Effekte entzündungsmodulierender Substanzen auf die Biomechanik perizellulärer Matrizen hyalinen Gelenkknorpels

Abstract

Die perizelluläre Matrix (PZM) von Gelenkknorpel ist eine Mikrodomäne, die jeden Chondrozyten umsäumt und aus verschiedenen Kollagenen und Glykosaminglykanen besteht. Sie spielt eine tragende Rolle für die Homöostase ihres umrahmten Chondrozyten und agiert als ein Pförtner für biomechanische Signale, die bei Belastung auf das Knorpelgewebe einwirken. Im Rahmen von Arthrose und einer fortschreitenden Kaskade an Entzündungsmediatoren liegen die im Gesunden als Strings angeordneten Chondrozyten des Gelenkknorpels zunächst als Double Strings und schließlich Cluster vor. Hierbei kommt es zu einer charakteristischen Reduktion des Elastizitätsmoduls (YM) der PZM. Diese Arbeit sollte die Biomechanik von arthrotischem Knorpelgewebe im Rahmen eines ex-vivo Modells untersuchen. Hierzu wurde Knorpelgewebe aus menschlichem Kniegelenk verarbeitet, inkubiert und mit Interleukin-1β (IL-1β) bzw. Adalimumab versetzt. In dieser Arbeit konnte ein Modell für eine stabile Inkubation von Knorpelgewebe durch die Verarbeitung von großflächigen Knorpelexplantaten erarbeitet werden. Die Messung des YM der PZM erfolgte mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM). Die so erhobenen Messungen zeigten eine Zunahme des YM für Gewebe unter Zusatz von IL-1β. Für den antiinflammatorischen Messarm zeigte sich hingegen eine Abnahme des YM. Der unbelassene, native Messarm zeigte keine signifikanten Elastizitätsänderungen. Diese Messergebnisse stehen in starkem Konflikt mit bisherigen Annahmen, die davon ausgehen, dass eine fortschreitende Entzündung des Knorpels mit einer Abnahme des YM einhergeht. Die Zunahme des YM im Gewebe mit IL-1β Zusatz könnte auf eine komplexere Wechselwirkung zwischen Entzündungsprozessen und dem biomechanischen Profil der PZM hindeuten. Im Gegensatz dazu könnte der Effekt von Adalimumab die Blockade entzündlicher Signalwege mit einer subsequenten Normalisierung oder Steigerung des YM der PZM zur Folge haben. Durch die Komplexität der Knorpelpräparation und AFM-Messungen ist die hier verwendete Methodik potenziell fehleranfällig. Dies beeinflusste möglicherweise die Messergebnisse und erklärt die Diskrepanzen zu bestehender Literatur. Demnach ist Weitere Forschung mit Berücksichtigung methodischer Unsicherheiten erforderlich.