Knorpelzelltransplantation

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Die autologe Knorpelzelltransplantation

Autologe Chondrozyten-Transplantation (ACT)

Seit über 20 Jahren wird die Transplantation eigener Knorpelzellen (Autologe Chondrozyten-Transplantation) erfolgreich zur Rekonstruktion des Knorpels, vor allem bei traumatischen Defekten oder bei Osteochondrosis Dissecans, eingesetzt. Besonders bei Defekten über 4 cm2 ist dieses Verfahren den bereits beschriebenen überlegen.

Hierbei werden gesunde Knorpelzellen aus einem unbelasteten Kniegelenkanteil entnommen, welche anschließend in einem Labor vermehrt und in Form eines Transplantates dem Arzt zurückgegeben werden. Diese Zellen werden in einem zweiten Eingriff dann in den Defekt eingesetzt. Die neue Generation der ACT verwendet ein Trägermaterial (Matrix) für die Zellen, das schneller, einfacher und gewebeschonender transplantiert werden kann. Der genaue Ablauf einer trägergekoppelten ACT wird im Folgenden erläutert.

Matrixgestützte autologe Knorpelzelltransplantation (MACT)

Matrixgebundene Knorpelzelltransplantation mit einer Kollagen-Trägermatrix

MACT mit einer Kollagen-Trägermatrix

Die matrixgestützte autologe Chondrozytentransplantation (MACT) ist eine innovative Behandlung für vollschichtige Knorpelschäden. Hierbei wird dem Patienten im Rahmen einer Kniegelenksspiegelung (Arthroskopie) eine kleine Menge Knorpel mit dem eigens dafür ausgerichteten Instrumentarium aus einem nicht belasteten Gelenkanteil entnommen.

Im hochmodernen Reinraum des Speziallabors werden die Knorpelzellen (Chondrozyten) aus der Knorpelsubstanz herausgelöst und mit Hilfe eines homologen Serums nach einem speziell entwickelten Verfahren ohne Zusatz von antibiotischen oder antimykotischen Mitteln vermehrt. Nachdem die notwendige Zellzahl erreicht ist, werden die Knorpelzellen in eine spezielle dreidimensionale Matrix (Trägermaterial) eingebracht, die der ursprünglichen biologischen Zellumgebung im Knorpel weitgehend entspricht. Dort beginnen die Zellen bereits mit der Produktion neuer Knorpelgrundsubstanz.

Bevor das Knorpelzelltransplantat nach genau 3 Wochen zur Transplantation an das Krankenhaus ausgeliefert wird, erfolgt unter Verwendung modernster Analyseverfahren eine Kontrolle der Vitalität, Sterilität und der Fähigkeit der Knorpelzellen, neuen Knorpel zu bilden. Dieses Produkt wird dann in einem zweiten Eingriff minimal-invasiv in den Knorpeldefekt transplantiert.

Die matrixgestützte 3D-ACT verläuft damit im wesentlichen in drei Schritten:

Matrixgebundene Knorpelzelltransplantation mit einem injizierbaren Hydrogel

MACT mit einem injizierbaren Hydrogel

Hiermitsteht ein weiteres neues und innovatives Verfahren für die matrixgestützte autologe Chondrozytentransplantation (MACT) zur Verfügung. Auch hier wird zunächst im Rahmen einer Kniegelenksspiegelung (Arthroskopie) eine kleine Menge Knorpel mit dem eigens dafür ausgerichteten Instrumentarium aus einem nicht belasteten Gelenkanteil entnommen.

Im hochmodernen Reinraum des Speziallabors werden die Knorpelzellen (Chondrozyten) aus der Knorpelsubstanz herausgelöst und mit Hilfe eines homologen Serums nach einem speziell entwickelten Verfahren ohne Zusatz von antibiotischen oder antimykotischen Mitteln vermehrt. Nachdem die notwendige Zellzahl erreicht ist, werden die Knorpelzellen in ein injezierbares Hydrogel eingebracht, welches erst nach der Injektion aushärtet.

Bevor das Knorpelzelltransplantat nach genau 3 Wochen zur Transplantation an das Krankenhaus ausgeliefert wird, erfolgt unter Verwendung modernster Analyseverfahren eine Kontrolle der Vitalität, Sterilität und der Fähigkeit der Knorpelzellen, neuen Knorpel zu bilden. Dieses Produkt wird dann in einem zweiten Eingriff minimalinvasiv in den Knorpeldefekt transplantiert.
Mit dem Transplantat auf Basis eines Hydrogels als Trägermatrix können Niveau und Höhe des Transplantates beliebig eingestellt werden. Eine gleichmäßige Verteilung der Knorpelzellen sowie eine antientzündliche Wirkung sind weitere Besonderheiten. Das Hydrogel wird ohne Rückstände resorbiert.

