Untreated lesions cause higher mechani­cal loading of the surrounding intact cartilage [9, 16, 18] and have an effect on the subchondral bone [27] and on the intra-artikular mlieu, with an increase of cytokine concentration [14] and thus a premature onset of osteo­arthritis. This not only limits the patients’ function, but also causes consi­derable costs to the public health system. Thus, suitable cartilage reconstruction techniques with the specific regeneration of hyaline- or hyaline-like cartilage are required. A number of different surgi­cal procedures are already available for the treatment of focal chondral lesions, including techniques like bone marrow stimulation (microfracture (MFx), auto­logous matrix-induced chondrogenesis (AMIC)), osteochondral auto- or allograft transplantation surgery (OATS), and autologous chondrocyte implan­tation (ACI) [5, 11 – 13, 33]. Since each of these techniques has pros and cons, the treatment of chondral lesions has not been standardised and remains a challenge. 

ACI is currently seen as the treatment of choice for moderate to large chondral defects, since this procedure leads to hyaline- or hyaline-like cartilage substance with good long-term clinical outcomes [6, 7, 15, 17, 28]. The disadvantages of ACI are the high labo­ratory costs for cell expansion, limited availability in some cases, and the need for two-step surgical procedures [5, 12, 32]. In order to overcome these disadvantages, one-step procedures such as the implantation of fragmented auto­logous or allogenic cartilage have been deve­loped (Minced Cartilage Implantation (MCI)). The underlying principle was already described in the early 1980s by Albrecht et al. [1, 2] and picked up again by Lu et al. in 2006 [22]. Over the past few years interest in MCI has grown considerably especially due to several advantages, such as being a single stage procedure that can be performed in an arthroscopic or mini-arthrotomy surgical approach and may offer strong biologic potential [5, 32].

Biology

In their in vivo milieu chondrocytes have the potential to proliferate phy­siologically [3, 32]. Furthermore, mechanical stimuli play an important role in chondrocyte proliferation and chondrogenic differentiation [36, 37]. This complex biochemical and biomechanical intra-articular milieu, that can barely be reproduced in vitro, could be a major advantage regarding the biological potential of the MCI procedure. It has been shown that mincing healthy cartilage “activates” the chondrocytes and leads to a physiological reaction with chondrogenic proliferation and the production of extracellular matrix (ECM) [22 – 24, 32]. Mincing can be achieved with a scalpel, specially developed min­cing devices, or arthroscopic shavers [19, 20, 32]. The cartilage is harvested from the margins of the chondral defect or from zones of the joint that are subjected to less loading. The outgrowth of activated chondrycytes is promoted by this enlargement of the tissue surface [4, 5, 20, 22, 32]. Ultimately this leads to the regeneration of hyaline and/or hyaline-like cartilage [22, 32, 35].

Surgical technique

The preoperative planning of a chondro­plasty procedure includes a mandatory MRI and conventional radiographs (whole-leg) [31] to detect and treat any comorbidities such as ligamentous instability, meniscus defects or mecha­nical axial malalignment. The final planning of the chondroplasty is only completed following detailed arthroscopic diagnostic investigation of the defect. The cartilage can then be harvested with osteochondral cylinders from zones that are barely load-bearing (e.g. the intercondylar notch), or using ring curettes and shavers [31, 33]. When using osteochondral cylinders the cartilage must be separated from the bone and then minced with a scalpel or shaver until it has reached a paste-like consis­tency. During arthroscopic cartilage harvesting this is done exclusively with a shaver [33]. After preparing the defect and creating stable cartilage margins the joint is aspirated, the defect zone is dried, and the minced cartilage is introduced into the defect. Depending on the technique being used, autologous thrombin and PRP, fibrin glue and/or a membrane are used for stable fixation of the fragments [25, 26, 31 – 33].  

