Skip to main content
Revista Brasileira de Ortopedia logoLink to Revista Brasileira de Ortopedia
. 2020 Oct 29;56(4):470–477. doi: 10.1055/s-0040-1716764

Treatment of Chondral Knee Lesions with Autologous Chondrocytes Embedded in a Fibrin Scaffold. Clinical and Functional Assessment *

Eduardo Alvarez-Lozano 1, Herminia Martinez-Rodriguez 2, Francisco Forriol 3,
PMCID: PMC8405271  PMID: 34483391

Abstract

Objective  The aim of our study is to analyze the clinical and functional results obtained using autologous chondrocytes embedded in a fibrin scaffold in knee joint injuries.

Methods  We included 56 patients, 36 men and 20 women, with a mean age 36 years. Six of the patients were professional athletes, with single knee injuries that were either chondral or osteochondral (43 chondral, 9 osteochondral, 2 cases of osteochondritis dissecans and 2 osteochondral fractures), 2 to 10 cm 2 in size and ≤ 10 mm deep, with no signs of osteoarthritis. The location of the injury was in the patella (8), the medial femoral condyle (40) and lateral femoral condyle (7) and one in the trochlea. The mean follow-up was 3 (range: 1–6) years. The clinical course was assessed using the Cincinnati and Knee Injury and Osteoarthritis Outcome (KOOS) scores, 6 and 12 months after surgery. The paired Student t-test was used to compare pre-and postoperative results.

Results  Six months after the implant, patients resumed their everyday activities. On the assessment scores, their condition was improving in comparison with their presurgical state ( p  < 0.05). They were also able to carry out their sporting activities more easily than prior to surgery ( p  < 0.05).

Conclusion  The seeding of chondrocytes in fibrin may provide a favorable micro-environment for the synthesis of extracellular matrix and improved the clinical condition and activity of the patients 1 year after surgery.

Keywords: cartilage, knee, scaphoid bone, chondrocytes, fibrin

Introduction

Chondral and osteochondral joint injuries lead to degeneration of the joint, which may ultimately require a prosthesis. 1 Cartilage is a tissue of low cellular density, which needs some support to achieve repair or regeneration. 2 3 To this end, surgical approaches based on regenerative techniques make use of bioengineering to develop new hyaline cartilage tissue (autologous chondrocyte implant [ACI], mesenchymal stem cells [MSCs] chondrocytes in different scaffolds [MACI]) 2 and can be performed through open surgery, mini-arthrotomies, or arthroscopy.

Autologous chondrocyte implantation (ACI) has developed from the implantation of cultured cells in the lesion itself, as a cellular suspension, 4 to the inclusion of cultured cells in biodegradable scaffolds, 5 6 which permit synthesis of extracellular matrix and cell differentiation. Although the number of cells is homogeneous across publications, the type of matrix used varies greatly.

A further aspect to consider in this type of treatment is that during cell growth, under certain conditions, the cells may change their morphology and phenotype, expressing transcription factors, such as the gene Sox9, and producing col2 or synthesis of col1, col3, or col10, which synthesize an extracellular matrix with poor biomechanical conditions, 7 and are differentiated into a tissue that is also of low quality to perform the function of the hyaline cartilage. 8 But if the chondrocytes are seeded in a chondrotropic environment, they can redifferentiate to develop hyaline cartilaginous tissue. 9

Regenerative techniques are associated with high economic costs and high morbidity and have not always been found to obtain better results in the long term. 10 11 The aim of our study is to analyze the clinical results obtained in patients with chondral injuries treated with cultured autologous chondrocytes seeded in a fibrin scaffold.

Material and Methodology

A prospective study of 56 patients, 36 men and 20 women, operated on between April 2014 and October 2017, on the grounds of pain, joint lock, and functional limitations in the knee. Their mean age was 36 years (SD: 13; range: 16–64), and they had a mean follow-up of 27 (standard deviation [SD]: 16; range: 12–72) months. There were 32 injuries to the left knee and 24 to the right. The lesions were located as follows: 43 chondral, 9 osteochondral, 2 cases of osteochondritis dissecans and 2 osteochondral traumatisms. The location of the lesions were 8 cases in the patella, the distal femur, 40 cases in the medial femoral condyle and 7 cases in the lateral femoral condyle and, finally, 1 case in the trochlea. Forty-three of the patients took part actively in sporting activities, and 6 were professional athletes.

The inclusion criteria were: patients aged between 16 and 65 years with no signs of osteoarthritis or rheumatic disease, being operated on for the 1 st time with single lesions, either chondral or osteochondral, between 2 and 10 cm 2 in size, in which the bone lesion was ≤ 10 mm deep. The exclusion criteria are patients with osteoarthritis grade II or above in the Kellgren-Lawrence scale, with morbid obesity (BMI > 40) and patients with valgus or varum deformity > 10°.

The operation was performed from 1 to 6 years after symptoms appeared, although in most cases this period was 2 to 4 years. On 5 occasions, the cartilage injury was associated with a meniscus or anterior cruciate ligament torn; this was repaired in the same operation. The mechanical axis was studied in the lower limbs looking for valgus or varum deformation. No corrective osteotomy was performed.

We evaluated the patients using the Cincinnati and Knee Injury and Osteoarthritis Outcome (KOOS) knee scores, during the preoperative period and 6 and 12 months after the operation. We measured the range of mobility and the presence of crepitation and took anterior-posterior and sagittal standing X-rays, and MRI of the knee at each assessment. We evaluated the range of mobility in the pre and postoperative periods separately of the two scales.

Cartilage Obtaining Procedure

The specimen of cartilage was obtained from the intercondylar fossa by an arthroscopic procedure using an osteochondral autologous transplantation system (OATS), (Artrex, Karisfeld, Germany), 8 mm in diameter. The extracted cartilage was stored in physiological saline solution supplemented with 0.05 mg gentamicin. In our tissue engineering laboratory, we expanded and maintained the chondrocytes in vitro, according with the recommendations from the bone and bank tissue.

Chondrocyte Culture

This was performed using a modified version of the technique devised by Visna et al. 6 We sectioned the joint cartilage obtained into small cubes sized 1 to 3 mm 3 in a class II laminar flow bell. The cartilage fragments were treated with trypsin (GIBCO-BRL Life Technologies, Grand Island, NY, USA). For digestion of the chondral matrix, they were treated with type II collagenase (GIBCO-BRL Life Technologies). The chondrocytes obtained were inoculated into 75 cm 2 culture flasks (NUNC Creek Drive, Rochester, NY, USA) for in vitro growth. The medium used was Opti-MEM (GIBCO-BRL Life Technologies), supplemented with 10% autologous human serum (AHS) and gentamicin. The cultures were kept in a controlled atmosphere with 5% CO 2 and a relative humidity of 100%. When the monolayer cultures reached between 70 and 80% confluence, the cells were detached and incubated in trypsin-EDTA (GIBCO-BRL Life Technologies).

To seed the chondrocytes in a three-dimensional scaffold, we used a fibrin-based glue. We followed the manufacturer's instructions, and before the fibrinogen and thrombin provided in the container were mixed, we added the chondrocytes so that they would be suspended in the fibrin. When 80% confluence was estimated, the cells were lifted with 0.25% trypsin-EDTA, counted in a Neubauer chamber using the trypan blue method, and subcultured in three fractions to encourage cell propagation and allow new cultures to be established, until 15 million cells were obtained. Microbiological tests were performed to ensure that the cultures contained no contamination. This number of chondrocytes was obtained in 26 days and in 15 × 75 cm 2 culture flasks. Subsequently, the cells were seeded in the three-dimensional fibrin scaffold, which was placed in a mold and set in for 5 minutes.

Surgical Technique ( Fig. 1 )

Fig. 1.

Fig. 1

(a) Preoperative X-ray, (b) An arthrotomy was performed and the injured area was exposed. (c) Loose osteochondral fragments were removed and the scar tissue in the bed of the lesion was curetted and small perforations were made in the subchondral bone plaque, without removing it, so that the biological glue would facilitate the anchoring of the bone implant. (d) An aluminum template to build a mold of the same morphology as the injury was used, (e) sutures were switched for re-absorbable sutures. (f) Once the implant had been placed, the transosseous sutures were removed, and a layer of fibrin glue was injected on the joint surface of the graft, (g) 12 months control X-ray.

