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1  Einführung und Zielstellung

1.1 Stellenwert der allogenen Knochentransplantation

Die allogene Knochentransplantation ist integraler Bestandteil der Behandlung ausgedehnter Knochendefekte, vor allem bei Prothesenwechseloperationen und Rekonstruktionen nach Knochentumorresektionen. In den USA, dem Land mit den weltweit meisten Knochentransplantationen, beläuft sich die Zahl der verwendeten allogenen Knochentransplantate auf 650.000 bis 800.000 pro Jahr [CDC, 2002]. In Deutschland werden jährlich zur Zeit ca. 75.000 autologe und 25.000 allogene Knochentransplantationen durchgeführt. Für Letztgenannte wird der Bedarf auf ca. 50.000 Transplantate pro Jahr geschätzt [von Garrel, 2003]. Überregionale Gewebebanken, die corticospongiöse Knochentransplantate sowie ein breites Spektrum weiterer musculoskeletaler Transplantate (Bänder, Sehnen, Fascien, Knorpel) bereithalten, werden derzeit nur in Berlin (Gewebebank am Institut für Transfusionsmedizin der Charité) und in Leipzig (Deutsches Institut für Zell- und Gewebeersatz) betrieben. Dem gegenüber sind ca. 400 klinikinterne Knochenbanken an unfallchirurgischen bzw. orthopädischen Kliniken angesiedelt. Diese Banken halten hauptsächlich Femurköpfe vor, die bei Totalendoprothesen (TEP)-Operationen steril entnommen werden [Knaepler et al., 1992, 1994; von Garrel, 2003].

Neben allogenen Knochentransplantaten werden autologe Knochengewebe, künstliche und bovine Materialien sowie vitale Knorpel- bzw. Knochenzellkulturen (Tissue Engineering) verwendet.

Die autologen Knochentransplantate gelten zwar als ´golden standard´, sind jedoch aufgrund des eingeschränkten Reservoirs häufig limitiert. Es muss betont werden, dass die autologe Knochentransplantation durch den erforderlichen Zweiteingriff am Beckenkamm mit teils erheblicher und langfristiger neurologischer Symptomatik einhergehen kann [Wippermann et al., 1997].

Im Vergleich zu künstlichen Knochenersatzmaterialien, wie Knochenzement oder Hydroxylapatit-Keramiken, aber auch bovinem Material liegt der wesentliche Vorteil allogener Knochentransplantate in deren Fähigkeit, osteokonduktiv und teilweise osteoinduktiv zu wirken. Diese natürlichen Knochentransplantate dienen als Leitsystem für eine knöcherne Durchbauung und bieten somit die ideale, der physiologischen Morphologie entsprechende Architektur. Von wesentlicher Bedeutung ist dabei die Resorbierbarkeit von Transplantatbestandteilen, da dem Knochenaufbau über Osteoblasten in aller Regel ein durch Osteoklasten gesteuerter Knochenabbau vorausgeht. In diesem Zusammenhang wird die Proliferation von Mesenchymzellen und deren Weiterdifferenzierung zu Osteoblasten durch frei werdende Substanzen, unter anderem durch sogenannte ´bone morphogenetic proteins´ (BMP) [Urist, 1971], angeregt. Weitere Vorteile der allogenen Knochenübertragung liegen in den zur Verfügung stehenden Ressourcen (Knochenbanken) und dem möglichen ´en bloc´-Einsatz. Selbst große Defekte (bis 10 cm) heilen in ersatzstarken La[Seite 6↓]gern meist komplikationslos ein [Regel et al., 1992]. Schließlich können insbesondere durch überregionale Gewebebanken, neben allogenen Knochentransplantaten, auch andere musculoskeletale Transplantate zur Verfügung gestellt und somit der Bedarf für ein ein breites operatives Spektrum abgedeckt werden (Tabelle 1).

Die Bemühungen, durch Verfahren des Tissue Engineering alternative Transplantatformen zu entwickeln, beruhen zumeist auf der Anzüchtung autologer Knorpel- bzw. Knochenzellen, die mittels geeignetem Carrier retransplantiert werden. Infolge der bisher fehlenden Standardisierung der Verfahren sowie der hohen Kosten können diese Therapieformen derzeit nur bei bestimmten Indikationen (z.B. im Kniegelenk oder im Mund-Kiefer-Gesichtsbereich) in sehr wenigen Zentren durchgeführt werden. Daher ist in diesem Zusammenhang die Weiterentwicklung und Optimierung der allogenen Knochentransplantate von großer Bedeutung.