Clinical data

Clinical evidence on autologous MCI is still limited [8, 10, 25]. In 2015, Christensen et al. [8] treated eight patients with osteochondrosis dissecans of the knee joint with a combination of auto­logous bone graft and autologous cartilage fragments embedded in fibrin glue (autologous dual-tissue transplantation (ADTT)). One year later there was a marked improvement in the MOCART score (Magnetic Resonance Observation of Cartilage Repair Tissue) from 22 to 52 points. In 2019, Massen et al. [25] conducted a consecutive two-year study of patients with (osteo-)chondral lesions who had been treated with autologous MCI. At the final follow-­up examination a significant reduction in pain was observed. Moreover, a significant radiological improvement in the MOCART score was seen. In 2020, Cugat et al. [10] treated 15 patients with full-surface (osteo-)chondral lesions using autologous MCI embedded in platelet-poor plasma (PPP) and PRP. After 15 months they also observed statistically significantly better scores on the visual analogue scale (VAS) for pain, the Lysholm score, the subjective International Knee Documentation Committee (IKDC) score, the Western Ontario and the McMaster Universities Osteoarthritis Index (WOMAC) for pain and function, the Lequesne-Index and the Short Form 12 (SF-12). While the above-named clinical studies were conducted on the knee joint, autologous MCI is also used in other joints (hip, shoulder, ankle) [21, 29, 30, 34]. In summary it may be said that the clinical data to date show good results with low complication and revision rates which are comparable to other cartilage repair techniques (ACI). 

Case study

A 37-year-old patient, an active sportsman, consulted us after multiple left knee sprains; first sprain in 2005. Since then intermittent symptoms in the left knee joint, prone to swell. The clinical examination showed articular effusion with pain on pressure over the medial joint space and mild crepitation in the medial compartment when testing movement, ROM extension/flexion 3-0-145° pain-free. Joint with stable ligaments. The Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score (KOOS) for pain was 50 before surgery, the quality of life score for the knee was 25 points, and 44 for activities of daily living (0 = extreme knee problems, 100 = no knee-related impairment). The Marx activity rating scale (MARS) was initially 0 points (0 = lowest physical and sporting acti­vity, 16 = highest physical and sporting activity). The MRI showed grade 4 cartilage damage over the medial femoral condyle (Fig. 1). The preoperative AMADEUS score for the medial cartilage lesion was 60 points. Minced cartilage implantation was indicated. 

The arthroscopic operation with the implantation of minced cartilage in the medial femoral condyle using the pro­duct Autocart (Arthrex) was performed. During the operation we diagnosed a 3 cm² ICRS grade 3B chondral lesion over the medial femoral condyle (Fig. 2). The postoperative course was complication-free. Follow-up treatment consisted of six weeks’ partial 15 kg weight-­bearing on the left. The range of motion was limited to 60° for weeks one, two and three, and to 90° for weeks four, five and six. The patient was initially splinted with a Mecron brace, which was replaced with a rigid frame brace in the later course. He had physiotherapy for three months after surgery. At the check-up two months after surgery he still had some residual symptoms with a ROM in extension/flexion of 0-0-90° and his quadriceps muscles were still weakened.

Fig. 2 Intra-operative arthroscopic images showing the untreated cartilage damage (a)
and the lesion after preparation of stable cartilage margins (b) and implantation of the minced cartilage (c).

After eight months the patient then reported a satisfactory surgical outcome with improved movement and a clinically irritation-free knee joint. One year after surgery the patient was still satisfied and was able to re-initiate low-impact sporting activities (cycling). After two years the patient had reached his regular everyday level, and inten­si­fi­cation of sporting activities in the low-­impact range was possible. The clinical outcome parameters showed an improvement in the KOOS score for pain (from 50 to 53 points), knee-related quality of life (from 25 to 38 points) and activities of daily living (from 44 to 71 points). The MARS had also increased from 0 points before the operation to 6 points afterwards. The MRI two years after surgery showed a corresponding satisfactory outcome with a MOCART score of 95 points (Fig. 3).

Summary and outlook

On the basis of the available in vitro and in vivo data, autologous MCI is a pro­mising one-step chondral repair pro­cedure with great biological and clinical potential. Further medium- to long-term comparative studies on large patient cohorts with clinical, functional and radiological data are required to determine the optimal defect size for MCI and the durability of the repair cartilage, and to enable comparison with other, established chondral repair procedures.

