Neue Operationstechnik bei schweren Kniegelenksdefekten

Biologischer Kniegelenksersatz: Eine neue Operationstechnik an der Universitätsklinik für Unfallchirurgie am Wiener AKH sorgt für Furore. Gelenksknorpel-Masse wird am Wiener AKH nachgezüchtet.

Das Kniegelenk ist beim Menschen ein sogenanntes Drehscharniergelenk, d.h. es besitzt zwei Freiheitsgrade, Beugung/Streckung und Rotation. Die Rotation ist allerdings nur in gebeugtem Zustand möglich. Aus der Normalstellung ist eine Beugung um 120-150°, eine Streckung um 5-10°, sowie im gebeugten Zustand eine Innenrotation um 10° und eine Außenrotation um 30-40° möglich.

Das Kniekehlgelenk (Articulatio femorotibialis) ist das eigentliche für die Beugung des Knies zuständige Gelenk. Es muss großen Belastungen standhalten, gleichzeitig aber ausreichende Beweglichkeit ermöglichen. Deshalb sind Verletzungen des Kniegelenks sehr häufig.

Nach jahrelanger Grundlagenforschung hat ein Team unter Dr. Stefan Marlovits eine Methode zum Nachzüchten von Gelenksknorpel-Masse aus zuvor vom Patienten entnommenen Zellen entwickelt. Insgesamt drei Erkrankte – davon zwei mit schwersten Kniegelenksdefekten – konnten damit bereits behandelt werden. Marlovits: “Bis jetzt sieht es sehr gut aus.”

Der Hintergrund

[Stand: 2000]

Die Biotechnologie bzw. das Tissue Engineering – also das Züchten von Zellen und Gewebeteilen – werden oft als Domäne von privaten Biotech-Firmen angesehen. Doch das aus 15 bis 16 Wissenschaftern bestehende Team an der Unfallklinik und dem Ludwig Boltzmann Institut für Biomechanik und Zellbiologie (Vorstand und Leiter: Univ.-Prof. Dr. Vilmos Vecsei) hat mit Forschungsfonds-Mitteln und Geldern aus dem umstrittenen “Klinischen Mehraufwand” Pionierarbeit geleistet, die wesentlich weiter geht als bisherige industrielle Projekte.

Basisarbeit

1995/96 begannen die Wiener Wissenschafter mit der Arbeit von der Basis an. Der Unfallchirurg: “Wir haben zunächst einmal ein Zellkulturmodell etabliert. Dann haben wir von nach Hüftgelenks-Brüchen entfernte Gelenksköpfe samt dem Knorpelmaterial als Versuchsmaterial verwendet.”

Zunächst ging es darum, möglichst gute Methoden zum Züchten von Gelenksknorpel-Masse zu entwickeln. Marlovits: “Entnimmt man Patienten Knorpelzellen und züchtet man sie im Labor weiter, kommt es bald zur ‘Entdifferenzierung’. Was zunächst Knorpelmasse aus dem im Kniegelenk vorhandenen Kollagen II war, wird zu Kollagen I.” Um möglichst gutes Material aus der Zellkultur zu erhalten, fanden und verwenden die Wiener Fachleute nun dreidimensionale Zellkulturen: Die angezüchteten Knorpelzellen werden in einem Rotor bewegt. Das soll sowohl zur Vermehrung der Zellen als auch zur Gewinnung möglichst funktionstüchtiger Knorpelzellen führen.

Erste Operation

Im Sommer dieses Jahres war es an der Universitätsklinik in Wien so weit: Im Rahmen einer Gelenksspiegelung (Arthroskopie) wurde einem 21-jährigen Mann ein minimales Stückchen Knorpelmaterial aus einer nicht unter Belastung stehenden Region des Gelenks entnommen.

Der Patient hatte nach einem Unfall an einer vollständigen Zerstörung der Gelenksfläche zwischen Kniescheibe und Unterschenkelknochen gelitten.

Sieben Operationen waren erfolglos geblieben. Nicht einmal schmerzlos sitzen konnte der Kranke mehr. Dr. Stefan Marlovits: “Wir entnehmen etwa 200 Milligramm an Knorpelmasse und somit zwischen 250.000 bis 500.000 Knorpelzellen. Daraus züchten wir binnen fünf bis sechs Wochen zehn bis 15 Millionen Zellen.”

Ein Trick: Die Zellen werden auf einem Kollagen-Vlies gezüchtet. Das bringt bessere Resultate. Nach einigen Wochen kam es – am 5. September – dann zu dem zweiten Eingriff. Das Operationsteam mit Klinikvorstand Univ.-Prof. Dr. Vilmos Vecsei und Dr. Marlovits öffnete das Knie des Patienten großflächig und fügte ein genau passendes Vlies mit dem nachgezüchteten Gelenksknorpel an jener Stelle des Gelenks ein, wo der Knorpel komplett kaputt war.

