Arch. orthop. Unfall-Chir. 86, 243--256 (1976)

Archiv for orthopadische und

Unfall-Chirurgie

© by J. F. Bergmann-Verlag 1976

Die homologe reine Gelenkknorpehransplantation im Tierexperiment ¥orl~iufige experimentelle Studien a m Schaf It. Passl 1, H. Plenk, jr. a, G. Sauer 1, H. P. Sp/~ngler, jr. ~, T. I~adaszkiewiez 4 und J. I-Iolle2

Homologous Articular Cartilage Transplantation in Animal Experiments Preliminary Studies on Sheep Smnmary. Homologous articular cartilage without subchondral bone instead of the usual osteoehondral grafts was transplanted in sheep. The transplants were fixed to the host b y a biological tissue adhesive based on fibrinogen clotting. Light- and electronmicroseopic studies showed viable transplants up to 7 months and a stable bony union with the host through endochondral bone formation. A additional external fixation of the joint after transplantation or the use of a conventional cyanoacrylate tissue adhesive failed to achieve positive results. The relations of these preliminary findings for restorative techniques of articular cartilage defects are discussed. Zusammenfassung. Anstelle der iiblicherweise verwendeten Knorpel-KnochenTransplantate wurde bei Schafen homologer Gelenkknorpel ohne subchondrale Knochenplatte verpflanzt. Die Knorpelscheibchen wurden im Transplantatbett mit einem biologischen Gewebeklebeverfahren, das auf der Fibringerinnung basiert, eingeklebt. Licht- und elektronenmikroskopisehe Untersuchungen ergaben, dab die Transplantate bis 7 Monate nach der Implantation noch vital sind und dutch enehondrale Knoehenneubildung an der Basis fest mit der knSchernen Unterlage verwachsen. Die gleiehe Versuchsanordnung mit Verwendung eines gebr/~uehlichen Gewebeklebers auf Zyanoacrylatbasis hat wesentlich schlechtere Resultate hin1 Lehrkanzel ftir Unfallchimrgie II (Vors~and: Prof. Dr. H. Sp~ngler), Spitalgasse 23, A-1090 Wien 2 II. Chirurgisehe Universitg~tsklinik Wien (Vors~and: Prof. Dr. J. Navra~il, Dr. Se.) a I-Iis~ologiseh-Embryologisehes Institut der Universitgt Wien (Vorstand: Prof. Dr. H. G. Schwarzacher) 4 Pathologisch-Anatomisches Institut~ der Universit~t Wien (Vorstand: Prof. Dr. J. H. Holzner) 16"

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R. Passl et al.

sichtlieh der E i n h e i l u n g der T r a n s p l a n t a t e ergeben. Weitere Voraussetzung fiir eine erfolgreiche K n o r p e l i m p l a n t a t i o n ist die V e r m e i d u n g einer p o s t o p e r a t i v e n guhigstellung. T e c h n i k u n d mSgliche therapeutische K o n s e q u e n z e n zur Wiederherstellung y o n Gelenkknorpeldefekten werden diskutiert.

