Bestimmung osteochondraler Marker in der Gelenkflüssigkeit zur Verlaufskontrolle unterschiedlicher operativer Knorpelbehandlungstechniken

Bauer, Stefan Hermann; Schneider, Ulrich Jürgen

doi:HT014453998

Bestimmung osteochondraler Marker in der Gelenkflüssigkeit zur Verlaufskontrolle unterschiedlicher operativer Knorpelbehandlungstechniken

Bauer, Stefan Hermann (Author)

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Stefan Hermann Bauer

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

Umfang98 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Schneider, Ulrich Jürgen (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-06-27

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-11462
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62120/files/Bauer_Stefan.pdf

Einrichtungen

Medizinische Fakultät (510000-1)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Medizin (frei) ; Autologe Chondrozyten Transplantation (frei) ; Osteochondrale Autologe Transplantation (frei) ; Mosaikplastik (frei) ; Mikrofrakturierung (frei) ; Chondrozyten (frei) ; Synovia (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Mit Hilfe biochemischer Marker ist es möglich geworden, die Knorpel- und Knochenschädigung in Gelenken zu objektivieren. Diese Studie ist die erste mit dem Versuch, aktuelle Operationstechniken zur Knorpelbehandlung durch Quantifizierung biochemischer Marker in der Synovialflüssigkeit vergleichend zu beurteilen. Dabei wurden Patienten, die sich Autologer Chondrozytentransplantation (ACT), Osteochondraler Autologer Transplan-tation (OAT) und Mikrofrakturierung (MF) unterzogen, nachuntersucht. Gleichzeitig wurde überprüft, ob die unterschiedlichen Marker zur Dokumentation der postoperativen Heilung verwendet werden können. Im Rahmen dieser prospektiven Studie wurden 17 ACT-Patienten, 6 OAT-Patienten und 9 MF-Patienten sowohl präoperativ als auch 6, 12, 26 und 52 Wochen nach den operativen Eingriffen untersucht. Die Kniegelenke wurden mit 50ml isotonischer Kochsalzösung gespült und die Parameter Metalloproteinase 1 (MMP-1), Metalloproteinase 3 (MMP-3), Tissue Inhibitor of Metalloproteinase 1 (TIMP-1), YKL-40 (Chondrex), Proteoglykane (PG), Deoxypyridinoline (DPD), quervernetzte N-Telopeptide des Kollagens Typ I (NTx) und c-terminales Propeptid des Kollagens Typ I (PICP) mittels handelsüblicher ELISA-Kits quantifiziert. Dabei wurden die gemessenen Werte in Bezug zur totalen Proteinkonzentration der synovialen Spülflüssigkeit gesetzt. Neben den biochemischen Analysen wurden klinische und kernspintomographische Untersuchungen durchgeführt. Die Verlaufstendenzen (baselinebezogen) und die absoluten proteinbezogenen Konzentra-tionen der Marker MMP-1, MMP-3, TIMP-1, YKL-40, NTx und PICP nach einem Jahr und in der Gesamtbetrachtung bestätigen ihre Eignung zur Überprüfung osteochondraler Heilung und reflektierten einen günstigen Einfluss der ACT auf das Gelenkmilieu. Die Markerkonzentrationen fielen ab und strebten gegen physiologische Bereiche. Dagegen deckten die Markerverläufe bei der OAT den traumatisierenden Einfluss dieser Operationsmethode mit einer ungünstigen Stoffwechselsituation am Ende des Beobachtungszeitraumes auf. Deutlich zeigte sich dies bei den Markern YKL-40 und NTx, die bei der OAT nach einem Jahr über der Baseline lagen, bei der ACT dagegen klar darunter. Auch die absoluten proteinbezogenen Werte von YKL-40 und NTx waren bei der OAT im Vergleich zur ACT bei guter Vergleichbarkeit (gleiche Proteinkonzentrationen nach einem Jahr) stark erhöht. Auch PICP zeigte bei der OAT im Vergleich mit der ACT und MF diese Tendenz, wobei die Baseline nur gering unterschritten wurde. Diese Ergebnisse wurden durch die kernspintomographischen Befunde untermauert, die bei der ACT in 82% der Fälle gute Defektfüllungen nachwiesen. Bei der OAT fanden sich bei allen Patienten unvollständige Defektheilungen an mindestens einer Zylinderentnahmestelle, wobei die übrigen demarkiert waren. Im Defektbereich zeigte sich bei 50% der Patienten ein gutes, bei 33% ein mangelhaftes und bei 17% ein unbefriedigendes Transplantationsergebnis. Die Einflüsse der Mikrofrakturierung auf die biochemischen Marker waren bei einer schlechten präoperativen Ausgangssituation der Gelenke ohne Aussagekraft und nicht mit den Patientengruppen der ACT und OAT vergleichbar. Angesichts nicht möglicher Randomisierung und geringer Fallzahlen kann diese Studie nur als Pilotstudie mit eingeschränkter Aussagekraft gewertet werden. Zukünftige Studien mit größeren Patientenzahlen müssen die unterschiedlichen Tendenzen im Vergleich der Operationsmethoden weiterverfolgen. Die Markerdiagnostik bietet einen neuen vielverspre-chenden Ansatz zur Beurteilung operativer Knorpelbehandlung, jedoch gibt es noch keinen idealen, absolut spezifischen Knorpelmarker. Hierzu sind weitere Entwicklungen notwendig, um beim Problem der objektiven Einschätzung von Knorpelbehandlungstechniken weitere Fortschritte zu erzielen.