Surgery was performed the day after the cells were seeded. An arthrotomy was performed and the injured area was exposed. Then, the loose osteochondral fragments were removed and the scar tissue in the bed of the lesion was curetted. One mm was removed from the edges of the joint cartilage surrounding the lesion, and small perforations were made in the subchondral bone plaque, without removing it, so that the biological glue would facilitate the anchoring of the bone implant.

We used an aluminum template to build a mold of the same morphology as the injury, and we designed the size and shape of the implant, ensuring that the edges were in contact with those of the recipient bone defect. We inserted 2.4 mm titanium surgical anchors (MiniFasTak ® , Arthrex, Naples, Flo, U.S.A) at the edges of the lesion, switching the sutures for PDS II [polydioxanone] sutures with re-absorbable threads (Ethicon Inc., Sommerville, NJ, USA). When we inserted the anchors at the edges of the defect, we threaded the suture through the implant itself (Condrograft ® , Banco de Huesos, UANL, Monterrey Mexico), which was in contact with the subchondral bone, and then again through its superior aspect, making sure that it was close to the other side of the hole. We made a transosseous tunnel toward the free side of the condyle. Through this tunnel we inserted the thread used to suture the implant. Once the anchors had been positioned and the thread had been inserted through the transosseous tunnel, we identified the suture threads to knot them, which we did without exerting pressure, until the next stage of fixation was completed.

To achieve full integration of the fibrin graft, we used Tissucol biological fibrin glue (Baxter Biosciences, Vienna, Austria), which formed a stable clot without affecting the seeded cells and encouraged their integration into the healthy cartilaginous tissue and the migration of the cells in the graft.

When we applied the Tissucol, a layer formed on the defect, and, immediately after this, we inserted the graft, keeping it in position using the trans-osseous sutures, lowering it and positioning it manually while pulling on the transosseous sutures so that the edges of the graft were in contact with the sides of the defect. Once the Condrograft had been placed in its definitive position inside the lesion, we proceeded to remove the transosseous sutures, without excessive force, in the direction of the free aspect of the femoral condyle. Finally, we put a layer of glue on the joint surface of the graft and in the place where it joined the normal cartilage.

After closing the wound by planes, we locked the knee joint in extension for 8 hours, to allow the Tissucol to set completely.

Postoperative Care

Passive mobility was allowed 8 hours after the surgery, and active mobility at 48 hours. After 10 days, partial walking was permitted, using crutches, and with progressive loadbearing. After 6 weeks, we allowed plantigrade locomotion bearing 75% of the body weight. The physiotherapy protocol concluded 18 weeks after the operation, when the crutches were removed, and the patient could bear full weight.

Magnetic Resonance Imaging Data Acquisition

Magnetic resonance images were acquired using a 1.5-Tesla GE (General Electric Healthcare, Milwaukee, WI, USA). Three clinically appropriate scans (3D FS FGRE, dual echo spin echo [FSE ]and two-dimensional fast spin echo[2D FSE]) were acquired for each study participant. All images were reviewed by an experienced radiologist to confirm the absence of pathology.

Two imaging sequences were used. Two-dimensional dual-echo images were acquired to calculate, pixel-wise, T2 relaxation maps, proton density (PD). The 3D FS FSPGR images were segmented using a semi-automated atlas-based method (QMetrics, Inc., Rochester, NY, USA). Images were segmented, as previously described, into bone, cartilage, and cartilage sub-regions using eight atlases. This approach produced eight separate segmentations that were compared on a voxel-by-voxel basis to create one segmentation map. Cartilage segmentations were obtained for the medial weight-bearing and lateral weight-bearing regions of the femur, and medial and lateral tibial cartilage. Cartilage segmentation maps were used to determine the volume (mm3) and mean thickness (mm) of each region of interest. This method yielded test-retest precision of cartilage thickness values of 0.014mm (0.6%) at the femur in images obtained with a 1.5T MRI 12 ( Fig. 2 ).

Fig. 2.

Fig. 2

(a,b) Preoperative sagittal view of femoral condyle cartilage 3D FS FGRE, (c,d) 3D rendering of surface curvature. The bone cartilage interface shows the extension of the chondral lesion. The articular surface shows smooth cartilage. (e) Sagittal view of T2 mapping cartilage estimated from 2D FSE (dual echo spin echo). Normal cartilage T2 range from 20 to 100 milliseconds.

Statistical Analysis

A descriptive statistical analysis was performed, and we used the paired Student t-test to compare the pre and postoperative scores.

Results

Prior to surgery, most patients reported pain and inflammation that stopped them from being able to carry out their normal activities.

During the postoperative period, the patients performed normal daily life and work activities as well as light exercise, and one third of them felt that their knee was normal and that they could perform demanding exercises and tasks. An improvement was observed in the perception of symptoms after the surgery, although the difference was not significant. The patients' overall scores on the Cincinnati and KOOS ( Table 1 ) showed an improvement over time, although no further differences were detected after the first 6 months ( Fig. 3a ). The mobility varied after the treatment, being considered normal after 6 months postsurgery.

Table 1. Cincinnati and Knee Injury and Osteoarthritis Outcome scores follow-up development.

Follow-up (months)
Postoperative
Cincinnati
X (SD)
range
KOOS
X (SD)
range
Preoperative 53.2 (16.96)
10–79
56.04 (15.29)
22.6–76.19
< 6 88.69 (13.03)
42–100
86.57 (11.46)
52.38–97.6
7–14 85 (16.54)
55–100
87.47 (16.17)
40.48–98.8
15–24 82.38 (16.16)
46–100
89.85 (8.47)
66.07–98.8

Abbreviations: KOOS, Knee Injury and Osteoarthritis Outcome; SD, standard deviation.

Fig. 3.

Fig. 3

(a) The Knee Injury and Osteoarthritis Outcome score and (b) the Cincinnati score showed an improvement over time, although no further differences were detected after the first 6 months.

The functional assessment of everyday activities before surgery showed that 50% of the patients could walk less than 1 block and had limitations when it came to climbing upstairs or crouching. In the postoperative period, after 6 months had passed, 75% of patients were able to carry out their daily activities normally. We observed a clinical improvement in walking, going upstairs, sitting and kneeling 6 months after surgery ( p  < 0.05) ( Table 2 ) ( Table 3 ). As far as sports activities were concerned, we observed a clear improvement in the patients' capacities in the postoperative period as compared with the preoperative tests ( p  < 0.05) ( Fig. 3b ).

Table 2. Knee Injury and Osteoarthritis Outcome score development for the general population, by gender (women and men) and type of injury (chondral or osteochondral).

Preoperative
X (SD)
range
6 months
X (SD)
range
12 months
X (SD)
range
24 months
X (SD)
range
General 56.04 (15.29)
22.6–76.19
62.52 (18.62)
30.3–94.59
78.63 (14.43)
35.12–96.43
88.11 (12.23)
40.48–98.8
Women 58.27 (15.29)
25–75.59
67.99 (18.09)
36.9–92.26
78.78 (15.27)
39.88–95.27
87.33 (17.13)
98.8–50.59
Men 54.8 (15.37)
22.6–76.19
59.48 (18.46)
30.3–94.59
78.55 (14.17)
35.12–96.43
88.54 (12.32)
40.48–98.8
Cartilage injury
Chondral 55.93 (14.36)
25–76.19
63.51 (17.19)
30.3–92.2
78.89 (13.12)
39.88–96.43
88.73 (9.99)
50.6–98.8
Osteochondral 59.97 (20.44)
22.6–75
63.82 (22.7)
36.9–94.59
84.22 (11.67)
59.52–94.59
93.36 (4.39)
85.71–98.8

Abbreviation: SD, standard deviation.

Table 3. Cincinnati score development for the general population, by gender (women and men) and type of injury (chondral or osteochondral).