Marlovits: “Die Patienten dürfen danach das betroffene Gelenk sechs Wochen lang überhaupt nicht belasten. Es gibt eine intensive Nachbehandlung. Nach zehn Tagen beginnt eine physikalische Therapie, bei der die Bewegbarkeit des Kniegelenks wöchentlich um 15 bis 20 Grad erhöht wird. Nach sechs Wochen wird eine teilweise Belastung erlaubt. Wirklich beurteilen kann man den Erfolg erst nach sechs Monaten bis einem Jahr.”

Schmerzfrei

Der erste Patient ist bisher schmerzfrei. Auch schon ein weiterer wurden offenbar mit gutem Erfolg auf diese Weise versorgt. Der Unfallchirurg: “Wir konzentrieren uns auf junge Patienten mit vor allem unfallbedingten schweren Kniegelenksschäden, die sonst nur noch durch ein künstliches Gelenk behoben werden könnten. Doch so ein künstliches Gelenk hält derzeit bloß zehn Jahre und kann nicht einfach ersetzt werden.”

Von den vom AKH vorerst bewilligten Geldmitteln können im Rahmen dieser Entwicklungsarbeiten noch vier Patienten behandelt werden. Dann ist das Geld vorläufig zu Ende – und im Rahmen der Diskussionen um die Finanzierung des Wiener AKH bleibt es unsicher, ob das Projekt weiter geführt werden kann.

Marlovits: “Wir glauben, dass wir bei rund 80 Prozent der Patienten gute Erfolge – und somit Schmerzfreiheit – erzielen können. In Zukunft wollen wir versuchen, Knorpelkonstrukte gemeinsam mit Knochenmaterial zu implantieren. Das würde den Heilungsprozess einfacher und schneller machen.”

Arthrose und Arthritis – zwei Gefahren für das Knie

Arthrose entsteht über längere Zeit. Es handelt sich dabei um eine Abnutzung – einen degenerativen Zustand. Der Knorpel ist verbraucht, es fehlen Teile oder die ganze Oberfläche wurde abgeschliffen. Es gibt mehrere Gründe für die Entstehung von Arthrose: Fehlstellungen können der Auslöser sein, aber auch Übergewicht. Ein echtes Übergewicht führt zu einem Gelenkverschleiß – deshalb heißt die Arthrose auch Verschleißkrankheit.

Weitere Faktoren sind fehlende Teile im Gelenk: Wenn man nach einem Unfall den Meniskus entfernt, kommt es zu einer Überbelastung. Auch wenn das Kreuzband fehlt, läuft das Kniegelenk nicht mehr rund, es wird asymmetrisch belastet. Außerdem kann es vorkommen, dass durch einen Unfall der Knorpel beschädigt wird – zum Beispiel beim Mountain-Biken oder Ski fahren.

Bei der Behandlung der Arthrose muss man unterscheiden, in welchem Stadium sie ist. Zu Beginn kann man oft eingreifen, indem man defekte Teile ersetzt, beispielsweise durch Knorpeltransplantationen oder Verschiebeoperationen.

Noch besser ist es, gleichzeitig die Ursachen zu bekämpfen – sei es, dass man den Meniskus “repariert”, einen neuen Meniskus transplantiert beziehungsweise ein Kreuzband einsetzt, um das Knie zu stabilisieren. Wenn sich der Bewegungsablauf wieder normalisiert, wird auch der Knorpel wieder symmetrisch belastet und nutzt sich nicht ab.

Arthritis kann jeden treffen. Es handelt sich dabei um eine Entzündung, die kommt und geht. Möglicherweise verursacht ein Fremdkörper, ein Knorpelteilchen oder ein Bluterguss die Reizung des Gelenks und führt zu einer Entzündung der Schleimhaut. Das Knie schwillt an, wird wärmer und unbeweglicher, es sammelt sich Wasser an. Eine bakterielle Infektion ist bei uns sehr selten der Auslöser für Arthritis.

Das ist in den Entwicklungsländern häufiger der Fall. Dann gibt es die rheumatische Arthritis beim älteren Menschen, die durch eine Fehlschaltung der Schleimhaut entsteht. Die Schleimhaut entzündet sich und wird rot. Sie beginnt stärker in den Knorpel hineinzuwachsen. Immer wiederkehrende Entzündungsschübe zerstören auf Dauer das Gelenk. Die entzündliche Komponente bei der Arthritis muss ganz anders behandelt werden als der Verschleiß bei der Arthrose. Bei Arthritis helfen Ruhe, kühle Umschläge und entzündungshemmende Medikamente.

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Quellen:

¹ Überblick über Sportverletzungen
² Presseaussendung der Universitätsklinik für Unfallchirurgie am Wiener AKH

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Linktipps

– Neue Methoden: OP von Knorpelschäden
– Vorderer Kreuzbandriss: Ursachen, Symptome und Behandlung
– Meniskusverletzung
– Sportverletzungen vorbeugen
– Skihelm & Skiverletzungen

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