Behind the umbrella term PRP (Platelet-­Rich Plasma) alone, probably the best-known application form, hide numerous subgroups that differ, sometimes considerably, regarding the number, duration and speed of centrifugation(s), added constituents, and how they are separated or pipetted, and thus differ in their composition, sometimes considerably.

Schematic representation of the manufacture of common blood derivatives used in orthopaedics and sports medicine

Inconsistent data 

Regrettably, the data on file for almost all these procedures are so inconsistent and generally too few for them to be assessed from a scientific standpoint for their use in mass and competitive sports. Although there are now considerable numbers of publications, for example on PRP, the overriding majority, with a few exceptions, are unfortunately of poor quality and most of them have too few participants (often only a total of 20 – 30 patients) to allow any generally valid conclusions to be drawn. Furthermore, the published outcomes are very inconsistent, due first to the fact that there are over 40 established methods and systems world-wide for producing PRP, and second that many studies were conducted using different methods. While almost all the standard pro­cedures for producing PRP on the German market include one centrifugation step, most of the Anglo-American stu­dies include procedures with two centri­fugation steps which sharply reduces comparability. In many cases, especially in older studies, the study design makes no mention of which production method was used for the PRP administered. In such a situ­ation, besides the preliminary results from basic and clinical research, we still have to rely on our own empirical fin­dings, the serious exchange of information with experienced colleagues, and last but not least on the feedback from our athletes. Although sports medicine is and will remain an empirical science, it still requires individually optimised treatment for each and every athlete. Nevertheless, without any evidence base at all it is difficult to identify serious, safe and demonstrably effective procedures among the plethora of products and promised cures. For example, there are now very robust and very consistent data on the treatment of osteoarthritis of the knee with blood serum preparations from several level 1 studies (Randomised Controlled Trials, RCTs) that prove the efficacy. The number of stu­dies with positive outcomes on their use for muscular and tendinous injuries is also increasing although they do report considerably more heterogeneous results. Thus it is worth looking more closely at this very popular and commonly used product group and becoming familiar with the classification scheme regarding manufacture, composition and understan­ding of their presumed mode of action.

PRP (Platelet-Rich Plasma)

So-called platelet-rich plasma is the plasma fraction separated from whole blood in which the platelets are enriched above their concentration in whole blood, usually by centrifugation. In contrast to the US, in Germany there are no specifications prescribing which concentration a procedure must achieve in order to be called a PRP product and be marketed. As a rule though, a concentration of about 2 – 5 times should be gained in order to obtain a therapeutic benefit. During centrifugation the blood components are separated according to their size and weight. In the uppermost layer there is a concentration of plasma (incl. the dissolved proteins) and platelets, but also of cell fragments/components etc. The heavier and larger red blood cells sink to form a deep layer at the bottom. In the intermediate layer between these two fractions a zone forms that contains an increased number of white blood cells, the so-called buffy coat. Depending on whether fractions of this intermediate layer are removed or separated with other fractions this forms leukocyte-­poor PRPs (lp-PRP) or leukocyte-rich PRPs (lr-PRP). Equally, the upper layer can be separated again after initial centrifugation. This contains particularly platelet-rich fraction or platelet-poor serum (PPP). Whether the presence of leukocytes in the PRP potentiates the desired effect has long been the subject of controversy and has certainly not been scientifically established. A growing number of studies are indicating that leukocyte-rich PRP is particularly effective for insertion tendinosis, for example in lateral epicondylopathy at the elbow. In contrast, other papers report that a high concentration of immune cells promotes a cata­bolic and inflammatory metabolic status which, for example, could have a negative effect on wound healing processes. The overview is further complicated by the fact that treating the blood before centrifugation has an effect on the composition of the sub­sequent preparation. For instance, untreated autologous blood can be centrifuged as in, for example, ACP® (Autologous Conditioned Plasma) from the Arthrex Co., or conditioned, for instance, by an incubation phase or by adding bioactive substances such as citrate, EDTA, or certain cyto­kines. This is then called autologous conditioned serum (ACS).