Einleitung I m Gegensatz zum K n o c h e n g e w e b e zeigt der h y a l i n e Gelenkknorpel klinisch u n d experimentell n u r eine m a n g e l h a f t e Regenerationsf£higkeit. E i n d u t c h T r a u m a , I n f e k t i o n oder ~ndere U r s a c h e n zerstSrter Gelenkknorpel wird i m m c r durch minderwertigeres Gewebe ersetzt, das die n o r m a l e B e a n s p r u c h u n g eines Gelenkes n i c h t mehr gewi~hrleisten k a n n (Cotta; F i a l a u. B~rtos; Ghadially e t a ] . ; Otte; P u h l et al.). Schon im vorigen Jahrhundert wurde daher versucht, den zerstSrten Gelenkknorpel zu ersetzen (Bert). Die Ganz- oder Halbgelenkstransplantation wurde sowohl experimentell als such klinisch untersueht (Lexer; Biirkle de la Camp; Burwell; Fiala u. Herout; tIerndon u. Chase; Imamaliev; Reeves; Volkov) und seheiterte letztlieh immer an Erni~hrungs- bzw. immunologisehen Problemen, wenn aueh yon einem Uberleben des Gelenkknorpels selbst berichter wird (Hellinger et al. ; Herron u. Harris). Die Transplantation yon Gelenkknorpel mit einer diinnen subchondralen Knochenschicht zeitigte bisher die besten Erfolge, und es scheint keinen~wesentlichen Unterschied zu machen, ob es sich um autologes oder homologes Gewebe handelt (Campbell et al.; Ehalt; Hepp; Lemperg; Pap u. Krompeeher; Profitos; StSrig; Wagner). Dies scheint ffir die Gewinnung grSl~erer Areale zur Deckung yon Defekten yon Bedeutung, da autologes Gewebe nur in geringem AusmaB zur Verfiigung steht. Die Verpflanzung yon reinem Gelenkknorpel, also ohne die subehondrale Knochenschicht, wurde ebenfalls schon versucht, allerdings bisher ohne Erfolg (Judet), und dies ist nach Otte darauf zuriickzuffihren, dab eine prim~re Knorpelfusion nieht stattfindet und ein festes Einwachsen des Transplantates nur dutch die Einheilung der subchondralen Knochenschieht in einem knSchernen Bert erfolgen kann. Die Voraussetzung fiir den Einheilungsvorgang ist vor allem die ErSffnung der subchondralen Gefi~fle. Aus folgenden Uberlegungen schien nns die reine Gelenkknorpeltransplantation dennoch einer neuerliehen experimentellen Uberpriifung wert zu sein: 1. Nimmt man die autologe Transplantation aus, so bringt homologes Knorpelgewebe im Vergleich zum Knochengewebe wesentlich giinstigere immunologisehe Voraussetzungen (Chesterman). Die fiblicherweise mitverpflanzte subchondrale Knoehenschicht wird darfiber hinaus immer abgebaut und ersetzt. 2. Da der Gelenkknorpel vorwiegend vonder Synovialflfissigkeit ern~hrt wird, ist er vor allem nach Abschlul3 des Waehstums von einer basalen Gef~13versorgungpraktisch unabhi~ngig (Beneke u. Deutsehle; Chesterman u. Smith; Otte). 3. Das Problem der Fixierung des Transplantates kSnnte durch die heute bekannten Methoden der Gewebeklebung gelSst werden.

Material und Methodik :Die Untersuchungen wurden an 30 Schafen beiderlei Geschlechts durchgefiihrt, deren K6rpergewicht im Durchschnitt 35 kg betrug. So schwere Tiere sind mindestens 2 Jahre alt und gelten als ausgewachsen. Wie aber aus den noch offenen Wachstumsfugen am distalen Femur und proximalen Tibiaenden geschlossen werden kann (s. lichtmikroskopische Befunde), waren die Tiere noch nicht 3 Jahre alt, da die Epiphysenfugen ab diesem Zeitpunkt verkn6chert sind.

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Die Operation erfolgte unter sterilen Kautelen in Intubationsnarkose mit Pentothal, Lachgas, Sauerstoff und FIuothan. Nach Er5ffnung des Kniegelenkes an der medialen Seite wurde die Patella nach lateral luxiert. Als ,,spezielle" Instrumente fiir die Gewinnung der Knorpeltransplantate und die Vorbereitung des Transplantatbettes wurden ein Schaber, ein Hohlmeil~el und eine Rundstanze (Innendurchmesser 6 ram) verwendet, die fiir diesen Zweek etwas umgeschliffen worden waren. Mit der Rundstanze wurde ein Knorpelareal entweder an der Patellagleitflgche des medialen Femurcondytus (unbelastete Zone) oder nach )/[eniscektomie am medialen Tibiaplateau (belastete Zone) oder an beiden Stellen angezeichnet. Diese Areale wurden mit dem HohlmeiBel exakt entknorpelt und dabei darauf geachtet, dab m6gliehst keine Blutung aus dem subchondralen Gewebe auftrat. Von Spendertieren (bei fremden Versuchen oder eigenen Nachuntersuchungen getStete Tiere sowie vice versa als Spender und Empfiinger dienende Tiere) wurde an korrespondierenden Stellen mit dem Schaber eine Knorpelplatte an der Knorpel-Knochen-Grenze entnommen und mit der Rundstanze exakt dem Knorpeldefekt des Empf~ngertieres angepagt. Die reinen Gelenkknorpeltransplantate wurden A. bei 10 Tieren mit einem Zyanoacrylatkleber (Histoacryl, Fa. :Braun, Melsungen) in den Defekt eingeklebt; ]3. bei 10 Tieren mit heterologem Fibrinogen (Kaninchen oder Mensch, :Pa. Immuno, Wien) wie von Matras et al. angegeben und yon Spiingler et al. modifiziert eingeklebt und das Kniegelenk mit einer AO-Platte in Funktionsstellung fiir 2 bis 3 Wochen ruhiggestellt; C. bei l0 Tieren wurde das Transplantat mit demselben Fibrinkleber eingeklebt und auf eine postoperative Ruhigstellung verzichtet. Naeh der Wundheilung wurden die Schafe auf das Hochschulgut der Vetering~rmedizinischen Universitgt Wien gebracht, wo sie die Zeit bis zur Nachuntersuchung ohne spezielle ]3ehandlung und Pflege verbrachten. Ein Teil der Tiere erhielt zur Markierung der Knochenneubildungsvorggngemehrmals 25 mg/kg KSrpergewicht Tetrazyklin (TerravenSs, Fa. Pfizer) intraven5s verabreicht. Die Nachuntersuchung erfolgte nach 2, 4, 8, t2, 16, 20, 24 und 28 Wochen. Nach T5tung der Tiere wurden die Transplantationsareale makroskopisch beurteilt, dann entnommen und in 40%igem Alkohol fixiert. Nach dem yon Schenk angegebenen Verfahren angefertigte nnd gefi~rbte unentkalkte Hartmikrotomschnitte wurden lichtmikroskopisch nnd zugleich hergestellte Diinnschliffe auch fluorescenzmikroskopisch untersucht. ]3ei der Gruppe C wurden Proben aus den Transplantationsarealen auch fiir eine elektronenmikroskopische Untersuchung entnommen.

