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German Congress of Orthopaedics and Traumatology (DKOU 2015)

20.10. - 23.10.2015, Berlin

Rolle des angeborenen Immunsystems bei der initialen Inflammationsreaktion nach Knorpeltrauma: Untersuchungen zu Alarminen und deren Rezeptoren in einem humanen Gewebekulturmodell

Meeting Abstract

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  • presenting/speaker Helga Joos - Universitätklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • Julia Adamek - Universitätklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • Cathrin Hogrefe - Universitätklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • Rolf Brenner - Universitätklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2015). Berlin, 20.-23.10.2015. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2015. DocGR20-830

doi: 10.3205/15dkou516, urn:nbn:de:0183-15dkou5166

Published: October 5, 2015

© 2015 Joos et al.
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Fragestellung: Eine mechanische Gewebeschädigung, die meist mit Nekrose und Apoptose von Zellen einhergeht, kann zur Freisetzung von Alarminen führen. Diese endogenen Moleküle sind Liganden für die pattern recognition receptors (PRR), die eine wichtige Rolle in der angeborenen Immunabwehr spielen und Inflammationsreaktionen verursachen können. Um deren mögliche Rolle bei Knorpeltrauma näher zu beleuchten, wurde die Genexpression verschiedener Alarmine und zugehöriger Rezeptoren sowie der Effekt einer toll-like receptor (TLR) 2-Inhibition auf das traumabedingte Inflammationsgeschehen in einem in vitro Knorpeltraumamodell untersucht.

Methodik: Aus makroskopisch intakten Knorpelproben von Arthrosepatienten (Resektatmaterial von Knieendoprothese-Implantationen) wurden rein knorpelige Gewebepellets von 6 mm Durchmesser ausgestanzt. Mit Hilfe eines etablierten Drop-Tower-Modells erfolgte eine definierte stumpfe Traumatisierung der Stanzen (Energie 0,6 J), anschließend wurde das Gewebe mit und ohne spezifischen, inhibitorisch wirkenden TLR2-Antikörper (AK) kultiviert. Als Positivkontrolle einer TLR2-vermittelten Stimulation diente der TLR2-Aktivator Zymosan. Nach 4 h und 24 h wurde der Effekt der Behandlungen auf die Genexpression (real-time PCR) verschiedener Alarmine (HMGB1, S100A8, S100A9, S100A11 und S100A12), PRR (TLR2, TLR4 und RAGE) und Inflammationsmarker (COX2, IL6 und IL8) analysiert. Zudem wurde die Freisetzung von HMGB1, IL6 und Prostaglandin E2 (PGE2) untersucht. Statistische Signifikanzen wurden mittels t-Test evaluiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Eine Traumatisierung der Knorpelpellets (n≥5) induzierte eine Regulation (MW Ratio ± SEM) der Gene S100A9 (4.7±2.5), S100A11 (1.8±0.7), TLR2 (11.2±10.7), TLR4 (0.5±0.2, p<0.05) und COX2 (6.3±1.4, p<0.05), sowie eine verstärkte Freisetzung der Mediatoren PGE2 (11.0±2.1, p<0.01) und IL6 (2.7±0.8, p<0.05), während die Sekretion von HMGB1 nach Trauma nicht beeinflusst war. Eine Inhibition des TLR2 (n=2) reduzierte die traumabedingte Induktion der Genexpression nach 4 h (TLR2-, S100A9-, S100A11-, COX2-, IL6- und IL8). Die Kontrollstimulation der Knorpelpellets mit Zymosan (n=2) bewirkte ebenfalls eine Aufregulation der Gene TLR2, S100A9, S100A11, COX2, IL6 und IL8, die durch TLR2-Inhibition nach 24 h zum Teil reduziert wurde (TLR2, S100A9, S100A11 und COX2). In Übereinstimmung wurde durch TLR2-Inhibition unter beiden Bedingungen die PGE2-Freisetzung nach 4 h und 24 h verringert, während die IL6-Freisetzung nicht beeinflusst wurde. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Genexpression der Alarmine S100A9 und S100A11 sowie der PRR TLR2 und TLR4 im Knorpel durch Trauma reguliert wird und der TLR2 eine Rolle bei der Vermittlung von traumainduzierten Entzündungssreaktionen im Knorpel spielt. Unsere Ergebnisse unterstützen das Konzept, dass die angeborene Immunantwort zu inflammatorischen und degenerativen Prozessen nach einem Knorpeltrauma beiträgt.