deshalb ist eine Knorpeltransplantation die bessere Wahl.

Vorteile der Knorpeltransplantation auf einen Blick:

• Schmerzreduktion
• Wiederherstellung der Belastbarkeit
• verbesserte Beweglichkeit
• Wiederaufbau der Knorpelschicht
• Vermeidung von Endoprothetik (Gelenkersatz)

Da an der Stelle des Knorpelschadens im Gelenk echtes Knorpelgewebe nachwächst, ist erstmals eine vollständige Heilung von Knorpeldefekten möglich.

Arthroskopische Operation der autologen Knorpelzelltransplantation

Für die Knorpelzelltransplantation werden dem Patienten in einer arthroskopischen Operation gesunde körpereigene Knorpelzellen entnommen und im Labor vermehrt. Nach der Knorpelzüchtung verpflanzt der Orthopäde die Zellen in die Defekte im Kniegelenk. © dissoid, Fotolia

In der Gelenk-Klinik führen wir die autologe Knorpelzelltransplantation (ACT) bei den meisten zu transplantierenden Knorpelschäden arthroskopisch, das heißt minimalinvasiv mit 2 kleinen Hautschnitten, durch.

Nachdem der Kniespezialist bei einer ersten Arthroskopie Knorpelzellen aus einem nicht belasteten Areal des Gelenkes entnommen hat, werden die Zellen zur Knorpelzüchtung in ein Speziallabor gesandt. Anschließend werden die körpereigenen Knorpelzellen in einem Spezialverfahren von ihrer Matrix befreit. Dadurch versetzt man die nun frei gewordenen Knorpelzellen in die Lage, sich in einem Reagenzglas durch natürliche Zellteilung zu vermehren.

Knorpelschäden können vielfältige Ursachen haben. Sie führen früher oder später zu Arthrose und Knieschmerzen mit fortschreitendem Gelenkverschleiß. Diese Knorpeldefekte heilen nicht von selbst aus. Der Körper ist bei einem Knorpelschaden nicht in der Lage, den Knorpel an der Gelenkfläche des Knies nachwachsen zu lassen.

Nur zellhaltiges Knorpelgewebe kann die Gleitfähigkeit des Kniegelenks erhalten

Im besten Fall entsteht beim Heilungsprozess ein Ersatzgewebe – auch Faserknorpel genannt. Dieser Faserknorpel enthält aber keine Zellen, sondern besteht nur aus Narbengewebe. Damit hat er nicht die hohe Festigkeit, Wasserbindungsfähigkeit und elastische Gleitfähigkeit des originären Knorpels.

Nur die autologe Knorpeltransplantation kann knorpelzellhaltiges und Bindegewebe bildendes Knorpelgewebe im Kniegelenk regenerieren.

Weiterentwicklung der Behandlung von Knorpelschäden mit dem 3D-Chondrosphereverfahren

Unter bestimmten Voraussetzungen kann eine autologe (körpereigene) Knorpeltransplantation (auch autologe Chondrozytentransplantation, kurz ACT) die Defekte im Gelenkknorpel ausgleichen und dadurch den frühen Einsatz eines künstlichen Gelenkes umgehen.

Bei der körpereigenen Knorpelzelltransplantation unterscheidet man zwischen der klassischen Behandlungsmethode der ACT und der Weiterentwicklung dieser Methode zur ACT 3D:

Bei der klassischen ACT näht der Orthopäde einen körpereigenen Knochenhautlappen auf den vorbereiteten Defekt wasserdicht auf und injiziert in diesen entstandenen Hohlraum die gezüchteten, körpereigenen Knorpelzellen.

Bei der autologen dreidimensionalen Knorpelzelltransplantation (autologe matrixinduzierte Chondrozytentransplantation, kurz ACT 3D) werden dreidimensionale Knorpelzellkügelchen (Sphäroide) ohne Notwendigkeit einer Abdeckung auf den vorbereiteten Defekt aufgebracht. Der Eingriff erfolgt in unserer Klinik per Miniarthrotomie unter arthroskopischer Sichtkontrolle. Dieses minimalinvasive Verfahren gewährleistet eine maximal schonende Behandlung des paraartikulären (um das Gelenk gelegenen) Gleitgewebes und vermindert die Operationsrisiken wesentlich.