Ergebnisse

1. Makroskopische Be]unde I n der Gruppe A v e r s t a r b 1 Tier i n t r a o p e r a t i v , 1 Tier wurde wegen eines P y a r t h r o s aus der B e w e r t u n g g e n o m m e n . Von den restlichen Tieren zeigten n u r 2 makroskopisch befriedigende R e s u l t a t e : 12 bzw. 20 W o c h e n n a c h der Verpfianzung waren die T r a n s p l a n t a t i o n s a r e a l e retropatellar u n d / o d e r im T i b i a p l a t e a u n i c h t oder n u r geringfiigig e i n g e s u n k e n u n d n i c h t y o n Bindegewebe iiberwachsen. I n 5 F£11en f a n d e n sieh 2 his 24 W o e h e n n a c h der T r a n s p l a n t a t i o n leere T r a n s p l a n t a t b e t t e n vor. I n den restlichen 3 Fg~llen w a r e n die T r a n s p l a n t a t e iiberwaehsen u n d vor allem V e r w a c h s u n g e n zwischen F e m u r u n d P a t e l l a e n t s t a n d e n . Der u m g e b e n d e K n o r p e l zeigte m e h r oder weniger ausgepr/~gte Degenerationserseheinungen. I n der Gruppe B k o n n t e n ebenfalls 1 Tier wegen eines Narkosezwischenfalles u n d 1 Tier wegen einer I n f e k t i o n n a e h der P l a t t e n e n t f e r n u n g n i c h t gewertet werden. V o n den restlichen 8 Tieren e r b r a c h t e n 2 ein positives Ergebnis, bei den iibrigen w a r e n die T r u n s p l a n t a t i o n s a r e a l e schon n a e h 2 W o c h e n y o n z a r t e n Binde-

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R. Pass! et al.

Abb. 1 a. Transplantationsbet, t an der Patellagleitfl~che des Femurs makroskopisch ohne ErSffnung subchondraler Gef~13ri~ume. b. Eingeklebtes Transplantat. c. Transplantat im Tibiaplateau naeh 8 Wochen. d. Eingeheiltes Transplantat nach 16 Wochen gewebsh/~uten iiberwachsen. Diese Verwachsungen 15sten sich offensichtlich nach der Remobilisierung und einem klinisch unauff~lligen Gangbild der Tiere nicht mehr, denn sie fanden sich auch noch 28 Wochen nach der Transplantation. Die Transplantate selbst schienen mehr oder weniger vollst~ndig aufgelSst, der i~brige Gelenkknorpel war stets schwer degenerativ ver/~ndert. I n der Gruppe C konnten alle 10 Tiere gewertet werden. Zweimal war das Ergebnis negativ: einmal war das Transplantat abgel6st und fand sich als freier GelenkskSrper, einmal mul3te infolge einer Patellareluxation nachoperiert werden, und in der Folge k a m es zu Verwachsungen und zur Resorption des Transplantates. Bei den restlichen Tieren waren nach 2 und 8 Wochen die Grenzen des Transplantates noch deutlich zu erkennen, w/~hrend bis zu 28 Wochen nach der Transplantation die eingepflanzten Knorpelseheibchen eingeheilt erschienen. I n 2 yon diesen F~llen waren die Transplantate geringfiigig eingesunken und hatten eine runzelige Oberfl/~che (Abb. i).