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Unbehandelte Läsionen verursachen eine höhere mechanische Belastung auf den umliegenden intakten Knorpel [9, 16, 18], haben Einfluss auf den subchondralen Knochen [27] sowie auf das intraartikuläre Milieu mit Erhöhung der Zytokinkonzentration [14] und können somit zu einer verfrüht einsetzenden Arthrose führen. Dies stellt nicht nur eine funktionelle Einschränkung für den Patienten dar, sondern verursacht auch erhebliche Kosten im Gesundheitssystem. Daher sind geeignete Knorpelrekonstruktionstechniken mit dem gezielten Aufbau von hyaliner bzw. hyalinähnlicher Knorpelsubstanz erforderlich. Zur Behandlung fokaler Knorpelläsionen stehen bereits unterschiedliche chirurgische Verfahren zur Verfügung, darunter Techniken zur Knochenmarkstimulation (Mikrofrakturierung (MFX), autologe matrixinduzierte Chondrogenese (AMIC)), osteochondrale Auto- oder Allotransplantation (OATS) sowie die autologe Chondrozytenimplantation (ACI) [5, 11 – 13, 33]. Jede dieser Techniken hat Vor- und Nachteile, sodass die Behandlung von Knorpelläsionen nicht standardisiert ist und herausfordernd bleibt. 

Heutzutage gilt die ACI bei mittleren bis großen Knorpeldefekten als Therapie der Wahl, da dieses Verfahren zu hyaliner bzw. hylainähnlicher Knorpelsubstanz mit langfristig guten klinischen Ergebnissen führt [6, 7, 15, 17, 28]. Nachteile der ACI sind die hohen Kosten für die Zellexpansion im Labor, die teils eingeschränkte Verfügbarkeit und die Notwendigkeit eines zweizeitigen chirurgischen Eingriffes [5, 12, 32]. Um diese Nachteile zu überwinden, wurden einzeitige Verfahren wie die Implantation von fragmentiertem autologen oder allogenem Knorpel entwickelt (Minced Cartilage Implantation (MCI)). Das zugrunde liegende Prinzip wurde bereits in den frühen 1980er Jahren von Albrecht et al. beschrieben [1, 2] und von Lu et al. im Jahr 2006 erneut aufgegriffen [22]. In den vergangenen Jahren hat die MCI deutlich an Interesse gewonnen, vor allem aufgrund des einzeitigen, teils rein arthroskopischen Vorgehens sowie einem großen biologischen Potenzial zur Bildung von mechanisch stabiler Knorpelsubstanz [5, 32].

Biologie

Chondrozyten haben in ihrer in vivo Umgebung das Potenzial, sich physiologisch zu vermehren [3, 32]. Darüber hinaus stellen mechanische Reize eine wichtige Rolle bei der Förderung der Chondrozytenproliferation und chondrogenen Differenzierung dar [36, 37]. Dieses komplexe und in vitro kaum reproduzierbare biochemische und biomechanische intraartikuläre Milieu könnte ein großer Vorteil im Hinblick auf das biologische Potenzial des MCI Verfahren sein. Es hat sich gezeigt, dass das Zerkleinern von gesundem Knorpel die Chondrozyten „aktiviert“ und zu einer physiologischen Reaktion mit chondrogener Proliferation sowie einer Produktion von extrazellulärer Matrix (ECM) führt [22-24, 32]. Die Fragmentierung kann mit einem Skalpell, speziell entwickelten Fragmentierungsgeräten oder arthroskopischen Shavern durchgeführt werden [19, 20, 32]. Die Knorpelentnahme erfolgt dabei aus dem Randbereich des Knorpeldefektes oder aus wenig belasteten Zonen des Gelenkes. Das Wachstum aktivierter Chondrozyten wird durch eine derartige Vergrösserung der Gewebeoberfläche gefördert [4, 5, 20, 22, 32]. Dies führt schließlich zur Wiederherstellung von hyalinem bzw. hyalinartigem Knorpel [22, 32, 35].

