¹Dr. Rolf M. Schwiete Research Unit for Osteoarthritis, Department of Trauma Surgery and Orthopedics, University Hospital Frankfurt, Goethe University, Frankfurt am Main, Deutschland

Text

Zielsetzung und Fragestellung: Chronische Schmerzen im unteren Rückenbetreffen weltweit über 600 Millionen Menschen und sind in den meisten Fällen mit einer Degeneration der Bandscheibe (IVD) assoziiert. Die IVD Degeneration geht mit einer Invasion von sympathischen Nervenfasern einher, die Noradrenalin (NE) freisetzen. Die Rolle von NE bei der Pathogenese der IVD-Degeneration wurde jedoch noch nicht untersucht. Das Ziel dieser Studie war es zu analysieren, ob und wie NE zu molekularen Veränderungen in IVD-Zellen beiträgt.

Material und Methoden: Humane IVD-Proben wurden von Patienten entnommen, die sich einer Spondylodese unterzogen. Die Zellen wurden enzymatisch isoliert, in Monolayern unter Physioxie (2% O2) kultiviert und mit niedrigen (10^-8 M) oder hohen (10^-6 M) NE-Konzentrationen behandelt. Nach 14 Tagen wurden Proliferation (Zellzahl) und Vitalität (LDH-Assay) bestimmt. Die Genexpression von Matrixkomponenten (COL1A1, COL2A1, COL10A1, ACAN, COMP), Matrix-Metalloproteinasen (MMP1, MMP2, MMP12), Zytokinen (IL1B, IL6, TNF) und der schmerzassoziierten Substanz P (TAC1) wurde mittels qPCR untersucht. Die Aktivierung intrazellulärer Signalwege wurde durch Immunoblotting analysiert. Histologische Färbungen wurden durchgeführt, um extrazelluläre Matrixkomponenten zu detektieren. Die Quantifizierung der freigesetzten Zytokine und MMPs mittels ELISA steht im Mittelpunkt unserer aktuellen Analysen.

Ergebnisse: Nach 14 Tagen stieg die Zellzahl sowohl in der unbehandelten (1,85-fach, p=0,049) als auch in der NE-behandelten Gruppe (10^-8 M 2,16-fach, p=0,049; 10^-6 M 2,26-fach, p=0,044) im Vergleich zum Tag 0 signifikant an. Der LDH-Assay zeigte, dass NE keine toxische Wirkung auf IVD-Zellen ausübte. Wir beobachteten einen signifikanten Rückgang der Genexpression von MMP1 (p=0,002), MMP12 (p=0,005) und TAC1 (0,06-fach, p<0,001) in der unbehandelten Gruppe. 10^-6 M NE führte zu einer signifikant verringerten MMP2 (n=5, p=0,03) und erhöhten TAC1 Expression (n=5, p=0,003) im Vergleich zur unbehandelten Gruppe. Außerdem verringerten beide NE-Konzentrationen die Expression von COL10A1 (n=5, p=0,004). Die NE-Behandlung führte zu einer erhöhten ERK1/2- und PKA-Phosphorylierung. Die Färbung der Zellen mit 1,9-Dimethylmethylenblau ergab eine Zunahme der Proteoglykanablagerung nach Behandlung mit 10^-8 M NE (n=5, p=0,004).

Diskussion und Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse zeigen, dass NE in hohen Konzentrationen während der IVD-Degeneration eine Rolle spielen könnte, indem es die Chondrozytenhypertrophie (vermindertes COL10A1) und den Matrixabbau (vermindertes MMP2) hemmt, aber den Schmerz erhöht (erhöhtes TAC1, vermittelt durch PKA- und ERK1/2-Phosphorylierung). Im Gegensatz dazu scheint NE in niedrigen Konzentrationen eine schützende Wirkung zu haben. Unsere aktuellen Analysen und künftigen In-vivo-Studien werden die Rolle von NE während der IVD-Degeneration spezifizieren und das Potenzial neuartiger AR-abhängiger therapeutischer Optionen für die IVD-Degeneration untersuchen.