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Fragestellung: Die Mineralisation des hyalinen Gelenkknorpels bei OA ist ein regelhaftes Phänomen. Es konnte gezeigt werden, dass die Mineralisation des arthrotischen Gelenkknorpels durch basische Kalziumphosphatkristalle (BCP) mit der Schwere der OA korreliert und eng mit der hypertrophen Chondrozytendifferenzierung in Zusammenhang steht. Der genaue Mechanismus ist nicht verstanden. Dem Pyrophosphatstoffwechsel kommt eine zentrale Rolle zu: Pyrophosphat (PPi) ist ein natürlicher Hemmer der Matrixmineralisation. Reguliert wird PPi durch die gewebsständige alkalische Phosphatase (TNAP), die PPi hydrolysiert, das transmembrane Protein ANK, welches den Transport von PPi von intra- nach extrazellulär kontrolliert und NPP1, welches PPi aus ATP generiert.

Ziel dieser Untersuchung ist es, die Rolle von NPP1 bei der Matrixmineralisation des hyalinen Gelenkknorpels bei OA zu analysieren.

Methodik: Von 35 konsekutiven Patienten mit Gonarthrose wurde während der Implantation einer Knieendoprothese der hyaline Gelenkknorpel gewonnnen. Es erfolgte die Isolation von RNA aus der Chondrozytenkultur und die quantitative Real-Time PCR Analyse von NPP1, ANK und TNAP.

Zudem wurden C28 Zellen mit IL-1 beta oder TNF alpha stimuliert und die Genexpression mit quantitativer und semiquantitativer PCR durchgeführt.

Proben des hyalinen Gelenkknorpels wurden histologisch mit einem modifizierten Mankin Score zur Klassifikation des Arthrosegrades bewertet. Mit einer van Kossa Färbung wurde die Mineralisation des hyalinen Gelenkknorpels histologisch quantifiziert.

Immunhistochemisch wurden Parafinschnitte des hyalinen Gelenkknorpels mit Antikörper gegen humanes ENPP1 und Kollagen Typ X analysiert. Gesunder humaner hyaliner Gelenkknorpel von nicht OA Patienten diente als Kontrolle.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Es konnte bestätigt werden, dass der Schweregrad der Arthrose im Mankin Score mit einer Zunahme der Matrixmineralisation einhergeht. In der Immunhistochemie korrelierte eine höhergradige OA mit niedrigerer NPP1 Protein Expression und zunehmender Matrixmineralisation. Um diese Ergebnisse zu bestätigen wurde die Expression von NPP1, ANK und TNAP mit RT-PCR bestimmt. Eine zunehmende Matrixmineralisation korrelierte signifikant (p=0.048) mit reduzierter NPP1 Expression auf RNA Level. Die Expression von ANK (p=0.40) und TNAP (0.313) korrelierte nicht mit der Matrixmineralisation.

In einem nächsten Schritt wurden die Effekte der proinflammatorischen Zytokine IL-1ß und TNF alpha auf die Expression von NPP1 untersuch und eine 50% Herunterregulierung durch IL-1ß und TNF alpha beobachtet.

In dieser Untersuchung konnte gezeigt werden, dass in OA Gelenkknorpel eine reduzierte Expression von NPP1 zu finden ist. Diese Reduktion korreliert mit der Zunahme der Matrixmineralisation und der Zunahme des Arthrosegrades. Weiterhin wurde gezeigt, dass NPP1 durch proinflammatorische Enzyme wie IL-1ß und TNF alpha herunterreguliert wird und damit die Entzündung ein modulierender Faktor der Matrixmineralisation ist.