Über den Autor

Dr. Dr. Robert Köhnke

Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistraße 52
20246 Hamburg
Germany
040 7410 53259
r.rutkowski@uke.de
http://www.uke.de

Vita

Dr. Dr. Robert Köhnke wurde am 13.11.1974 in Georgsmarienhütte geboren. Nach erfolgreichem Abschluss des Zahnmedizinstudiums in Göttingen, schloss er das Studium der Humanmedizin in Wien an. Seine Facharztausbildung absolvierte er in Feldkirch (Vorarlberg) Österreich, mit ergänzenden Stationen unter anderem in Hornheide, Vaduz und Brasilien. Seit 2012 Mitarbeiter in der Abteilung für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, ist er hier seit 2017 als Oberarzt tätig. Klinische und wissenschaftliche Schwerpunkte liegen vor allem in der Dysgnathie- und Kiefergelenkschirurgie.

Co-Autoren

Rico Rutkowski, Oliver Ahlers, Florian Ewald, Moritz Birkelbach, Michael Krueger, Stephan Born, Imke Fiedler, Max Heiland, Tobias Vollkommer, Martin Gosau, Ralf Smeets

Stammzelltherapie zur regenerativen Behandlung der Osteoarthritis des Kiefergelenks – ein in vivo Tierversuch

Thema

Einleitung

Die Osteoarthritis des Kiefergelenks ist eine chronisch-degenerative Gelenkerkrankung, welche durch eine zunehmende Zerstörung mit konsekutivem Verlust des Gelenkknorpels und der Synovialflüssigkeit charakterisiert ist und über eine progrediente Destruktion zum vollständigen Funktionsverlust führen kann [1]. Neben Schmerzen können auch Aspekte wie Gelenkgeräusche, Bewegungseinschränkungen und Fehlstellungen zu einem individuellen Symptomkomplex zählen [2]. Trotz eines breiten Spektrums an etablierten symptomatisch-konservativen sowie minimal- bis maximalinvasiven Therapieoptionen, zeigt sich nicht selten eine therapierefraktäre Beschwerdesymptomatik mit fortschreitender Beeinträchtigung der temporomandibulären Funktionseinheit [3]. Aufgrund des strukturell komplexen Gelenkaufbaus einer bilateralen Funktionseinheit aus Knochen, Knorpel, Bändern, Muskeln, Diskus und Synovialmembran, mit einer insgesamt limitierten autologen Regenerationskapazität, stellt das Kiefergelenk eine enorme Herausforderung für regenerative Techniken dar. In diesem Zusammenhang dominieren derzeit zellbasierte Strategien, implantierbare Scaffolds und spezifische bioaktive Moleküle die Bemühungen auf dem Gebiet des Tissue Engineerings. Ziel der vorliegenden Tierstudie war eine vergleichende Analyse der regenerativen Potenz einer intraartikulären Stammzelltherapie gegenüber klinisch etablierten Standardtherapien. 

 

Material und Methoden

Die prospektive, randomisierte kontrollierte Studie wurde in Übereinstimmung mit der Europäischen Richtlinie 2010/63 EU durchgeführt und das Forschungsprotokoll vom regionalen Tierforschungskommittee genehmigt (Projektregistrierungs-Nr. 74/16). Bei insgesamt 28 weiblichen Kaninchen (New Zealand white rabbit, Charles River, Frankreich) wurden zunächst mittels kombiniertem mechanisch-biochemischen Reiz (Kollagenaseinjektion, Clostridium histolyticum Typ II, 425 Einheiten/ml in Kochsalzlösung) eine Osteoarthritis im Kiefergelenk (beidseits) induziert. Vier Wochen nach Arthritisinduktion erfolgte die Therapieeinleitung mittels einmaliger beidseitiger intraartikulärer Injektionen entsprechend folgender Randomisierung (je sieben Tiere pro Gruppe):

