gms | German Medical Science

Fragestellung: Sehnengewebe besteht bis zu 90% aus Typ-I Kollagen, welches in Fibrillen und Faszikeln organisiert ist und durch Adhäsionsmoleküle der Extrazellulärmatrix (EZM) verbunden wird. Integrin alpha-2/beta-1 ist ein kollagenbindendes Protein mit hoher Affinität speziell für Kollagen Typ I. Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe konnten für den Knochenstoffwechsel zeigen, dass der Knockout von Integrin alpha-2/beta-1 im Mausmodell trabekulären Knochenverlust im Alter verringert. Ebenso konnte für die Frakturheilung gezeigt werden, dass es zu einer veränderten Produktion von Komponenten der EZM mit frühzeitiger und erhöhter knorpeliger Kallusproduktion sowie erhöhter Gesamt-Kollagenproduktion kommt. Die vorliegende Studie untersucht deshalb den Einfluss von Integrin alpha-2/beta-1 auf die native Sehne.

Methodik: Für die Versuche wurden 9-12 Wochen alte Wildtyp- (WT) und Integrin alpha-2/beta-1 (ITA2 -/-) defiziente Mäuse mit einem C57Bl/6 Hintergrund verwendet. Für die Zellkultur wurden die Achillessehnen der Tiere präpariert und die Tenozyten isoliert. Als tenozytenspezifische Marker wurde Scleraxis (Scx), sowie Kollagen I (Col I) und III (Col III) verwendet. Zur weiteren Charakterisierung wurden folgende Methoden verwendet: Genexpressionsanalyse (qPCR), Proteinmessung für Kollagen ("Total Collagen Assay Kit"), Analyse der Zell-Zell Kontakte ("Electric Cell-substrate Impedance Sensing (ECIS)"), Elektronenmikroskopie und Zellzählung in HE-gefärbten Achillessehnenpräparaten.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: In Zellkultur und HE-gefärbten Achillessehnenpräparaten besteht kein morphologischer Unterschied zwischen WT und ITA2-/- Tenozyten. Die qPCR ergab eine tendenziell höhere Expression von Col I und III bei den ITA2-/- Tenozyten. Diese erhöhte Expression äußert sich in der Produktion von mehr Matrix durch die ITA2-/- Tenozyten (146,6+-8,1 µg/ml vs. 95,4+-7,7 µg/ml; p<0,05, n=3, t=21 Tage). Die ECIS zeigte, dass ITA2-/- Tenozyten schwächer ausgeprägte Zell-Zell Kontakte und Zell-Matrix Kontakte im Vergleich zu entsprechenden WT-Tenozyten aufweisen. In der Sehne hingegen konnten wir zeigen, dass die Kollagenmenge nicht erhöht ist. Dies ist unabhängig von der Zellzahl, die in beiden Genotypen, gemessen im Inneren der Sehne, gleich hoch ist. In der Elektronenmikroskopie einer Achillessehne im Querschnitt zeigten die Sehnen von ITA2-/- Tieren deutlich mehr kleinere Fibrillen als entsprechende WT-Tiere. Die zirkuläre Struktur wird jedoch beibehalten.

Zusammengefasst weisen unsere Daten darauf hin, dass der Knockout von Integrin alpha-2/beta-1 sowohl in-vitro als auch in-vivo Einfluss auf die Sehnenhomöostase nimmt. Die erhöhte Kapazität der isolierten ITA2-/- Tenozyten Matrix zu bilden, steht bei gleichbleibender Zellzahl innerhalb der Sehne, eine konstante Kollagenmenge und kleinere Fibrillen entgegen. Dies kann auf eine erhöhte Stoffwechselrate innerhalb der Sehne hindeuten. Die vorliegenden Ergebnisse werden jetzt auf ihre funktionellen Auswirkungen (Biomechanik), sowie im Heilungsmodell untersucht.