Vergleich des Knorpelregenerates über degradablen Magnesiumschwämmen mit einer osteocartilaginären Umkehrplastik sowie einer Leerbohrung im Kaninchenmodell

In der vorliegenden Arbeit sollte überprüft werden, ob sich subchondral eingebrachte Magnesiumschwämme als Chondrozytenträgermaterialien in Knorpel-Knochen-Defekten zur Verbesserung der Knorpelregeneration eignen. Im Rahmen dieser Fragestellung wurde die Knorpelregeneration über einem Magensiumschwamm mit der Knorpelregeneration über einer osteochondralen Umkehrplastik und der natürlichen Heilung in einem Leerdefekt makroskopisch, biomechanisch und histologisch verglichen. Insbesondere die Abhängigkeit der Knorpelregeneration von der biomechanisch stabilen Unterbauung  des Knorpeldefektes wurde überprüft. Insgesamt wurden 26 Kaninchen in die Untersuchung einbezogen. Für die Untersuchung wurden artifizielle Knorpel-Knochendefekte im medialen Femurkondylus gesetzt, die auf subchondralem Niveau mit einem Magnesiumschwamm aus einer AZ91-Legierung (rechtes Knie) oder mit einer osteochondralen Umkehrplastik (linkes Knie) aufgefüllt wurden. Der Entnahmedefekt der Umkehrplastik verblieb als Kontrolle der natürlichen Heilung leer. Die Knorpelregenerate wurden nach postoperativen Beobachtungszeiträumen von drei Monaten (13 Tiere) und sechs Monaten (13 Tiere) makroskopisch, biomechanisch und histologisch beurteilt. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigten, dass der eingesetzte Magnesiumschwamm die Knorpelregeneration nicht verbessern konnte. Die erwartete biomechanische Stabilität der subchondralen Knochenplatte durch das Implantat bis zum knöchernen Ersatz war nicht gegeben. Zu schnell einsetzende Korrosion und Degradation führten sogar zu einer Behinderung der knöchernen und knorpeligen Regeneration im Defektbereich durch die anfallenden Korrosionsprodukte. Makroskopisch war über dem Magnesiumimplantat sowohl nach drei als auch nach sechs Monaten lediglich in Teilbereichen des Defektes Ersatzgewebe vorhanden, histologisch zeigte sich signifikant schlechtere knöcherne Unterbauung des Defektbereiches sowie das Fehlen von hyalinartigem Knorpel. Der Defektbereich über dem Magnesiumimplantat enthielt sowohl nach drei als auch nach sechs Monaten signifikant weniger Kollagen vom Typ II als der Leerdefekt und der Defekt über der Umkehrplastik. Dass eine gute knöcherne Unterbauung positive Auswirkungen auf die Qualität des Knorpelregenerates hat, konnte histologisch nach drei Monaten im Leerdefekt gezeigt werden. Hohe Bewertung der Defektbereiche im Scoresystem nach O´DRISCOLL et al. (1988) korrelierten mit guter knöcherner Unterbauung des Defektes, welche als Bone Area im Verhältnis zur Tissue Area dargestellt wurde. Jedoch hat die alleinige Wiederherstellung des biomechanisch stabilen knöchernen Unterbaus, wie sie bei der Umkehrplastik erfolgte, nicht ausgereicht, um die Knorpelregeneration gegenüber der natürlichen Heilung zu verbessern. Es wurden histologisch nach drei Monaten sogar signifikant geringere Scorewerte bei der Umkehrplastik im Vergleich zum Leerdefekt festgestellt, nach sechs Monaten waren keine signifikanten Unterschiede zwischen beiden Defektbereichen mehr vorhanden. Auch der Kollagen vom Typ I und vom Typ II Gehalt wies zwischen dem Leerdefekt und der Umkehrplastik keine signifikanten Unterschiede auf. Vermutlich müssen neben optimalen biomechanischen Eigenschaften andere Faktoren, wie eine optimale Versorgung mit mesenchymalen Zellen gewährleistet sein, die bei der Umkehrplastik durch dichten Abschluss zum Knochenmark nicht gegeben waren. Dem ursprünglichen Gewebe entsprechende hyaline Knorpelregenerate konnten in keinem der Defekte nachgewiesen werden. In allen Defektbereichen war Kollagen vom Typ I nachweisbar und die mittlere Bewertung nach dem Scoresystem von O´DRISCOLL et al. (1988) lieferte in keinem der Defektbereiche sowohl nach drei als auch nach sechs Monaten mehr als elf von 24 möglichen Punkten. Fazit ist, dass sich Magnesiumschwämme der Legierung AZ91 nicht für den Einsatz im gelenknahen Bereich eignen. Es bleibt also weiterhin eine Herausforderung, die Knorpelregeneration durch Chondrozytenträgermaterialien oder Zell-Matrix-Komposite zu verbessern und für diese Indikation nach geeigneten porösen, degradablen und biomechanisch über einen längeren Zeitraum stabilen Implantaten zu suchen