Gruppe 1: AB-Serum (50% 0.9% NaCl + 50% Poolserum), Kontrollgruppe

Gruppe 2: Hyaluronsäure (HA)

Gruppe 3: Mesenchymale Stammzelltherapie (STx.), Konz: 1x106 MSC/ml

Gruppe 4: Mesenchymale Stammzelltherapie in Hyaluronsäure als Trägerlösung (STx. in HA), Konz: 1x106 MSC/ml 

Vier Wochen nach intraartikulärer Injektionsbehandlung erfolgte die Euthanasierung der Tiere und die anschließende histologische und rasterelektronenmikroskopische (Back-scattered Electron Imaging, BSE) Untersuchung der entnommenen Gelenke. Eine exemplarische Darstellung der mittels Zufallsraster an 5 verschiedenen Punkten erfolgten Knorpeldickenmessung zeigt Abbildung 1. Die statistische Auswertung erfolgte deskriptiv sowie mittels Einfaktor-Varianzanalyse (ANOVA), wobei p-Werte mit p < 0.05 als statistisch signifikant gewertet wurden. 

 

Ergebnisse

Im Rahmen von in vitro Voruntersuchungen wurden die verwendeten Stammzellen (Oxacells HP®) phänotypisch charakterisiert und ihre multilineage-Differenzierbarkeit untersucht (Abbildung 2) [4]. Während Abbildung 3 die immunophenotypische Charakterisierung der aufgereinigten Stammzellen zeigt, gibt Abbildung 4 eine Zusammenfassung der Oberflächenmarker-Expression der Stammzellen (Oxacells HP®).

Im Rahmen der histologischen Untersuchung ergaben die über jeweils fünf Punkte durchgeführten Messungen eine signifikant erhöhte Knorpeldicke in den stammzellbehandelten Gruppen.

Gruppe 1 - MW: 195.26 µm; SD: 86.78 µm.

Gruppe 2 - MW: 195.24 µm; SD: 81.58 µm.

Gruppe 3 - MW: 228.78 µm; SD: 103.62 µm.

Gruppe 4 - MW: 231.14 µm; SD: 92.52 µm.

Signifikante Unterschiede ergaben sich zwischen Gruppe 4 vs. 1 (p = 0.028); Gruppe 4 vs. 2 (p = 0.042) und Gruppe 3 vs. 1 (p = 0.036). Auch der Unterschied Gruppe 3 vs. Gruppe 2 fällt deutlich aus, erreicht mit einem p = 0.054 aber das notwendige Signifikanzniveau knapp nicht. Abbildung 5 zeigt die Boxplot-Analyse der Knorpeldickenmessungen.

In der Rasterelektronenmikroskopie konnten darüber hinaus in allen Gruppen Pakete hoch und niedrig mineralisierten Knochens detektiert werden, wobei die mineralisierte Zone in der STx.-Gruppe stärker ausgeprägt erscheint, zusammen mit einer geringeren Chondrozyten-Lakunen-Porosität der mineralisierten Zone. Die Heterogenität der Mineralisierung ist in Form von Unterschieden in den Grauwerten visualisiert, wobei dunkle Pixel niedrig mineralisierte Regionen und helle Pixel höher mineralisierte Regionen repräsentieren. 

 

Schlussfolgerung

Die einmalige intraartikuläre Injektion eines stammzellhaltigen, GMP-konformen Arzneimittels für neuartige Therapien (ATMP) zur Behandlung einer iatrogen erzeugten Osteoarthritis des Kiefergelenks im untersuchten Tiermodell zeigt ein gegenüber den Kontrollgruppen signifikant erhöhtes chondroregeneratives Potenzial und scheint darüber hinaus auch die subchondrale Mineralisierung positiv zu beeinflussen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die intraartikulär eingebrachten Stammzellen eine wirksame Behandlungsoption für die Behandlung von der Osteoarthritis des Kiefergelenks darstellen können. Im Hinblick auf eine lückenlose Übertragung der Ergebnisse auf die Kiefergelenksosteoarthritis beim Menschen und eine Implementierung der Stammzellbehandlung in die klinische Routine (inkl. Dosis- und Therapieschemafindung), sind jedoch weitere Studien notwendig.

