Orthopädische Gelenk-Klinik

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Kniespezialist Freiburg untersucht die Kniearthrose

Knorpel-Transplantation bei Knorpelschaden im Knie

Körpereigene Knorpelzellen werden im Labor gezüchtet

 

 

Knorpeltransplantation animationKnorpelzelltransplantation - die Regeneration des Gelenk-Knorpels durch körpereigene Knorpelzellen. © Viewmedica

Bei der Knorpeltransplantation oder auch Knorpelzell- oder Chondrozyten- Transplantation handelt es sich um ein neuartiges Operationsverfahren, das Knorpelschäden mit Hilfe von körpereigenen Knorpelzellen repariert. Es wird von wenigen ausgesuchten Spezialisten in Deutschland erfolgreich durchgeführt. Dr. Baum war der erste Arzt weltweit, der die Knorpeltransplantation rein arthroskopisch durchgeführt hat. Er hat diese Methode mit entwickelt und bildet andere Ärzte in dieser Operationstechnik aus.

Vorteile der Knorpelzell-Transplantation auf einen Blick:

  • Schmerzreduktion
  • Wiederherstellung der Belastbarkeit
  • verbesserte Beweglichkeit
  • Wiederaufbau der Knorpelschicht
  • Vermeidung von Gelenk- Ersatz

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

Knorpelzelltransplantation Animation

Knorpelzelltransplantation: Arthroskopisch durchgeführte Autologe Knorpelzelltransplantation (ACT 3D)

Knorpel- TransplantationKnorpeltransplantation mit autologen, das heisst körpereigenen Knorpelzellen. Sie werden außerhalb des Körpers im Labor gezüchtet.

Die autologe Knorpelzelltransplantation wird in unserer Klinik bei den meisten zu transplantierenden Knorpelschäden arthroskopisch, das heisst minimalinvasiv mit 2 kleinen Hautschnitten durchgeführt.

Nachdem bei einer ersten Kniespiegelung Knorpelzellen aus dem einem nicht belasteten Areal des Gelenkes entnommen wurden, werden die Zellen in ein Speziallabor gesandt. Anschließend werden die körpereigenen Knorpelzellen in einem Spezialverfahren von ihrer Matrix befreit. Dadurch werden die nun frei gewordenen Knorpelzellen in die Lage versetzt, sich in einem Reagenzglas durch natürliche Zell-Teilung zu vermehren.

Knorpelschäden werden durch vielfältige Ursachen hervorgerufen. Sie führen aber früher oder später zu Arthrose und Knieschmerzen und zu fortschreitendem Gelenkverschleiß. Diese Knorpeldefekte heilen nicht von selbst aus. Der Körper ist bei 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 durch die autologe Knorpeltransplantation kann knorpelzellhaltiges und Bindegewebe bildendes Knorpelgewebe im Kniegelenk regeneriert werden.

Weiterentwicklung der Behandlung von Knorpelschäden mit dem 3-D Chondrosphere Verfahren

Unter bestimmten Voraussetzungen kann mit einer Autologen Knorpeltransplantation (auch Autologe Chondrozytentransplantation, oder kurz ACT) dieses Manko durch eine Transplantation von originärem Knorpelzellen ausgeglichen werden und dadurch der frühe Einsatz eines künstlichen Gelenkes vermieden werden.

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

Beim Verfahren der klassischen ACT wird ein körpereigener Knochenhautlappen auf den vorbereiteten Defekt wasserdicht aufgenäht und in diesen entstandenen Hohlraum werden die gezüchteten, körpereigenen Knorpelzellen eingespritzt.

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

Die Vitalität des den Knorpelschaden umgebenden Knorpels ist wichtiger, als das tatsächliche Alter des Patienten.

 

Wie wird die Knorpelzelltransplantation bei Knorpelschäden im Knie durchgeführt?

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

Entnahme der KnorpelprobeAus dem nichtbelasteten Bereich des verletzten Knies wird ein reiskorngroßes Knorpelstückchen entnommen.

Zunächst erfolgt während eines arthroskopischen Eingriffs (Gelenkspiegelung) in unserer Gelenk-Klinik eine 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 min. Gleichzeitig werden dem Patienten ca. 120-150ml Blut entnommen. Dieses Blut wird im Labor zur Serumgewinnung verwendet.

2. Schritt: Zellzüchtung im Labor

Kulturflasche mit SpheriesIn dem eigenen Serum des Patienten werden die Knorpelzellen vermehrt. Dieses verfahren schließt den Kontakt mit artfremden Proteinen aus, die zellen werden nur vom Blutserum des Patienten konditioniert.

Die entnommene reiskorngroße Knorpelprobe wird gleichzeitig mit dem vom Patienten gewonnenen Blut an die co.don® AG gesandt.

Die Knorpelzellen werden aus der Gewebeprobe isoliert und unter sterilen Bedingungen kultiviert. Am Ende des Herstellungsprozesses, der in der Regel3-4 Wochen dauert, haben sich kleine dreidimensionale Knorpelzellaggregate gebildet.