Chirurgische Technik

Die präoperative Planung einer Knorpelplastik umfasst obligatorisch eine MRT sowie konventionelle (Ganzbein-)Röntgenaufnahmen [31], um etwaige Begleitpathologien wie Bandinstabilitäten, Meniskusdefekte oder mechanische Achsfehlstellungen zu detektieren und zu behandeln. Die endgültige Planung der Knorpelplastik erfolgt erst nach detaillierter arthroskopischer Diagnostik des Defektes. Anschließend kann die Knorpelentnahme entweder über osteochondrale Zylinder aus wenig belasteten Zonen (z. B. interkondyläre Notch) oder mittels Ringküretten und Shaver erfolgen [31, 33]. Bei der Verwendung von osteochondralen Zylindern muss der Knorpel vom Knochen getrennt und dann mit einem Skalpell oder Shaver fragmentiert werden, bis eine pastenähnliche Konsistenz erreicht ist. Bei der arthroskopischen Knorpelgewinnung erfolgt dies ausschließlich mittels Shaver [33]. Nach der Defektpräparation und Schaffung von stabilen Knorpelgrenzen wird das Gelenk abgesaugt, die Defektzone getrocknet und der fragmentierte Knorpel in den Defekt eingebracht. Je nach Technik können autologes Thrombin und PRP, Fibrinkleber und/oder eine Membran für eine stabile Fixierung der Fragmente verwendet werden [25, 26, 31 – 33].   

Klinische Daten

Die klinische Evidenz zu der autologen MCI ist noch begrenzt [8, 10, 25]. Christensen et al. [8] behandelten 2015 acht Patienten mit Osteochondrosis dissecans im Kniegelenk mit einer Kombination aus autologem Knochentransplantat sowie in Fibrinkleber eingebetteten autologen Knorpelfragmenten (autologe Dual-Tissue-Transplantation (ADTT)). Ein Jahr postoperativ zeigte sich eine deutliche Verbesserung im MOCART-Score (Magnetic Resonance Observation of Cartilage Repair Tissue) von 22 auf 52 Punkte. Massen et al. [25] führten 2019 bei Patienten mit (osteo-)chondralen Läsionen eine konsekutive Zwei-Jahres-Untersuchung nach autologer MCI durch. Bei der abschließenden Nachuntersuchung wurde ein signi­fikanter Rückgang der Schmerzen beobachtet. Darüber hinaus wurde eine signifikante radiologische Verbesserung des MOCART-Scores festgestellt. Im Jahr 2020 haben Cugat et al. [10] 15 Patienten mit vollflächigen (osteo-)chondralen Läsionen mittels autologer MCI in plättchenarmes Plasma (PPP) und PRP eingebettet behandelt. Nach 15 Monaten zeigten sich ebenfalls statistisch signifikant bessere Werte in Bezug auf die visuelle Analogskala (VAS) für Schmerzen, den Lysholm-Score, den subjektiven IKDC, den Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index (WOMAC) für Schmerzen und Funktion, den Lequesne-­Index und den Short-Form 12 (SF-12). Während die oben genannten klinischen Studien am Kniegelenk durchgeführt worden sind, kommt die autologe MCI auch an anderen Gelenken (Hüfte, Schulter, Sprunggelenk) zum Einsatz [21, 29, 30, 34]. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die bisherigen klinischen Daten gute Ergebnisse mit niedrigen Komplikations- und Revisionsraten zeigen, welche mit anderen Knorpelreparaturtechniken (ACI) vergleichbar sind. 

Fallbeispiel

37-jähriger sportlich aktiver Patient. Vorstellung in der Sprechstunde nach wiederholter Kniedistorsion links, erstmalige Distorsion im Jahr 2005. Seither intermittierende Beschwerden im linken Kniegelenk mit Schwellneigung. In der klinischen Untersuchung zeigt sich ein Gelenkserguss mit Druckdolenz über dem medialen Gelenkspalt sowie leichtem Krepitieren im medialen Kompartiment bei der Bewegungsprüfung, ROM Extension/Flexion 3-0-145° schmerzfrei. Bandstabiles Gelenk. 

Der Knee Injury and Osteoarthritis Out­come Score (KOOS) für Schmerzen lag präoperativ bei 50, für die kniebe­zogene Lebensqualität bei 25 sowie für die Aktivitäten des täglichen Lebens bei 44 Punkten (0 = extreme Knieprobleme; 100 = keine kniebezogenen Einschränkungen). Die Marx activity rating scale (MARS) lag initial bei 0 Punkten (0 = niedrigste physikalische und sportliche Aktivität; 16 = höchste physikalische und sportliche Aktivität). In der MRT zeigte sich ein Knorpelschaden Grad IV am medialen Femurkondylus (Abb. 1). Der präoperative AMADEUS Score der medialen Knorpelläsion lag bei 60 Punkten. Die Indikation zur Knorpelchipplastik wurde gestellt. 

