Ein klinisch-radiologischer Score für Femurkopftransplantate

Es existieren verschiedene, nichtkontrollierte klinische Studien mit thermodesinfizierten FK-Transplantaten, die sich vor allem mit der biomechanischen Stabilität des Knochengewebes, auch im Vergleich zu allogenen Knochenpräparaten, befassen. Die Studien liefern auch Erkenntnisse zur klinischen Sicherheit der FK als allogenes Transplantat. Siemssen [20] untersuchte den Operationserfolg nach allogener Knochentransplantation in der Revisionsalloarthroplastik des Hüftgelenks. Er analysierte retrospektiv 2 Patientenkollektive mit je 128 bzw. 108 Fällen und kam zu dem Schluss, dass kein Unterschied im Prozentsatz der nach 4–5 Jahren noch festsitzenden Prothesen erkennbar und damit kein Unterschied in der biomechanischen Stabilität und dem Einwachsen des Transplantates in den Empfängerknochen im Vergleich zum gammabestrahlten Präparat vorhanden ist. Die Infektionsrate von 1,6 % bzw. 1,8 % lag unter dem in der Literatur beschriebenen Wert von 3,5 %. Eine Bewertung der morphologischen Qualität des FK erfolgte nicht. Die prospektiv geplante Studie von T. von Garrel [25] erlaubte keine Aussage zur Wirksamkeit. Hier gab es laut Studienprotokoll eine „deskriptive Analyse“ der Daten, die aber nicht präsentiert wurden. Die Rate an Knocheninfektionen von 4,6 %, einschließlich transplantatbedingter Komplikationen, zeigte sich in dieser Studie als vergleichbar mit publizierten Daten von nichtbehandelten allogenen Knochentransplantaten. In der Studie von Junge et al. [8] wurden alle Transplantate als fest eingeheilt bewertet. In der Publikation gibt es zwar eine Aussage, dass keine Unterschiede in der Infektionsrate zwischen nur kryokonservierten und zusätzlich thermodesinfizierten Transplantaten festgestellt wurden, jedoch fehlen die Daten dazu. Tiefe Infekte wurden nicht beobachtet. Biopsien von 17 Patienten zeigten, dass das allogene Transplantat in den Knochen eingebaut wurde. Da es sich bei keiner der mit thermodesinfiziertem FK durchgeführten Studien um prospektiv geplante, kontrollierte Studien handelt, kann keine Aussage darüber getroffen werden, ob die Wirksamkeit und Sicherheit des allogenen Transplantates nach Thermodesinfektion vergleichbar oder besser ist als allogene Transplantate, die nach einem anderen Verfahren hergestellt wurden. Selbst die Untersuchung von Junge et al. [7] an einem relativ großen Patientenkollektiv erlaubt keine Aussage darüber, ob eine Überlegenheit der zusätzlichen Thermodesinfektion gegenüber einer alleinigen Kryokonservierung vorhanden ist, obwohl die alleinige Kryokonservierung wegen Sicherheitsbedenken aufgegeben wurde. Eine standardisierte Bewertung der morphologischen Qualität des FK erfolgte auch in diesen Studien nicht.

Somit ist festzuhalten, dass zwar eine Vielzahl von Daten für die Sicherheitsstrategie sowie die klinischen Einsatzgebiete von Femurkopftransplantaten vorliegen, jedoch keine wissenschaftlichen Untersuchungen bzw. geeignete Wertungssysteme bezüglich der morphologischen Qualität des Ausgangsmaterials und damit der Voraussetzung für den klinischen Transplantationserfolg vorliegen. Ziel der vorliegenden Studie war deshalb, einen im klinischen Alltag möglichst praktisch handhabbaren Score zu entwickeln. Dieser soll zuverlässig die Eignung des Kopfes für die Transplantation ermitteln. Die Bewertung soll anhand präoperativer radiologischer Kriterien möglich sein und intraoperativ klinisch überprüft werden. Aus der Bewertung soll eine Aussage hinsichtlich der Verwertbarkeit des FK als strukturelles oder nur „morcellized“ Graft möglich werden.

Die FK wurden in der vorliegenden Arbeit auch mittels peripherer quantitativer Computertomographie (pQCT) untersucht. Mit der pQCT ist man in der Lage, spongiösen von kortikalem Knochen zu differenzieren. Die Knochendichte, -masse und die Masseverteilung kann bildlich dargestellt werden und anteilsmäßig sowohl die Dichte (BMD, „bone mineral density“) als auch die Masse (BMC, „bone mineral content“) quantifiziert werden. Die pQCT könnte somit bei der Validierung von Qualitätskriterien zur Charakterisierung von Knochenfragmenten aus Spenderknochen genutzt werden. Schließlich erfolgte eine standardisierte histologische Untersuchung des Knochengewebes. Die Studie sollte auch klären, ob zusätzliche Untersuchungen wie pQCT und histologische Befunde zwingend zur Beurteilung der Knochenqualität erforderlich oder verzichtbar sind.

