Autologous chondrocyte implantation for full thickness articular cartilage defects of the knee

  • Review
  • Intervention

Authors

  • Haris S Vasiliadis,

    Corresponding author
    1. Sahlgrenska University Hospital, Gothenburg University, Molecular Cell Biology and Regenerative Medicine, Gothenburg, Sweden
    Search for more papers by this author
  • Jason Wasiak

    1. Monash University, Alfred Hospital, Victorian Adult Burns Service and School of Public Health and Preventative Medicine, Melbourne, Victoria, Australia
    Search for more papers by this author

Abstract

Background

Treatments for managing articular cartilage defects of the knee, including drilling and abrasion arthroplasty, are not always effective. When they are, long-term benefits may not be maintained and osteoarthritis may develop. An alternative is autologous chondrocyte implantation (ACI), the surgical implantation of healthy cartilage cells into the damaged areas.

Objectives

To determine the efficacy and safety of ACI in people with full thickness articular cartilage defects of the knee.

Search methods

We searched the Cochrane Bone, Joint and Muscle Trauma Group Specialised Register (14 January 2011), the Cochrane Central Register of Controlled Trials (The Cochrane Library 2010, Issue 4), MEDLINE (1948 to January Week 1 2011), EMBASE (1980 to Week 1 2011), SPORTDiscus (1985 to 14 January 2011), the WHO International Clinical Trials Registry Platform (26 January 2011), and Current Controlled Trials (26 January 2011).

Selection criteria

Randomised and quasi-randomised trials comparing ACI with any other type of treatment (including no treatment or placebo) for symptomatic cartilage defects of the medial or lateral femoral condyle, femoral trochlea or patella.

Data collection and analysis

Review authors selected studies for inclusion independently. We assessed risk of bias based on adequacy of the randomisation and allocation concealment process, potential for selection bias after allocation and level of masking. We did not pool data due to clinical and methodological heterogeneity.

Main results

Six heterogeneous trials were identified with 442 participants. Methodological flaws of the included trials included incomplete follow-up and inadequate reporting of outcomes. Three trials compared ACI versus mosaicplasty. One reported statistically significant results in favour of ACI at one year in the numbers of people with 'good' or 'excellent' functional results. Conversely, another trial found significant improvement for the mosaicplasty group when assessed using one functional scoring system at two years, but no statistically significant differences based on two other scoring systems. A third trial found no difference between ACI and mosaicplasty, 10 months on average after the surgery.

There was no statistically significant difference in functional outcomes at two years in a single trial comparing ACI with microfracture nor in the functional results at 18 months of a single trial comparing characterised chondrocyte implantation versus microfracture. However, the results at 36 months for this trial seemed to indicate better functional results for characterised chondrocyte implantation compared with those for microfracture. The sixth trial comparing matrix-guided ACI versus microfracture found significantly better results for functional outcomes at two year follow-up in the MACI group.

Authors' conclusions

There is insufficient evidence to draw conclusions on the use of ACI for treating full thickness articular cartilage defects in the knee. Further good quality randomised controlled trials with long-term functional outcomes are required.

Résumé scientifique

Implantation de chondrocytes autologues pour le traitement des lésions d'épaisseur totale du cartilage articulaire du genou

Contexte

Les traitements utilisés dans la prise en charge des lésions du cartilage articulaire du genou, y compris la perforation et l'arthroplastie par abrasion, ne sont pas toujours efficaces. Lorsqu'ils le sont, les bénéfices ne se maintiennent pas toujours à long terme et une arthrose peut se développer. L'une des alternatives consiste à recourir à l'implantation de chondrocytes autologues (ICA), une implantation chirurgicale de cellules cartilagineuses saines dans les zones affectées.

Objectifs

Déterminer l'efficacité et l'innocuité de l'ICA chez les patients présentant des lésions d'épaisseur totale du cartilage articulaire du genou.

Stratégie de recherche documentaire

Nous avons consulté le registre spécialisé du groupe Cochrane sur les traumatismes ostéo-articulaires et musculaires (14 janvier 2011), le registre Cochrane central des essais contrôlés (Bibliothèque Cochrane, 2010, numéro 4), MEDLINE (1948 à la 1ère semaine de janvier 2011), EMBASE (1980 à la semaine 1 de 2011), SPORTDiscus (1985 au 14 janvier 2011), le système d'enregistrement international des essais cliniques de l'OMS (26 janvier 2011) et Current Controlled Trials (26 janvier 2011).

Critères de sélection

Les essais randomisés et quasi-randomisés comparant une ICA à n'importe quel autre traitement (y compris une absence de traitement ou un placebo) dans les lésions cartilagineuses symptomatiques du condyle fémoral médial ou latéral, de la trochlée fémorale ou de la rotule.

Recueil et analyse des données

Les auteurs de revue ont sélectionné les études à inclure de manière indépendante. Nous avons évalué le risque de biais sur la base du processus de randomisation et d'assignation secrète, du biais de sélection potentiel après l'assignation et du niveau d'assignation en aveugle. Nous n'avons pas combiné les données en raison de l'hétérogénéité clinique et méthodologique des essais.

