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Fragestellung: Knorpelverletzungen stellen ein hohes Risiko für die Entwicklung einer posttraumatischen Arthrose dar. Die Initialphase zeichnet sich durch Absterben von Knorpelzellen sowie die Aktivierung inflammatorischer und kataboler Prozesse aus, an welchen neben dem Knorpel auch weitere Gewebe im Gelenk, wie z. B. das Synovialgewebe, beteiligt sind. Möglicherweise wird das Entzündungsgeschehen durch Interaktionen zwischen Chondrozyten und Synovialzellen verstärkt. Daher wurde der gegenseitige Einfluss von Knorpelgewebe und Synovialfibroblasten (SF) nach einem stumpfen, singulären Knorpeltrauma in einem in vitro Cokultur-Modell untersucht.

Methodik: SF (Passage 2/3) wurden durchflusszytometrisch/immuncytologisch bezüglich ihrer Oberflächenmarker charakterisiert. In einer 24er-Zellkulturplatte wurden je 1*10⁵ Zellen/Well in serumhaltigem Medium vorkultiviert. 24h vor Cokultur wurde zu serumfreiem Medium gewechselt. Knorpelstanzen (5 mm Ø) wurden aus makroskopisch intaktem Knorpelgewebe arthrotischer Kniegelenke präpariert und mit Hilfe eines Drop-tower-Modells definiert stumpf traumatisiert (0,59 J). Anschließend wurden die Gewebepellets in Zellkultur-Inserts in Zellkulturplatten mit SF überführt. Nach 24h wurde das Kultivierungsmedium abgenommen, um freigesetzte Mediatoren zu bestimmen (ELISA). SF und Knorpelstanzen wurden für Genexpressionsanalysen (qRT-PCR) verwendet. Der Anteil vitaler Zellen in Knorpelstanzen wurde mit Hilfe des Live/Dead-Assays ermittelt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: SF exprimierten CD90 (90%), CD55 (89%) und CD106 (67%), sowie immuncytologisch Cadherin11 (>90%) während der Anteil CD14-, CD45- und CD68-positiver Zellen unter 1% lag. Die Cokultivierung von traumatisiertem Knorpel (Kt) mit SF verstärkte das Trauma-bedingte Chondrozytensterben signifikant. SF zeigten bei Cokultivierung mit Kt im Vergleich zur Cokultivierung mit nativem Knorpel (Kn) eine signifikant erhöhte Cyclooxygenase (COX)-2-, Matrixmetalloproteinase (MMP)-13- und ADAMTS5-Genexpression nach 24h, sowie eine gesteigerte Genexpression von MMP1 und -3. Korrelierend wurde die Prostaglandin E2-Freisetzung bei Cokultur durch Knorpeltrauma signifikant erhöht. Bei Chondrozyten aus Kt bewirkte die Cokultivierung mit SF tendenziell eine zusätzliche Aufregulation der COX2-, MMP1- und MMP3-Genexpression. Die Freisetzung von Interleukin (IL)-6 und -8 wurde durch Cokultivierung im Vergleich zu den Einzelkulturen erhöht, Trauma verstärkte diesen Effekt (bei IL6 signifikant). Dagegen wurde die IL10-Freisetzung durch Cokultur und Trauma erniedrigt.

Wir konnten ein Cokulturmodell von SF mit Knorpelgewebe etablieren und in vitro wechselseitige Interaktionen des Knorpelgewebes mit SF sowohl bei inflammatorischen als auch bei katabolen Prozessen zeigen. Dieses Modell nähert sich an die in vivo Situation an und könnte für die Testung von Therapeutika eingesetzt werden. Es ermöglicht zudem ein besseres Verständnis der pathogenetischen Rolle von SF beim Knorpeltrauma, wodurch sich neue Therapieansätze ergeben könnten.