Tabelle 1. Allogene musculoskeletale Transplantate und Indikationen [Pruss et al., 2002]

Transplantat

Indikationen

Spongiöse Knochengewebe

  • TEP-Wechsel in Hüft- und Kniegelenk,
  • Verfüllung bei zystischen Tumoren und „tumor-like lesions“,
  • Posttraumatische Defekte,
  • Rekonstruktion der Hüftpfanne,
  • ventro-dorsale-Fusion bei LWS-Instabilitäten,
  • Umstellungsosteotomien der Tibia und des Femurs

Corticale Knochen-

gewebe

  • Wirbelkörperersatz nach Entzündung oder Tumor, Ersatz peripheren Knochens bei unterschiedlichen Defektsituationen
  • „greffe anterior“ - ventrale Stabilisierung bei schweren Skoliosen
  • Rekonstruktion von Knochendefekten, v.a. Endoprothetik, Stabilisierung bei zystischen Läsionen in biomechanisch belasteten Bereichen (Femur bei fibröser Dysplasie), Knochendeckel bei Knochenzysten
  • Ventralisation der Tuberositas tibiae
  • Korrekturosteotomien
  • OP nach Eden-Hybinette bei habitueller Schultergelenksluxation

Bandgewebe

  • Ersatz bei Ruptur des Ligamentum patellae
  • Mediale Seitenbandinstabilität der Kniegelenkskapsel

Sehnengewebe

  • Kreuzbandplastiken

Fasziengewebe

  • Mediale Seitenbandinstabilität der Kniegelenkskapsel

Knorpelgewebe

  • Plastische Chirurgie, Gelenksarthrosen

Als Ausgangsmaterial für die Herstellung humaner Knochentransplantate dienen, neben Femurköpfen vom Lebendspender, vor allem Femura, Tibiae, Wirbelkörper und Beckenkamm. Diese [Seite 7↓]werden im Rahmen einer Multiorganspende oder bei Gewebespendern nach standardisierten Verfahren entnommen. Das Knochengewebe wird nach der Entnahme tiefgefroren und in der Regel bei ≤ -70 °C bis zur Transplantation gelagert. Überregionale Gewebebanken unterziehen die Gewebe zum Teil einer Gefriertrocknung (Restfeuchte unter 6%) und garantieren somit eine Lagerzeit von bis zu 5 Jahren.

Die Lebend- oder Multiorgan-/Leichenspende von Knochengewebe sowie die diesbezüglichen Verfahren unterliegen strikten Regulationen. Die ´Richtlinien zum Führen einer Knochenbank´ [Bundesärztekammer, 2001] legen Normen für die Auswahl von Lebend- und - mit Einschränkungen - von Leichenspendern fest, die sich in vergleichbarer Form auch in den internationalen Standards der ´American Association of Tissue Banks´(AATB), der ´European Association of Tissue Banks´ (EATB) und der European Association of Musculo Skeletal Transplantation´ (EAMST) [EATB/EAMST, 1997] wiederfinden. Die wesentlichsten Kriterien sind:

Auf eine Zweittestung kann verzichtet werden, wenn ein validiertes chemisches oder physikalisches Verfahren zur Inaktivierung von HIV, Hepatitis B-Virus und Hepatitis C-Virus eingesetzt wird. Neben einer zusätzlichen Sicherheit hinsichtlich anderer mikrobieller Kontaminationen der Gewebe wird durch die Inaktivierung die Lagerfrist der Gewebe verkürzt und die Logistik (erneute Einbestellung der Patienten und zusätzliche Labortests entfallen) vereinfacht. Darüber hinaus sind diese Validierungen in Deutschland unter Bezug auf §§ 2 und 3 AMG [Bundesgesetzblatt, 1998], d.h. bei Abgabe des Transplantates als Fertigarzneimittel, geforderter Standard. Eine Definition der Anforderungen an ein validiertes Verfahren zur Virusinaktivierung in Knochentransplantaten liegt bisher nicht vor.

1.2 Zielstellung der Arbeit

Die in dieser Arbeit dargestellten wissenschaftlichen Untersuchungen beschäftigen sich vor allem mit der Frage, unter welchen Umständen und Bedingungen die Validierung von Virusinaktivierungsverfahren zu erfolgen hat und welche Zielparameter zu definieren sind. Daraus ableitend werden Bedingungen festgelegt, die zu einer größtmöglichen Infektionssicherheit der Knochentransplantate führen. Dabei wurden Inaktivierungverfahren (Peressigsäure/Ethanol, Gammabestrahlung, feuchte Hitze), die in Knochenbanken weltweit am häufigsten eingesetzt werden, an ausgewählten Viren untersucht. Der bisherige Kenntnisstand über die Inaktivierungspotenz dieser Verfahren in Knochengeweben ist nur durch wenige Untersuchungen belegt und beruht größtenteils auf Erfahrungswissen. Das Peressigsäure-Verfahren sowie die Hitzeinaktivierung sind ergänzend mit klinisch relevanten Bakterien, Pilzen, Sporenbildnern und Sporen validiert worden.

Vor Darstellung und Diskussion der eigenen Ergebnisse, die in Publikationen in internationalen Journals veröffentlicht worden sind (siehe 5.), wird der aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisstand zu Infektionsrisiken von Knochentransplantaten und zur Rolle der Infektionsdiagnostik dargelegt.


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der Humboldt-Universität zu Berlin
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15.02.2005