ACS (Autologous Conditioned Serum)

Pure plasma products such as Orthokin® from the Orthogen Co. must be classified separately from the platelet-rich plasma products. When manufactured properly this infiltrate ultimately no longer contains any cells, neither platelets nor immune cells, but only their concentrated secretion proteins produced by incubation and centrifugation (mostly cytokines). This is why these preparations are now also called blood clot secretom (BCS). Thus, when injected later, no relevant amounts of living cells or cell fragments are introduced at the injection site. Whether or not this is desirable depends on the respective indication. Overloaded or injured tissue is usually in a state of stress that is associated with altered tissue homoeostasis, i.e. pH, oxygen concentration, energy production and the presence of immune cells. However, hardly any research has been conducted to date on the effect of administering larger numbers of living cells into this milieu that are metabolically active and thus require energy and oxygen, and following apoptosis themselves have to be transported away from the site, phagocytosed and metabolised. This fact may be one of many possible explanations of why PRP injections for sports injuries, and above all the consequences of overstrain, deliver such heterogeneous results. The desired positive effect of the injected platelets, and in some cases immune cells, might depend strongly on whether their type and concentration are suitable for the current tissue milieu at the injection site where they trigger a beneficial, neutral or more disadvantageous effect. Since there have not been any clinically applicable measuring methods for this to date and the concentration of cell components can fluctuate widely from time to time within a patient, even with the same preparation, this is largely foreseeable. In contrast, when using cell-rich plasma preparations, especially for larger tissue defects such as tendon or ligament ruptures, fractures etc., one often sees the accelerated formation of a load-bearing scar. It is plausible that the cell clot that forms in the injured area after a PRP injection can stimulate connective tissue healing over a very much longer period of time, and that the associated filling of the tissue defect with fibrin, proteins and cells could represent a matrix for reorganisation of the scar tissue.

Summary

Thus the benefits and disadvantages of different preparations and in turn their indications or relative contraindications depend to a large extent not only on the patient’s situation, the type, scope and localisation of the injury, but also on the experience and knowledge of the respective practitioner. From practical experience it can be generally stated that the use of one group of prepa­rations alone for all musculoskeletal indications is certainly not ideal. It is the job of researchers, but also of practitioners, to collect experience with the uses, outcomes and further courses after using the individual preparations, and to exchange these experiences frankly and seriously. Only in this way can we manage to select the right preparations for our patient from the booming range of different preparations, and thus ensure that the reliability and acceptance of these methods increase further among athletes, colleagues and health insurance agencies.

The author has the references

Alleine unter der Überbezeichnung PRP (Platelet Rich Plasma), der wohl bekanntesten Anwendungsform, verbergen sich zahlreiche Untergruppen, die sich z. B. durch die Anzahl, Länge und Geschwindigkeit der Zentrifugation(en), den zugesetzten Inhaltsstoffen und der Art der Auftrennung bzw. Abpipettierung und damit in der Zusammensetzung zum Teil deutlich unterscheiden.