Wie führt der Orthopäde die Knorpelzelltransplantation bei Knorpelschäden im Knie durch?

1. Schritt: Entnahme einer Knorpelgewebeprobe (Biopsat) aus dem Kniegelenk

Zunächst erfolgt während eines arthroskopischen Eingriffs (Gelenkspiegelung) in unserer Gelenk-Klinik die Entnahme des körpereigenen Knorpelgewebes. Aus diesem entnommenen Gewebe werden die Knorpelzellen in einem hoch spezialisierten Zellkulturlabor isoliert und unter sterilen Bedingungen kultiviert.

Das Knorpelgewebe wird dabei aus einem gesunden, wenig belasteten Bereich des Gelenkes entnommen. Der Eingriff erfolgt ambulant und dauert ca. 30 Minuten. Gleichzeitig werden dem Patienten ca. 120–150 ml Blut entnommen. Dieses Blut benötigt das Labor zur Serumgewinnung.

2. Schritt: Zellzüchtung im Labor

Die entnommene reiskorngroße Knorpelprobe wird gleichzeitig mit dem vom Patienten gewonnenen Blut ins Labor gesandt.

Dort werden die Knorpelzellen aus der Gewebeprobe isoliert und unter sterilen Bedingungen kultiviert. Am Ende des Herstellungsprozesses, der in der Regel 6–8 Wochen dauert, haben sich kleine dreidimensionale Knorpelzellaggregate gebildet.

Der Transport zurück zum behandelnden Arzt verläuft innerhalb weniger Stunden unter gesicherten Bedingungen in speziellen Kühlbehältern, um die Qualität der Zellen zu erhalten.

3. Schritt: Implantation der Knorpelzellen

Sobald die Knorpelsphäroide mit dem vorbereiteten Knorpeldefekt Kontakt aufnehmen, heften ihre 'Verbindungsmoleküle' (Adhäsionsproteine) innerhalb von ca. 10 Minuten mechanisch stabil am Knochen. In der Folge wachsen die Knorpelzellen in den Defekt ein, bis dieser komplett ausgefüllt wird.

Dieser Eingriff erfolgt in der Gelenk-Klinik minimalinvasiv unter arthroskopischer Sicht und dauert etwa 30–60 Minuten. Dabei entfernt der Orthopäde zunächst das geschädigte Knorpelgewebe und bringt dann die gezüchteten, körpereigenen Knorpelzellaggregate ein. Durch das spezielle Züchtungsverfahren haften die Knorpelzellen an.

Knorpeltransplantation am Kniegelenk – Ergebnisse

Deutlich sichtbar ist die Knorpelverletzung im Gelenkknorpel. Knorpel ohne Läsion: Die gesunde, glatte Knorpelfläche ist wiederhergestellt. © Dr. Thomas Schneider

Die Knorpeltransplantation kann nun Knorpeldefekte am Knie, Sprung- und Hüftgelenk voll arthroskopisch (minimalinvasiv) therapieren.

Der Organismus betrachtet das implantierte Material nicht als Fremdkörper. Es verfügt über ähnliche biomechanische Eigenschaften wie der natürliche Knorpel.

Die lebenden Chondrozyten sind so in der Lage, wieder für den Aufbau einer funktionierenden Knorpelschicht zu sorgen. Da die in Kugelform gezüchteten Knorpelzellen (sog. Sphäroide) direkt an die Stelle im beschädigten Gelenk gesetzt werden, an der die Knorpelmasse fehlt, vermehren sie sich unmittelbar dort, wo der Knorpel benötigt wird. Es entsteht gesundes körpereigenes Knorpelgewebe, das all die schützenden Funktionen wieder erfüllt, die dem geschädigten Gelenk gefehlt haben.

Video zum Ablauf einer Knorpelzelltransplantation im Knie und im Sprunggelenk

Was passiert nach der Operation?