Biologische Aufgabe des Knorpelzell-Transplantates

Hyaliner Knorpel, so wie er im gesunden Kniegelenk vorkommt, besitzt keine direkte Nerven- oder Gefäßversorgung. Seine Ernährung erfolgt hauptsächlich über längere Diffusionsstrecken hinweg aus der Gelenkflüssigkeit des Gelenkinnenraums. 

Autologes Knorpelzelltransplantat

Die einzelnen, hochspezialisierten Knorpelzellen sind in der kompakten Matrixstruktur des Knorpels weitgehend „eingemauert” und dadurch immobilisiert. Darüber hinaus besitzt der zellarme Gelenkknorpel keinen direkten Zugang zu gewebespezifischen regenerativen Zellpopulationen. Nach seiner Verletzung kann daher kein neuer Knorpel gebildet werden, wodurch eine Defektauffüllung ausbleibt.

Die wesentliche biologische Aufgabe der autologen Knorpelzelltransplantation ist es, diesen fehlenden Teilschritt der Heilung zu kompensieren. Die transplantierten Zellen müssen also in der Lage sein, das bestehende Defektareal in vitalem, d. h. lebendem Zustand zu besiedeln, um anschließend durch die Synthese und Sekretion knorpelspezifischer Proteine den Defekt schrittweise mit biomechanisch hochwertiger Knorpelgrundsubstanz wieder aufzubauen.

Herstellung des Transplantates

Ein hochwertiges Knorpelzelltransplantat muss hohe Qualitätskriterien erfüllen, um das gewünschte klinische Ergebnis zu gewährleisten. Die Knorpelzelltransplantate der Tetec AG erfüllen die erforderlichen Qualitätskriterien in vollem Umfang. 

Die Zellzüchtung erfolgt in modernsten Labor- und Reinräumen

Züchtung der Knorpelzellen

Im ersten Schritt werden die einzelnen Knorpelzellen mit Hilfe von Enzymen aus dem Ihnen entnommenen Knorpelanteil befreit und in eine zweidimensionale Kultur überführt. Es werden nur Knorpelzellen aus dieser ersten Kultur, der sogenannten Primärkultur, zur Züchtung weiterer Zellen verwendet.

Im Gegensatz zu vielen anderen Anbietern werden die Knorpelzellen im Anschluss an diese Primärkultur nicht in Subkulturen aufgeteilt. Dies ist von wesentlicher Bedeutung für die Zellqualität, da die Knorpelzellen mit jeder Teilung ihre knorpeltypischen Eigenschaften verlieren. Dieser auch als Dedifferenzierung bezeichnete Vorgang würde zu einem minderwertigen Transplantat führen. Ein minderwertiges Transplantat könnte seine Aufgabe, die biologische Rekonstruktion von Knorpel, allerdings nur unzulänglich erfüllen.

Herstellung des Knorpelzelltransplantates

Vor der Auslieferung werden die gezüchteten Knorpelzellen auf eine dreidimensionale Trägermatrix gebracht. Dieses Trägermaterial besteht aus einer speziellen Membran und einer darunter liegenden schwammartigen Schicht mit zur Oberfläche hin säulenartig angeordneten Poren. Membran und Schwamm sind fest miteinander verbunden. Die feste Membran erlaubt es, auch Knorpeldefekte ohne eine unverletzte Knorpelschulter, d. h. ohne Reste gesunden Knorpels, zu versorgen. Außerdem verhindert die Membran das Eindringen von anderen Zellen aus dem Gelenkraum.Der speziell für menschliche Knorpelzellen entwickelte Schwamm besitzt eine ineinander greifende Porenstruktur mit definierter Porengröße. Dadurch verteilen sich die Zellen im Schwamm gleichmäßig dreidimensional, ähnlich der Zellverteilung im gesunden Knorpel des Kniegelenkes.

Das von der TETEC® AG entwickelte neuartige Isolations- und Kultivierungsverfahren ermöglicht die Anzucht von körpereigenen Knorpelzellen auf hohem Niveau, ohne dass für den Patienten riskante gentechnische Verfahren eingesetzt werden müssen. Außerdem trägt die kurze Kultivierungsdauer zur hohen Produktqualität bei und ermöglicht eine exakte Vorausplanung der OP-Termine.

