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Fragestellung: Arthrose zeichnet sich durch eine Knorpelzerstörung aus, die z.B. durch mechanischen Stress und chronische Gelenksentzündung ausgelöst wird. Die Entzündungsreaktion wird durch Zytokine wie z.B. IL-1β über verschiedene Signalwege vermittelt. Therapeutische Wirkstoffe ermöglichen es, Signalkaskaden zu beeinflussen und den Krankheitsverlauf der Arthrose positiv zu verändern. In dieser Studie wurde ein in vitro Testsystem auf quantitativer Genexpressionsebene etabliert und Inhibitoren verschiedener Spezifität näher analysiert.

Methodik: Aus gut erhaltenem Knorpelgewebe von Arthrosepatienten wurden nach etablierten Methoden Chondrozyten isoliert. Nach Regenerierung und einer Ruhephase in serumfreiem Medium erfolgte eine Stimulation der Zellen mit IL-1β mit und ohne inhibitorische Substanzen. Zur Analyse der Genexpression in einem genomweiten Microarray wurde eine 24stündige Behandlung mit 10ng/ml IL-1β und verschiedenen p38 MAPK-Inhibitoren durchgeführt. Auf Grundlage der daraus gewonnenen Ergebnisse wurde ein Set von Genen für die quantitative PCR ausgewählt. Zur Analyse in der quantitativen Real-Time-PCR wurden Chondrozyten 4 h bzw. 24h mit 10ng/ml IL-1β stimuliert und mit verschiedenen p38 MAPK-Inhibitoren (SB203580 und Birb 796) und einem COX/LOX-Hemmer (Licofelone) unterschiedlicher Konzentration vor- und coinkubiert.

Ergebnisse: Etwa 2000 Gene zeigten im Microarray eine signifikante Regulation durch die beschriebene Behandlung. Signalwegs- und Clusteranalysen ließen eine Gruppierung der regulierten Gene zu und ermöglichten eine Auswahl (Cox-2(Cyclooxygenase 2), Ptges (Prostaglandin E Synthase), Nos2a (NO-Synthase 2A), Mmp13 (Matrixmetalloproteinase 13), Opg (Osteoprotegerin)). Durch Analyse deren Expression konnte die Beeinflussung der Zellreaktion durch die Inhibition beurteilt und ein quantitatives Testsystems etabliert werden. Die Analyse hemmstoffinkubierter Chondrozyten zeigte eine signifikante Abhängigkeit der Expressionsänderung von Art und Konzentration der therapeutischen Substanzen. SB203580 und Birb 796 zeigten in dem untersuchten Bereich von 0.01 bis 10 µM signifikante Inhibition der IL-1β-induzierten Stimulation aller 5 untersuchten Gene, wobei Birb 796 einen stärkeren Effekt als SB203580 aufwies. Eine fast vollständige Neutralisierung des IL-1β-Effekts konnte bei Cox-2, Mmp13 und Opg beobachtet werden. Dagegen zeigte Licofelone eine deutlich schwächere Wirkung, es inhibierte aber signifikant die Ptges -Expression.

Schlussfolgerungen: Unser in vitro Testsystem weist auf eine Vielzahl von regulierten Genen unter Stimulations- und Inhibitionsbedingungen hin. Es wurde ein repräsentatives Set an Genen bestimmt, das eine Beurteilung inflammatorischer Zellreaktionen erlaubt. Dadurch war es möglich, die pharmakologische Wirkung verschiedener therapeutischer Substanzen zu charakterisieren und quantitativ zu vergleichen. Diese Analysemöglichkeit der zellulären Therapieantwort humaner Chondrozyten ist ein wertvolles Werkzeug.