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¢1

b

Abb. 2 a u. b. Vorbereitetes, reines Gelenkknorpeltransplantat a. und Transplantatbett b. Fgrbung: Toluidinblau. Vergr61~erung: 25fach. Die Knorpelplatte ist frei yon verkMktem Knorpelgewebe an der Basis. Am Boden des Bettes sind Reste der verkMkten Knorpelschicht zu erkennen

2. Lichtmil~roslcopische Be]unde Die Untersuohungen yon vorbereiteten Transplantaten und Transplantatbetten ergaben, dal~ das Abheben der Knorpelplatten in allen Fgllen ziemlich exakt in der VerkMkungszone des Gelenkknorpels erfolgt war. Die Transplantate wiesen dementspreohend an ihrer Basis nut geringe oder keine Reste verkMkten K n o r p d gewebes auf (Abb. 2 a). Wghrend im retropatellaren Bereich das vorbereitete Bett meist d n e glatte Bodenflgche besa~ (Abb. 2 b), die in einzelnen Fgllen Mlerdings Gefg~- und M~rkrgume in der subchondrMen Knochenschicht er6ffnete, war der Boden des Bettes im Tibiaplateau stets buckelig ; die dicke subchondrMe Knochenschicht jedoch immer intakt. Allerdings wareu manehmM auoh Inseln yon basMem Knorpelgewebe stehengeblieben, vor Mlem in den g a n d z o n e n (Abb. 3). Bei den Transplantationsarealen wurden liehtmikroskopisch die Vitalitgt des Transplantates sowie Vergnderungen an Zdlen, Matrix und Oberflgche beurtdlt, weiters die VerkMkungs- und Verkn6cherungsvorggnge an der Basis, die Verbindung mit dem Gelenkknorpel des Transplantatbettes und sehliel~lieh der Zustand desselben in der Umgebung der TransplantationsareMe. Nuch 2 Woehen Verwefldauer unterschieden sich die makroskopiseh positiv beurteilten Transplantate weder bezfiglioh ihres ZellgehMtes noch der Struktur ihrer Matrix und des histoehemisehen VerhMtens der Polysaceharide yon dem urngebenden G d e n k k n o r p d . Sowohl hn retropatellaren Bereieh Ms auch im Tibiaplateau fund sich unterhMb der Transplantate ein gefgi3reiehes Bindegewebe, in

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t~. Passl et al.

Abb. 3. Transplantationsareal, 2 Wochen nach der Transplantation. F~rbung: Toluidinblau. VergrSl3erung: 25fach. Das Transplantat ist auf der linken Seite nicht optimal eingepa~t, da Knorpelreste am Bertrand stehengebliebensind

Abb. 4 a. Ausschnitt aus der Abbildung 3. F~rbung: Toluidinblau. Vergr6i3erung: 170fach. An der Basis des verpflanzten Knorpelstiickes liegt ein gef~13reiches Bindegewebe mit eingelagerten Plasmazellen und lymphoiden Zellen. An der Oberfl~iche des Knochengewebes des Lagers eine Anbauzone mit Osteoblasten (OBL). b. Korrespondierender Schliff zu dem Schnitt in Abbildung 3. Tetrazyklinfluorescenz. VergrSl3erung: 100fach. Tetrazyklinmarkierte Anbauzonen an der Oberfl~che (Pfeile) des Lagerknochengewebes. Ebenso Tetrazyklinmarkierung der basulen Knorpelschicht

