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Fragestellung: Osteoarthrose (OA) ist eine der häufigsten Erkrankungen bei älteren Menschen. Die Pathophysiologie ist durch den Abbau extrazellulärer Matrix (EZM) gekennzeichnet, was schließlich zu einem fortschreitenden Verlust von Knorpel und Knochen führt. Entgegen der ursprünglichen Annahme einer reinen Verschleißerkrankung (wear&tear), wird den zellulären Pathomechanismen in dem Prozess der Gelenkdestruktion eine zunehmende Bedeutung beigemessen. Ziel dieses Projektes war es, den Einfluss des pro- /anti-inflammatorischen Makrophagen-Phänotyps (M1/M2) auf enzymatische, chondrodestruktive Prozesse in direkten Co-Kultur-Experimenten quantitativ zu analysieren.

Methodik: Synovialmembran (SM), Chondrozyten (CHO) und peripheres Blut (PB) wurde von insgesamt 28 Patienten mit fortgeschrittener Gonarthrose intraoperativ entnommen (Alter: 65,9±11,1 Jahre; 16m, 12w; Kellgren & Lawrence Grad II-IV). CHO wurden aus dem Knorpel durch enzymatische Verdauung isoliert, filtriert und für 9 Tage in Zellkultur gebracht. Gleichzeitig wurden autologe mononukleäre Zellen (MNC) aus PB mittels Dichtegradientenzentrifugation isoliert. Nach der Zentrifugation wurden MNC depletiert und native Makrophagen nach Herstellerprotokoll (Promocell, Deutschland) in proinflammatorische M1 (CD14+CD80+HLA-DR+) oder antiinflammatorische M2-Makrophagen (CD14+CD163+CD206+) differenziert. Differenzierung und Reinheit wurden durch Durchflusszytometrie zu Beginn und Ende der Co-Kultur-Experimente überprüft. CHO/M1- und CHO/M2-Co-Kulturen (unter Zugabe von 10 ng/ml GM-CSF bzw. 10 ng/ml M-CSF) wurden für weitere 5 Tage in DMEM+10%FCS+1%P/S kultiviert. Als Kontrolle wurden CHO- und M1/M2-Monokulturen angesetzt. Die Konzentration der chondrodestruktiven Enzyme MMP-1/-3/-9 und ADAMTS-5 wurde nach Abschluss der Kultivierung mittels ELISA gemessen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Nach 5 Tagen Inkubation in direkter Zellkultur mit CHO zeigten M1/M2 weiterhin einen stabilen Phänotyp mit einer Reinheit von 90±12,5% bzw. 87,3±13,0%, im Vergleich zu 98,2±2,2% / 81,2±26,4 am Tag 0. Sowohl M1 als auch M2 induzierten signifikant die MMP1/3- und ADAMTS5-Konzentration in CHO-Co-Kultur im Vergleich zu CHO- und Makrophagen-Monokulturen. M2 zeigte den signifikant stärksten Effekt auf MMP1 und ADAMTS5, während M1 den signifikant stärksten Effekt auf MMP3 bewirkte. Die höchsten Werte für MMP9 wurden in Makrophagen-Monokulturen gemessen.

Dies ist unseres Wissens nach das die erste in-vitro-Studie, welche stabile Makrophagenphänotypen für die gesamte Dauer eines Zell-Co-Kulturversuchs erreichen konnte. Wir zeigen in dieser Arbeit, dass sowohl M2 als auch M1 Makrophagen die enzymatische Sekretion von MMP1, MMP3 und ADAMTS5 in Co-Kultur mit CHO signifikant erhöhen. Unsere Daten legen nahe, dass Makrophagen eine Schlüsselrolle in der enzymatischen Degradation der extrazellulären Matrix einnehmen. Eine Reduktion der enzymatischen Knorpeldegradation durch die eigentlich antiinflammatorischen M2-Makrophagen kann anhand unserer Daten bei OA nicht nachgewiesen werden.