Sicherheits- und Qualitätsprüfung

Das Transplantat wird für jeden Patienten individuell und nach dem neuesten Stand von Wissenschaft und Technik hergestellt.

Die Transplantatherstellung erfolgt bis hin zum versandfertigen Produkt in einer reinraumtechnologischen Anlage mit einem Isolator, der die Anforderungen der Reinraumklasse A erfüllt. Damit ist ein höchstmöglicher Infektionsschutz, bspw. gegen Bakterien oder Pilze, gegeben. Alle Herstellungsschritte erfolgen in standardisierter Weise und werden kontinuierlich überprüft und dokumentiert.

Qualitätsprüfung von Knorpelzellen und Transplantat

Während des gesamten Herstellungsprozesses werden mehrfach Sterilitätskontrollen durchgeführt. Die hohe zell- und molekularbiologische Transplantatqualität wird mit modernster Analysetechnik unmittelbar vor dem Rückversand des Transplantates zur Klinik überprüft. Es werden zu jedem Transplantat detaillierte Verlaufsprotokolle mit abschließendem Ausgangsprüfbericht über die erhobenen Sterilitätsuntersuchungen sowie zell- und molekularbiologischen Analysen angefertigt.

Jeder Anwender von Knorpelzelltransplantaten der Tetec AG erhält mit dem Produkt auch einen Ausgangsprüfbericht. Der Ausgangsprüfbericht enthält, neben Angaben zur geprüften Sterilität, auch detaillierte Informationen über die hohe Zellvitalität und dokumentiert so die hervorragende Qualität Ihres Transplantates.

Operativer Eingriff am Beispiel der autologen Knorpelzelltransplantation

Knorpelentnahme

In einem ersten Eingriff, meist einer diagnostischen Kniegelenksspiegelung (Arthroskopie), wird Ihnen zunächst Blut sowie eine kleine Menge Knorpel aus einem nicht belasteten Gelenkanteil, z. B. der interkondylären Notch, entnommen. Beides wird in speziellen Transportgefäßen steril verpackt und in das Labor der TETEC® AG nach Reutlingen überführt, wo daraus Ihr individuelles Knorpelzelltransplantat hergestellt wird.

Die Herstellungszeit dauert genau drei Wochen, damit wird der OP-Termin für die Transplantation bereits bei Entnahme der Knorpelbiopsie festgelegt. Rechtzeitig zum vereinbarten Transplantationstermin wird Ihr Knorpelzelltransplantat dann in die Klinik geschickt. Ihr behandelnder Arzt wird selbstverständlich davor nochmals Kontakt mit Ihnen aufnehmen, um den vereinbarten Transplantationstermin endgültig zu bestätigen.

Transplantation

Drei Wochen nach der Entnahmearthroskopie wird Ihnen das eigens für Sie hergestellte Transplantat im Rahmen eines kurzen stationären Krankenhausaufenthaltes eingesetzt.

Dies geschieht in einer minimal-invasiven, gewebeschonenden Operation von knapp 45 Minuten. Nach einem kleinen, ca. 4-5 cm langen Hautschnitt wird der Defektbereich von geschädigtem Knorpel befreit. Das Transplantat wird entsprechend der Defektform passgenau zugeschnitten und in den Defekt hineingelegt. Die Besonderheit der verwendeten Matrix kommt nun zum Tragen – die Knorpelzellen werden in der schwammartigen Matrix in den Defekt gelegt und durch die fest verbundene, abdeckende Membran im Defekt gehalten und gegenüber dem Gelenk geschützt. Das Implantat wird je nach den anatomischen Erfordernissen entweder mit sich auflösendem Nahtmaterial eingenäht oder mit kleinen, sich ebenfalls abbaubaren Ankerstiften fixiert.

In den kommenden Wochen und Monaten produzieren die Knorpelzellen weiter neues Knorpelgewebe. Die Reifung dieses Gewebes dauert etwa 12 Monate – dann ist in vielen Fällen wieder ein hyalinartiger Knorpel entstanden. Das für die Transplantation verwendete Trägermaterial, das Nahtmaterial oder die Minipins lösen sich im Gelenk im Laufe mehrerer Wochen vollständig auf.

Fernsehbeitrag

Autologe Knorpelzelltransplantation

Ein Bericht vom Schweizer Radio und Fernsehen „Gesundheit heute“.