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Abb. ,5, Transplantationsareal, 4 Wochen n~ch Transplantation. Schliff; Tetrazyklinfluorescenz. VergrSgerung: 25fach. Unterhalb des verpflanzten Knorpelstiickes finder sieh diffus tetrazyklinmarkiertes, neugebildetes Knoehengewebe

dem reichlieh lyml0hoide Rundzellen und Plasmazellen nachweisbar waren (Abb. 4a). Zwisehen dem Transplantat und dem Gelenkknorpel des Bettes bestand in einem Tell der F£11e nut ein etwa 10--30 B breiter Spalt, wghrend beim anderen Teil Niveauuntersehiede und breitere Spalten gefunden wurden, in denen sieh ebenfalls Bindegewebe befand. Fluoreseenzmikroskopiseh konnte eine Tetrazyklinmarkierung sowohl in den basalen Knorpelsehiehten der Transplantate als aueh an der Oberfl/~ehe des kn6ehernen Bettes nachgewiesen werden (Abb. 4b). I n Dtinnsehnitten waren entspreehend Knoehenanbauzonen mit osteoblastenbedeckten Osteoids/tumen zu sehen. Naeh 4 Woehen war bere~ts stellenweise eine neugebildete kn6eherne Vereinigung der Basis des Transplantates mit dem Knoehengewebe des Bettes zu erkenhen (Abb. 5). Die mehrmalige Tetrazyklinmarkierung hinterliel3 aueh gelb-fluorescierende Linien in den basalen Sehiehten des transplantierten und des umgebenden Gelenkknorpels. Der transplantierte Knorpel ersehien im Vergleieh unver/~ndert. Am Rand des Bettes und des Transplantates fanden sieh eharakteristisehe, kugelfSrmige Knorpelzellgruppen. I n 1 Fall wurde neben d e r n u r mehr spSMiehen Rundzellinfiltration unterhalb des Transplantates ein regelreehter Lymphfollikel mit Reaktionszentrum in den subehondralen Markr/tumen beobaehtet, die normalerweise vorwiegend F e t t m a r k enthMten.

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I~. Passl et al.

Abb. 6. Transplantationsareal, 16 Wochen nach der Transplantation. Fgrbung: modifizierter Kalknachweis nach Krutsay, Methylgrfin-Pyronin. VergrSgerung: 25fach. An der Basis des transplantierten Knorpels hat sich eine durchgehende Verkalkungszone und eine knScherne Vereinigung mit Lagerknochengewebe gebildet

Bis 12 Woehen nach der Transplantation hatte sich in allen positiven F£11en wieder eine durchgehend verkn6cherte subchondrale Verbindung ausgebildet, die in den meisten F/illen im selben Niveau verlief wie die subchondrale Knochenschicht des pr/~existenten Gelenkknorpels (Abb. 6). I n 1 Fall erschien der transplantierte Gelenkknorpel allerdings diinner und die Verkn6cherung im Transplantatbereich daher oberfl/ichenn~iher, in anderen F/~llen wurden Wucherungen des Knorpelgewebes in tiefere Schichten der subchondralen Spongiosa beobachtet. W/~hrend in den F/illen, in denen mit Fibrinogen geklebt worden war, keine cellul/ire Reaktion mehr gesehen wurde, fanden sich Reste des Zyanoacrylatklebers als von Fremdk6rpergranulationsgewebe umgebene Klumpen in der subchondralen Knochenschicht. Das transplantierte Knorpelgewebe selbst verhielt sich zum umgebenden Knorpel in zweierlei Weise: entweder war der Spalt zwischen beiden noch zu erkennen, und beiderseits fanden sich die schon beschriebenen Knorpelzellgruppen (Abb. 7a); oder es war eine ungeordnete Zellvermehrung und ein Hervortreten der Faserstrukturen in den Transplantaten zu beobachten. In diesen F/~llen war es stets zu einem nahtlosen Verschmelzen zwischen den Knorpelplatten des Transplantates und des Bettes gekommen (Abb. 7 b). Polarisationsoptisch litBen sieh kontinuierliche Kollagenfaserziige darstellen. Bis zu einer Verweildauer yon 28 Woehen konnten Resultate beobaehtet werden, die mit den bisher besehriebenen iibereinstimmten. Makroskopisch etwas eingesunkene und runzelige Transplantate erwiesen sieh liehtmikroskol0isch als vital, zeigten aber wiederum eine Zellvermehrung und eine Degradation der Knorpelgrundsubstanz. I-Iistoehemisch liegen sich aueh um die Knorpelzellen in den basalen Sehiehten der Transplantate saure Mucopolysaccharidverbindungen darstellen.

