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Fragestellung: Wir untersuchten anhand der in-vitro Syntheseleistung von osteoarthritischen (OA)-Chondronen die potentielle Eignung dieser Zellen für eine Verwendung in der biologischen Therapie von Knorpelschäden z. B. im Rahmen einer autologen Chondrozytentransplantation (ACT).

Methodik: Aus dem Knorpel von OA-Patienten (n=25) wurden humane Chondrozyten und Chondrone enzymatisch und mechanisch isoliert. Beide Zelltypen wurden im Monolayer und im 3D-Peptid-Hydrogel (KLDL-12) kultiviert. Die Proliferations-, Synthese- und Genexpressions-Leistung wurden nach Zellisolation und im 2-wöchigen Abstand durch Zellzählung, DNA-Quantifizierung, ELISA, DMMB-Assay und quantitative RT-PCR untersucht. Die Korrelation dieser Daten mit der röntgenologischen Kellgren-Lawrence (K&L)-Klassifizierung wurde als Maß der Osteoarthritis-Progredienz analysiert. Zur statistischen Analyse wurden der Student t-test, der Mann-Whitney-Rank-Sum-Test und die Spearman-Rank-Order benutzt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: In Monokultur proliferierten OA-Chondrone nach 4 Wochen signifikant höher als OA-Chondrozyten (p=0,015) und vergleichbar mit Nicht-OA-Chondrozyten und -Chondronen. Beide Zelltypen verloren ihren Phänotyp (Zellform) nach 2 Wochen. Im Hydrogel blieben die Phänotypen bis zu 12 Wochen erhalten. Unmittelbar nach der Isolation und nach 2- und 4-wöchiger Hydrogelkultur zeigten OA-Chondrone signifikant höhere Zellzahlen aufgrund besseren Überlebens und Proliferation (p<0.05). OA-Chondronen zeigten unmittelbar nach Isolation eine höhere Kollagen Typ II-Genexpression als OA-Chondrozyten (p=0,021).

Nach 2-wöchiger Hydrogelkultur lag im Überstand der OA-Chondrone ein 6-fach höheres CPII (Kollagen-II-Propeptid: Maß für Neusynthese) sowie ein 0,65-fach niedriges C2C (Kollagen-II-Neoepitop; Maß für Degradation) vor. Nach 4 und 6 Wochen zeigten sich ähnliche Konzentrationsunterschiede (p<0,01) im Sinne einer höheren Kollagen-II-Neu-Synthese und eines niedrigeren Kollagen-II-Abbaus. OA-Chondrone zeigten nach 2 und 6 Wochen einen höheren Glykosaminoglykan-Gehalt als OA-Chondrozyten (p<0,01).

OA-Chondrone exprimierten nach 2 Wochen signifikant höhere GAPDH-Level als OA-Chondrozyten (p=0,036); dies deutet auf eine höhere glykolytische Aktivität von OA-Chondronen hin. Zu späteren Zeitpunkten zeigten nur ein Drittel aller OA-Chondrozyten eine GAPDH-Expression, während alle OA-Chondrone derselben Patienten GAPDH exprimierten. Die Synthese von Kollagen II von OA-Chondronen korrelierte mit der K&L-Klassifierung sowie deren Subkategorien Osteophyten und Gelenkspalt.

OA-Chondrone zeigen im Vergleich zu OA-Chondrozyten deutlich überlegene zelluläre Funktionen hinsichtlich a) Überleben der zellulären Isolation, b) Kultivierung in Monolayer und Hydrogel, c) höherer Syntheserate von Kollagen II, d) niedrigerer Abbaurate von Kollagen II, e) höherer Glykosaminoglykan-Synthese, f) besserem Genexpressionsleistung und g) höherer glykolytischer Aktivität und eignen sich möglicherweise für die Entwicklung neuer Strategien zur biologischen OA-Therapie.