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Fragestellung: Die mechanische Kraft während eines Kniegelenktraumas kann im intraartikularen Gewebe primär zum nekrotischen Zellverlust führen. Durch die nachfolgende Inflammationsreaktion bzw. ansteigenden oxidativen/nitrosativen Stress, werden auch im angrenzenden Gewebe nekrotische und apoptotische Prozesse induziert. Sowohl der primäre, als auch der progressive Zellverlust, spielen in der Pathogenese der posttraumatischen Arthrose eine entscheidende Rolle. Zur Reduktion des Zellverlustes wurde das Antioxidans N-Acetylcystein (NAC) in einem humanen in vitro Trauma-Model getestet.

Methodik: Humanes Knorpelgewebe wurde mit Einverständnis der Spender (n= 29) im Rahmen von totalen Knie-Endoprothese-Implantationen gewonnen. Gewebestanzen aus makroskopisch intaktem Knorpel der Femurkondylen wurden mittels "Drop-Tower" stumpf traumatisiert (Energie: 0,59 J) und mit NAC [Titration: 0,25 - 3,5 mM] behandelt. 24h, 7 und 14 Tage (d) post trauma (p.t.), wurde die Zellvitalitäts-Rate mittels Live-Dead Staining bestimmt. Mit einem Annexin-V-Konjugat wurden apoptotische Zellen detektiert und die Apoptose-Rate ermittelt (d1, d3 und d7). Die statistische Auswertung erfolge mittels Kruskal-Wallis bzw. One-way ANOVA. Abkürzungen: K= Kontrolle; N= NAC-behandelt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Traumatisierung des Knorpelgewebes (T) führte zu einer signifikanten Reduktion der Zellvitalität ([K vs. T] 24h: -29,3%; d7: -34,7%; d14: -20,9%). Bereits 24h p.t. konnte die Zellvitalität durch NAC teils signifikant verbessert werden ([T vs. T+N] (2 & 3 mM): je +13,9%). Während Dosen < 2 mM 7d p.t. keine signifikanten Auswirkungen hatten, zeigten Dosen ≥ 2 mM signifikante Resultate. Mit zunehmender Konzentration war jedoch keine Verstärkung des Effekts zu erkennen. ([T vs. T+N](2 mM): +30,9%; (2,5-3,5 mM): +28,3% ± 1,2%). Während eines Zeitraumes von 14d beeinflusste die Behandlungsdauer die Wirksamkeit von NAC wesentlich. Auch nach Abbruch der NAC-Applikation hielt der protektive Effekt weiter an. ([T vs. T+N] (Abbr. d1): +4,9%; (Abbr. d4): +11,6%; (Abbr. d7): +16,6%; (Abbr. d10 & ohne Abbr.): +22,9% ± 0,8%). Bei verzögerter Erstapplikation nach 24h waren nur schwache Einbußen der Wirksamkeit zu erkennen, wobei eine Verzögerung von 48h den früheren Zeitpunkten signifikant unterlegen war ([48h vs. 0h]: -16,6%; [48h vs. 3h - 24h]: -10,5% ± 1,6%). Die über Annexin-V-Färbung gemessene Trauma-induzierte Apoptose-Rate ([K vs. T] d1: +22%; d3: +11,1%; d7: +14,9%) wurde durch NAC signifikant reduziert ([T vs. T+N] d1: -15,5%; d3: -9,5%; d7: -12,6%). Ein Kontrollexperiment an isolierten Chondrozyten und chondrogenen Progenitorzellen ergab keinen Hinweis auf Stimulation der Zellproliferation durch NAC. Zusammenfassend wurde gezeigt, dass NAC bei stumpfem Knorpeltrauma erfolgversprechende zellprotektive Eigenschaften aufweist und zur Reduktion des damit assoziierten primären und progressiven Zellverlustes geeignet ist. Ein frühzeitiger Therapiebeginn (< 24h p.t.) und eine Mindesttherapiedauer von 7d erscheinen notwendig.