Uneinheitliche Datenlage 

Leider ist die Datenlage für fast alle diese Verfahren zum einen sehr uneinheitlich und generell meist zu gering, um sie alleine vom wissenschaftlichen Standpunkt aus für ihren Einsatz im Breiten- und Leistungssport zu bewerten. Zwar gibt es, wie z. B. zum PRP, mittlerweile eine erhebliche Anzahl von Veröffentlichungen, leider sind die überwiegende Mehrzahl aber mit wenigen Ausnahmen  von minderer Qualität und verfügen meist über zu geringe Probandenzahlen (oft nur 20 – 30 Patienten insgesamt), um sichere und allgemeingültige Aussagen treffen zu können. Zudem sind die vorliegenden Ergebnisse sehr uneinheitlich, was zum einen daran liegt, dass es weltweit über 40 etablierte Verfahren und Systeme zur Herstellung von PRP gibt und viele Studien mit unterschiedlichen Verfahren durchgeführt wurden. Während fast alle in Deutschland marktüblichen Verfahren zur PRP-Herstellung nur einen Zentrifugationsschritt vorsehen, beinhalten die meisten Studien aus dem angloamerikanischen Sprachraum Verfahren mit zwei Zentrifgationsschritten, was die Vergleichbarkeit deutlich herabsetzt. Oft ist dem Studiendesign vieler, gerade älterer Studien, nicht einmal zu entnehmen, um welche Herstellungsweise es sich bei dem verwendeten PRP überhaupt gehandelt hat. Hier müssen wir uns nach wie vor neben den ersten Ergebnissen der Grundlagen- und klinischen Forschung auf die eigenen Erfahrungswerte, den seriösen Austausch mit erfahrenen Kollegen und nicht zuletzt auf die Rückmeldungen unserer Athleten verlassen. Die Sportmedizin ist und bleibt eine Erfahrungswissenschaft, bedarf aber einer individuell optimierten Behandlung eines jeden Athleten. Trotzdem ist es völlig ohne Evidenzbasis aber schwierig, aus den vielen Angeboten und Heilsversprechungen die seriösen, sicheren und nachweislich wirksamen Verfahren zu identifizieren. So liegt mittlerweile z. B. zur Behandlung der Gonarthrose mit Blutserum-Präparaten eine gute und sehr konsistente Datenlage mit mehreren Level I-Studien (Ramdomized Controlled Trials, RCTs) vor, die die Wirksamkeit belegen. Zum Einsatz bei Muskel- und Sehnenverletzungen mehren sich die Studien mit positiven Ergebnissen ebenfalls, jedoch mit deutlich heterogeneren Ergebnissen. Daher lohnt es sich, diese sehr populäre und häufig eingesetzte Produktklasse einmal näher zu betrachten und sich die Systematik ihrer Einteilung hinsichtlich Herstellung, Zusammensetzung und Erkenntnisse zur angenommenen Wirkweise klar zu machen. 

PRP (Platelet Rich Plasma)

Beim sogenannten Platelet Rich Plasma handelt es sich durch ein aus dem Vollblut separierten Plasmaanteil, in dem die Thrombozyten zumeist durch Zentrifugation über deren Konzentration im Vollblut angereichert sind. Im Gegensatz z. B. zu den USA gibt es in Deutschland keine Vorgaben, welche Konzentration ein Verfahren erreichen muss, um als PRP-Produkt bezeichnet und angeboten werden zu können. In der Regel sollte aber eine Anreicherung um das 2 – 5- fache erreicht werden, um einen therapeutischen Nutzen zu erzielen. Bei der Zentrifugation kommt es zu einer Aufteilung der Blutbestandteile nach deren Größe und Gewicht. In der obersten Schicht kommt es dabei zu einer Anreicherung von Plasma (inkl. der darin gelösten Proteine), der Thrombozyten, aber auch von Zellfragmenten/-bestandteilen etc. Die schwereren und größeren roten Blutkörperchen setzen sich in einer breiten Schicht nach unten ab. In der Zwischenschicht dieser beiden Fraktionen bildet sich ein Bereich, der vermehrt weiße Blutkörperchen enthält, der sogenannte „Buffy-Coat“. Je nachdem, ob Anteile dieser Zwischensicht mit separiert oder entfernt werden, entstehen leukozytenarme PRPs (lp-PRP) oder leukozytenreiche PRPs (lr-PRP). Ebenso kann die oberste Sicht nach Separation nochmals aufgetrennt werden, womit man einen besonders plättchendichten Anteil oder plättchenarmes Serum (PPP) erhält. Ob die Anwesenheit von Leukozyten im PRP die gewünschte Wirkung verstärkt, wird seit längerem kontrovers diskutiert und ist alles andere als wissenschaftlich geklärt. So legen immer mehr Studien nahe, dass leukozytenreiches PRP gerade bei Insertionstendinosen wie z. B. der lateralen Epicondylopathie am Ellenbogen besonders effektiv sind, während wiederum andere Arbeiten zeigen, dass durch eine hohe Konzentration der Immunzellen eine katabole und entzündliche Stoffwechsellage begünstigt wird, die z.B. bei Wundheilungsprozessen einen negativen Einfluss haben könnte. Der Überblick wird noch weiter dadurch kompliziert, dass auch die Behandlung des Bluts vor der Zentrifugation Einfluss auf die Zusammensetzung des späteren Präparats hat. So kann zum einen eine Zentrifugation aus dem unbehandelten autologen Blut erfolgen, wie z. B. beim ACP® (Autologes Conditioniertes Plasma) der Fa. Arthrex oder eine Konditionierung durchgeführt werden, z. B. durch eine Bebrütungsphase oder die Zugabe bioaktiver Stoffe wie Citrat, EDTA oder bestimmter Zytokine. Hier spricht man von konditionierten Serumderivaten (ACS).