Preoperative
X (SD)
range
6 months
X (SD)
range
12 months
X (SD)
range
24 months
X (SD)
range
General 53.2 (16.96)
10–79
56.4 (19.30)
19–86
74.75 (16.85)
19–93
85.07 (15.41)
42–100
Women 50.9 (18.9)
10–71
59 (19.5)
19–84
71.75 (21.4)
19–93
81.7 (18.55)
46–100
Men 54.5 (15.93)
10–79
54.94 (19.33)
19–93
76.42 (13.75)
38–93
86.94 (13.27)
42–100
Cartilage injury
Chondral 53.35 (16.98)
10–78
56.7 (19.36)
19–86
75.3 (16.97)
19–93
84.93 (14.35)
46–100
Osteochondral 53.11 (20.25)
10–79
59 (20.1)
34–80
78.56 (10)
60–93
92.78 (5.65)
82–100

Abbreviation: SD, standard deviation.

There was no difference in the clinical scores between women and men during follow-up ( Table 2 ) on any of the scales. The osteochondral lesions were found to have better results than the chondral lesions in the last check-up at 24 months ( Table 2 ) ( Table 3 ). Perhaps the osteochondral lesions have better results than the chondral ones because the chondral lesions have more subchondral sclerosis making more deformity in the implantation site. Furthermore, the osteochondral lesions have migrations of bone marrow cells, ensuring a more complete fixation of the bioimplant matrix in the bone.

Of the 43 patients who took part in sports activities, 15 (34.88%) continue with this. Of the 6 professional athletes, 5 continued and 1 had to give up sports.

We found 6 complications (10.71%), half of which were related to the arthrotomy. There were three cases of arthrofibrosis, one of which was accompanied by a complex regional pain syndrome. The arthrofibrosis was treated with arthroscopic arthrolysis and mobilization under anesthesia. The patient with the complex regional pain syndrome had an interconsultation with the pain medicine department and was treated by them, without improvement. The patient ended receiving a unicondylar knee prosthesis. Three other patients with the graft in the medial condyle still had pain, and after a second look, we observed, in two cases, total delamination of the graft, while in the other there was complete loss of the implant. Since the wound was open, we implanted a fresh osteochondral allograft from the bone bank in the three cases.

According to the patient satisfaction score, 16 (28.6%) were very satisfied, 30 (53.6%) satisfied and would recommend the operation, 8 (14.3%) were unsatisfied, and 2 (3.5%) were disappointed. These last two patients were the ones with the severest complications: one with arthrofibrosis and the other with delamination of the graft.

Discussion

The MACI technique is well-documented for the repair of chondral lesions, and a second indication, when other treatment fails, for use in 2 to 10 cm 2 lesions in well-aligned legs of young, active patients.

The most widely used algorithms are based on the location, size and depth of the lesion, and the patient's level of activity. 13 14 The size of the lesion and the patient's level of activity are the most important factors when determining the correct course of treatment. The criteria for ensuring good results are as follows: patients should be young, not obese, non-smokers, with no previous surgery in the area, with defects in the femoral condyle or trochlea without signs of degeneration. 11 The lesion should be ≤ 10 cm 2 in size.

Natural polymer and synthetic biodegradable scaffolds have been used, with high porosity, a large cell contact surface, a stable structure, three-dimensional shape and biocompatible composition. Different types of materials have been proposed, such as collagen-1, 3 hyaluronic acid, 5 collagen-3, 15 or fibrin. 6 Fibrin scaffolds are formed when two components derived from blood plasma come together (thrombin and fibrinogen) to build a specific matrix that offers a good environment for chondrocytes to proliferate. 8 16 17

Injuries to the medial femoral condyle generally obtained better results, after a 3-year follow up, than those in the lateral condyle, but not than those in the patella. 18 In our study, we had results similar to those in the literature. We think that these results are due to the characteristics of the location of the lesions. The medial femoral condyle is the anatomical site that carries more load, when compared with other sites, making the lesions a reflect of the load. The bicondylar lesions show an arthropathy of the two compartments, making the postoperative evolution less successful. The femoropatellar articulation is not a direct load site. The main function of this articulation is a pulley mechanism, which makes flexoextension movements of the knee easy to perform. Furthermore, the patella is intimately associated with the trochlear groove of the femur, facilitating the implantation of the Chondrograft.

Age is a factor that may be related to the degenerative process or may have a negative impact on the joint. 19 The best results are obtained with patients under the age of 30. 20 21 Although, the majority of the studies shows the age of the patients as an important factor for the prognostic of the procedure, we didn't find any relation in our study. With our results, the viability of the chondrocytes and the conditions of the patients were the two major factors for the treatment success, more than age.

The waiting time before surgery has also been found to have an influence on the outcome, 18 19 although other factors influence the final result, such as the stability of the knee joint, the state of the menisci and ligaments, the patient's weight (the best results are obtained when BMI < 30), and the alignment of the lower extremity.

In our study, we modified the technique developed by Visna et al., 6 performing 1 or 2 passes to obtain 15 × 10 6 cells, in 26 days, ensuring that the chondrocytes preserved their capacity for redifferentiation when they were seeded in the scaffold. We cultured the chondrocytes in the patient's own serum to reduce the risk of hypersensitivity to bovine products and to infection. Our aim was to achieve regeneration of the joint surface through regeneration of the hyaline cartilage, which is translated clinically into elimination of pain and inflammation, and functional improvement.

In a multi-center study, Micheli et al. 22 found that 94% of grafts survived 3 years after surgery, in 50 patients with a mean age of 36 years and an average lesion of 4.2 cm 2 . Moseley et al. 23 confirmed that after 10 years, 69% of operations had improved results, with a failure rate of 17% and 12.5% who remained unchanged.

In the series described by Marcacci et al. 5 of patients receiving MACI and arthroscopic follow-up, they found that four patients had fibrocartilage and six had fibrous-hyaline cartilage. The presence of hyaline cartilage was evident in 11 patients. Of the 23 patients followed by Roberts et al., 24 7 had fibrocartilage and only 5 patients had regenerated hyaline cartilage after a long follow-up period. In their other cases, they observed fibro-hyaline-type cartilage covering the lesion. Tins et al. 25 presented similar results: 12 months after surgery, they found fibrocartilage in 25 out of 39 cases, while 10 had hyaline-fibrous tissue and only 4 had hyaline cartilage.

We have not performed biopsies to our patients, but we sustain that chondrocyte go through a process of redifferentiation over prolonged periods of time, and to prevent this, we recommend storing chondrocytes in viscous media so that the cells are kept suspended apart.

Even though two studies compared the initial technique, the autologous chondrocyte culture implant (ACI), with the second generation of MACI, but found no significant differences, 26 27 it seems to us that the original technique has to be in disuse because it is more aggressive and the evolution is more uncertain.

Furthermore, the MACI has decreased the complications of the ACI, although Bartlett et al. 26 performed a prospective, randomized study comparing MACI and ACI in 91 patients. Both groups were found to have similar results 2 years after surgery, and both techniques resulted in an improvement 1 year after surgery. The incidence of hypertrophy was low, only 9% (4/44) in the ACI group, and 6% (3/47) in the MACI group, while 9% of the patients had to have a second operation. Areas of fibrocartilage were also found when using MACI, possibly due to the low cellular density and poor proliferative capacity.

It is possible to question the advisability of using such techniques based on biotechnology, which are more expensive and demanding than simpler techniques, such as microfractures. Knutsen et al., 21 in a study of 40 patients, found no biological or histological differences after 2 years between patients treated with microfractures and those treated using ACI. After 5 years, the results were similar, but there were early signs of degeneration in 30% of the patients who had been treated with microfractures. 10 Saris et al. 19 28 also compared microfractures with ACI, with a follow-up period of 36 months, in 118 randomized patients. The general KOOS score was similar in both groups, although the results for pain and quality of life were better in the ACI group. The histological evaluation was also better in the ACI group, and the subchondral bone reaction was also worse in the group treated with microfractures. After longer follow-up, the KOOS score was found to be more positive in the ACI group. Similarly, Basad et al., 29 in a 2-year randomized study, observed better results with MACI than with microfractures.

Our results were better with the osteochondral lesions than with the chondral ones; this is because the chondral lesions have more subchondral sclerosis, thus presenting more deformity in the implantation site. Furthermore, the osteochondral lesions have migrations of bone marrow cells, ensuring a more complete fixation of the bioimplant matrix in the bone.

