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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

21. - 24.10.2009, Berlin

Beeinflussung der Metabolitenfreisetzung und der Genexpression in humanem Knorpelgewebe durch Traumatisierung, Stimulation mit IL-1β und p38MAP-Kinase-Inhibition

Meeting Abstract

  • H. Joos - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • L. Rieger - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • L. Dürselen - Universitätsklinikum Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Germany
  • H. Reichel - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Ulm, Germany
  • R. Brenner - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 21.-24.10.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. DocEF20-372

DOI: 10.3205/09dkou092, URN: urn:nbn:de:0183-09dkou0929

Published: October 15, 2009

© 2009 Joos et al.
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Fragestellung: Knorpelverletzungen, wie sie häufig durch Unfälle verursacht werden, stellen einen erheblichen Risikofaktor für die Entwicklung einer posttraumatischen Arthrose dar. Nach Knorpelzellnekrose und Proteoglykanverlust in der Initialphase trägt die nachfolgende Apoptose von Chondrozyten zur Knorpelschädigung bei. Möglicherweise spielen auch katabole Prozesse, die durch proinflammatorische Mediatoren verstärkt werden, eine wesentliche Rolle. In dieser Studie wurde daher der singuläre und der kombinierte Einfluss von Traumatisierung und Stimulation durch IL-1β auf Knorpelgewebe in vitro untersucht und ein möglicher pharmakologischer Therapieansatz getestet.

Methodik: Aus makroskopisch intakten Knorpelproben des Kniegelenks von Arthrosepatienten (Resektatmaterial von Endoprothese-Implantationen) wurden Gewebepellets von 6 mm Durchmesser ausgestanzt. Mit Hilfe eines "Drop-Tower"-Modells erfolgte eine definierte stumpfe Traumatisierung der Stanzen (Energie 0,6 J). Anschließend wurde ein Teil der Proben mit dem proinflammatorischen Zytokin IL-1β (10 ng/ml) mit und ohne Zugabe des p38MAPK-Inhibitors SB203580 (10µM) stimuliert. Es wurde der Effekt der Behandlungen auf die Freisetzung von Stickstoffmonoxid (NO), Glykosaminoglykane (DMMB-Assay) und Prostaglandin E2 (ELISA) durch den Knorpel untersucht. Zudem wurde geprüft, welche Veränderungen bei der Genexpression (real-time PCR) der induzierbaren NO-Synthase (Nos2a), der Cyclooxygenase-2 (Cox-2) und der Prostaglandin-E-Synthase (Ptges) ausgelöst wurden.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Nach in-vitro-Traumatisierung waren im Knorpelgewebe oberflächliche Läsionen und eine vermehrte Zahl an apoptotischen Zellen (ca. 30% in der TUNEL-Färbung) zu verzeichnen. Die Analyse von Metaboliten im Medium zeigte eine signifikant erhöhte Prostaglandin E2-Abgabe. Durch Traumatisierung wurde außerdem die Cox-2- und die Ptges-Expression signifikant erhöht. Die Stimulation mit IL-1β löste eine erhöhte Abgabe an NO, Proteoglykanen und PGE2 aus. Auch die Expression aller drei untersuchten Gene wurde signifikant gesteigert. Auf die PGE2-Abgabe war ein tendenziell additiver Effekt durch kombinierte Traumatisierung und Stimulation mit IL-1β festzustellen. Der Einsatz des p38MAPK-Inhibitors SB203580 bewirkte unter allen Behandlungsregimen eine signifikante Hemmung der Cox-2-Expression und verringerte tendenziell die IL-1β-stimulierte Glykosaminoglykan-, PGE2-, und NO-Abgabe. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl eine stumpfe Traumatisierung als auch eine Behandlung mit IL-1β im in vitro-Modell Reaktionen auslöst, die degenerativen Prozessen zugeordnet werden. Der Einsatz des p38MAPK-Inhibitors SB203580 konnte diese Reaktionen teilweise abschwächen. Hierdurch eröffnen sich neue Ansatzpunkte für eine frühzeitige Intervention, die das Ausmaß der Knorpelschädigung nach Trauma verringern könnte.