Zur Entlastung des frisch transplantierten Gelenkknorpels sollte der Patient in den ersten drei Monaten Unterarmgehstützen verwenden. © lightwavemedia, Fotolia

Bereits nach ca. sechs Wochen zeigt sich eine vollständige Bedeckung des Defektes mit lebenden Knorpelzellen, die jedoch noch nicht die Dicke und Belastbarkeit des umliegenden Knorpels besitzen. Vergleichbar mit einem frisch eingesäten Rasen, auf dem zum Schutz der jungen Pflänzchen auch nicht sofort Fußball gespielt werden darf, sollte auch der Knorpel in dieser Zeit noch nicht voll belastet werden. Um der Knorpelfläche die nötige Zeit zur Regeneration zu geben, kann der Patient Unterarmgehstützen zur Entlastung verwenden. Gleichzeitig ist auf eine ausreichende Bewegung des Gelenks zu achten, damit durch die Wechseldruckbelastung die Durchblutung angeregt wird. Die Ernährung des Knorpels erfolgt durch Diffusion – ähnlich wie bei einem Schwamm. Wird dieser zusammengepresst, treten Schlackenstoffe aus und bei Entlastung werden dagegen Nährsubstanzen aufgenommen. Spezielle Bewegungsschienen und Physiotherapie unterstützen die Heilung.

Heilungsdauer: Wann darf die Gelenkfläche wieder belastet werden?

Nach ca. sechs Wochen sollte der Patient mit der Teilbelastung beginnen, nach maximal drei Monaten auf die Gehstöcke verzichten. Dann hat sich die Knorpelfläche ausreichend regeneriert, um das Körpergewicht des Patienten zu tragen.

Wann darf ich nach einer Knorpeltransplantation wieder Sport treiben?

Radfahren, Schwimmen und andere gelenkschonende Sportarten dürfen nach ca. drei Monaten ausgeübt werden. Nach kompletter Regeneration des Knorpeldefekts, ungefähr ein Jahr nach der Operation, ist die vollständige Einheilung des neuen Knorpels abgeschlossen und das Gelenk wieder voll belastbar und für alle Sportarten bereit.

Für wen eignet sich die autologe Knorpeltransplantation?

Die Knorpeltransplantation eignet sich nicht für alle Patienten mit Knorpeldefekten gleichermaßen. Wenn der Gelenkdefekt zu groß oder die Gegenfläche ebenfalls stark geschädigt ist, ist es für diese Methode zu spät.

Grundvoraussetzung für die erfolgreiche Knorpeltransplantation ist ein stabiles Gelenk, eine normale Gelenkachse und das Fehlen freier Gelenkkörper (abgelöste Knorpel- oder Knochenstücke), welche das Transplantat gefährden könnten.

Typische Indikationen für die Transplantation von Knorpelzellen (Chondrozyten) sind lokale Knorpeldefekte im Gelenk, besonders im Knie- oder Sprunggelenk. Ideale Bedingungen für die Transplantation sind bei einem Patientenalter von 15–55 Jahren und einer Defektgröße bis 10 Quadratzentimeter bei gleichzeitigem Vorhandensein von gesundem Restknorpel gegeben. Das Knie- oder Sprunggelenk sollte stabil, d. h. die Bänder intakt sein. Außergewöhnliche Belastungen des Gelenks z. B. durch erhebliches Übergewicht sollten nach Möglichkeit nicht vorliegen.

Generell empfiehlt man diese Methode zwar nur bis zum 55. Lebensjahr, entscheidend ist dabei aber das biologische, nicht das kalendarische Alter des Patienten.

Liegt eine fortgeschrittene Arthrose vor, wobei auch das sich unter dem Knorpel befindende Gewebe nicht mehr ganz gesund ist, kann keine Knorpeltransplantation durchgeführt werden. Das Transplantat würde nicht richtig anwachsen. Leidet der Patient unter starken Schmerzen, so kann eine Gelenkersatzoperation zum gewünschten Erfolg führen.