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Abb. 7 a. l~echte Randzone des Transplantates aus Abbildung 6. F~rbung: Trichrom-Goldner. VergrSBerung: 50fach. Transplantat- (links) und Lagerknorpel (rechts) liegen nut dicht aneinander. In beiden Randzonen Knorpelzell-Cluster (V). b. Randzone eines Transplantates, 28 Wochen nach der Transplantation. Fgrbung: Trichrom-Goldner. VergrSgerung: 50fach. Transplantat- (links) und Lagerknorpel (reehts) scheinen nahtlos verschmolzen. Zu beachten ist die Zell- und Faserstruktur im Transplantat Bei den negativen Resultaten waren zwei Formen zu unterseheiden : i '~"~':-:~ ~, ~::: "~~i ~ 1. Die eine zeigte nach dem AblSsen des Transplantates eine Knochenwunde mit Knochenneubildung und war gefii]lt mit reparativem Granulationsgewebe, in dem sich in den Fg~llen der Gruppe A l~este des Zyanoacrylatklebers fanden. Nach 12--16 Wochen waren in diesem Granulationsgewebe stellenweise vermehrt saure Polysaccharidverbindungen und knorpel~hnliche Zellen nachweisbar. 2. Bei der anderen Form iiberdeekte das Granulationsgewebe auch die noch in situ befindlichen Transplantate und fiillte die meist sehr breiten Spaltr/~ume zwisehen dem umgebenden Knorpelgewebe. I n den Transplantaten waren zellfreie Areale mit nur blag anf/~rbbarer Grundsubstanz neben Gef£geinsprossungen zu sehen, die entweder yon basal her oder yon der iiberdeckenden Gewebsschicht eingedrungen waren. Der das Transplantat umgebende Gelenkknorpel zeigte ebenfalls Degenerationserscheinungen und Resorption durch Gefgl3invasion sowie einen lJberzug aus Granulationsgewebe.

3. ElelctronenmikroJcopische Be/unde Die nur bei den erfolgreichen Transplantationen der Gruppe C durchgeftihrten elektronenmikroskopischen Untersuchungen best£tigten die lichtmikroskopischen

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R. Passl et al.

Abb. 8. Knorpelzelle aus dem Transplantat nach 28 Wochen (aus Abbildung 7b). Kontrastierung: Uranylacetat-Bleicitrat. VergrSBerung: 7500fach. Ergastoplasma (ER) und Golgifeld (G) sind wohl entwickelt, doch sind die Kollagenfibrillen (KF) in der Matrix deutlich sichtbar

Ergebnisse. I m Vergleich mit den Knorpelzellen des Transplantatbettes waren die Zellen im Transplantat nieht wesentlich ver/tndert. In der Matrix waren in F/~llen, die liehtmikroskopisch ein Hervortreten der Faserstrukturen gezeigt hatten, die Kollagenfibrillen ebenfalls deutlieh sichtbar (Abb. 8). Hierzu ist jedoch zu bemerken, dab auch im Gelenkknorpel des Tibiaplateaus neben den Transplantationsarealen sowie in aus nieht operierten Gelenken entnommenen Proben dieses Bereiches verst/~rkte Fibrillenstrukturen beobachtet werden konnten.

Diskussion

Die negativen Erfahrungen anderer Autoren mit der isolierten Gelenkknorpeltransplantation kSnnen durch die allgemein angenommene fehlende Einheilung reiner Gelenkknorpeltransplantate allein nieht befriedigend erkl/~rt werden, da neuere Erkenntnisse der Knorpelbiologie gerade dieses Gewebe als besonders geeignet fiir eine Verpflanzung erscheinen lassen. Das hyaline Knorpelgewebe wird nach WachstumsabschluB haupts~chlich yon der Synovia her ern/~hrt and scheint vom subchondralen Gef/iBanschluI~ unabh/~ngig zu sein. Daher so]lten Ern/thrungsprobleme als Ursache ftir Degenerationserscheinungen am transplantierten Knor-