As far as complications are concerned, Vascellari et al. 30 found no complications in 30 patients after a 70-month follow-up. In our study, we used fibrin glue to anchor the cells adequately, 6 distributing them homogeneously and keeping them at all levels within the graft. This technique is currently classified as third generation and offers a favorable chondrogenic environment. Six months after the implant, most patients had resumed their everyday activities and were able to work and practice normal-to-moderate exercise. One third of the patients took part in sports activities, and 83% of the patients described their operated knee as normal. Currently, 75% of the patients indicated that they could walk, go upstairs, and kneel normally, without any kind of problem.

One limitation of the present study is the lack of biopsy and magnetic resonance imaging data. We have focused on the clinical aspects of this condition, and on the state of the patients and their everyday life. Although the follow-up period was long enough, it would be useful to have studies with a longer follow-up timeframe to find out how many of these patients needed further operations or joint replacements.

Seeding chondrocytes in a fibrin scaffold can provide a favorable micro-environment for synthesizing extracellular matrix and allows us to halt the advance of disease, so that joint mobility can be restored, and pain reduced, and the patient can resume the daily activities at an early stage.

Conflito de Interesses Os autores declaram que não há conflito de interesses.

Suporte Financeiro

Não houve suporte financeiro de fontes públicas, comerciais, ou sem fins lucrativos.

Financial Support

There was no financial support from public, commercial, or non-profit sources.

*

Estudo desenvolvido na Facultad de Medicina, Universidade San Pablo CEU, IMMA, Boadilla del Monte, Madri, Espanha.

*

Work developed at the CEU-San Pablo University School of Medicine, IMMA, Boadilla del Monte, Madrid, Spain.

Referências

  • 1.Wakitani S, Kawaguchi A, Tokuhara Y, Takaoka K. Present status of and future direction for articular cartilage repair. J Bone Miner Metab. 2008;26(02):115–122. doi: 10.1007/s00774-007-0802-8. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 2.Forriol F. Growth factors in cartilage and meniscus repair. Injury. 2009;40 03:S12–S16. doi: 10.1016/S0020-1383(09)70005-1. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 3.Ochi M, Uchio Y, Kawasaki K, Wakitani S, Iwasa J. Transplantation of cartilage-like tissue made by tissue engineering in the treatment of cartilage defects of the knee. J Bone Joint Surg Br. 2002;84(04):571–578. doi: 10.1302/0301-620x.84b4.11947. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 4.Brittberg M, Peterson L, Sjögren-Jansson E, Tallheden T, Lindahl A. Articular cartilage engineering with autologous chondrocyte transplantation. A review of recent developments. J Bone Joint Surg Am. 2003;85 03:109–115. doi: 10.2106/00004623-200300003-00017. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 5.Marcacci M, Berruto M, Brocchetta D. Articular cartilage engineering with Hyalograft C: 3-year clinical results. Clin Orthop Relat Res. 2005;(435):96–105. doi: 10.1097/01.blo.0000165737.87628.5b. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 6.Visna P, Pasa L, Hart R, Kocis J, Cizmár I, Adler J. [Treatment of deep chondral defects of the knee using autologous chondrocytes cultured on a support--results after one year] Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2003;70(06):356–362. [PubMed] [Google Scholar]
  • 7.Murphy C L, Polak J M. Control of human articular chondrocyte differentiation by reduced oxygen tension. J Cell Physiol. 2004;199(03):451–459. doi: 10.1002/jcp.10481. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 8.Brodkin K R, García A J, Levenston M E. Chondrocyte phenotypes on different extracellular matrix monolayers. Biomaterials. 2004;25(28):5929–5938. doi: 10.1016/j.biomaterials.2004.01.044. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 9.da Cunha Cavalcanti F M, Doca D, Cohen M, Ferretti M. Updating on diagnosis and treatment of chondral lesion of the knee. Rev Bras Ortop. 2015;47(01):12–20. doi: 10.1016/S2255-4971(15)30339-6. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 10.Knutsen G, Drogset J O, Engebretsen L. A randomized trial comparing autologous chondrocyte implantation with microfracture. Findings at five years. J Bone Joint Surg Am. 2007;89(10):2105–2112. doi: 10.2106/JBJS.G.00003. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 11.Bentley G, Bhamra J S, Gikas P D, Skinner J A, Carrington R, Briggs T W. Repair of osteochondral defects in joints--how to achieve success. Injury. 2013;44 01:S3–S10. doi: 10.1016/S0020-1383(13)70003-2. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 12.Tamez-Peña J G, Farber J, González P C, Schreyer E, Schneider E, Totterman S. Unsupervised segmentation and quantification of anatomical knee features: data from the Osteoarthritis Initiative. IEEE Trans Biomed Eng. 2012;59(04):1177–1186. doi: 10.1109/TBME.2012.2186612. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 13.Cole B J, Pascual-Garrido C, Grumet R C. Surgical management of articular cartilage defects in the knee. J Bone Joint Surg Am. 2009;91(07):1778–1790. [PubMed] [Google Scholar]
  • 14.Vaquero J, Forriol F. Knee chondral injuries: clinical treatment strategies and experimental models. Injury. 2012;43(06):694–705. doi: 10.1016/j.injury.2011.06.033. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 15.Gomoll A H, Probst C, Farr J, Cole B J, Minas T. Use of a type I/III bilayer collagen membrane decreases reoperation rates for symptomatic hypertrophy after autologous chondrocyte implantation. Am J Sports Med. 2009;37 01:20S–23S. doi: 10.1177/0363546509348477. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 16.Bolliger-Stucki B, Baillod P, Mäder W, Furlan M. Biochemical properties of the fibrinogen component of a fibrin glue before and after severe dry heat treatment. J Biomed Mater Res. 2000;53(05):577–583. doi: 10.1002/1097-4636(200009)53:5<577::aid-jbm18>3.0.co;2-3. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 17.Perka C, Spitzer R S, Lindenhayn K, Sittinger M, Schultz O. Matrix-mixed culture: new methodology for chondrocyte culture and preparation of cartilage transplants. J Biomed Mater Res. 2000;49(03):305–311. doi: 10.1002/(sici)1097-4636(20000305)49:3<305::aid-jbm2>3.0.co;2-9. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 18.de Windt T S, Bekkers J E, Creemers L B, Dhert W J, Saris D B. Patient profiling in cartilage regeneration: prognostic factors determining success of treatment for cartilage defects. Am J Sports Med. 2009;37 01:58S–62S. doi: 10.1177/0363546509349765. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 19.Saris D B, Vanlauwe J, Victor J. Characterized chondrocyte implantation results in better structural repair when treating symptomatic cartilage defects of the knee in a randomized controlled trial versus microfracture. Am J Sports Med. 2008;36(02):235–246. doi: 10.1177/0363546507311095. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 20.Bekkers J E, Inklaar M, Saris D B. Treatment selection in articular cartilage lesions of the knee: a systematic review. Am J Sports Med. 2009;37 01:148S–155S. doi: 10.1177/0363546509351143. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 21.Knutsen G, Engebretsen L, Ludvigsen T C. Autologous chondrocyte implantation compared with microfracture in the knee. A randomized trial. J Bone Joint Surg Am. 2004;86(03):455–464. doi: 10.2106/00004623-200403000-00001. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 22.Micheli L J, Moseley J B, Anderson A F. Articular cartilage defects of the distal femur in children and adolescents: treatment with autologous chondrocyte implantation. J Pediatr Orthop. 2006;26(04):455–460. doi: 10.1097/01.bpo.0000224565.72762.eb. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 23.Moseley J B, Jr, Anderson A F, Browne J E. Long-term durability of autologous chondrocyte implantation: a multicenter, observational study in US patients. Am J Sports Med. 2010;38(02):238–246. doi: 10.1177/0363546509348000. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 24.Roberts S, McCall I W, Darby A J. Autologous chondrocyte implantation for cartilage repair: monitoring its success by magnetic resonance imaging and histology. Arthritis Res Ther. 2003;5(01):R60–R73. doi: 10.1186/ar613. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 25.Tins B J, McCall I W, Takahashi T. Autologous chondrocyte implantation in knee joint: MR imaging and histologic features at 1-year follow-up. Radiology. 2005;234(02):501–508. doi: 10.1148/radiol.2342031970. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 26.Bartlett W, Skinner J A, Gooding C R. Autologous chondrocyte implantation versus matrix-induced autologous chondrocyte implantation for osteochondral defects of the knee: a prospective, randomised study. J Bone Joint Surg Br. 2005;87(05):640–645. doi: 10.1302/0301-620X.87B5.15905. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 27.Manfredini M, Zerbinati F, Gildone A, Faccini R. Autologous chondrocyte implantation: a comparison between an open periosteal-covered and an arthroscopic matrix-guided technique. Acta Orthop Belg. 2007;73(02):207–218. [PubMed] [Google Scholar]
  • 28.TIG/ACT/01/2000&EXT Study Group . Saris D B, Vanlauwe J, Victor J. Treatment of symptomatic cartilage defects of the knee: characterized chondrocyte implantation results in better clinical outcome at 36 months in a randomized trial compared to microfracture. Am J Sports Med. 2009;37 01:10S–19S. doi: 10.1177/0363546509350694. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 29.Basad E, Ishaque B, Bachmann G, Stürz H, Steinmeyer J. Matrix-induced autologous chondrocyte implantation versus microfracture in the treatment of cartilage defects of the knee: a 2-year randomised study. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2010;18(04):519–527. doi: 10.1007/s00167-009-1028-1. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 30.Vascellari A, Rebuzzi E, Schiavetti S, Coletti N. Implantation of matrix-induced autologous chondrocyte (MACI ®) grafts using carbon dioxide insufflation arthroscopy. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2014;22(01):219–225. doi: 10.1007/s00167-013-2361-y. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
Rev Bras Ortop (Sao Paulo). 2020 Oct 29;56(4):470–477. [Article in Portuguese]

