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Zielsetzung und Fragestellung: Die Minced Cartilage Implantation (MCI) Technik erfreut sich in den vergangenen Jahren einem gesteigerten Interesse und wird vermehrt im klinischen Alltag verwendet. Diese Studie untersucht die Hypothese, dass die Viabilität, der homöostatische Phänotyp und die Enzymausschüttung in Knorpel durch die mechanische Zerkleinerung beeinflusst wird und verschiedene Methoden zur Einbettung des Knorpels eine Möglichkeit bieten, die negativen Effekte der Zerkleinerung abzuschwächen. Die Studie untersucht in vitro die Folgen der Minced Cartilage Technik sowie den Einfluss einer Einbettung von MC in Kollagen 1 Gel, Kollagen 1/3 Membran und Platelet Rich Plasma (PRP).

Material und Methoden: Knorpelproben von 20 Patienten mit Osteoarthrose wurden gesammelt und entsprechend der MCI Technik zerkleinert. Intakte Proben und verschieden eingebetteter MC wurde für 1 und 4 Wochen inkubiert. Verglichen wurde nicht-eingebetteter MC gegen MC der in Kollagen 1 Gel, Kollagen 1/3 Membran und in Membran unter Zusatz von PRP eingebettet wurde. Homöostatische Chondrocytenmarker Sox9, Col2, Acan, Col10 und PCNA wurden mittels quantitativer RT-qPCR untersucht. Zusätzlich wurden immunhistochemische Untersuchungen für Col2 und Col10 durchgeführt. Die Ausschüttung der katabolen Enzymen MMP3 und MMP13 und des inflammatorischen IL-1 in das Medium wurde mittels ELISA untersucht. Zudem wurde der Zelltod in den Knorpelproben mittels TUNEL Assay analysiert.

Ergebnisse: Zerkleinerung von Knorpel im Sinne der MCI Technik verursachte Zelltod unter den Chondrocyten und verringerte die Expression von homöostatischen Markergenen. Gleichzeitig steigt die Expression des Proliferationsmarker PCNA. Die Einbettung in Kollagen 1 Gel erhöhte die Expression der homöostatischen Marker Acan und Col2 nach 4 Wochen. Der Hypertrophie-Maker Col10 wurde durch die Zerkleinerung und das Einbetten nicht beeinflusst. Währenddessen sank die Ausschüttung des katabolen MMP3 in Kollagengel-eingebetteten Gruppe, während MMP13 über die Zeit anstieg. Interessanterweise verringerte PRP die Ausschüttung der katabolen Enzyme und die Expression von Col10 nach 4 Wochen, während die Expression von Sox9 und PCNA sank.

Diskussion und Schlussfolgerung: Diese Studie unterstreicht das Potential, aber auch die Limitationen von Einbettungsmaterialien in der Verbesserung der MCI und der Versorgung von Knorpeldefekten. Kollagen 1 Gel zeigt vielversprechende Ergebnisse zur Stabilisierung des homöostatischen Phänotyps und zur verstärkten Produktion von extrazellulärer Matrix. Weitere Optimierung sind allerdings notwendig, um eine gleichzeitige verstärkte Knorpelzellhypertrophie und Ausschüttung von katabolen Enzymen zu verbessern. Die Zugabe von PPR zeigt teilweise gegensätzliche Effekte und unterstreicht damit die Notwendigkeit zum tieferen Verständnis dieses Blutproduktes in der Verwendung zur Knorpelregeneration.