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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017)

24.10. - 27.10.2017, Berlin

Multidirektionale Behandlung von Knorpelverletzungen: Effekte chondroanaboler Wachstumsfaktoren ohne bzw. mit antioxidativer Therapie im ex-vivo Knorpeltrauma-Modell

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Jana Riegger - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • Helga Joos - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • Hans-Georg Palm - Bundeswehrkrankenhaus Ulm, Klinik für Unfallchirurgie/Orthopädie, Ulm, Germany
  • Benedikt Friemert - Bundeswehrkrankenhaus Ulm, Klinik für Unfallchirurgie und Orthopädie, Rekonstruktive- und Septische Chirurgie, Sporttraumatologie, Ulm, Germany
  • Heiko Reichel - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Ulm, Germany
  • Anita Ignatius - Universität Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Zentrum für Traumaforschung der Universität Ulm, Ulm, Germany
  • Rolf Brenner - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017). Berlin, 24.-27.10.2017. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2017. DocGR25-593

doi: 10.3205/17dkou593, urn:nbn:de:0183-17dkou5934

Veröffentlicht: 23. Oktober 2017

© 2017 Riegger et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Infolge von Knorpelverletzungen werden vermehrt Zytokine und reaktive Sauerstoffspezies freigesetzt. Diese Mediatoren induzieren ein pathologisches Verhalten der überlebenden Chondrozyten, die mit übermäßiger Produktion kataboler Enzyme, verminderter Matrixsynthese und Apoptose reagieren. Um den oxidativen Stress im Gewebe zu reduzieren und zugleich chondroanabole Prozesse zu stimulieren, wurde in einem humanen ex-vivo Trauma-Modell erstmals ein multidirektionaler Therapieansatz getestet. Hierzu wurde ein anaboler Wachstumsfaktor (IGF-1, FGF18 oder BMP7) mit dem Antioxidans N-Acetylcystein (NAC) kombiniert und ein Vergleich zu den monotherapeutischen Effekten gezogen.

Methodik: Humanes Knorpelgewebe wurde mit Einverständnis der Spender (n= 24) im Rahmen von Knie-Endoprothese-Implantationen erhalten und Gewebestanzen aus makroskopisch intaktem Knorpel der Femurkondylen gewonnen. Die Knorpelstanzen wurden mittels eines "Drop-Tower" stumpf traumatisiert (Energie: 0,59 J) und kontinuierlich mit IGF-1 [100 ng/mL], FGF18 [200 ng/mL] oder BMP7 [100 ng/mL] ohne/mit NAC [2 mM] behandelt. Die Zellvitalitäts-Rate wurde mittels Live-Dead Staining und die Genexpression von Kollagen Typ II (COL2A1) sowie der Matrixmetalloprotease 13 (MMP-13) über RQ-PCR analysiert. Die Freisetzung von MMP-13 und Prokollagen Typ II (CPII) wurde über ELISAs quantifiziert. Alle Daten beziehen sich auf Tag 7 post-trauma. Die statistische Auswertung erfolge mittels Kruskal-Wallis bzw. One-way ANOVA. Abkürzungen: T = Trauma; N/ I/ F/ B = NAC/ IGF-1/ FGF18/ BMP7.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Der Zellverlust nach Trauma wurde durch NAC vollständig und FGF18 bzw. BMP7 weitgehend kompensiert (je: p< 0,0001). IGF-1 zeigte die geringste Zellprotektion (p=0,006). In Kombination mit FGF18 bzw. BMP7 zeigte sich kein additiver Effekt, jedoch verringerte sich die Zellvitalität bei T+N+I signifikant im Vergleich zu T+N (p=0,0253). Monotherapeutisch eingesetzt induzierten IGF-1 und BMP7 die Genexpression (T+I: p=0,0069; T+B: p<0,0001) und Synthese (T+I: p< 0,0001; T+B: p=0,0131) von Kollagen Typ II, wohingegen sowohl NAC (p<0,0001) als auch FGF18 (p=0,0003) supprimierend wirkten. Die NAC-vermittelte Suppression von Kollagen Typ II konnte durch FGF18 oder BMP7 nicht kompensiert werden. Trotz induzierter Genexpression von COL2A1 bei T+N+I (p< 0,0001), wurde eine reduzierte CPII-Freisetzung gemessen. Während IGF-1 und FGF18 keinen Einfluss auf die Genexpression und Sekretion von MMP-13 zeigten, supprimierten BMP7 tendenziell und NAC signifikant (p=0,008) diese Parameter. Die supprimierende Wirkung von NAC auf MMP-13 wurde in Kombination mit BMP7 deutlich verstärkt, durch IGF-1 jedoch vollständig aufgehoben.

Obwohl sowohl die antioxidative als auch die chondroanabole Monobehandlung therapeutische Effekte nach Knorpeltrauma aufweisen, erwies sich eine simultane Behandlung eher kontraproduktiv. Zur Optimierung des Therapieerfolges könnten negative Interaktionen durch eine sequenzielle Behandlungsstrategie umgangen werden.