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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2019)

22. - 25.10.2019, Berlin

Folgen OA-typischer Veränderungen von Chondrozyten auf die mechanische Belastungsantwort

Meeting Abstract

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  • presenting/speaker Janine Lückgen - Orthopädische Universitätsklinik, Forschungszentrum für Experimentelle Orthopädie, Heidelberg, Germany
  • Elisabeth Krämer - Orthopädische Universitätsklinik, Forschungszentrum für Experimentelle Orthopädie, Heidelberg, Germany
  • Tobias Reiner - Orthopädische Universitätsklinik, Zentrum für Orthopädie, Unfallchirurgie und Paraplegiologie, Heidelberg, Germany
  • Wiltrud Richter - Orthopädische Universitätsklinik, Forschungszentrum für Experimentelle Orthopädie, Heidelberg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2019). Berlin, 22.-25.10.2019. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2019. DocAB57-766

doi: 10.3205/19dkou544, urn:nbn:de:0183-19dkou5449

Veröffentlicht: 22. Oktober 2019

© 2019 Lückgen et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Osteoarthrose (OA) ist die häufigste Gelenkerkrankung und maßgeblich assoziiert mit mechanischer Fehlbelastung. Während der OA-Entstehung ändert sich das Verhalten der Chondrozyten und es werden hypertrophe Marker induziert und mineralische Partikel in der Extrazellulärmatrix gebildet, Vorgänge wie sie auch in der hypertrophen Zone der Wachstumsfuge beobachtet werden. OA entwickelt sich in der Regel progredient und molekulare Ursachen sind bislang nur unzureichend verstanden. Erstaunlicherweise ist immer noch unklar, ob OA-Chondrozyten, bedingt durch OA-typische Veränderungen wie Hypertrophie, ihre Kompetenz verlieren, adäquat auf mechanische Belastungsreize zu reagieren und die Degeneration des Knorpels dadurch weiter vorangetrieben wird. Ziel der Studie war es zu beurteilen, ob hypertrophe Chondrozyten anders auf physiologische Belastungsreize reagieren als nicht hypertroph veränderte Chondrozyten und mögliche Zusammenhänge mit Relevanz für OA-Entstehung aufzudecken.

Methodik: Mittels Tissue Engineering Verfahren wurde aus humanen artikulären Chondrozyten Knorpelersatzgewebe (Kontrolle KO, n=3-5 Spender) hergestellt. Nach 21 oder 35 Tagen Redifferenzierung in einem Kollagen-Träger, der zur Simulation des subchondralen Knochens auf β-TCP immobilisiert war, wurden die Konstrukte einer physiologischen mechanischen Belastungsepisode (1 Hz, 25 %, 3 h) im Bioreaktor ausgesetzt. Gleich behandeltes Knorpelersatzgewebe generiert aus Mesenchymalen Stromazellen (MSC) diente gemäß seiner hypertrophen Entwicklung als In-vitro-Modell für OA-Knorpel (OA, n=3-6 Spender). Neusynthese von Proteoglykanen und Kollagen, Genexpression und Signalwegaktivierung unmittelbar nach Belastung wurden vergleichend analysiert und mittels Mann-Whitney-U-Test auf signifikante Unterschiede getestet.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Beide Knorpelersatzgewebe zeigten einen hohen Gehalt an Kollagen Typ II und Proteoglykan; hypertrophe Marker wie COL10A1 und ALP-Expression wurden, wie erwartet, nur im OA-Modell detektiert. In beiden Modellen wurde der pERK-Signalweg sowie die Expression von BMP2, BMP6 und FOS durch die Belastung signifikant induziert. Während stabile Chondrozyten auf Belastung an Tag 35 mit signifikanter Steigerung der Proteoglykanneusynthese und Hochregulation von SOX9-Protein reagierten, löste dasselbe Protokoll im OA-Modell eine signifikante Suppression der Proteoglykan- und Kollagenneusynthese aus. Begleitend waren im OA-Modell COL2A1 sowie hypertrophe Marker nach Belastung inhibiert. Die belastungsinduzierte BMP2-, BMP6- und FOSB-Stimulation war im Mittel in der Kontrollgruppe höher als im OA-Modell.

Anabolen Effekten nach mechanischer Belastung von stabilem Knorpelgewebe stand somit eine Reduktion der Matrixneusynthese im OA-Modell gegenüber, die durch eine verringerte Mechanoinduktion der BMP-Signalkaskade begründet sein könnte. Progrediente OA-Entwicklung könnte damit auch durch eine verringerte mechanische Belastungskompetenz phänotypisch veränderter OA-Chondrozyten mitbedingt sein.