Résultats principaux

Six essais hétérogènes portant sur 442 participants ont été identifiés. Les essais inclus présentaient des défauts méthodologiques, notamment un suivi incomplet et une documentation inadéquate des critères de jugement. Trois essais comparaient une ICA à une greffe en mosaïque. Un essai rapportait des résultats statistiquement significatifs en faveur de l'ICA à un an en termes de nombre de patients présentant des résultats fonctionnels bons à excellents. À l'inverse, un autre essai rapportait une amélioration significative dans le groupe de la greffe en mosaïque lors d'une évaluation effectuée à l'aide d'un système de notation fonctionnelle à deux ans, mais aucune différence statistiquement significative sur la base de deux autres systèmes de notation. Un troisième essai ne rapportait aucune différence entre l'ICA et la greffe en mosaïque 10 mois en moyenne après la chirurgie.

Aucune différence statistiquement significative n'était observée en termes de résultats fonctionnels à deux ans dans un seul essai comparant l'ICA à la microfracture, ou en termes de résultats fonctionnels à 18 mois dans un seul essai évaluant l'implantation de chondrocytes caractérisés par rapport à la microfracture. Néanmoins, les résultats de cet essai à 36 mois semblaient suggérer que l'implantation de chondrocytes caractérisés entraînait de meilleurs résultats fonctionnels que la microfracture. Le sixième essai, qui comparait une ICA guidée par matrice à une microfracture, rapportait des résultats significativement supérieurs concernant les critères de jugement fonctionnels lors du suivi à deux ans dans le groupe de l'ICAM.

Conclusions des auteurs

Les preuves sont insuffisantes pour tirer des conclusions définitives concernant l'utilisation de l'ICA dans le traitement des lésions d'épaisseur totale du cartilage articulaire du genou. D'autres essais contrôlés randomisés de bonne qualité examinant des critères de jugement fonctionnels à long terme sont nécessaires.

Plain language summary

Autologous chondrocyte implantation for full thickness articular cartilage defects of the knee

A layer of cartilage covering the knee joint surfaces acts to protect the joint and reduce friction. Damage to the cartilage (articular surface) can decrease mobility of the joint and cause pain on movement. Continuing deterioration of the surface may lead to osteoarthritis. Treatments for damaged cartilage include relieving symptoms, surgically cleaning up the joint, or surgically re-establishing the cartilage layer. The latter is done using marrow stimulation techniques (such as microfracture), mosaicplasty (also known as osteochondral cylinder transplantation), and more recently with implantation of healthy cartilage cells (chondrocytes). In the technique of autologous chondrocyte implantation (ACI), a small piece of cartilage is retrieved from the knee joint. This piece is brought to a laboratory where it is digested to free the chondrocyte cells; these cells are subsequently cultured in a culture media in order to expand the numbers of cells. Then, with a second surgery, the cells are placed into the joint defect in an effort to produce a tissue that substitutes the normal cartilage.

This review includes six small randomised controlled trials that compared ACI with either mosaicplasty or microfracture. Although there are some promising results for ACI compared with microfracture from one trial, the evidence from two other trials testing the same comparison did not confirm these. None of the other three trials testing different comparisons provided conclusive evidence in favour of ACI, although the longer-term results suggest that the results for some types of ACI may improve over time. The review identified several ongoing trials that should help to provide evidence to inform on the use of ACI in the future. Meanwhile, there is insufficient evidence to draw conclusions on the use of ACI.

Résumé simplifié

Implantation de chondrocytes autologues pour le traitement des lésions d'épaisseur totale du cartilage articulaire du genou

La couche de cartilage qui couvre les surfaces articulaires du genou permet de protéger l'articulation et de réduire la friction. L'endommagement du cartilage (surface articulaire) peut réduire la mobilité de l'articulation et provoquer des douleurs en mouvement. La détérioration continue de la surface peut entraîner l'apparition d'arthrose. Les traitements du cartilage endommagé peuvent consister à soulager les symptômes, nettoyer chirurgicalement l'articulation ou remplacer chirurgicalement la couche de cartilage. Cette dernière intervention peut être effectuée à l'aide de techniques de stimulation de la moelle (telles que la microfracture), une greffe en mosaïque (également connue sous le nom de greffe de cylindres ostéochondraux) et, plus récemment, par l'implantation de cellules cartilagineuses saines (chondrocytes). La technique de l'implantation de chondrocytes autologues (ICA) consiste à prélever un petit morceau de cartilage de l'articulation du genou. Ce morceau est digéré en laboratoire pour libérer les cellules chondrocytes ; ces cellules sont ensuite cultivées dans un milieu de culture afin de leur permettre de se multiplier. Une seconde chirurgie est alors pratiquée pour implanter les cellules dans les lésions articulaires afin de tenter de produire un tissu capable de remplacer le cartilage normal.

Cette revue inclut six petits essais contrôlés randomisés comparant une ICA à une greffe en mosaïque ou une microfracture. Les résultats prometteurs associés à l'ICA par rapport à la microfracture dans un essai ne sont pas confirmés par les preuves issues de deux autres essais évaluant la même comparaison. Aucun des trois autres essais évaluant différentes comparaisons ne rapportait de preuves concluantes en faveur de l'ICA, mais les résultats à plus long terme suggèrent une amélioration des résultats au fil du temps après certains types d'ICA. Cette revue a identifié plusieurs essais en cours qui devraient apporter des preuves susceptibles d'orienter l'utilisation de l'ICA à l'avenir. En attendant cela, les preuves sont insuffisantes pour tirer des conclusions définitives concernant l'utilisation de l'ICA.

Notes de traduction

Translated by: French Cochrane Centre

Translation supported by: Pour la France : Minist�re de la Sant�. Pour le Canada : Instituts de recherche en sant� du Canada, minist�re de la Sant� du Qu�bec, Fonds de recherche de Qu�bec-Sant� et Institut national d'excellence en sant� et en services sociaux.

Ancillary