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Da man sich den negativen Auswirkungen der totalen sowie partiellen Meniskektomie bewusst ist, wird seit mehreren Jahren nach einem geeigneten Ersatzmaterial für geschädigtes Meniskusgewebe gesucht. Bisher konnte allerdings keines der getesteten Materialien das Meniskusgewebe zufriedenstellend ersetzen. Daher war es Ziel der vorliegenden Studie, ein neuartiges Scaffold auf seine Fähigkeit geschädigtes Meniskusgewebe zu ersetzen zu untersuchen. Das getestete Scaffold wurde aus Seidenfibroin, einem Hauptbestandteil der Seide der Seidenspinnerraupe Bombyx mori, hergestellt. Viele Materialien aus Seide konnten bereits in anderen Einsatzgebieten durch ihre gute Biokompatibilität sowie durch hervorragende mechanische Eigenschaften überzeugen. Voruntersuchungen der neuartigen Seidenfibroin-Scaffolds zeigten eine durchschnittliche Porengröße von > 100 μm. Zusätzlich konnten in vitro geeignete mechanische Eigenschaften für den Meniskusersatz sowie eine gute Biokompatibilität der Scaffolds nachgewiesen werden. Daher sollte in der vorliegenden Studie in vivo am Schafmodell getestet werden, ob die Seidenfibroin-Scaffolds auch im Kniegelenk biokompatibel sind, ob sie eine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen und ob sie die Entstehung degenerativer Knorpelveränderungen verzögern können. Am medialen Meniskus wurde eine partielle Meniskektomie durchgeführt und die Seidenfibroin-Scaffolds in den Meniskusdefekt implantiert. Es gab zwei Scaffold-Gruppen mit unterschiedlichen Untersuchungszeiträumen. In einer Gruppe betrug die Implantationszeit drei Monate. Das Hauptaugenmerk lag in dieser Gruppe auf möglichen Immunreaktionen gegen das Scaffold. In der anderen Scaffold-Gruppe betrug die Implantationszeit sechs Monate. Als orientierende Vergleichsgruppen wurde eine Tiergruppe shamoperiert, bei einer anderen wurde eine Teilresektion durchgeführt. Der Untersuchungszeitraum dieser beiden Gruppen betrug ebenfalls sechs Monate. Im Vergleich der drei Sechsmonatsgruppen war es möglich die Auswirkungen der Scaffoldimplantation auf die Gelenkgesundheit zu beurteilen. Je Versuchsgruppe wurden 9-10 Tiere operiert. Durch makroskopische, histologische und immunchemische Untersuchungen von Gelenkkapsel, Meniskus und Scaffold sowie Gelenkflüssigkeit wurde die Biokompatibilität der Scaffolds im Kniegelenk überprüft. Die histologischen Untersuchungen der Scaffolds ließen Aussagen über die Bioaktivität und das Einwachsverhalten der Scaffolds zu. Mit makroskopischen, biomechanischen und histologischen Untersuchungsmethoden wurde der Degenerationsgrad des artikulären Knorpels bestimmt, um mögliche chondroprotektive Eigenschaften der Scaffolds zu ermitteln. Zusätzlich wurden Scaffold- und Meniskusproben biomechanisch untersucht. So konnte überprüft werden, ob die Scaffolds vor sowie nach Implantation aus mechanischer Sicht geeignet sind, verletztes Meniskusgewebe adäquat zu ersetzen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Seidenfibroin-Scaffolds durchaus Potential für die Anwendung als Meniskusteilersatz haben. Die Biokompatibilität der Scaffolds konnte bestätigt und eine Schädigung des Gelenkknorpels durch die Scaffoldimplantation ausgeschlossen werden. Außerdem scheinen die Scaffolds das Auftreten degenerativer Knorpelveränderungen, wie sie nach partieller Meniskektomie zu beobachten sind, verzögern zu können. Vor Implantation wiesen die Scaffolds eine geringere Steifigkeit auf als das native Meniskusgewebe. Im Laufe der Implantation nahm die Steifigkeit der Scaffolds allerdings zu und unterschied sich nach sechs Monaten nicht mehr signifikant von der Steifigkeit des Meniskus. Auf lange Sicht scheinen die Scaffolds demnach das Meniskusgewebe mechanisch ersetzen zu können. Dies ist besonders wichtig, da die Seidenfibroin-Scaffolds einen dauerhaften Meniskusersatz darstellen und nicht wie andere Materialien einer raschen Resorption und Substitution durch Regenerationsgewebe unterliegen. Allerdings zeigte sich in dieser Studie auch, dass die Fixation der Scaffolds nicht in allen Fällen erfolgreich war. Zudem fand während der Implantationszeit keine Integration der Scaffolds in das Meniskusgewebe statt. Meniskusnah waren zwar einige Scaffoldporen mit Zellen und Bindegewebe gefüllt, eine bindegewebige Verwachsung zwischen Scaffold und Meniskus war hingegen weder nach drei- noch nach sechsmonatiger Implantation zu sehen. Veränderungen der Poreninterkonnektivität, der Porengröße sowie der Fixierbarkeit sind daher vor einem weiteren Einsatz der Scaffolds notwendig. Zudem sollten in einer weiteren in vivo Studie die chondroprotektiven Eigenschaften der Seidenfibroin- Scaffolds über einen längeren Zeitraum untersucht werden.