Bildergalerie (6)

Literatur:

[1] Zarb, G. A., & Carlsson, G. E. Temporomandibular disorders: osteoarthritis. Journal of orofacial pain 1999, 13(4).

[2] Wiese, M., Svensson, P., Bakke, M., List, T., Hintze, H., Petersson, A., ... & Wenzel, A. Association between temporomandibular joint symptoms, signs, and clinical diagnosis using the RDC/TMD and radiographic findings in temporomandibular joint tomograms. Journal of orofacial pain 2008, 22(3).

[3] de Souza, R. F., Da Silva, C. H. L., Nasser, M., Fedorowicz, Z., & Al‐Muharraqi, M. A. Interventions for managing temporomandibular joint osteoarthritis. Cochrane database of systematic reviews 2012, 4.

[4] Born, S.; Dörfel, M.J.; Hartjen, P.; Yekani, S.A.H.; Luecke, J.; Meutsch, J.K.; Westphal, J.K.; Birkelbach, M.; Köhnke, R.; Smeets, R. A short-term plastic adherence incubation of the stromal vascular fraction leads to a predictable GMP-compliant cell-product. BioImpacts: BI 2019, 9, 161.

Zusammenfassung:

Die Osteoarthritis des Kiefergelenks ist eine chronisch-degenerative Gelenkerkrankung, welche durch eine progrediente Zerstörung des Gelenkknorpels und Verlust der Synovialflüssigkeit charakterisiert ist und zum vollständigen Funktionsverlust führen kann. Trotz eines breiten Spektrums an etablierten symptomatisch-konservativen sowie minimal- bis maximalinvasiven Therapieoptionen, zeigt sich nicht selten eine therapierefraktäre Beschwerdesymptomatik mit fortschreitender Beeinträchtigung der temporomandibulären Funktionseinheit. 

Im Rahmen dieser prospektiven, randomisiert-kontrollierten Studie erfolgte bei insgesamt 28 weiblichen Kaninchen zunächst eine kombiniert mechanisch-biochemische Induktion einer Osteoarthritis im Kiefergelenk (beidseits) und vier Wochen später die einmalige beidseitige intraartikuläre Injektion entsprechend folgender Randomisierung:

Gruppe 1: AB-Serum (50% 0.9% NaCl + 50% Poolserum), Kontrollgruppe

Gruppe 2: Hyaluronsäure (HA)

Gruppe 3: Mesenchymale Stammzelltherapie (STx.), Konz: 1x106 MSC/ml

Gruppe 4: Mesenchymale Stammzelltherapie in Hyaluronsäure als Trägerlösung (HA + STx.), Konz: 1x106 MSC/ml 

Im Rahmen der histologischen Untersuchung ergaben die über jeweils fünf Punkte durchgeführten Messungen eine signifikant erhöhte Knorpeldicke in den stammzellbehandelten Gruppen (Gruppe 4 vs. 1, p = 0.028; Gruppe 4 vs. 2, p = 0.042; Gruppe 3 vs. 1, p = 0.036). 

In der Rasterelektronenmikroskopie konnten darüber hinaus in allen Gruppen Pakete hoch und niedrig mineralisierten Knochens detektiert werden, wobei die mineralisierte Zone in der STx.-Gruppe stärker ausgeprägt erscheint, zusammen mit einer geringeren Chondrozyten-Lakunen-Porosität der mineralisierten Zone.

Die einmalige intraartikuläre Injektion eines stammzellhaltigen, GMP-konformen Arzneimittels für neuartige Therapien (ATMP) zur Behandlung einer iatrogen erzeugten Osteoarthritis des Kiefergelenks zeigt gegenüber den internen Vergleichsgruppen einen erhöhten chondro- sowie subchondral-regenerativen Effekt.