Abb. 1 MRI Knie links präoperativ mit sichtbarem Knorpelschaden an der medialen Femurkondyle in der Koronarebene (a) und Sagitalebene (b).Die arthroskopische Operation mit Durchführung einer Knorpelchipplastik an der medialen Femurkondyle unter der Verwendung des Produktes Autocart (Arthrex) wurde durchgeführt. Intraoperativ wurde die Diagnose eines 3 cm² ICRS Grad 3B Knorpelschadens an der medialen Femurkondyle gestellt (Abb. 2).

Es zeigte sich ein kompli­kationsloser postoperativer Verlauf. Die Nachbehandlung erfolgte mit einer sechs-wöchigen Teilbelastung von 15 kg links. Beweglichkeitslimitierung bis 60° für die Wochen eins, zwei und drei ­sowie bis 90° für die Wochen vier, fünf und sechs. Initial wurde eine Mecron-Schiene angelegt, dann im Verlauf Wechsel auf eine Hartrahmenorthese. Durchführung von Physiotherapie über drei Monate postoperativ. In der Nachuntersuchung zwei Monate postoperativ zeigten sich noch leichte Restbeschwerden mit einer Beweglichkeit von Extension/Flexion 0-0-90° bei noch geschwächter Quadrizepsmuskulatur. Nach acht Monaten berichtete der Patient dann über ein zufriedenstellendes Operationsergebnis mit Verbesserung der Beweglichkeit bei klinisch reizlosem Kniegelenk. Ein Jahr postoperativ war der Patient weiterhin zufrieden und konnte bereits wieder mit leichteren sportlichen Aktivitäten starten (Fahrrad fahren). Nach zwei Jahren hat der Patient sein reguläres Alltagsniveau wieder erreicht, ein Aufbau der sport­lichen Aktivitäten im low-impact Bereich war möglich. Die klinischen Outcomeparameter zeigten eine Verbes­serung beim KOOS hinsichtlich der Schmerzen (von 50 auf 53 Punkte), hinsichtlich der kniebezogenen Lebensqualität (von 25 auf 38 Punkte) sowie hinsichtlich der Aktivitäten des täglichen Lebens (von 44 auf 71 Punkte). Der MARS konnte ebenfalls von präoperativ 0 Punkten auf 6 Punkte postoperativ gesteigert werden. Im MRT zeigte sich zwei Jahre postoperativ passend dazu ein zufriedenstellendes Ergebnis mit einem MOCART Score von 95 Punkten (Abb. 3).

Fazit und Ausblick

Auf der Grundlage der verfügbaren in vitro und in vivo Daten ist die autologe MCI ein vielversprechendes einzeitiges Knorpelreparaturverfahren mit großem biologischen und klinischen Potenzial. Weitere mittel- bis langfristige Vergleichsstudien in großen Patienten­kohorten mit klinischen, funktionellen und radiologischen Daten sind erforderlich, um die optimale Defektgröße für die MCI sowie die Haltbarkeit des Reparaturknorpels zu bestimmen und einen Vergleich mit anderen, etablierteren Knorpelreparaturverfahren zu ermöglichen.

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Bei fortgeschrittener Degeneration können jedoch die klassischen knorpelregenerativen Verfahren nicht angewendet werden. Arthrose führt zu einer das gesamte Gelenk betreffenden Degeneration des Knorpels mit zunehmender Schädigung des subchondralen Knochens, Entstehung von Geröllzysten, Osteophyten und Entstehung eines inflammatorischen Milieus mit erhöhter Konzentration proinflammatorischer Zytokine. Insbesondere das inflammatorische Geschehen im Synovium zeigt sich als entscheidend für die Arthroseprogression [1]. ­Aktuelle konservative Therapieoptionen nach Leitlinie der konservativen Arthrosetherapie beinhalten die Schmerztherapie, intraartikuläre Hyaluronsäureinjektion, intra­artikuläre Plättchen-reiches Plasma Injektion, Cortisoninjektion, sowie Physiotherapie und lassen sich als symptomorientierte Therapie beschreiben, die Arthroseprogression kann hierdurch nicht aufgehalten werden. Zudem ist nach Cortisoninjektion ein beschleunigter Arthroseprogress beschrieben, sodass insbesondere bei der Dosierung und Häufigkeit der Verabreichung Vorsicht geboten ist. Ist die konservative Therapie ausgereizt, bleibt als letztes Mittel der Wahl die endoprothetische Versorgung. Allgemein zeigt die Endoprothetik gute klinische Resultate, jedoch ist aufgrund der begrenzten Haltbarkeit bei starker Beanspruchung insbesondere für junge, sportlich aktive Patienten ein künstlicher Gelenkersatz nicht zufriedenstellend. Ein seit nun über zwei Jahrzenten erforschtes Therapiefeld ist die Stammzelltherapie mit MSC und stellt ein vielversprechendes Feld der Arthrosetherapie dar. 