Tratamento de lesões condrais no joelho com condrócitos autólogos embebidos em arcabouço de fibrina. Avaliação clínica e funcional *

Resumo

Objetivo  O objetivo do nosso estudo é analisar os resultados clínicos e funcionais do tratamento de lesões nas articulações do joelho com condrócitos autólogos embebidos em arcabouço de fibrina.

Métodos  O estudo foi realizado com 56 pacientes (36 homens e 20 mulheres) com idade média de 36 anos; 6 indivíduos eram atletas profissionais. Os pacientes apresentavam lesões únicas, condrais ou osteocondrais (43 condrais, nove osteocondrais, 2 casos de osteocondrite dissecante e duas fraturas osteocondrais) no joelho, com 2 a 10 cm 2 de tamanho e ≤ 10 mm de profundidade, sem sinais de osteoartrite. As lesões estavam localizadas na patela (8), no côndilo femoral medial (40), no côndilo femoral lateral (7) e na tróclea (1). O período médio de acompanhamento foi de 3 anos (faixa de 1–6 anos). A evolução clínica foi avaliada pelos escores de Cincinnati e Knee Injury and Osteoarthritis Outcome (KOOS), 6 e 12 meses após a cirurgia. O teste t de Student pareado foi utilizado para comparação dos achados pré e pós-operatórios.

Resultados  Os pacientes retomaram suas atividades diárias 6 meses após o implante. Os escores avaliados demonstraram a melhora em comparação ao estado pré-cirúrgico ( p  < 0,05). Além disso, os pacientes conseguiram realizar suas atividades esportivas com mais facilidade do que antes da cirurgia ( p  < 0,05).

Conclusão  A cultura de condrócitos em fibrina pode proporcionar um microambiente favorável para a síntese de matriz extracelular e melhorar a condição clínica e a atividade dos pacientes 1 ano após a cirurgia

Palavras-chave: cartilagem, joelho, osso escafoide, condrócitos, fibrina

Introdução

Lesões condrais e osteocondrais provocam degeneração articular, o que pode exigir a colocação de uma prótese. 1 A cartilagem é um tecido de baixa densidade celular cujo reparo ou regeneração precisa de suporte. 2 3 Para isso, técnicas cirúrgicas baseadas em métodos regenerativos utilizam bioengenharia para desenvolvimento de um novo tecido de cartilagem hialina (implante autólogo de condrócitos [IAC], células-tronco mesenquimatosas [CTMs] ou condrócitos em diferentes arcabouços [CDAs]). 2 Essas técnicas podem ser realizadas por meio de cirurgia aberta, miniartrotomia ou artroscopia.

O IAC foi desenvolvido a partir do implante de células cultivadas na própria lesão, como uma suspensão celular, 4 para inclusão em arcabouços biodegradáveis 5 6 que permitem a síntese de matriz extracelular e a diferenciação celular. Embora o número de células seja homogêneo entre as publicações, o tipo de matriz utilizada é bastante variável.

Outro aspecto a considerar nesse tipo de tratamento é que, durante o crescimento celular, em certas condições, a morfologia e o fenótipo celular podem ser alterados, com expressão de fatores de transcrição, como o gene Sox9, a produção de col2 ou a síntese de col1, col3 ou col10 e a geração de uma matriz extracelular de más condições biomecânicas 7 e sua diferenciação em um tecido que também tem baixa qualidade para desempenhar a função da cartilagem hialina. 8 A cultura dos condrócitos em um ambiente condrotrópico, porém, pode levar a sua diferenciação para desenvolvimento de tecido cartilaginoso hialino. 9

As técnicas regenerativas têm altos custos econômicos e alta morbidade; além disso, nem sempre estão associadas a melhores resultados em longo prazo. 10 11 O objetivo do nosso estudo é analisar os resultados clínicos em pacientes com lesões condrais tratadas com condrócitos autólogos cultivados em um arcabouço de fibrina.

Material e Metodologia

Estudo prospectivo com 56 pacientes, 36 homens e 20 mulheres, operados entre abril de 2014 e outubro de 2017 por apresentarem dor, bloqueio articular e limitações funcionais do joelho. A média de idade dos pacientes foi de 36 anos (desvio-padrão [DP]: 13; faixa: 16–64). O período médio de acompanhamento foi de 27 meses (DP: 16; faixa: 12–72). Trinta e duas lesões eram no joelho esquerdo e 24, no joelho direito. Quanto à localização, havia 43 lesões condrais, 9 lesões osteocondrais, 2 casos de osteocondrite dissecante e 2 traumatismos osteocondrais. Oito lesões afetavam a patela, 40 estavam no côndilo femoral medial, 7 no côndilo femoral lateral e, por fim, havia 1 caso na tróclea. Quarenta e três dos pacientes eram praticantes de atividades esportivas e 6 eram atletas profissionais.

Os critérios de inclusão foram pacientes com idade entre 16 e 65 anos, sem sinais de osteoartrite ou doença reumática, sendo operados pela primeira vez com lesões únicas, condrais ou osteocondrais, com 2 a 10 cm 2 de tamanho e lesão óssea com ≤ 10 mm de profundidade. Os critérios de exclusão foram a presença de osteoartrite de grau II ou superior na escala de Kellgren-Lawrence, obesidade mórbida (índice de massa corporal [IMC] > 40) e deformidade em valgo ou varo superior a 10°.

A cirurgia foi realizada de 1 a 6 anos após o aparecimento dos sintomas, mas, na maioria dos casos, esse período foi de 2 a 4 anos. Em cinco ocasiões, a lesão da cartilagem foi associada à ruptura do menisco ou do ligamento cruzado anterior, que foi reparada na mesma cirurgia. O eixo mecânico dos membros inferiores foi examinado para detecção de deformação em valgo ou varo. Osteotomias corretivas não foram realizadas.

Os pacientes foram avaliados pelos escores de joelho de Cincinnati e Knee Injury and Osteoarthritis Outcome (KOOS) antes e 6 e 12 meses após a cirurgia. A amplitude de movimento e a presença de crepitação foram medidas e, em cada avaliação, radiografias em incidência anteroposterior e sagital, com o paciente em pé, e ressonância magnética (RM) do joelho foram obtidas. A amplitude de movimento antes e depois da cirurgia foi avaliada separadamente pelas duas escalas.