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pel keine entscheidende 13edeutung haben. Eine immunologisehe Abstogung kann nieht angenommen werden, da die Knorpelgrundsubstanz nur gering antigen wirksam ist und die Chondroeyten als Haupttr/~ger antigener Eigensehaften dureh die Knorpelmatrix, die wie eine natiirliehe Diffusionskammer wirkt, gegen eellul/~re wie hnmorale Abwehr gesehiitzt sind (Campbell et al. ; Chesterman). Eine wirksame immunologisehe Abwehrreaktion ist vielmehr bei der iibliehen KnorpelKnoehen-Transplantation zu erwarten, da homologer Knoehen eine wesentlieh gr613ere antigene Wirkung aufweist (13urwell et al. ; Curtis u. Herndon) and zus/itzlieh wegen des fehlenden Gef/~Bansehlusses meist resorbiert werden mug. Die dadureh provozierte 13indegewebsbildung k6nnte die Resorption des gesamten Transplantates einleiten. Die Griinde fiir die Ablehnung reiner Knorpeltransplanration miissen daher in der Sehwierigkeit der Transplantatentnahme und der mangelnden Fixationsm6gliehkeit im Empf/ingergewebe gesucht werden. Dureh die Entwieklung eines relativ einfaehen Instrumentariums konnten wir eine Knorpelentnahme ohne subehondrale Knoehensehieht erreiehen. Wir sind uns jedoeh bewuftt, dab diese Teehnik trotz bei}iedigender Ergebnisse eine meehanisehe Seh/tdigung des entnommenen Knorpelgewebes im mikroskopisehen Bereieh bringt und einer wesentliehen Verfeinerung bedarf, um aueh gr6gere Knorpelareale verpflanzen zu k6nnen, was in Hinbliek auf die Verwendung beim Mensehen yon entseheidender 13edeutung wgre. Die angefiihrte Gruppeneinteilung unserer Versnehsreihe ergab sieh aus den zur Zeit bekannten Methoden der Gewebeklebung. Die in Gruppe A angewendete Transplantatfixation mit Zyanoaerylat braehte keine brauehbaren Erfolge, so daft einerseits doeh eine Sehgdigung der basalen Sehiehten des Transplantates dutch den Klebstoff angenommen werden muftte (Kulkari et al.), andererseits dureh das an der Basis entstehende FremdkSrpergranulationsgewebe eine regelreehte bindegewebige und in der Folge kn6eherne Einheilung hintangehalten wird. Naeh eigenen Untersuehungen am Katzenmyokard ist Histoaeryl aueh naeh 10 Woehen in der Menge unvergndert naehweisbar und yon Fremdk6rperbindegewebe umseheidet (Weissenhofer u. Passl). Retrospektiv ist daher die grofte Anzahl der abgelSsten Transplantate bei dieser Klebemethode nieht iiberrasehend. Die Abl6sung erfolgte in den iiberpriiften F/tllen ziemlieh genau zum Zeitpunkt der geringsten Festigkeit der Klebung (Rathert u. Poser) naeh 1 Woehe. Xhnliehe negative Erfahrungen fiihrten zur Entwieklung eines Gewebeklebers auf biologiseher Basis (Matras et al.). Da die meehanisehe Belastbarkeit einer derartigen Klebung und der Einfluft der Gelenksfliissigkeit darauf nieht bekannt war, wurde in Gruppe 13 das Kniegelenk durch stabiles Osteosynthesematerial ruhiggestellt. In fast allen Fgllen kam es dadureh zu trophischen St6rungen im Gelenkknorpel nnd einer Bindegewebsreaktion, deren Ausmaft nach nur 3w6chiger Ruhigstellung unsere Erwartungen weir iibertraf. Die Zerst6rung war betr/tehtlieher als die bei anderen Autoren besehriebenen Reaktionen, bedingt dureh das Fehlen der weehselnden Druckbelastung des Knorpels and der Synoviaumwglzung (Fiala u. 13artos; Salter u. Field; Waleher u. Stfirz). Diese Vergnderungen im gesamten Kniegelenksbereieh waren irreversibel und wiesen trotz erfolgter l~emobilisation eine Tendenz zur Versehlechterung anf, was bei Untersnehungen bis zu 28 Woehen naeh Transplantation festgestellt werden konnte. Die aus unseren in der Einleitung angeftihrten theoretisehen Uberlegungen erwarteten positiven Ergebnisse reiner homologer

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]~. Passl et al.

