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Fragestellung: Wirbelsäulentrauma einschließlich Frakturen der vertebralen Endplatten führen häufig zu Bandscheibenschäden, die in eine posttraumatische Degeneration mit Funktionseinschränkung und chronischen Schmerzen übergehen kann. Die biologischen Effekte innerhalb der Bandscheibe nach Endplattenfrakturen sind kaum untersucht. Ziel der Studie war daher ein neuartiges Diskus- / Endplatten Traumamodell zu etablieren, um reproduzierbare Endplattenfrakturen zu induzieren und resultierende Bandscheibenveränderungen zu untersuchen. In einem ersten Ansatz wurden traumatische Zellschäden und die Expression von Apoptose-assoziierten Genen in Bandscheibenzellen analysiert.

Methodik: Bandscheiben- / Endplatteneinheiten wurden aus New Zealand White Rabbits isoliert und in Nährmedium (DMEM/F12) kultiviert. Die Frakturierung der vertebralen Endplatten erfolgte am siebenten Kulturtag mit einem speziell hierfür konstruierten Frakturgerät. Posttraumatische Zellschäden wurden mittels colorimetrischer Quantifizierung der Laktatdehydrogenaseaktivität (LDH) im Kulturüberstand festgestellt (Roche). Die Expression der pro-apoptotischen Gene FasL und TNF-α sowie von Caspase 3 wurden separat für den Annulus fibrosus (A) und Nucleus pulposus (N) mittels quantitativer PCR (IQ5, BioRad) an Tag 1, 3 und 14 untersucht. Die Messwerte wurden zu GAPDH normalisiert und im Verhältnis zur unbehandelten Kontrolle ± Standardabweichung von zwei PCR-Versuchen angegeben.

Ergebnisse: Die Aktivität der LDH stieg innerhalb von 24 h auf das 12 ± 1,5-fache und blieb erhöht für 72 h. Die qPCR demonstrierte eine Hochregulation des Caspase 3 Gens in Nucleus (N) und Annulus (A) ab dem ersten Tag post Trauma mit einem Maximum am 14. Tag: (N) 93 ± 1.77-fache Induktion, (A) 4 ± 1.4-fach. Im Gegensatz dazu konnten eine gesteigerte Expression von FasL (20 ± 5.4-fach) und TNF-α (36 ± 0.7-fach) ausschließlich im Nucleus nachgewiesen werden.

Schlussfolgerung: Die vorliegenden Ergebnisse der LDH-Messung und Quantifizierung der Caspase 3 Expression legen nahe, dass Wirbelkörperberstungsfrakturen zu einem signifikanten Zellschaden und einen frühen apoptotischen Zelltod in der gesamten Bandscheibe führen. Die gesteigerte Expression von FasL und TNF-α, welche bekannte Liganden für Zelltodrezeptoren der TNF-Rezeptorfamilie darstellen (CD95, TNF-R) könnten zusätzlich eine Kaskade von fortschreitenden Apoptosen vermitteln. Darüber hinaus kann die Überexpression von TNF-α eine Vielzahl von deletär-katabolen Veränderungen auf den Bandscheibenmetabolismus haben. Zusammengefasst ist das Diskus-/ Endplatten Traumamodell vielversprechend für die Analyse von traumatischen Bandscheibenveränderungen. Die initiale biologische Reaktion der Diskuszellen nach Endplattenfrakturen weist charakteristische Merkmale auf, die gewöhnlich im Rahmen der Bandscheibendegeneration beobachtet werden.