Procedimento de Obtenção de Cartilagem

O espécime de cartilagem foi obtido da fossa intercondilar por procedimento artroscópico, com uso do sistema de transplante autólogo osteocondral OATS (Artrex, Karisfeld, Alemanha) de 8 mm de diâmetro. A cartilagem extraída foi armazenada em soro fisiológico suplementado com 0,05 mg de gentamicina. Em nosso laboratório de engenharia de tecidos, expandimos e mantivemos os condrócitos in vitro de acordo com os procedimentos do banco de ossos e tecidos.

Cultura de Condrócitos

A cultura de condrócitos foi realizada de acordo com uma versão modificada da técnica desenvolvida por Visna et al. 6 A cartilagem articular foi seccionada em pequenos cubos de 1 a 3 mm 3 sob fluxo laminar de classe II. Os fragmentos de cartilagem foram tratados com tripsina (GIBCO-BRL Life Technologies, Grand Island, NY, Estados Unidos) e, para digestão da matriz condral, com colagenase tipo II (GIBCO-BRL Life Technologies). Os condrócitos obtidos foram inoculados em frascos de cultura de 75 cm 2 (NUNC™ Creek Drive, Rochester, NY, Estados Unidos) para crescimento in vitro com meio Opti-MEM (GIBCO-BRL Life Technologies), suplementado com soro humano autólogo (SHA) a 10% e gentamicina. As culturas foram mantidas em uma atmosfera controlada com 5% de CO 2 e umidade relativa de 100%. Quando as culturas em monocamada atingiram 70 a 80% de confluência, as células foram destacadas e incubadas em tripsina-EDTA (GIBCO-BRL Life Technologies).

Uma cola à base de fibrina foi utilizada para semear os condrócitos em um arcabouço tridimensional. Seguimos as instruções do fabricante e, antes de misturar o fibrinogênio e a trombina fornecidos no recipiente, adicionamos os condrócitos para que ficassem em suspensão de fibrina. Ao estimar a confluência de 80%, as células foram suspensas com tripsina-EDTA a 0,25%, contadas em uma câmara de Neubauer com trypan blue e subcultivadas em três frações para estimular a propagação celular e permitir o estabelecimento de novas culturas até a obtenção de 15 milhões de células. Testes microbiológicos foram realizados para assegurar a ausência de contaminação das culturas. Esse número de condrócitos foi obtido em 26 dias e em frascos de cultura de 15 × 75 cm 2 . A seguir, as células foram semeadas no arcabouço tridimensional de fibrina, que foi colocado em um molde e mantido por 5 minutos.

Técnica Cirúrgica ( Fig. 1 )

Fig. 1.

Fig. 1

(a) Radiografia pré-operatória, (b) Uma artrotomia foi realizada e a área lesada foi exposta. (c) Os fragmentos osteocondrais soltos foram removidos e o tecido cicatricial no leito da lesão foi submetido à curetagem; pequenas perfurações foram feitas na placa óssea subcondral, sem removê-la, para que a cola biológica facilitasse a ancoragem do implante ósseo. (d) Gabarito de alumínio para construção do molde com a mesma morfologia da lesão; (e) Suturas reabsorvíveis. (f) Após a colocação do implante, as suturas transosóseas foram removidas e uma camada de cola de fibrina foi colocada na superfície articular do enxerto; (g) Radiografia de controle obtida 12 meses após o procedimento.

A cirurgia foi realizada no dia seguinte à semeadura das células. Uma artrotomia foi realizada e a área de lesão foi exposta. Em seguida, os fragmentos osteocondrais soltos foram removidos e o tecido cicatricial no leito da lesão foi submetido à curetagem. Um milímetro das bordas da cartilagem articular ao redor da lesão foi removido e pequenas perfurações foram feitas na placa óssea subcondral, sem removê-la, para que a cola biológica facilitasse a ancoragem do implante ósseo.

Um gabarito de alumínio foi utilizado para construção de um molde com a mesma morfologia da lesão e o tamanho e a forma do implante foram projetados de forma a assegurar o contato das bordas com o defeito ósseo receptor. Âncoras cirúrgicas de titânio de 2,4 mm (MiniFasTak ® , Arthrex, Naples, Flo, U.S.A) foram introduzidas nas bordas da lesão, com mudança das suturas para suturas PDS II (polidioxanona) de fios reabsorvíveis (Ethicon, Inc., Sommerville, NJ, USA). Ao inserir as âncoras nas bordas do defeito, o fio de sutura atravessou o implante em si (Condrograft ® , Banco de Huesos, UANL, Monterrey Mexico) que está em contato com o osso subcondral e, a seguir, atravessou novamente o implante por seu aspecto superior, assegurando sua proximidade com o outro lado do orifício. Um túnel transósseo foi preparado em direção ao lado livre do côndilo. Por esse túnel, o fio usado para sutura do implante foi introduzido. Após o posicionamento das âncoras e a inserção do fio pelo túnel transósseo, as suturas foram identificadas e os nós foram dados sem exercer pressão até o término da próxima etapa de fixação.

Para integração total do enxerto de fibrina, a cola biológica de fibrina Tissucol (Baxter Biosciences, Viena, Áustria) foi utilizada para formação de um coágulo estável, sem afetar as células semeadas, e incentivar sua integração ao tecido cartilaginoso saudável e a migração celular para o enxerto.

A cola Tissucol foi aplicada em uma camada sobre o defeito e, imediatamente depois, o enxerto foi inserido e mantido em posição usando as suturas transósseas; o enxerto foi abaixado e colocado manualmente por tração dessas suturas para que suas bordas entrassem em contato com os lados do defeito. Após a colocação de Condrograft em sua posição definitiva no interior da lesão, as suturas transósseas foram removidas, sem força excessiva, na direção do aspecto livre do côndilo femoral. Por fim, uma camada de cola foi aplicada na superfície articular do enxerto e no ponto de união à cartilagem normal.

Após o fechamento da ferida por planos, a articulação do joelho foi colocada em extensão por 8 horas para permitir a secagem completa de Tissucol.

Cuidado pós-operatório

A movimentação passiva foi permitida 8 horas após a cirurgia e movimentação ativa, em 48 horas. A deambulação parcial foi permitida depois de 10 dias, com muletas e carga progressiva. Após 6 semanas, permitimos a locomoção plantígrada com 75% do peso corporal. O protocolo de fisioterapia foi concluído 18 semanas após a cirurgia, quando as muletas foram removidas e o suporte de carga passou a ser total.

Aquisição de dados de ressonância magnética

As imagens de RM foram adquiridas com equipamento GE de 1,5 Tesla (General Electric Healthcare, Milwaukee, WI, Estados Unidos). Três sequências clinicamente apropriadas (FS FGRE tridimensional [3D], FSE [ dual echo spin echo ] bidimensional [2D] e FSE [ fast spin echo ] 2D) foram adquiridas de cada participante do estudo. Todas as imagens foram revistas por um radiologista experiente para confirmação da ausência de patologia.

Duas sequências de imagens foram usadas. Imagens 2D de FSE com eco duplo foram adquiridas para cálculo, em pixels, da densidade de prótons (PD) em mapas de relaxamento T2. As imagens 3D de FS FGRE foram segmentadas com um método semiautomatizado baseado em atlas (QMetrics, Inc., Rochester, NY, Estados Unidos). As imagens foram segmentadas, como já descrito, em sub-regiões ósseas e cartilaginosas usando oito atlas. Essa abordagem produziu oito segmentações separadas que foram comparadas voxel por voxel para criação de um mapa de segmentação. As segmentações de cartilagem foram obtidas das regiões medial e lateral de sustentação do peso do fêmur e da cartilagem medial e lateral da tíbia. Mapas de segmentação da cartilagem foram utilizados para determinação do volume (mm 3 ) e da espessura média (mm) de cada região de interesse. Esse método produziu valores de precisão em teste-reteste da espessura da cartilagem femoral de 0,014 mm (0,6%) em imagens obtidas à ressonância magnética de 1,5T 12 ( Fig. 2 ).

Fig. 2.