Im Ergebnis sollte der vorgeschlagene klinisch-radiologische Qualitätsscore auf seine Eignung für die Praxis untersucht werden.

In Abb. 6 sind die Verteilungen der 105 FK auf die Endscores dargestellt. Von diesen 105 Präparaten wurden primär 12 verworfen, da sie nicht für eine FK-Transplantation geeignet schienen. Als interessante Nebenbefunde wurden in einem Fall (TAB-070) in der histologischen Untersuchung Zellen eines sehr kleinen Osteoblastoms (<2 mm) und in einem zweiten Fall (TAB-043) Zellen eines Enchondroms nachgewiesen. Diese beiden Präparate wurden aus der Studie ausgeschlossen. In Abb. 7 ist die Übereinstimmung des Makroscores mit dem klinisch-radiologischen Tabea-FK-Score dargestellt. Die höchste Übereinstimmung fand sich in Bezug auf die FK mit schlechter Qualität (81 %) und die geringste in Bezug auf die FK mit mittlerer Qualität (68 %). Bezogen auf die Unterscheidung zwischen FK mit bester und mittlerer Qualität fand sich eine Sensitivität des Tabea-FK-Scores in Bezug auf den Goldstandard von 77 % (95 %-Konfidenzintervall, 95 %-KI: 60–90 %) und eine Spezifität von 76 % (95 %-KI: 59–89 %). In Bezug auf die Unterscheidung von FK von mittlerer und schlechter Qualität fand sich eine Sensitivität von 81 % (95 %-KI: 54–96 %) und eine Spezifität von 84 % (95 %-KI: 67–95 %).

Sollen FK mit schlechter Qualität von denjenigen mit bester oder mittlerer Qualität unterschieden werden, zeigt die radiologisch-klinische Beurteilung (Tabea-FK-Score) eine Sensitivität von 81 % und eine Spezifität von 92 % (Tab. 3, Spalten 6–7). Wie die Qualitätsbeurteilung mittels des Histo-Scores (Tab. 1) sowie mittels des pQCT-Scores (Tab. 2) im Vergleich mit dem Makroscore zeigen (die Sensitivitäten und Spezifitäten zeigt Tab. 3), sind die Sensitivitäten bezüglich der Unterscheidung von FK bester und mittlerer Qualität noch als gut einzuschätzen (>80 %), jedoch zeigten sich bei der Unterscheidung von FK schlechter und mittlerer Qualität deutlich geringere Sensitivitäten (54 % und lediglich 9 %). Dies zeigt sich ebenfalls, wenn es darum geht, FK schlechter Qualität von denjenigen mit mittlerer und bester Qualität abzugrenzen. Hier zeigt der Histo-Score lediglich eine Sensitivität von 44 % und der pQCT-Score eine Sensitivität von 6 %.

Wissenschaftliche Untersuchungen zur klinisch-morphologischen Bewertung des FK zur Transplantation liegen derzeit nicht vor. In der Literatur sind vor allem Studien und Untersuchungen zu mikrobiologischen [9, 19, 22, 23], immunologischen [13, 26], infektionssicherheitsrelevanten [10, 14, 17, 24] und ökonomisch-pharmazeutischen Fragestellungen [1, 12, 15, 16] zu finden.

Die makroskopische Untersuchung in der vorliegenden Studie an in vier gleich dicke Scheiben geschnittenen FK ergab eine hohe Übereinstimmung mit der radiologischen/klinischen Klassifikation. Daher kann aus unserer Sicht die radiologisch/klinische Beurteilung als valide gelten und auf die zerstörende makroskopische Untersuchung in der klinischen Routine verzichtet werden. Die präoperative radiologische Analyse erkennt zuverlässig das Ausmaß zystischer oder nekrotischer/sklerotischer Läsionen, welche den FK als Transplantat ungeeignet erscheinen ließen. Auch Deformitäten sind in ihrem Ausmaß eindeutig zu detektieren. Das Volumen des Kopfes ist durch den Querdurchmesser an der breitesten Stelle definiert. Die Binnenstruktur ist als native Spongiosa anzusehen, abzüglich des Ausmaßes an Zysten und Sklerosen. Dieses Ausmaß beschreibt der Score.

Um den Score einfach handhabbar und somit für den klinischen Alltag tauglich zu machen, wurde jede einzelne Kategorie in drei Grade eingeteilt. Eine genauere Klassifikation ist daher nicht erforderlich.

In der vorgelegten Studie wurde anhand eines klinisch-radiologischen Scores versucht, die Beurteilung der FK-Qualität durch den entnehmenden Arzt bereits intraoperativ zu standardisieren. Die FK wurden anschließend mittels pQCT auf das Anteilsverhältnis von spongiösem und kortikalem Knochen untersucht und Knochendichte, -masse und die Masseverteilung bildlich dargestellt. Mit dieser hoch innovativen Methode können sowohl die BMD, als auch die BMC quantifiziert werden. Eine gute Übereinstimmung mit dem makroskopisch-morphologischen Status (hier mittels des Makroscores abgebildet) hätte einen neuen Weg in der Standardisierung von Knochentransplantaten eröffnet.

