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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

24. - 27.10.2007, Berlin

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Staphylococcus aureus und Pseudomonas aeruginosa induzierte Destruktion des hyalinen Knorpels in vitro: Aktivität von Proteasen unter Einfluss eines Antioxidans

Meeting Abstract

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  • J. Fay - Anatomisches Institut, Universität Kiel, Klinik für Unfallchirurgie, UK S-H, Campus Kiel, Kiel, Germany
  • A. Lemke - Universität Kiel, Anatomisches Institut, Kiel, Germany
  • J. Lee - Massachusetts Institute of Technology MIT, Department of Biological Engineering, Cambridge, MA, United States of America
  • D. Varoga - Universität Kiel, Anatomisches Institut, Kiel, Germany
  • M. Schünke - Universität Kiel, Anatomisches Institut, Kiel, Germany
  • B. Kurz - Universität Kiel, Anatomisches Institut, Kiel, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 24.-27.10.2007. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2007. DocE13-1005

The electronic version of this article is the complete one and can be found online at: http://www.egms.de/en/meetings/dkou2007/07dkou027.shtml

Published: October 9, 2007

© 2007 Fay et al.
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Fragestellung: Der bakterielle Gelenkinfekt stellt ein schweres Krankheitsbild dar, in dessen Rahmen es zur Zerstörung des hyalinen Knorpels kommt. Die detaillierten Signalwege sind in ihrer Komplexität weiterhin unklar. Wir konnten in jüngerer Vergangenheit unterschiedliche Expressionsmuster von Matrixmetalloproteinasen (MMP) im Knorpelgewebe nach Stimulation mit Staphylococcus aureus (SA) und Pseudomonas aeruginosa (PA) zeigen.

Die vorliegende Untersuchung zur bakteriellen Arthritis soll die Aktivität von Proteasen im hyalinen Knorpel analysieren und zudem eine mögliche Beteiligung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) an den Signalwegen prüfen.

Methodik: Bovine Knorpelexplantate werden mit steril filtrierten Staphylococcus aureus oder Pseudomonas aeruginosa Überständen stimuliert und mit/ohne Antioxidans Superoxid Dismutase Mimetikum (SOD) inkubiert. Nach 48h wird die kaseinolytische (MMP-3) und gelatinolytische (MMP-2 und -9) Aktivität mittels Zymogramm bestimmt. Pro-forms und active-forms der MMP werden anhand des Molekulargewichtes identifiziert.

Ergebnisse: Nach Stimulation mit SA lässt sich in den hyalinen Knorpelexplantaten eine deutliche kaseinolytische Aktivität bei 59kDa, ausgelöst durch pro-MMP-3, sowie eine gelatinolytische Aktivität bei 72kDa durch pro-MMP-2 identifizieren. Die Zugabe von SOD schwächt das beschriebene pro-MMP-2-Signal ab, hat aber auf das pro-MMP-3-Signal keinen Effekt. Nach PA-Stimulation lässt sich ein schwaches pro-MMP-3-Signal zeigen sowie eine massive kaseinolytische Aktivität bei 45kDa, was der active-form des MMP-3 entspricht. Die gelatinolytischen Aktivität nach PA-Stimulation zeigt sich als sehr schwaches pro-MMP-2-Signal und vermehrte Aktivität bei etwas niedrigerem Molekulargewicht, identifiziert als active-MMP-2. Unter gleichzeitiger PA-Stimulation und Zugabe von SOD schwächt sich das active-MMP-3-Signal ab; jenes von pro-MMP-3 wird intensiver. Nach SOD-Gabe zeigt sich nun ein pro-MMP-2-Signal. Das active-MMP-2-Signal bleibt unverändert. Es kann keine gelatinolytische Akivität bei 92 oder 97kDa (active- bzw. pro-MMP-9) detektiert werden. Die SA- und PA-Überstände alleine zeigen keinerlei protelytische Aktivität.

Schlussfolgerungen:

a) Im Rahmen der septischen Gelenkinfektion kommt es zur Induktion von proteolytischer Aktivität im Gelenkknorpel durch MMP-2 und -3.

b) Die SA- und PA-Bakterien-Überstände induzieren ein unterschiedliches Aktivitätsmuster, wobei es nur nach PA-Stimulation zur Induktion der active-forms kommt.

c) Da das Antioxidans SOD teilweise Effekte erzielen kann scheinen die Signalwege partiell unter Beteiligung von reaktiven Sauerstoffspezies abzulaufen.