Nach Abschluss der Kultivierungszeit wird das biologische Arzneimittel dem behandelnden Arzt zugeschickt. Dieser Transport verläuft innerhalb weniger Stunden unter gesicherten Bedingungen, in speziellen Kühlbehältern um die Qualität der Zellen zu erhalten.

3. Schritt: Implantation der Knorpelzellen

Knie mit Chondrospheres in SpritzeDie Knorpelkügelchen (Chondrospheres)werden in einer minimalinvasiven Operation in die vorgereitete Defektstelle eingefüllt. Dort haften sie sofort am Knochen an und füllen den Defekt aus.

Sobald die Knorpelsphäroide mit dem vorbereiteten Knorpeldefekt Kontakt aufnehmen ihre 'Verbindungsmoleküle' (Adhäsionsproteine) haften sie nach ca. 10 Minuten mechanisch stabil am Knochen anhaften. 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 min. Dabei wird zunächst das geschädigte Knorpelgewebe entfernt und dann die gezüchteten, körpereigenen Knorpelzellaggregate eingebracht. Durch das spezielle Züchtungsverfahren haften die Knorpelzellen an.

Der medizinische Nutzen der autologen Knorpeltransplantation wurde in den letzten 25 Jahren seit der Entwicklung des Verfahrens durch wissenschaftliche Studien belegt.

Knorpellzelltransplantation am Kniegelenk - Verlaufsdokumentation

Knorpelzelltransplantation_su_02Ausgangsbefund Knorpelzelltransplantation_su_03Applikation Spheroide Knorpelzelltransplantation_su_083 Monate nach OP Knorpelzelltransplantation_su_1012 Monate nach OP

Mit dieser Technik können nun Knorpeldefekte am Knie, Sprung- und Hüftgelenk voll arthroskopisch (minimalinvasiv) therapiert werden.

Das implantierte Material wird es vom Organismus nicht als Fremdkörper betrachtet. Es verfügt über über ähnliche biomechanische Eigenschaften wie der natürliche Knorpel verfügt.

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) in einem zweiten Schritt direkt an die Stelle im beschädigten Gelenk gesetzt werden, an der die Knorpelmasse fehlt, vermehren sie sich unmittelbar dort, wo der Knorpel benötigt wird im Körper weiter. Es entsteht gesundes körpereigenes Knorpelgewebe, das all die schützenden Funktionen wieder erfüllt, die dem geschädigten Gelenk gefehlt haben.

Biopsie 12 Monate nach Sphäroidtransplantation: Nachweis für hyalinen Knorpel

(3531-T:11/2009) (1962, m)

Knorpelzelltransplantation_SafraninO-FrbungÜbersichtsfärbung knorpelspezifischer Proteine, die für die Fähigkeit der Wasserspeicherung im Knorpelgewebes zuständig sind (zu erkennen an der Rotfärbung; blaue Punkte stellen Zellkerne dar). Knorpelzelltransplantation_Aggrekan-FrbungFärbung auf das knorpelspezifische Protein Aggrekan, welches die Speicherung von Wasser im Knorpelgewebe ermöglicht (zu erkennen an der Braunfärbung; blaue Punkte stellen Zellkerne dar). Knorpelzelltransplantation_Kollagen_Typ_1-FrbungFärbung auf das für Faserknorpel anzeigende Strukturprotein Kollagen Typ 1 (zu erkennen an der sehr schwachen Braunfärbung; blaue Punkte stellen Zellkerne dar). Knorpelzelltransplantation_Kollagen_Typ_2-FrbungFärbung auf das knorpelspezifische Strukturprotein Kollagen Typ 2, einem wesentlichen Bestandteil des hyalinen Knorpels (zu erkennen an der Braunfärbung; blaue Punkte stellen Zellkerne dar).

Video zum Ablauf einer Knorpelzelltransplantation für Knie und Sprunggelenk

Was passiert nach der Operation?

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, sollten in dieser Zeit Gehstöcke zur Entlastung verwendet werden. 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 zusammen gepresst, werden Schlackenstoffe ausgeschwemmt, bei Entlastung werden dagegen die Nährsubstanzen aufgenommen. Spezielle Bewegungsschienen und Physiotherapie unterstützen die Heilung.

Wann kann wieder belastet werden?

Nach ca. sechs Wochen sollte mit der Teilbelastung begonnen, nach maximal drei Monaten auf die Gehstöcke verzichtet werden.

Wann kann wieder Sport ausgeübt werden?

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

Wer profitiert von dieser Methode?

Nicht immer kommt die Knorpeltransplantation in betracht. Wenn der Gelenkdefekt zu groß, oder die Gegenfläche ebenfalls stark geschädigt ist, ist es dafür zu spät.

Grundvoraussetzung für die erfolgreiche Knorpeltransplantation ist ein stabiles Gelenk, eine normale Gelenkachse und das Fehlen freier Gelenkkörper, welche das Transplantat gefährden könnten.

knorpelzellen_chondrosphroideAufnahme von Sphäroiden -- gezüchtet aus körpereigenen Knorpelzellen mit je 82.000 Zellen pro Kugel

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

Generell wird diese Methode zwar nur bis zum 55ten Lebensjahr empfohlen, entscheidend ist dabei das biologische, nicht das kalendarische Alter des Patienten.

Literaturangaben

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