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Einfluss von Kollagen-Hydrolysat auf die Neusynthese der extrazellulären Matrix humaner Knorpelzellen
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Published: | September 28, 2006 |
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Vor dem Hintergrund positiver klinischer Studien zur Wirkung von oral appliziertem Kollagen-Hydrolysat (CH) bei degenerativen Gelenkerkrankungen sowie erster experimenteller Hinweise auf eine Beeinflussung des Knorpelzellstoffwechsels durch Kollagenfragmente sollte der Einfluss von CH auf den Metabolismus der extrazellulären Matrix humaner Knorpelzellen untersucht werden.
Methodik: Die experimentellen Arbeiten wurden an Primärkulturen humaner, artikulärer Chondrozyten durchgeführt. Dazu wurde zunächst Knorpelgewebe aus den Hüftköpfen von Patienten mit Oberschenkelhalsfraktur gewonnen. Die Chondrozyten wurden unmittelbar nach Abschluss der Operation präpariert und anschließend unter Sauerstoffreduktion kultiviert. In den experimentellen Ansätzen wurde ein spezielles Kollagen-Hydrolysat (CH) mit einem mittleren Molekulargewicht von 3,3 kDa verwendet. Die Chondrozyten wurden 11 Tage lang mit CH inkubiert und anschließend die Typ II Kollagen-Synthese der Knorpelzellen mittels ELISA quantifiziert. Als zusätzliches Maß für die Kollagensynthese wurde der Einbau von 14C-markiertem Prolin in die Zellmatrix ermittelt. Eine quantitative Erfassung zellassoziierter Proteoglykane erfolgte unter Verwendung immunzytochemischer und kolorimetrischer Methoden. Ferner wurde die Neusynthese von Proteoglykanen mit Hilfe von radioaktiv markiertem Schwefel bestimmt. Die Proteaseaktivität wurde in den Kulturüberständen der Testansätze mittels SDS-PAGE Zymographie erfasst.
Ergebnisse: In den experimentellen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Anreicherung des Zellkulturmediums mit CH zu einem signifikanten (p<0,05), dosisabhängigen Anstieg der Typ II Kollagen Biosynthese in den humanen Chondrozyten im Vergleich zu den unbehandelten Kontrollzellen führte. Bei einer Konzentration von 0,5 mg CH/ml konnte eine maximale Stimulation der Kollagensynthese von mehr als 25 % beobachtet werden. Im Gegensatz dazu zeigten natives Kollagen bzw. kollagenfreies Protein-Hydrolysat keine stimulierende Wirkung auf die Typ II Kollagenproduktion der Zellen. Neben einer gesteigerten Kollagensynthese konnte nach Applikation von CH ebenfalls eine signifikante (p<0,05) Zunahme der Proteoglykansynthese sowie ein deutlicher Anstieg der zellassoziierten Proteoglykane nachgewiesen werden. Bei der Auswertung der Zymographien zeigte sich hingegen, dass extrazelluläres CH keinen signifikanten Einfluss auf die Proteaseaktivität humaner Knorpelzellen hat.
Schlussfolgerung: Die experimentellen Befunde belegen die stimulierende Wirkung von Kollagen-Hydrolysat auf die Biosynthese von Makromolekülen der extrazellulären Matrix humaner Knorpelzellen. Darüber hinaus führt die Behandlung mit CH zu keiner unerwünschten Steigerung der Proteaseaktivität der Chondrozyten. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass CH prinzipiell in der Lage ist einer progredienten Degradation des Gelenkknorpels entgegenzuwirken und somit bei der Therapie und Prophylaxe der Osteoarthrose von Bedeutung sein könnte.