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Fragestellung: Noradrenalin ist ein von Tyrosin abgeleiteter Neurotransmitter des sympathischen Nervensystems. Tyrosin-Hydroxylase (TH) positive sympathische Nervenfasern wurden im Knochenmark, im Periost und in knochenanhaftenden Bändern identifiziert. Noradrenalin kann die Proliferation von verschiedenen Zelltypen, zum Beispiel Osteoblasten regulieren. Außerdem moduliert Noradrenalin Entzündungsfaktoren während der Rheumatoiden Arthritis und bei Darmerkrankungen. In dieser Studie wird der Einfluss von Noradrenalin auf die metabolische Aktivität von osteoarthrotischen artikulären Chondrozyten in entzündlicher Umgebung untersucht.

Methodik: Humane Chondrozyten wurden aus artikulärem Knorpel, der beim Einsatz künstlicher Kniegelenke anfällt, isoliert. Die Expression der adrenergen Rezeptoren/TH wurde in 2D/3D kultivierten Chondrocyten mit PCR und auf Gelenksknorpel mit immunhistochemischen Methoden ermittelt. Der Einfluss von Noradrenalin auf die Interleukin (IL)-1β induzierte Expression von Cytokinen und MMPs wurde in einem 3D Zellkulturmodell mit quantitativer PCR und ELISA analysiert. Die Auswirkungen von Noradrenalin auf den Zellmetabolismus wurden in 2D Kulturen mit BrdU/Caspase-ELISAs und Zellzyklus-Untersuchungen im FACS sowie im 3D Modell mit PCNA/TUNEL Färbungen bestimmt. Die verantwortlichen adrenergen Rezeptoren wurden durch den Einsatz von Antagonisten in BrdU/Caspase-ELISAs ermittelt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im 3D-Modell konnte Noradrenalin die IL-1β induzierte Expression von IL-8 und MMP-13 sowie den Proteoglykan Abbau signifikant reduzieren. Dies wurde bei einer Konzentration von 10-6 M beobachtet was zusammen mit der spezifischen Expression des β2-adrenergen Rezeptors darauf hindeutet, dass Noradrenalin über β2-adrenerge Signalwege einen anti-inflammatorischen bzw. chondroprotektiven Effekt auf Chondrozyten ausüben kann.

10-8 M Noradrenlin hat signifikant die Anzahl der TUNEL gefärbten Zellen nach 3D Kultivierung und die Caspase-Aktivität nach 2D Kultivierung erhöht. Dieser Effekt konnte durch die Zugabe des alpha1-adrenergen Rezeptorantagonisten Doxazosin aufgehoben werden. Diese Ergebnisse weisen zusammen mit der spezifischen Expression des alpha1D-adrenergen Rezeptors darauf hin, dass Noradrenalin über alpha1D-adrenerge Signalwege Apoptose in Chondrocyten induzieren kann.

Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine Stimulation mit 10-6 M Noradrenalin die BrdU-Inkorporation bzw. die Anzahl der PCNA-positiven Zellen in 2D bzw. 3D-Kultur signifikant reduziert. Diese Wirkung konnte mit Hilfe des β1-3-adrenergen Rezeptorantagonisten Nadolol aufgehoben werden. In Zellzyklus-Untersuchungen wurde eine signifikante Erhöhung der Zellpopulation in der G1-Phase bzw. eine Reduktion in der S-Phase beobachtet. Diese Effekte weisen zusammen mit der spezifischen Expression des β2-adrenergen Rezeptors darauf hin, dass Noradrenalin den Zellzyklus artikulärer Chondrozyten über β2-adrenerge Signalwege verlangsamt.