Etwas überraschend war daher die schwache Übereinstimmung zwischen dem Makroscore und dem pQCT-Score. Ursächlich hierfür könnte sein, dass die gewählten Vergleichscores das klinische Korrelat im FK nicht widerspiegeln. Erhart et al. konnten in einer vergleichenden Untersuchung der CT-gestützten Messung der Spongiosaknochendichte bei proximalen Femurfrakturen gute Ergebnisse erzielen [6]. Den Autoren gelang eine Abgrenzung osteoporotischer Veränderungen zum Normalbefund, die die Individualisierung der Therapieansätze erleichterte. Eine weitere diagnostische Möglichkeit zur Messung der Knochendichte zeigen Craiovan et al., welche die Dual Energy X‑Ray Absorptiometry (DXA) zur Unterscheidung von Knochendefekten infolge von FK-Nekrose oder primärer Osteoarthritis anwendeten [5]. Das in der hier vorgelegten Studie verwendete pQCT ist derzeit als qualitatives und quantitatives Kriterium für die Bewertung der knöchernen Anteile des FK nicht zu empfehlen, sollte jedoch methodisch weiterentwickelt werden.

Die Feststellung, dass die Histologie nur eine mittelmäßige Übereinstimmung mit dem makroskopisch-morphologischen Status aufweist, war aufgrund des ausgewählten Volumens des Untersuchungsmaterials nicht unerwartet, da der entnommene Standardzylinder nur eine kleine Region des FK und nicht dessen gesamte Struktur widerspiegelt. Trotzdem ist die Histologie eine sinnvolle Ergänzung der Qualitätsbewertung, insbesondere dann, wenn das Probevolumen erhöht wird. Schließlich sollte auch bedacht werden, dass die histologische Untersuchung in Einzelfällen wertvolle Hinweise auf pathologische Veränderungen aufzeigen kann. Sugihara et al. fanden in einer histologischen Untersuchung von nicht verwendeten FK in 5 von 89 Fällen auffällige Befunde (3 Fälle mit Verdacht auf B‑Zell-Lymphom, 1 Fall mit Verdacht auf monoklonale Plasmozytosis und 1 Fall mit unspezifischer Entzündung des Knochenmarks) [21]. Zu ähnlichen Ergebnissen gelangen Zwitser et al. Die in 14/853 Femurköpfen Hinweise auf ein B‑Zell-Lymphom fanden [26]. Auch in unserer Untersuchung wurden in zwei Fällen pathologische Veränderungen (Enchondrom, sehr kleines Osteoblastom) im Rahmen der Histologie nachgewiesen.

Alle strukturellen Transplantate müssen intraoperativ geformt werden, um die knöcherne Defektstrecke bündig zu ersetzen. Um dem Operateur diese technisch anspruchsvolle Aufgabe zu erleichtern, sollten keine FK mit zystischen Läsionen oder Sklerosen/Nekrosen verwendet werden. Die Größe des Kopfes muss im Vergleich zur Größe des zu ersetzenden Defektes gewählt werden, sofern es sich um ein strukturelles Transplantat handelt. Eine Osteoporose sollte für ein strukturelles Transplantat gar nicht oder allenfalls wenig ausgeprägt sein. Der vollständig ausgefüllte Score sollte dem Transplantat beiliegen, um geeignete Köpfe identifizieren zu können. Dies könnte auch bereits in der Knochenbank erfolgen. Alle anderen Köpfe sind nur als „morcellized graft“ verwendbar.

Die Bewertung der Kriterien des primären FK-Scores wurde im Rahmen einer vergleichbaren makroskopischen Bewertung am aufgesägten FK durch dieselben Operateure verblindet wiederholt. Die entsprechende Sensitivität und Spezifität der Beurteilung bester + mittlerer versus schlechter Qualität wurde in der durchgeführten statistischen Analyse als gut bewertet. Dies unterstreicht die Fähigkeiten langjährig operativ tätiger Orthopäden, die Qualität der Knochenspongiosa bereits anhand des Röntgenbildes und des intraoperativen Befundes korrekt einzustufen. Insofern kann die Einführung des Tabea-FK-Scores in die Routineabläufe von Knochenbanken empfohlen werden. Mittels des Scores werden dem Kliniker verlässliche Hinweise in Bezug auf die Knochengewebequalität gegeben, die ihm auch in Bezug auf die Transplantatauswahl indikationsbezogen unterstützen. Weiterführende nicht zuletzt auch kostenintensive diagnostische Maßnahmen wie pQCT oder Histologie, sind nicht erforderlich und für den verlässlichen Befund derzeit auch nicht geeignet.

Die Einführung des Tabea-FK-Scores wird daher insbesondere für lokale Knochenbanken als qualitätssichernde Maßnahme empfohlen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine umfangreiche Schulung und interaktive Kommunikation zwischen den Operateuren erfolgt, um die Bewertungskriterien innerhalb einer Knochenbank zu standardisieren.