Osteosynthesis and Trauma Care 2001; 9(4): 164- 172
DOI: 10.1055/s-2001-20196
Originalarbeiten

© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Zelluläre, molekularbiologische und morphologische Untersuchungen zur autologen Chondrozytentransplantation (ACT)

Cellbiological, molecularbiological and morphological aspects of autologous chondrocyte transplantation (ACT)S. Marlovits1 , 2 , Michaela Truppe2 , W. Schlegel1 , V. Vécsei1 , 2 , M. Schnabel3
  • 1 Universitätsklinik für Unfallchirurgie (Vorstand: Prof. Dr. V. Vécsei) der Universität Wien, Allgemeines Krankenhaus, Wien
  • 2 Ludwig Boltzmann Institut für Biomechanik und Zellbiologie (Leiter: Prof. Dr. V. Vécsei)
  • 3Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie (Direktor: Prof. Dr. L. Gotzen) der Philipps-Universität Marburg
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Publication History

Publication Date:
19 February 2002 (online)

Zusammenfassung

Zur Behandlung umschriebener Defekte des artikulären Gelenkknorpels wird die autologe Chondrozytentransplantation (ACT) zunehmend als neue biologische Methode der Knorpelreparatur empfohlen. Die unterschiedlichen Ergebnisse aus der Grundlagenforschung, den tierexperimentellen Untersuchungen und den klinischen Studien lassen derzeit eine abschließende Bewertung der Wirksamkeit dieser Methode nicht zu. In der Zellkultur zeigen Knorpelzellen innerhalb kurzer Zeit deutliche morphologische Veränderungen, mit dem Auftreten fibroblastenähnlicher Zellformen, und den Verlust der Synthese knorpelspezifischer Kollagentypen. Die molekularbiologischen Untersuchungen bestätigen die Dedifferenzierung humaner artikulä rer Chondrozyten in Monolayerkultur mit deutlicher Veränderung der Genexpression zwischen Chondrozyten und dedifferenzierten fibroblastenähnlichen Zellen. In der klinischen Anwendung der ACT zeigen die histologischen und immunhistochemischen Untersuchungen des gebildeten Reparaturgewebes die Ausbildung eines faserknorpeligen Mischgewebes, welches sich deutlich vom angrenzenden hyalinen Gelenkknorpel unterscheidet. Vor dem allgemeinen klinischen Einsatz der ACT sind weiterführende Untersuchungen über das Differenzierungsverhalten von Chondrozyten in vitro erforderlich und die Ergebnisse gut dokumentierter klinischer Studien bleiben abzuwarten. Für die erfolgreiche Behandlung von artikulären Knorpeldefekten scheint die weitere Entwicklung innovativer Behandlungskonzepte mit Kombination der Zelltransplantation und Methoden des Tissue Engineerings erforderlich.

Cellbiological, molecularbiological and morphological aspects of autologous chondrocyte transplantation (ACT)

Summary: As a new biological method of cartilage repair autologous chondrocyte transplantation is recommended for the treatment of full thickness cartilage defects. The different results of the basic research, the experimental animal investigations and the clinical reports make the evaluation of the effectiveness of this method more difficult. In vitro isolated and in monolayer culture increased articular chondrocytes show within a short time period evident modifications of their morphological and functional characteristics, with the occurrence of fibroblast-like shaped cells and the loss of cartilage specific collagen synthesis. The molecularbiological analysis confirm the dedifferentiation of articular chondrocytes during monolayer culture and reveal strong modifications in the gene expression between chondrocytes and dedifferentiated fibroblastic-like cells. The histological and immunhistochemical investigation of the repair tissue after chondrocyte transplantation show clear differences to the adjacent hyaline cartilage with the formation of fibrocartilage components. Before the clinical use of autologous chondrocyte transplantation can be recommended in general resuming basic research about the biologic changes of the cultured cells and the results from well documented clinical studies remain to be waited. For a successful cartilage repair the combination of cell transplantation and methods of tissue engineering are the most promising innovations for the future.

Résumé

La transplantation autologue de chondrocytes est de plus en plus recommandée en tant que méthode biologique pour la réparation des défects cartilagineux articulaires circonscris. Les résultats variables en recherche fondamentale, les études expérimentales sur l'animal et les études cliniques ne permettent pas à l'heure actuelle une appréciation définitive de la valeur de cette méthode. En culture cellulaire, les cellules cartilagineuses montrent très vite des modifications morphologiques nettes, avec apparition de formes cellulaires de type fibroblastique et la perte de la synthèse de types de collagènes cartilagineux. Les études de biologie moléculaire confirment la dédifférenciation de chondrocytes articulaires humains en culture monocouche avec modification nette de l'expression génique entre chondrocytes et cellules d'allure fibroblastique dédifférenciées. En utilisation clinique de la transplantation autologue de chondrocytes les investigations histologiques et immuno-cliniques du tissu de réparation montrent le développement d'un tissu mélangé fibrocarilagineux qui se différencie nettement du cartilage hyalin voisin. Avant l'utilisation clinique généralisée du transplant autologue cartilagineux il importe de poursuivre les études sur le mode de différenciation des chondrocytes ainsi que des études cliniques bien documentées. Le développement ultérieur de concepts thérapeutiques innovants avec combinaison de transplantation cellulaire et de Tissue-Engineering sera nécessaire pour assurer le succès du traitement des défects cartilagineux articulaires.

Resumen

Un nuevo método biológico de reparación autólogo del cartílago mediante transplante de condrocitos es recomendado para el tratamiento de los defectos importantes y casi completos del cartílago. Los diferentes resultados sobre investigaciones básicas en animales experimentales y su resultado clínico mostraron que la evaluación acerca de la efectividad del método es más dificultosa de la prevista. In vitro el desarrollo aislado y extendido de condrocitos articulares muestra en un corto período de tiempo evidentes modificaciones en sus características morfológicas y funcionales, con la aparición de las células simil fibroblásticas formadas y la pérdida de la síntesis de colágeno específico de cartílago. El análisis molecular biológico confirma la desdiferenciación del condrocito articular durante el extendido en desarrollo (monolayer) y se producen fuertes modificaciones en la expresión génica entre los condrocitos y las células simil - fibroblásticas desdiferenciadas. La histologia y la inmuno histoquímica en su investigación muestra quen la reparación tisular luego del transplante condrocítico exhibe claras diferencias sobre el cartílago hialino adyacente con la formación del componente fibrocartilaginoso. Previamente al uso clínico este método ACT ha estado bien analizado y documentado pero aún se esperan nuevos estudios clínicos. Para la reparación exitosa del cartílago, la combinación de transplante celular y los métodos de ingeniería tisular hablado, parecen encontrar las innovaciones más promisiorias en el futuro.

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Dr. Stefan Marlovits

Universitätsklinik für Unfallchirurgie

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