Definition MSC 

Mesenchymale Stammzellen haben die initial beschriebene Eigenschaft, sich selbst erneuern zu können und unter bestimmten Bedingungen in sämtliche Zelltypen eines Gewebes zu differenzieren. Sie können aus verschiedenen Geweben, wie dem Knochenmark, Fettgewebe, Nabelschnurblut oder der Plazenta isoliert werden. Hierbei ist zu beachten, dass der eigentliche Stammzellbeweis nur für das Knochenmark erbracht ist [15]. Daher ist bei der korrekten Beschreibung bei Zellen aus anderem mesenchymalen Gewebe, wie dem Knochenmark, von mesenchymalen Stromazellen zu sprechen. Zuerst beschrieben wurde der Zelltyp von Alexander Friedenstein, der fibroblastische Zellen aus dem Knochenmark isolierte und in Osteophyten differenzieren ließ. Das ursprüngliche Modell, dass alle mesenchymalen Gewebe die gleichen Stammzellen enthalten, ist heutzutage widerlegt [5]. Vielmehr zeigt sich, dass Stammzellen in jedem Organ spezifisch sind und ihre eigenen Fraktionen besitzen [3]. So unterscheiden sich die Stammzellen im Kniegewebe von denen im Knochenmark oder Fettgewebe in Bezug auf ihr Proliferations-, Sekretions- und Differenzierungspotenzial. Die Verteilung in der Nähe von Blutgefäßen deutet darauf hin, dass MSC aus einer perivaskulären Nische entstammen. Im Kniegelenk haben MSC ähnliche Eigenschaften wie die Stammzellen des Knochenmarks in Bezug auf das Regenerations- und Differenzierungspotenzial. Sie sind jedoch im Vergleich zu den Stammzellen im Knochenmark ortsständig und nicht in der Lage, bei Trauma an den Ort der Verletzung zu gelangen [7]. Zudem gibt es Subtypen je nach Lokalisation im Kniegelenk, u.a. Knorpel, Meniskus, Kreuzbänder, Fettgewebe, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden (Abb. 1).  

MSC bei Arthrose

Bei Arthrose ist die regenerative Funktion der ortsständigen MSC im Kniegelenk negativ beeinträchtigt. Murphy et al. konnten im Tiermodell ein Funktionsdefizit von MSC bei Arthrose sowohl in Phänotyp, Proliferation als auch Differenzierung zeigen [12]. Die mesenchymalen Stammzellen stehen somit im Mittelpunkt der Arthroseprogression – aufgrund der gestörten Knorpelhomöostase ist die Kapazität an Reperaturmechanismen insuffizient.