Gelenkknorpeltransplantation traten erst in Gruppe C bei Fibrinklebung mit Verzicht auf eine postoperative guhigstellung ein. Daher kSnnen wir die derzeit herrschende Meinung, dab reiner Gelenkknorpel zur festen Einheilung eine knScherne Basis benStigt (Hesse et al. ; Otte; Pap u. Krompecher), nicht best/~tigen. Die bindegewebige Einheilung und nachfolgende VerknScherung der Transplantatbasis geht offensichtlich so raseh vor sich, dab die passagere Fixierung mit dem Fibrinldeber geniigt, wie wir schon in einer frfiheren Mitteilung (Passl et al.) betonen konnten. Nach Untersuehungen yon Urist u. Adams bilden die tiefen Sehichten eines transplantierten Ge]enkknorpels Knoehen, wS~hrend bei Transplantation der germinativen Oberfl/iehe fibrSses Bindegewebe entsteht. Auf diese Weise kSnnten auch unsere Ergebnisse erkl/~rt werden. Da die knSeherne Einheilung nur fiber eine enchondrale Knoehenneubildung erfolgen kann und der Transplantatknorpel in der fiberwiegenden Anzahl der F~lle in gleieher Dicke erhalten blieb, scheint best/~tigt, dab der Knorpel zur Basis hin w/~chst (Otte). Inwieweit dies yon den noch offenen Epiphysenfugen abh/~ngig ist, l~Bt sich aus den bisherigen Versuchen nicht beurteilen. Benum beriehtete fiber ann/~hernd vergleiehbare Ergebnisse nach Verpflanzung yon autologen apophysgren Knorpel-Knochen-Transplantaten mit noch aktiver Wachstumszone. Bei einigen Praparaten konnte liehtmikroskopisch eine bei der Bettpr/~paration entstandene ErSffnung yon subchondralen Markrgumen gesehen werden. Wir halten dies fiir eine knScherne Einheilung jedoeh nicht notwendig, da diese auch dann stattfand (zum Beispiel am Tibiaplateau), wenn die ErSffnung yon GefS,Br/~umen nieht eingetreten war. Da wir nach erfolgloser Transplantation ~hnliche Beobaehtungen maehen konnten wie Calandruecio u. Gilmer, die eine StSrung der Knorpelregeneration durch fibersehieBendes Bindegewebswachstum yon der Basis eines bis in die Subehondralregion reichenden Knorpeldefektes fanden, war die Er6ffnung subchondraler Gef/~Braume yon uns a priori nieht erwfinscht. Bei exakter Einpassung des Transplantates konnten wir jedoch aueh naeh ErSffnung des subehondralen Knoehens ein aggressives Bindegewebswaehstums nie sehen. Die Klebung mit hochkonzentriertem heterologen Fibrinogen kann eine cellu1/~re Immunreaktion hervorrufen (Braun et al.), was in unseren Pr/~paraten bis zu 6 Wochen naeh Transplantation naehweisbar war. Da bei der Klebung mit Zyanoacrylat Plasmazellansammlungen an der Basis des Transplantates fehlten, kann dies nicht auf die Implantation homologen Knorpelgewebes zuriickzuffihren sein. Eine Schgdigung des Transplantates dureh diese Vorggnge erachten wir aber ffir unwahrscheinlicher als die yon Lack u. Rogers beschriebene Plasminwirkung, die nach erfolgter Klebung eintreten kSnnte, wenn sie nieht durch den natiirlichen Antiplasmingehalt der Synovialfifissigkeit bzw. dureh Verabreichung eines Proteinaseninhibitors abgeblockt werden kann. Bei unserer Versuehsreihe konnten wir die yon Hesse et al. gefundene Differenz zwischen lieht- and elektronenoptischen Befunden nicht bestgtigt bekommen. Unsere lichtmikroskopischen Ergebnisse stimmten in bezug auf die Vitalit~t der Knorpelzellen und der vermehrten Faserstruktur der Grundsubstanz voll mit den im Elektronenmikroskop erhobenen Befunden fiberein. Fest eingeheilter Knorpel zeigt sich auch nach 7 Monaten noeh vital, obwohl gewisse Degenerationserscheinungen nicht zu fibersehen sind. Unsere giinstigen Ergebnisse bei homologer Knorpeltransplantation ffihren wir nicht nur auf die Vermeidung der Konservie-

Die homologe reine Gelenkknorpeltransplantationim Tierexperiment

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rung, s o n d e r n vor allem aueh a u f die fehlende Mitverpflanzung v o n homologem K n o e h e n g e w e b e zurtiek. Als H a u p t e r g e b n i s unserer U n t e r s u e h u n g e n b e t r a e h t e n wir aber den Naehweis, dab eine k n 6 e h e r n e E i n h e i l u n g h y a l i n e r Knorpelstiieke aueh ohne subehondrMe K n o e h e n s e h i e h t m6glieh ist, w e n n eine exakte T r a n s p l a n t a t e i n p a s s u n g erzielt werden k a n n u n d die F i x i e r u n g passager m i t einem biologisehen Kleber erfolgt.

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Eingegangen am 7. April 1976