Fig. 2

(a,b) Incidência sagital pré-operatória da cartilagem do côndilo femoral em sequência FS FGRE tridimensional (3D); (c, d) Renderização 3D da curvatura da superfície. A interface da cartilagem óssea mostra a extensão da lesão condral. A superfície articular mostra a cartilagem íntegra. (e) Incidência sagital da cartilagem em mapeamento ponderado em T2 estimado a partir de sequência FSE ( dual echo spin echo ) bidimensional. A ponderação em T2 da cartilagem normal varia de 20 a 100 milissegundos.

Análise estatística

Uma análise estatística descritiva foi realizada, com uso do teste t de Student pareado para comparação dos escores antes e depois da cirurgia.

Resultados

Antes da cirurgia, a maioria dos pacientes relatava dor e inflamação, o que os impedia de realizar suas atividades normais

No período pós-operatório, os pacientes realizavam atividades diárias normais cotidianas e de trabalho, além de praticarem exercícios leves; um terço deles achava que o joelho estava normal e que podia realizar exercícios e tarefas mais difíceis. Houve uma melhora na percepção dos sintomas após a cirurgia, embora a diferença não tenha sido significativa. O escore geral dos pacientes nas escalas de Cincinnati e KOOS ( Tabela 1 ) melhorou ao longo do tempo, mas mais diferenças não foram detectadas após os primeiros 6 meses ( Fig. 3a ). A mobilidade variou após o tratamento, sendo normal após 6 meses após a cirurgia.

Tabela 1. Evolução dos escores de Cincinnati e Knee Injury and Osteoarthritis Outcome (KOOS) durante o acompanhamento .

Acompanhamento (meses)
Pós-operatório
Cincinnati
X (Desvio padrão)
faixa
KOOS
X (Desvio padrão)
faixa
Pré-operatório 53,2 (16,96)
10–79
56,04 (15,29)
22,6–76,19
< 6 88,69 (13,03)
42–100
86,57 (11,46)
52,38–97,6
7–14 85 (16,54)
55–100
87,47 (16,17)
40,48–98,8
15–24 82,38 (16,16)
46–100
89,85 (8,47)
66,07–98,8

Fig. 3.

Fig. 3

(a) O escore de KOOS e (b) o escore de Cincinnati melhoraram com o passar do tempo, embora não haja mais diferenças depois os primeiros seis meses.

A avaliação funcional das atividades cotidianas antes da cirurgia mostrou que 50% dos pacientes conseguiam andar menos de um quarteirão e apresentavam limitações ao subir escadas ou agachar. Seis meses depois da cirurgia, 75% dos pacientes conseguiam realizar suas atividades diárias normalmente. Uma melhora clínica ao andar, subir escadas, sentar e ajoelhar foi observada 6 meses após a cirurgia ( p  < 0,05) ( Tabela 2 ) ( Tabela 3 ). Quanto às atividades esportivas, houve uma clara melhora na capacidade dos pacientes após a cirurgia em comparação aos achados pré-operatórios ( p  < 0,05) ( Fig. 3b ).

Tabela 2. Evolução do escore Knee Injury and Osteoarthritis Outcome (KOOS) na população geral e conforme o sexo (feminino e masculino) e o tipo de lesão (condral ou osteocondral) .

Pré-operatório
X (desvio padrão)
faixa
6 meses
X (desvio padrão)
faixa
12 meses
X (desvio padrão)
faixa
24 meses
X (desvio padrão)
faixa
Geral 56,04 (15,29)
22,6–76,19
62,52 (18,62)
30,3–94,59
78,63 (14,43)
35,12–96,43
88,11 (12,23)
40,48–98,8
Sexo feminino 58,27 (15,29)
25–75,59
67,99 (18,09)
36,9–92,26
78,78 (15,27)
39,88–95,27
87,33 (17,13)
98,8–50,59
Sexo masculino 54,8 (15,37)
22,6–76,19
59,48 (18,46)
30,3–94,59
78,55 (14,17)
35,12–96,43
88,54 (12,32)
40,48–98,8
Lesão de cartilagem
Condral 55,93 (14,36)
25–76,19
63,51 (17,19)
30,3–92,2
78,89 (13,12)
39,88–96,43
88,73 (9,99)
50,6–98,8
Osteocondral 59,97 (20,44)
22,6–75
63,82 (22,7)
36,9–94,59
84,22 (11,67)
59,52–94,59
93,36 (4,39)
85,71–98,8

Tabela 3. Evolução do escore de Cincinnati na população geral e conforme o sexo (feminino e masculino) e o tipo de lesão (condral ou osteocondral).

Pré-operatório
X (desvio padrão)
faixa
6 meses
X (desvio padrão)
faixa
12 meses
X (desvio padrão)
faixa
24 meses
X (desvio padrão)
faixa
Geral 53,2 (16,96)
10–79
56,4 (19,30)
19–86
74,75 (16,85)
19–93
85,07 (15,41)
42–100
Sexo feminino 50,9 (18,9)
10–71
59 (19,5)
19–84
71,75 (21,4)
19–93
81,7 (18,55)
46–100
Sexo masculino 54,5 (15,93)
10–79
54,94 (19,33)
19–93
76,42 (13,75)
38–93
86,94 (13,27)
42–100
Lesão de cartilagem
Condral 53,35 (16,98)
10–78
56,7 (19,36)
19–86
75,3 (16,97)
19–93
84,93 (14,35)
46–100
Osteocondral 53,11 (20,25)
10–79
59 (20,1)
34–80
78,56 (10)
60–93
92,78 (5,65)
82–100

Não houve diferença nos escores clínicos entre mulheres e homens durante o acompanhamento ( Tabela 2 ) em qualquer uma das escalas. Os resultados das lesões osteocondrais foram melhores em comparação às lesões condrais no último exame, aos 24 meses ( Tabela 2 ) ( Tabela 3 ). Esses melhores resultados das lesões osteocondrais podem se dever à maior esclerose subcondral das lesões condrais, causando mais deformidades no sítio de implante. Além disso, as lesões osteocondrais recebem células migrantes da medula óssea, garantindo uma fixação mais completa da matriz do bioimplante no osso.

Dos 43 pacientes que participavam de atividades esportivas, 15 (34,88%) continuaram a praticá-las. Dos seis atletas profissionais, cinco continuaram e um teve que desistir do esporte.

Seis complicações (10,71%) foram detectadas, metade delas relacionadas à artrotomia. Houve três casos de artrofibrose, sendo um acompanhado por uma síndrome complexa de dor regional. A artrofibrose foi tratada com artrólise artroscópica e mobilização sob anestesia. O paciente com síndrome complexa de dor regional passou por uma interconsulta com o departamento de medicina da dor, onde foi tratado, sem melhora. O paciente acabou por receber uma prótese unicondilar de joelho. Outros três pacientes com enxerto no côndilo medial ainda apresentavam dor e, em um segundo momento, dois deles apresentavam delaminação total do enxerto e o outro sofreu perda completa do implante. Como a ferida estava aberta, os três casos receberam um aloenxerto osteocondral fresco do banco ósseo.

No escore de satisfação do paciente, 16 (28,6%) indivíduos estavam muito satisfeitos, 30 (53,6%) estavam satisfeitos e recomendariam a cirurgia, 8 (14,3%) estavam insatisfeitos e 2 (3,5%) ficaram decepcionados. Esses dois últimos pacientes foram os que apresentaram as complicações mais graves: um caso de artrofibrose e outro de delaminação do enxerto.

Discussão

A técnica de CDAs é bem documentada no reparo de lesões condrais e é uma segunda indicação, em caso de insucesso de outros tratamentos, em lesões com 2 a 10 cm 2 em pernas alinhadas de pacientes jovens e ativos.

Os algoritmos mais utilizados são baseados na localização, tamanho e profundidade da lesão e no nível de atividade do paciente. 13 14 O tamanho da lesão e o nível de atividade do paciente são os fatores mais importantes na determinação do tratamento correto. Os critérios que garantem bons resultados são os seguintes: os pacientes devem ser jovens, não obesos, não fumantes, não terem sidon submetidos a cirurgias prévias na área e devem apresentar defeitos no côndilo femoral ou na tróclea sem sinais de degeneração. 11 A lesão deve ter tamanho inferior a 10 cm 2 .