With the help of molecular markers it has become possible to quantify cartilage and bone degradation in joints. This is the first study that attempts to assess current surgical techniques for cartilage treatment comparatively by quantification of molecular markers in the synovia. Patients who underwent Autologous Chondrocyte Implantation (ACI), Osteochondral Autologous Transplantation (OAT) and Microfracturing (MF) were followed up. At the same time it was assessed if the different markers could be used for the documentation of postoperative healing. In this prospective study 17 ACI-patients, 6 OAT-patients and 9 MF-patients were examined both preoperatively and 6, 12, 26 and 52 weeks after the operative interventions. The knee joints were washed out with 50 ml of normal saline and the parameters metalloproteinase 1 (MMP-I), metalloproteinase 3 (MMP-3), tissue inhibitor of metalloproteinase 1 (TIMP-1), YKL-40 (chondrex), protoglycan (PG), deoxypyridinolin (DPD), n-telopeptide (NTx) from type I collagen and c-terminal propeptide from type I collagen (PICP) were quantified by commercial ELISA-kits. The measured levels were referenced to the total protein concentration of the synovial lavage fluid. In addition to the molecular analysis of these markers, clinical and magnetic resonance examinations were carried out. The tendencies over time (baseline related) and the total protein-referenced concentrations of the markers MMP-1 , MMP-3, TIMP-1, YKL-40, NTx and PICP after one year, confirmed their ability to assess osteochondral healing and reflected a favourable influence of ACI on the joint-milieu. The concentrations of the markers dropped off and came close to physiological levels. In contrast to this, the course of markers in OAT revealed a traumatising influence of this surgical method with a poor metabolic status at the end of the follow-up interval. This was clearly shown by the markers YKL-40 and NTx, which were found to be above the baseline after one year, whereas in ACI markedly below. Additionally the total protein-referenced levels of YKL-40 and NTx were strongly elevated in OAT compared to ACI and MF by showing good comparability (equal protein-concentrations after one year). In OAT compared to ACI and MF, PICP showed this tendency as well by falling only slightly below the baseline-level. These results were supported by magnetic resonance imaging findings, which showed good defect-filling in 82% of the cases in ACI. In OAT incomplete defect-healing was found at not less than one donor-site in all patients and the others donor-sites were demarcated. The area of the defect showed good transplantation results in 50%, poor results in 33% and unsatisfactory results in 17% of the patients. The influence of Microfracturing on the molecular markers were inconclusive since this patient-group had poor preoperative conditions and were not comparable to the patient-groups of ACI and OAT. Facing impossible randomisation and a low number of patients, this study can only be considered as a pilot study with limited conclusions. Further studies with higher numbers of patients have to follow to confirm the different tendencies comparing the surgical methods. Molecular markers provide a new diagnostic approach to the evaluation of surgical treatment of cartilage, however there is no ideal, absolute specific marker of cartilage. Therefore more research is necessary for further progression of an objective assessment of operative techniques to repair cartilage.

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