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Zielsetzung und Fragestellung: Die begrenzte intrinsische Regenerationskapazität von hyalinem Gelenkknorpel gilt als limitierender Faktor für eine erfolgreiche Defektheilung. Im Rahmen dieses Projekts zur Entwicklung trägerfreier zellbasierter Knorpeltransplantate war das Ziel daher die qualitative und strukturelle Analyse der autonomen Geweberegeneration im Vergleich zu induzierten, zellaugmentierten Heilungsverfahren. Es wurde untersucht, inwieweit trägerfreie zellaugmentierte 3D-Implantate die Bildung einer funktionellen extrazellulären Matrix gegenüber der Mikrofrakturierung (MFX) sowie der unbeeinflussten physiologischen Defektregeneration im Großtiermodell verbessern.

Material und Methoden: Zehn adulte Wallache erhielten bilaterale Defekte (ca. 1,2 x 0,8 cm) im Bereich des lateralen Patellagleitlagers. In Gruppe 1 (n=5) diente die linke Seite als Leerdefekt und die rechte Seite wurde mittels MFX behandelt. In Gruppe 2 (n=5) erfolgte die Implantation trägerfreier 3D-Implantate aus autologen Chondrozyten (links) und Knochenmarkstromazellen (BMSC, rechts). Nach einem Jahr erfolgte die Analyse mittels Histologie (HE, Toluidinblau, Alcianblau-PAS) und Immunhistochemie (Kollagen-I, -II, Keratansulfat). Ein Scoringsystem wurde zur Evaluation der Regeneratdimension, der Matrixqualität und des Zellphänotyps genutzt. Dabei kennzeichnet ein Score von 1 eine minderwertige Regeneratbildung, während ein Score von 4 eine vollständige Defektdeckung mit hyalinähnlichem Gewebe repräsentiert.

Ergebnisse: Trägerfreie zellaugmentierte Implantate zeigten im Vergleich zur MFX und zum Leerdefekt eine wesentlich bessere Geweberestitution. Während die MFX zwar die Quantität der Defektfüllung steigerte, resultierte sie fast ausschließlich in faserreichem Ersatzgewebe mit hoher Fibroblastendichte und nur lokal begrenztem Kollagen-II-Nachweis. Die Implantatgruppe erzielte hingegen höhere Scores in der zellulären Differenzierung und Matrixintegration, wobei Chondrozytenimplantate den BMSC-basierten Ansätzen tendenziell überlegen waren. Sie wiesen eine homogenere Matrixintegration und eine signifikant gesteigerte Kollagen-II-Expression auf. BMSC-basierte Regenerate zeigten eine höhere Variabilität, häufiger fibrocartilaginäre Anteile und eine tendenziell geringere Signalintensität für knorpelspezifische Marker.

Diskussion und Schlussfolgerung: Die Ergebnisse belegen das Potenzial trägerfreier zellaugmentierter 3D-Implantate, die strukturellen Limitationen unbesiedelter Therapien zu überwinden. Während herkömmliche Verfahren primär zur Bildung von qualitativ minderwertigem Faserknorpel führen, ermöglichen autologe Zellimplantate – insbesondere auf Basis von autologen Chondrozyten – die Regeneration einer nahezu physiologischen Matrixstruktur mit spezifischer Kollagen-II-Synthese und knorpeltypischen Glykosaminoglykanen. Das hohe regenerative Potenzial dieser trägerfreien Konstrukte validiert ihre Eignung als zukunftsweisende Therapieform zur funktionellen Wiederherstellung großflächiger Knorpelschäden und bietet eine fundierte Basis für den klinischen Transfer.