Polímeros naturais e arcabouços biodegradáveis sintéticos têm sido utilizados; esses materiais apresentam alta porosidade, grande superfície de contato celular, estrutura estável, formato tridimensional e composição biocompatível. Diferentes tipos de materiais foram propostos, como colágeno 1, 3 ácido hialurônico, 5 colágeno 3 15 e fibrina. 6 Os arcabouços de fibrina são formados por dois componentes derivados do plasma sanguíneo (trombina e fibrinogênio) que, juntos, constroem uma matriz específica que oferece bom ambiente para a proliferação de condrócitos. 8 16 17

As lesões no côndilo femoral medial tenderam a apresentar resultados melhores após 3 anos de acompanhamento do que as do côndilo lateral, mas não as da patela. 18 Nosso estudo obteve resultados semelhantes aos da literatura. Acreditamos que esses resultados se devam às características de localização das lesões. O côndilo femoral medial é o sítio anatômico com mais carga em comparação a outros locais e, assim, as lesões são um reflexo da carga. As lesões bicondilares apresentam artropatia dos dois compartimentos, o que reduz o sucesso da evolução pós-operatória. A articulação femoropatelar não é um sítio de carga direta. A principal função dessa articulação é um mecanismo de polia que facilita os movimentos de flexão e extensão do joelho. Além disso, a patela está intimamente associada ao sulco troclear do fêmur, facilitando o implante de Chondrograft.

A idade é um fator que pode estar relacionado ao processo degenerativo ou ter influência negativa sobre a articulação. 19 Os melhores resultados são obtidos em pacientes com menos de 30 anos de idade. 20 21 Embora a maioria dos estudos considere a idade dos pacientes um fator importante para estabelecimento do prognóstico do procedimento, não observamos essa relação. Nossos resultados mostraram que a viabilidade dos condrócitos e as condições dos pacientes, mas não a idade, são os dois principais fatores para o sucesso do tratamento.

O tempo de espera até a cirurgia também influencia o resultado, 18 19 assim como outros fatores, como a estabilidade da articulação do joelho, a condição de meniscos e ligamentos, o peso do paciente (os resultados são melhores quando o IMC é inferior a 30) e o alinhamento do membro inferior.

Nosso estudo utilizou uma modificação da técnica desenvolvida por Visna et al., 6 com execução de uma ou duas passagens para obtenção de 15 × 10 6 células em 26 dias e assegurando a preservação da capacidade de rediferenciação dos condrócitos ao serem semeados no arcabouço. Os condrócitos foram cultivados com o soro do próprio paciente para redução do risco de hipersensibilidade aos produtos bovinos e do desenvolvimento de infecção. Nosso objetivo era conseguir a regeneração da superfície articular por meio da regeneração da cartilagem hialina, que se traduz clinicamente em eliminação da dor e da inflamação e melhora funcional.

Em um estudo multicêntrico, Micheli et al. 22 observaram que 94% dos enxertos sobreviveram 3 anos após a cirurgia em 50 pacientes com idade média de 36 anos e lesão com tamanho médio de 4,2 cm 2 . Moseley et al. 23 confirmaram que, depois de 10 anos, 69% das cirurgias tiveram resultados melhores, com 17% de taxa de falha e 12,5% de casos inalterados.

Na série descrita por Marcacci et al., 5 com pacientes que receberam CDAs e foram acompanhados por artroscopia, quatro indivíduos apresentavam fibrocartilagem e seis, cartilagem fibro-hialina. A presença de cartilagem hialina foi observada em 11 pacientes. Dos 23 pacientes acompanhados por Roberts et al., 24 7 tinham fibrocartilagem e apenas 5 indivíduos apresentaram regeneração da cartilagem hialina após um longo período de acompanhamento. Nos demais casos, a lesão era recoberta por cartilagem fibro-hialina. Tins et al. 25 obtiveram resultados semelhantes: 12 meses após a cirurgia, 25 dos 39 casos apresentavam fibrocartilagem, 10 tinham tecido hialino-fibroso e apenas quatro exibiam cartilagem hialina.

Não realizamos biópsias em nossos pacientes, mas sabemos que os condrócitos passam por um processo prolongado de rediferenciação; para evitar isso, recomendamos o armazenamento dessas células em meio viscoso, para que fiquem em suspensão, distantes entre si.

Dois estudos compararam a técnica inicial, o implante autólogo de cultura de condrócitos (IAC), à segunda geração de CDAS e não encontraram diferenças significativas; 26 27 assim, parece-nos que a técnica original deve estar em desuso por ser mais agressiva e ter evolução mais incerta.

Além disso, a técnica de CDAS tem menos complicações do que a de IAC, embora Bartlett et al. 26 tenham realizado um estudo prospectivo e randomizado para comparação de CDAs e IAC em 91 pacientes. Os dois grupos apresentaram resultados semelhantes 2 anos após a cirurgia e as duas técnicas provocaram melhora 1 ano após o procedimento. A incidência de hipertrofia foi baixa, de apenas 9% (4/44) no grupo IAC e 6% (3/47) no grupo CDAs, mas 9% dos pacientes precisaram de uma segunda cirurgia. O uso de CDAs também foi associado à observação de áreas de fibrocartilagem, talvez em decorrência da baixa densidade celular e da baixa capacidade proliferativa.

É possível questionar a conveniência de uso dessas técnicas baseadas em biotecnologia, que são mais caras e exigentes do que técnicas mais simples, como microfraturas. Knutsen et al., 21 em um estudo com 40 pacientes, não encontraram diferenças biológicas ou histológicas após 2 anos entre indivíduos tratados com microfraturas ou IAC. Em 5 anos, os resultados foram semelhantes, mas 30% dos pacientes submetidos às microfraturas apresentavam sinais iniciais de degeneração. 10 Saris et al. 19 28 também compararam as microfraturas à técnica de IAC por um período de acompanhamento de 36 meses em 118 pacientes randomizados. O escore geral de KOOS foi semelhante nos dois grupos, embora os resultados relativos à dor e qualidade de vida tenham sido melhores no grupo IAC. A avaliação histológica também foi melhor no grupo ACI e a reação óssea subcondral foi pior no grupo submetido às microfraturas. Após um acompanhamento maior, o escore de KOOS foi mais positivo no grupo IAC. Da mesma forma, Basad et al., 29 em um estudo randomizado de 2 anos, observaram resultados melhores com CDAs do que microfraturas.

Nossos resultados foram melhores com as lesões osteocondrais do que com as condrais, que apresentam maior esclerose subcondral e, assim, mais deformidades no sítio de implante. Além disso, as lesões osteocondrais recebem células em migração da medula óssea, assegurando a fixação mais completa da matriz de bioimplante no osso.

Quanto às complicações, Vascellari et al. 30 não as encontram em 30 pacientes acompanhados por 70 meses. Nosso estudo utilizou cola de fibrina para ancoragem adequada das células, 6 distribuindo-as de maneira homogênea e mantendo-as no interior do enxerto em todos os níveis. Hoje, esta técnica é classificada como de terceira geração e oferece um ambiente condrogênico favorável. Seis meses após o implante, a maioria dos pacientes havia retomado suas atividades cotidianas e podia trabalhar e realizar exercícios normais a moderados. Um terço participava de atividades esportivas e 83% dos pacientes descreveram o joelho operado como normal. Atualmente, 75% dos pacientes declaram poder caminhar, subir as escadas e se ajoelhar normalmente, sem nenhum tipo de problema.

Uma limitação do presente estudo é a ausência de dados de biópsia e ressonância magnética. Focamos nos aspectos clínicos da doença e no estado dos pacientes e seu cotidiano. Embora o período de acompanhamento tenha sido longo o suficiente, seria interessante ter pesquisas em prazo ainda mais longo para descobrir quantos desses pacientes precisaram de mais cirurgias ou artroplastias.

A semeadura de condrócitos em um arcabouço de fibrina pode gerar o microambiente favorável para a síntese de matriz extracelular e permite interromper o avanço da doença para restauro da mobilidade articular, redução da dor e retomada mais rápida das atividades diárias do paciente.


Articles from Revista Brasileira de Ortopedia are provided here courtesy of Sociedade Brasileira de Ortopedia e Traumatologia

RESOURCES