Nach der Operation

Die postoperative Nachbehandlung wird vor allem von der anatomischen Lage des Defektes im Gelenk bestimmt. Dabei werden zwei grundsätzliche Möglichkeiten unterschieden: Defekte, die sich in der Hauptbelastungszone des Gelenkes befinden und Defekte, die sich an der Kniescheibe oder an deren korrespondierender Gelenkfläche befinden.

Das Nachbehandlungsschema* gestaltet sich damit in Abhängigkeit von der Lokalisation des behandelten Knorpelschadens:

* Empfehlungen der Fachgesellschaften für Unfallchirurgie (DGU) und Orthopädie (DGOOC).

Knorpeldefekte in den unterschiedlichen Belastungszonen im Kniegelenk

Defekte in der Hauptbelastungszone

Unmittelbar postoperativ

  • 48 Stunden Bettruhe
  • Gelenk nicht durchbewegen

Nach 48 Stunden

  • Drainagen werden entfernt
  • Mobilisierung des Gelenkes
  • Mind. 2 x täglich für 1 Stunde Bewegungsschiene (CPM)

Für 6 Wochen

  • Entlastung durch Gehstützen
  • Teilbelastung des Kniegelenkes mit 10-20 kg Körpergewicht
  • Freie Beweglichkeit des Kniegelenkes
  • Begleitende physiotherapeutische Maßnahmen

Nach 6 Wochen

  • Schrittweiser Belastungsaufbau um
  • 30 kg alle 2 Wochen bis zur Vollbelastung

Defekte an der Kniescheibe und im Gleitlager

Unmittelbar postoperativ

  • 48 Stunden Bettruhe
  • Gelenk nicht durchbewegen

Nach 48 Stunden

  • Drainagen werden entfernt
  • Mobilisierung des Gelenkes
  • IROM-Schiene mit Beugelimitierung auf 30°

Für 6 Wochen

  • Bis max. 20 kg Teilbelastung der operierten Extremität für 1 Woche
  • Ab der 2. Woche ist Vollbelastung erlaubt
  • Weiterhin Limitierung der Beugung auf 30°

Nach 6 Wochen

  • Alle 2 Wochen Steigerung der Beugung um 30°
  • Entfernung der IROM-Schiene bei Erreichen von 90° Beugung

Der Knorpel muss an der Stelle einheilen, an der der Schaden war und dann seine optimale Eigenschaften als Puffer für das Gelenk entwickeln. Dabei ist eine schrittweise muskuläre Stabilisierung des Gelenkes extrem wichtig und kann eine längere Zeit in Anspruch nehmen.

Jeder Mensch reagiert anders auf einen operativen Eingriff. Die hier aufgeführten Punkte entsprechen keiner Generalempfehlung und können von Patient zu Patient abweichen. Entsprechend wird Ihr Arzt das für Sie optimale Nachbehandlungsprogramm ausarbeiten. Bei weiteren Fragen sprechen Sie bitte Ihren betreuenden Arzt direkt an.

Nachuntersuchungen

Für einen langfristigen Erfolg sollten in regelmäßigen Abständen Nachkontrollen stattfinden. Neben der klinischen Nachuntersuchung wird in Anlehnung an die ärztlichen Fachgesellschaften zur Kontrolle der Defektregeneration die Durchführung einer MRT-Untersuchung ein Jahr nach durchgeführter Transplantation empfohlen.

Sport

Nach Erreichen der Vollbelastung bzw. Erreichen von 90° Beugung kann moderater Ausdauersport, wie zum Beispiel Schwimmen, Radfahren oder Nordic-Walking wieder aufgenommen werden. Auch Muskelaufbau durch isometrisches Training ist erlaubt. Jedoch sollte in jedem Fall auf ein langsames Aufbautraining geachtet werden und in den ersten 12 Monaten nach dem Eingriff sportliche Aktivitäten nur gering dosiert ausgeübt werden, da die Knorpelregeneration so lange dauert.

Gerade Stoßbelastungen und Belastungen, die ruckartig und in schnellen wiederkehrenden Zyklen auftreten, sollten Sie weiterhin vermeiden, um den Erfolg der Operation nicht zu gefährden. Daher werden Sprung- und Laufsportarten sowie andere Sportarten mit Stoß- und Sturzrisiko erst nach einem Jahr empfohlen.

Aesculap AG
Am Aesculap-Platz
78532 Tuttlingen
Deutschland