Im menschlichen Körper gibt es sphärische und nicht-sphärische Gelenke. Das Hüftgelenk, ein sphärisches Gelenk, weist bei jungen Menschen eine Inkongruenz der Gelenkflächen auf. Das bedeutet, dass die Kontaktzonen der beiden Gelenkkörper im vorderen und hinteren Pfannenbereich liegen. Ab einer bestimmten Größe der einwirkenden Gelenkkraft kommt es zu einem vollständigen Kontaktschluss mit nachfolgend größerer Kontaktfläche und kleinerer Druckspannung. Mit zunehmendem Alter geht diese Inkongruenz verloren und es verschlechtert sich damit die Gelenksituation. Es gibt Hinweise, dass auch in nicht-sphärischen Gelenken dieses Prinzip der „Physiologischen Inkongruenz“ besteht. Daher wurden in dieser Arbeit obere Sprunggelenke hinsichtlich subchondraler Mineralisierungsmuster, Gelenkgeometrie und Lokalisation von degenerativen Veränderungen untersucht. Aus der Anatomischen Anstalt München standen uns insgesamt 34 in Formalin fixierte Präparate, 33 rechte und 1 linker Fuß, zur Verfügung. Diese Sprunggelenke waren von 24 Frauen und 10 Männern im Alter von 59 bis 95 Jahren, mit einem Durchschnittsalter von 80,6 Jahren. Eine CT-Osteoabsorptiometrische Auswertung lag von 34 Präparaten vor, 18 rechte und 16 linke obere Sprunggelenke. Die Verteilungsmuster der subchondralen Mineralisierung der jeweiligen Präparate lassen sich in zwei unterschiedliche Typen einteilen. Zum einen ein bizentrisches Verteilungsmuster (Typ I) mit Maxima im Bereich der ventromedialen und ventrolateralen Trochlea tali. Die größte Dichte befand sich entlang der medialen Talusrolle, wobei die Facies articularis medialis häufig mit eingeschlossen war. Die zentrale Region war wenig mineralisiert. Ein weiteres Maximum befand sich in der Mitte der lateralen Facies malleolaris lateralis. Die korrespondierenden Gelenkflächen der Malleolengabel zeigten spiegelbildliche Verteilungsmuster. Die höchste Mineralisierungsdichte befand sich in der Übergangszone zwischen der Facies articularis inferior tibiae und der Facies articularis malleoli medialis. Üblicherweise bestand noch ein weiteres Maximum ventrolateral, welches weniger mineralisiert war. Zum anderen präsentierte sich Typ II mit nur einem Maximum, welches im ventromedialen und medialen Bereich lokalisiert war. Die Gelenkfläche der Malleolengabel zeigte dazu ausgeprägte Maxima im ventromedialen Bereich, die sich oft nach medial und dorsal ausbreiteten. Die subchondralen Dichteverteilungsmuster korrelieren mit der Geometrie der Talusrolle. Eine flache Talusrolle zeigte vorwiegend monozentrische Muster (Typ II), während bei tiefen Talusrollen bizentrische Verteilungsmuster (Typ I) vorlagen. Möglicherweise werden initial sowohl bei flachen als auch bei tiefen Talusrollen zuerst die medialen und lateralen Rollhügel belastet und anschließend folgt die Druckverteilung auf die gesamte Fläche. Dies würde bedeuten, dass auch im oberen Sprunggelenk das Prinzip der „Physiologischen Inkongruenz“ zu finden ist. Bei einer physiologischen Bewegungsabfolge des oberen Sprunggelenkes führt dies zu einer intermittierenden Beanspruchung der Gelenkflächen und gewährleistet somit einen effizienten Mechanismus der Lastübertragung, verbunden mit einer optimalen Schmier- und Ernährungsfunktion des Knorpels. Die Arthroseverteilungskarten waren sowohl bei monozentrischen, als auch bei bizentrischen Verteilungsmustern der subchondralen Mineralisierung sehr ähnlich. Arthrotische Veränderungen zeigten sich vor allem auf der medialen und lateralen Rollkante, sowie im ventralen und dorsalen Bereich der Gelenkfläche des Talus bzw. der Malleolengabel. Der zentrale Bereich wies nur selten Veränderungen auf. Demzufolge besteht kein Zusammenhang zwischen der Lokalisation von degenerativen Veränderungen und der Lokalisation der Maxima der subchondralen Mineralisierung. Da die höchsten Arthrosegrade auf den Rollhügeln zu finden waren, lässt sich vermuten, dass der Knorpel anfälliger für Spitzenbelastungen ist und darauf mit Knorpelveränderungen reagiert. Die Belastungen, die jedoch über einen längeren Zeitraum auf den unter den Knorpel liegenden subchondralen Knochen in immer gleicher Form einwirken, spiegeln sich in der Dichte der subchondralen Mineralisierung wider (Langzeitbelastung).