ACS (Autologous Conditioned Serum)

Systematisch zu trennen von den Platelet Rich Plasma ­Präparaten sind die reinen Plasmaprodukte wie z. B. das ­Orthokin® der Fa. Orthogen. Hier enthält das Infiltrat bei richtiger Herstellung zum Schluss keine Zellen mehr, weder Thrombozyten noch Immunzellen, sondern deren durch Bebrütung und Zentrifugation angereicherte Sekretionsproteine (zumeist Zytokine). Weshalb diese Präparate mittlerweile auch als Blood Clot Secretom (BCS) bezeichnet werden. Bei der späteren Injektion werden hier also keine lebenden Zellen oder Zellbestandteile in relevanter Menge an den Injektionsort mehr gebracht. Ob dies gewünscht ist oder nicht, hängt von der jeweiligen Indikation ab. Überlastetes oder verletztes Gewebe befindet sich zumeist in einem Stresszustand, der mit einer Veränderung des Gewebshomöostase, also des pH-Wertes, des Sauerstoffgehaltes, der Energiebereitstellung und der Präsenz von Immunzellen einhergeht. Allerdings ist der Effekt bei der Zugabe größerer Mengen lebender Zellen in dieses Milieu, die stoffwechselaktiv sind und daher Energie und Sauerstoff benötigen und selbst nach Apoptose wieder abtransportiert, phagozytiert und verstoffwechselt werden müssen, bislang kaum erforscht. Dieser Umstand könnte eine von vielen möglichen Erklärungen sein, warum PRP- Injektionen bei Sportverletzungen und vor allem bei Überlastungsfolgen derart heterogene Ergebnisse liefern. Der gewünschte positive Effekt der injizierten Plättchen und gegebenenfalls Immunzellen könnte stark davon abhängen, ob deren Art und Konzentration zum momentanen Gewebsmilieu am Injektionsort passt und einen vorteilhaften, neutralen oder eher nachteiligen Effekt auslöst. Da es hierfür bisher keine klinisch einsetzbaren Messmethoden gibt und auch die Konzentration der Zellbestandteile selbst beim gleichen Präparat innerhalb eines Patienten von mal zu mal stark schwanken kann, ist dies weitgehend vorhersehbar. Anderseits zeigt sich bei der Anwendung von zellreichen Plasmapräparaten gerade bei größeren Gewebsdefekten wie Sehnen- oder Bandrupturen, Frakturen etc. oft eine beschleunigte Ausbildung einer belastungsfähigen Narbe. Es ist vorstellbar, dass der Zell-Clot, der sich nach einer PRP-Injektion im Verletzungsareal ausbildet, eine Stimulation der bindegewebigen Ausheilung über einen sehr viel längeren Zeitraum bewirken kann und dass die damit verbundene Auffüllung des Gewebedefekts mit Fibrin, Proteinen und Zellen eine Matrix für den Umbau in Narbengwebe darstellen könnte.

Fazit

Die Vor- und Nachteile der verschiedenen Präparate und damit deren Indikationen oder relativen Kontraindikationen hängen also stark von der jeweiligen Situation des Patienten, Art, Umfang und Lokalisation der Verletzung ab, ebenso aber auch von den Erfahrungen und dem Wissen des jeweiligen Anwenders. Generell kann man aus der praktische Erfahrung festhalten, dass der Einsatz nur einer Zubereitungsklasse für alle muskuloskelettalen Indikationen sicher nicht optimal ist. Es ist die Aufgabe von Wissenschaftlern, aber auch von Praktikern, die Erfahrungen über die Einsätze, Ergebnisse und Verläufe der Anwendung der einzelnen Präparate zu sammeln und uns kritisch, offen und seriös darüber auszutauschen. Nur so können wir es schaffen, aus dem steigenden Angebot verschiedener Präparate die jeweils für unseren Patienten richtigen auszuwählen und so dafür zu sorgen, dass die Zuverlässigkeit und Akzeptanz für diese Verfahren bei Sportlern, Kollegen und Versicherungsträgern weiter steigt.

Literatur beim Autor