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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2015)

20.10. - 23.10.2015, Berlin

Untersuchungen zum abriebpartikelinduzierten Zelltod mittels live imaging

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Stefan Landgraeber - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Essen, Germany
  • Florian Dittrich - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Essen, Germany
  • Marcus Jäger - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Essen, Germany
  • Mike Hasenberg - Experim. Immunologie/Bildgebung, Universität Duisburg-Essen, Essen, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2015). Berlin, 20.-23.10.2015. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2015. DocPO24-1034

doi: 10.3205/15dkou754, urn:nbn:de:0183-15dkou7540

Veröffentlicht: 5. Oktober 2015

© 2015 Landgraeber et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Im Rahmen der aseptischen Totalendoprothesenlockerung zeigen sich neben Osteolysen und Inflammation auch apoptotische Reaktionen der Abriebpartikel phagozytierenden Makrophagen. Die Verwendung eines Pan-Caspase-Inhibitors in einem Maus-Osteolyse-Modell führte sowohl zu einer Minderung der Apoptose als auch der Osteolysen. Dies erscheint nicht verständlich, da es sich bei der Apoptose im Gegensatz zur Nekrose um einen „kontrollierten Zelltod“ handelt, der keine weiteren Zellschädigungen oder inflammatorischen Reaktionen auslöst. Ziel der Studie ist es mittels eines Zellkulturmodells mit „live-imaging“-Technik mehr über die Art des Abriebpartikel induzierten Zelltods herauszufinden. Insbesondere soll evaluiert werden ob die bei der Phagozytose von Abriebpartikeln entstehenden apoptotischen Zellreste weitere Zellschädigungen induzieren.

Methodik: THP-1 Zellen wurden zu makrophagenähnlichen Zellen ausdifferenziert und in einer Co-Kultur mit CoCr- und Polyethylenabriebpartikeln inkubiert. Mittels cytomorphologischer Auswertungen und einer Annexin-PI-Färbung erfolgte unter einem „live-imaging“ Fluoreszenzmikroskop die Detektion von Apoptose und Nekrose in einem 12h Zeitraffer-Video. Der Überstand an apoptotischen Zellresten wurde anschließend unter gleichen Bedingungen erneut mit zu Makrophagen ausdifferenzierten THP-1 Zellen co-inkubiert. Als Kontrolle diente der gleiche Versuchsaufbau ohne Zugabe von Partikeln oder apoptotischen Zellresten. Nach den jeweiligen Versuchsdurchläufen folgte eine Analyse auf NLRP-RNA zum Nachweis des entsprechenden Inflammasoms.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Auswertung der Zeitrafferaufnahmen mit Abriebpartikeln zeigte einen signifikanten Anstieg der Zelltodrate durch Apoptose und den Nachweis von NLRP-RNA. Die isolierte Co-Inkubation von THP-1 Makrophagen und apoptotischen Zellresten führte zu einer nochmaligen signifikanten Steigerung von NLRP-RNA und der Zelltodrate der phagozytierenden Zellen. Die Art des Zelltodes unterschied sich von der durch Partikel induzierten Form insofern, als dass die Zellen morphologisch auch Eigenschaften des unkontrollierten nekrotischen Zelltodes zeigten.

Neben Apoptose und Nekrose gibt es neueren Erkenntnissen zufolge auch Übergangsformen dieser beiden Zelltodformen, die man teilweise unter dem Begriff Aponekrose zusammenfasst. Eine solche Form wurde hier durch die apoptotischen Zellreste, nicht jedoch durch die eigentlichen Abriebpartikel ausgelöst. Neben den morphologischen Veränderungen ist auch der Nachweis von NLRP-RNA und somit die Ausschüttung von Inflammasomen ein Indiz für einen unkontrollierten nekroseartigen Zelltod. NLRP-Inflammasome führen zur Aktivierung von IL-1b, was wiederum in Zusammenhang mit der Entstehung von Osteolysen gebracht wird. Somit könnte eine hohe Apoptoserate oder ein fehlender Abbau der apoptotischen Zellreste einen circulus vitiosus auslösen, der zu einem immer unkontrollierteren Zelltod führt. Dies erklärt warum eine Hemmung der initialen Apoptose zu einer Verminderung der Osteolysen führt.