Der parakrine Effekt in der Arthrosetherapie mit MSC

Die ursprüngliche Idee der Therapie mit MSC war die der Defektfüllung nach Adhärenz durch Differenzierung der Stammzelle zum Zielgewebe [4]. Murphy et al. konnten jedoch in einem Tiermodell zeigen, dass lediglich 3 % der Zellen nach wenigen Tagen noch detektierbar waren [13]. Der größte Teil hiervon befand sich adhärent an Meniskus, Bandstrukturen, jedoch nur vereinzelt Zellen am Knorpelgewebe. Trotzdem zeigen viele Studien eine deutliche klinische Symptomreduktion sowie einen positiven Einfluss auf die Arthrosprogression bei Stammzelltherapie [10]. Dies lässt sich mit dem Konzept des parakrinen Effekts erklären. Eine Vielzahl an MSC spezifisch für das jeweilige Gewebe wie Knochenmark, Synovium, Meniskus, Ligamente und Knorpel befinden sich im Kniegelenk. Sie bilden ein Reservoir um Reparationsvorgänge zu induzieren, sowie Immunmodulation durch Unterdrückung von Inflammation zu erreichen [2]. Bei Arthrosetherapie mit MSC erfolgt die Injektion von Stammzellsuspensionen nach Zellexpansion z. B. aus Knochenmarkaspirat oder Fettgewebe (bMSC, svF stromale vaskuläre Fraktion). Die Applikation zeigte in zahlreichen Studien eine Verbesserung der Knorpelhomöostase trotz fehlender Migration und Integration [10]. Erklärt werden kann dies durch den parakrinen Effekt. Transplantierte MSC beeinflussen lokale MSC und setzen hierdurch einen Reparaturprozess in Gang. Vier wesentliche Bestandteile lassen sich beim parakrinen Effekt unterscheiden. 1. Es erfolgt eine Immunmodulation von T-Zellen, B-Zellen, dendritischen Zellen sowie Makrophagen. 2. Die MSC fungieren als Sekretom mit Ausschüttung von Zytokinen, Chemokinen, extrazellulärer Matrix sowie Proteasen, die einen Regenera­tionsprozess stimulieren. 3. Die Apoptose der transplantierten Zelle verstärkt hierbei den immunmodulativen Effekt durch Ausschüttung von Reperaturmediatoren wie Wachstumsfaktoren und inhibiert die Sekretion proinflammatorischer Zytokine durch Monozyten und Apoptotic Bodies. 4. Es werden extravesikuläre Vesikel wie Exosome, Mikrovesikel und Apoptotic Bodies ausgeschüttet, die sich positiv auf die Gelenkhomöostase auswirken. Insgesamt findet eine komplexe Immuninteraktion statt, die zu einer Verbesserung der Symptomatik und Stimulation der Knorpelregeneration führt [14]. Caplan und Kollegen forderten aus diesen Überlegungen 2017 für die MSC die neue Definition “Medicinal signaling cell” [6].

Klinische Ergebnisse

Die aktuellen Daten bei intraartikulärer Injektion von expandierten mesenchymalen Stammzellen bei Kniegelenksarthrose zeigen eine signifikante Wirksamkeit für klinische Scores [11, 16]. Kim et al. zeigten in einer Metaanalyse von kontrolliert randomisierter Studien ohne zusätzliche chirurgische Maßnahmen eine signifikante Schmerzreduktion der behandelten Patienten mit Arthrose im 6-12 monatigen Follow up [9]. Die qualitative Untersuchung mittels MRT im Follow up mit der Bestimmung des WORMS Scores (Whole-Organ Magnetic Resonance Imaging Score) erbrachte keine signifikanten Unterschiede. Es gilt jedoch insbesondere zu beachten, dass erhebliche Unterschiede in den Studienprotokollen vorhanden sind, so dass ein Vergleich zwischen den einzelnen Studien sehr schwierig ist. Zudem fehlen Langzeitergebnisse von qualitativ hochwertigen RCT, um einen länger bestehenden Einfluss der Stammzelltherapie zu untersuchen.

Fazit

Der parakrine Effekt zeigt sich als maßgeblich für die klinische Wirksamkeit der intraartikulären Stammzelltherapie mit mesenchymalen Stammzellen. Ziel der Stamm­zelltherapie nach aktuellem Stand ist jedoch nicht, die Arthrose zu heilen, sondern die Progression zu verlangsamen. Die biologischen Effekte sind nur in Bruchteilen verstanden. Der positive parakrine Effekt ist jedoch nun mittlerweile klar. Klinische Studien können eine klinische Effektivität klar darstellen (symptommodifying). Eine Reparatur am Gewebe (disease-modifying) konnte bisher nicht nachgewiesen werden. Durch eine signifikante Reduktion der bei Arthrose bestehenden Inflammation kann die Symptomatik des Patienten am Ort des Geschehens, intraartikulär, auf Dauer verbessert werden. Damit kann der Betroffene der gewollten Aktivität mit weniger Schmerz sowie Schwellung und damit einer erhöhten Aktivität nachgehen.

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