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Zielsetzung und Fragestellung: Artikulärer Knorpel benötigt mechanische Stimulation zur Aufrechterhaltung der Gewebshomöostase. Ist Knorpelgewebe beschädigt oder durch Arthrose beeinträchtigt, kann sich jedoch die molekulare Reaktion der Chondrozyten auf mechanische Belastung verändern, wodurch die Resilienz des Knorpels beeinträchtigt werden kann. Sensible Nervenfasern und sensible Neuropeptide wie alpha calcitonin gene-related peptide (αCGRP) werden zunehmend nicht nur für Arthrose-bedingten Schmerz, sondern auch für strukturelle Veränderungen im Gelenk verantwortlich gemacht. Der WNT-Signalweg wurde bereits mit Knorpeldegeneration und mechanischer Belastung in Verbindung gebracht und wurde in Osteoblasten bereits als Zielmolekül für αCGRP beschrieben. In dieser Studie haben wir untersucht, ob das sensible Neuropeptid αCGRP die Fähigkeit von humanem Knorpel, adäquat auf mechanische Belastung zu reagieren, beeinflusst und so möglicherweise die Resilienz von Knorpel beeinträchtigt.

Material und Methoden: Humane artikuläre Chondrozyten wurden auf Kollagenträgern für 35 Tage in Anwesenheit von TGFβ1 kultiviert (N=5-8). 1µM αCGRP und/oder 2µM IWP-2 wurden 24 h vor Ende der Kultur hinzugefügt. Effekte einer physiologischen dynamischen Kompression im spezialangefertigten Bioreaktor (3 h, 25%, 1 Hz, Beginn 21 Stunden nach αCGRP/IWP-2-Behandlung) wurden durch Isotopenmarkierung, Western Blot und qRT-PCR untersucht und mittels Mann-Whitney-U-Verfahren auf Signifikanz getestet.

Ergebnisse: Die Stimulation typischer Marker der Chondrozyten-Mechanotransduktion (ERK-Phosphorylierung, Expression von FOS, PTGS2, BMP2 und BMP6) durch dynamische Kompression wurde durch die Anwesenheit von αCGRP nicht verändert. Wie erwartet wurde in unbehandeltem Gewebe die Glykosaminoglykan-Syntheserate durch die Kompression im Mittel um 24,7% signifikant stimuliert, während αCGRP diese Stimulation verhinderte. Die Expression des nicht-kanonischen WNT-Liganden WNT5A wurde durch Kompression sowohl in An- als auch Abwesenheit von αCGRP signifikant erhöht (im Median um 38% und 42%, jeweils p<0.05). Hingegen reduzierte die Kompression die Expression des WNT-Antagonisten DKK3 nur in Anwesenheit von αCGRP signifikant um im Median 39% (p<0.001). Der WNT-Inhibitor IWP-2 konnte die Beeinträchtigung der Glykosaminoglykan-Syntheserate durch Behandlung mit αCGRP retten (im Mittel um 36%, p>0.05).

Diskussion und Schlussfolgerung: In Anwesenheit von WNT-Aktivität kann das sensible Neuropeptid αCGRP die belastungsinduzierte Produktion von Glykosaminoglykanen durch humane Chondrozyten stören. Unsere Studie legt daher einen neuen, negativen Beitrag von αCGRP zur Belastungsantwort von artikulärem Knorpel nahe. Weiterhin weist unsere Studie auf einen direkten, funktionalen Effekt von αCGRP auf humanen Knorpel hin und impliziert αCGRP als ein mögliches Zielmolekül für neue Strategien zur Arthrosebehandlung, aber auch zur Patientenstratifizierung.