The use of a cartilage decellularized matrix scaffold for the repair of osteochondral defects: the importance of long-term studies in a large animal model

Abstract

Objective: To investigate the effect of decellularized cartilage-derived matrix (CDM) scaffolds, by itself and as a composite scaffold with a calcium phosphate (CaP) base, for the repair of osteochondral defects. It was hypothesized that the chondral defects would heal with fibrocartilaginous tissue and that the composite scaffold would result in better bone formation. Methods: After an 8-week pilot experiment in a single horse, scaffolds were implanted in eight healthy horses in osteochondral defects on the medial trochlear ridge of the femur. In one joint a composite CDMeCaP scaffold was implanted (þP), in the contralateral joint a CDM only (P) scaffold. After euthanasia at 6 months, tissues were analysed by histology, immunohistochemistry, micro-CT, biochemistry and biomechanical evaluation. Results: The 8-week pilot showed encouraging formation of bone and cartilage, but incomplete defect filling. At 6 months, micro-CT and histology showed much more limited filling of the defect, but the CaP component of the þP scaffolds was well integrated with the surrounding bone. The repair tissue was fibrotic with high collagen type I and low type II content and with no differences between the groups. There were also no biochemical differences between the groups and repair tissue was much less stiff than normal tissue (P < 0.0001). Conclusions: The implants failed to produce reasonable repair tissue in this osteochondral defect model, although the CaP base in the P group integrated well with the recipient bone. The study stresses the importance of long-term in vivo studies to assess the efficacy of cartilage repair techniques.

Objetivo: Investigar el efecto de los andamios de matriz derivada de cartílago descelularizado (MDL), por sí mismo y como un andamio compuesto a base de fosfato de calcio (CaP), para la reparación de defectos osteocondrales. Se planteó la hipótesis de que los defectos condrales se curarían con el tejido fibrocartilaginoso y que el el andamiaje compuesto resultaría en una mejor formación ósea. Métodos: Después de un experimento piloto de 8 semanas en un solo caballo, se implantaron andamios en ocho caballos en defectos osteocondrales en la cresta troclear media del fémur. En una articulación un compuesto se implantó un andamiaje CDMeCaP (þP), en la articulación contralateral un andamiaje sólo CDM (P). Después de eutanasia a los 6 meses, los tejidos fueron analizados por histología, inmunohistoquímica, micro-TC, evaluación bioquímica y biomecánica. Resultados: El piloto de 8 semanas mostró una alentadora formación de hueso y cartílago, pero un defecto incompleto relleno. A los 6 meses, la micro-TC y la histología mostraron un relleno mucho más limitado del defecto, pero el CaP el componente de los andamios þP estaba bien integrado con el hueso circundante. El tejido de reparación fue fibrótica con alto contenido de colágeno tipo I y bajo contenido de tipo II y sin diferencias entre los grupos. Tampoco hubo diferencias bioquímicas entre los grupos y el tejido de reparación fue mucho menos rígido que el tejido normal (P < 0,0001). Conclusiones: Los implantes no produjeron tejido de reparación razonable en este modelo de defecto osteocondral, aunque la base de CaP en el grupo P se integró bien con el hueso del receptor. El estudio subraya que el importancia de los estudios in vivo a largo plazo para evaluar la eficacia de las técnicas de reparación del cartílago.