gms | German Medical Science

Fragestellung: Nervenfasern sympathischer und sensorischer Herkunft innervieren den Frakturkallus, jedoch ist über den Einfluss des peripheren Nervensystems auf die Organisation und Differenzierung des knorpeligen Kallusgewebes, sowie auf die Mechanismen der endochondralen Ossifikation bisher nur wenig bekannt. In vorliegender Studie wurde anhand von Monolayer- und 3D-Kulturen primärer muriner Chondrozyten der Einfluss von Neurotransmittern (NT) auf die Bildung und Differenzierung von Knorpel untersucht.

Methodik: Als in vitro Modell wurden primäre, kostale Chondrozyten muriner Herkunft eingesetzt. Micromass Pellets wurden in Minimalmedium mit Zusatz von 1% ITS und 50 ng/ml L-Tyroxin kultiviert und mit Substanz P (SP; 10^-9, 10^-10, 10^-11 M) oder Noradrenalin (NA; 10^-6, 10^-7, 10^-8 M) in den ersten 7 Tagen mit täglichem Medienwechsel stimuliert. Die Pellet-Ernte erfolgte nach 7, 14 und 21 Tagen, die Analyse wurde mittels Histologie, Immunhistologie und qPCR durchgeführt. Proliferation, Apoptose und Adhäsion wurden zusätzlich in Monolayer-Kulturen analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die kostalen Chondrozyten exprimieren laut RT-PCR-Analysen nicht nur SP und seinen Rezeptor (NK1-R), sondern auch eine Vielzahl von unterschiedlichen Adrenorezeptoren. Sie sind daher grundsätzlich in der Lage auf Reize des sensorischen und sympathischen Nervensystems zu reagieren. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die mittels Alzianblau- und Kollagen IX-Färbungen bestimmbare Menge an extrazellulärer Matrix durch SP und NA nicht beeinflusst wird. Immunhistochemische Nachweise von PCNA zeigen aber, dass die Chondrozyten auch nach 21 Tagen Kultur proliferativ aktiv bleiben. Die quantitative Auswertung zeigt, dass sowohl SP als auch NA die Proliferationsrate Dosis-abhängig beeinflussen. Während SP nach sieben Tagen die Proliferationsrate signifikant steigert, ist sie nach Stimulation mit NA geringfügig abgesenkt. Stimulationen von Monolayer-Kulturen können diese Ergebnisse bestätigen. SP führt zu einer Steigerung der Proliferation, die durch Zusatz des Antagonisten L-733,060 aufgehoben werden kann. Hinsichtlich Apoptose ergibt sich ein umgekehrtes Bild. Während die Stimulation mit SP die Apoptoserate im Monolayer nicht beeinflusst, ergibt sich nach Stimulation mit NA eine Dosis-abhängige Verminderung der Apoptoserate. Darüber hinaus beeinflusst die Stimulation mit SP und NA die Vitalität und das Adhäsionsverhalten der Zellen. Es kommt zur vermehrten Ausbildung von fokalen Kontakten und zu einem verbesserten Adhäsionsverhalten. Die den Frakturkallus innervierenden Nervenfasern sensorischer und sympathischer Herkunft setzen NT frei, die die Proliferation und Differenzierung der Chondrozyten beeinflussen. Die gleichzeitige Expression von SP und NK1-R impliziert außerdem bislang unbekannte trophische Funktionen von Neurotransmittern während der Knorpeldifferenzierung. Wir schlagen vor, dass SP in einer Art feedback loop die Proliferationsrate und die Differenzierung von Knorpelzellen auch im Kallusgewebe zumindest mit beeinflusst.