Ziel dieser CT-osteoabsorptiometrischen Studie war es, die vorherrschende Belastungssituation in Kniegelenken von lebenden Hunden mit Ruptur des vorderen Kreuzbandes (KBR) sowie von lebenden Hunden mit medialer Patellaluxation darzustellen. Insgesamt wurden 29 Patienten untersucht; 17 mit KBR sowie 12 mit Patellaluxation nach medial. Diesen beiden Patientengruppen wurde jeweils eine Kontrollgruppe (n= 21) gegenübergestellt. Die Unterteilung der Kontrollgruppen kniegesunder Tiere erfolgte anhand der typischen Charakteristika der beiden Patientengruppen in eine Gruppe großer (n = 11), d.h mit einem durchschnittlichen Körpergewicht von 32 kg, sowie in eine Gruppe kleiner Hunde (n = 10), d.h. einem durchschnittlichen Körpergewicht von 7 kg. Allerdings konnte zur Datenerhebung für die Kontrollgruppen nicht auf lebende Tiere zurückgegriffen werden, sondern es wurden die Kniegelenke toter Tiere untersucht. Als „gesund“ wurden Kniegelenke definiert, die makroskopisch keine Knorpelveränderungen bzw. -läsionen aufwiesen. Zur Auswahl der Patienten wurden die Ergebnisse der klinischen und radiologischen Untersuchung herangezogen, die in der darauffolgenden kurativen Operation bestätigt wurden. Bei der Ausführung der Computertomographie wurde standardisiert vorgegangen. Die CT-Osteoabsorptiometrie erfolgte nach der von Müller-Gerbl (1991, 1998) entwickelten Methode. Aus den Dichteverteilungsmuster sollten Rückschlüsse auf die Beanspruchung im Gelenk gezogen werden. Die Beanspruchung hängt von der Geometrie der Gelenkkörper sowie von der Größe und Richtung der auf sie einwirkenden Kräfte ab. In den Kontrollgruppen finden sich regelmäßige Verteilungsmuster für alle drei Knochen des Kniegelenkes. Auch stimmten die Ergebnisse beider Kontrollgruppen überein, sodass eine zusammenfassende Betrachtung möglich war. An der Tibia lag der Bereich höchster Beanspruchung zentral auf der Gelenkfläche, sowohl am medialen als auch am lateralen Tibiakondylus. Auch an der Trochlea ossis femoris fand sich der Bereich höchster Beanspruchung mittig im Sulcus trochlearis, mit einer Längsausdehnung von proximal nach distal. Auf den Femurkondylen wiederum zog sich der Bereich längs über die Kondylen. Die Patella hat ebenfalls zentral auf ihrer Gelenkfläche den Bereich höchster Beanspruchung. Die kranken Gliedmaßen der Hunde mit KBR zeigten eine an allen Gelenkabschnitten niedrigere Mineralisierung als in den Kontrollgruppen. Aber auch die vermeintlich gesunde Gliedmaße blieb unter den Werten der Kontrollgruppe. Das aussagekräftigste Ergebnis findet sich bei dieser Patientengruppe an der Tibia. Hier verschob sich das Dichtemaximum nach kaudal, sowohl am medialen als auch am lateralen Kondylus. Auch auf den kontralateralen Kniegelenken entsprach das Dichtemuster der Tibia nicht dem gesunder Tiere. Als typischste Veränderung bei Patienten mit Patellaluxation nach medial ist die Verschiebung des Dichtemaximums nach medial auf der Trochlea ossis femoris und die Verkürzung des Maximums in proximo-distaler Richtung zu nennen. Hinsichtlich der Mineralisierung ließ sich in dieser Patientengruppe zwischen akuter und kontralateraler Gliedmaße kein signifikanter Unterschied feststellen. Die Werte blieben aber deutlich unter denen gesunder Tiere. Sekundäre Messdaten ergaben, dass in gesunden Kniegelenken der mediale Anteil des Tibiaplateaus die höchste Mineralisierung aufweist, gefolgt von lateralem Tibiakondylus, Patella, Femurkondylen und Trochlea ossis femoris. In der KBR-Patientengruppe wie auch in der Patientengruppe mit medialer Patellaluxation findet sich diese Hierarchie wieder. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Hauptbelastung im Kniegelenk auf den Tibiakondylen liegt. Charakteristische Verteilungsmuster spiegeln sowohl bei Gelenken mit KBR als auch bei solchen mit Patellaluxation nach medial die gestörte Biomechanik wider. Auch die kontralateralen klinisch unauffälligen Kniegelenke der Patienten lassen Abweichungen der Dichtemuster von der Norm und somit eine gestörte Biomechanik erkennen.