¹Institut für Anatomie und Zellbiologie, Paracelsus Medizinische Universität, Nürnberg, Deutschland
²Klinikum Nürnberg, Klinik für Orthopädie und Endoprothetik, Nürnberg, Deutschland
³Klinikum Nürnberg, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Nürnberg, Deutschland

Text

Zielsetzung und Fragestellung: Zwischen Osteoarthritis (OA) und Diabetes mellitus Typ 2 (DMT2) gibt es eine Wechselbeziehung. Mittlerweile ist bekannt, dass eine Komplementaktivierung zur OA Pathogenese beiträgt. Komplementspaltprodukte wie C5a könnten auch für die DMT2-assoziierte OA relevant sein. Daher ist das Ziel der aktuellen Studie das Komplementexpressionsprofil in einem in vitro OA/DMT2 Modell zu analysieren.

Material und Methoden: Humane Gelenkchondrozyten werden aus osteoarthritischen („OA“) oder makroskopisch intakten („intakt“) Knorpelarealen (Knie/Hüftgelenk) isoliert und mit 10 ng/mL TNFα und/oder 25 ng/mL C5a für 24 h stimuliert um in vitro OA Bedingungen zu simulieren. Die Experimente werden unter normo- (NG) und hyperglykämischen (HG) Bedingungen durchgeführt um Blutglukosespiegel, die bei DMT2 zu erwarten sind, zu simulieren. Im Folgenden wurde die Vitalität der Chondrozyten, ihre metabolische Aktivität, Zellproliferation (48 h), Größe der Zellkerne, Protein- und Genexpression (24 h) für Komplementrezeptoren, Komplement-regulatorische Proteine, sowie das Knorpel-spezifische Kollagen Typ 2 analysiert. Des Weiteren wurde die Komplementexpression in Chondrozyten beider Knorpelquellen nach unterschiedlicher Kulturdauer (Passagen [P] 0 – 5) gemessen um den Effekt auf die Chondrozyten-Dedifferenzierung zu detektieren.

Ergebnisse: Vitalität und metabolische Aktivität der Chondrozyten zeigten in allen Versuchsgruppen keine signifikanten Unterschiede. Im Vergleich zu den Chondrozyten aus intakten Knorpelarealen konnte in solchen aus OA Knorpel generell eine höhere Proliferationsrate detektiert werden. TNFα verstärkte die Proliferation in Chondrozyten aus unveränderten Knorpelarealen. Unter NG und HG Bedingungen ergab sich kein signifikanter Unterschied im Hinblick auf die Chondrozytenproliferation. C5a rief geringe Veränderungen der Zellkerngrößen unter NG gegenüber HG Bedingungen hervor. Die Genexpression des Anaphylatoxin C3a Rezeptors (C3aR1) wurde durch TNFα allein oder in Kombination mit C5a induziert, sowohl unter NG wie auch HG Bedingungen. Die Genexpression der Komplementkomponente C5 wurde durch TNFα supprimiert, insbesondere unter HG Bedingungen und wenn TNFα mit C5a kombiniert wurde. Die Kollagen Typ 2 Proteinexpression wurde durch TNFα in Kombination mit C5a reduziert, aber nur unter HG Bedingungen. Eine In vitro Passagierung der Chondrozyten führte zu einer signifikanten Verminderung der Genexpression von zytoprotektivem CD55 in höheren Passagen (P1-P5 versus P0). Dieser Expressionsshift war insbesondere deutlich in Zellen, die aus unveränderten Knorpel stammten. Die CD46 Genexpression in Chondrozyten blieb unbeeinflusst. Die Genexpression vom protektivem CD59 war signifikant geringer in Chondrozyten exprimiert, die frisch aus OA Knorpel isoliert wurden im Vergleich zu Chondrozyten aus „intaktem“ Knorpel.

Diskussion und Schlussfolgerung: Die Herkunft der Chondrozyten aus OA Knorpel, OA assoziierte entzündliche Mediatoren (TNFα and C5a), längere Kulturdauer und HG zeigen einige katabole Wirkungen u.a. indem sie das Komplementexpressionsprofil beeinflussen.