Identifikation molekularer Marker des Gelenkknorpels

Abstract

Ziele: Defekte des hyalinen Gelenkknorpels gehen mit einer schmerzintensiven Arthrose einher und stellen noch immer eine große orthopädische und unfallchirurgische Herausforderung dar. Die derzeit angewandten chirurgischen und zelltherapeutischen Verfahren sind hinsichtlich ihrer Indikationen und ihres Therapieerfolges begrenzt und verbesserungswürdig. Zur Therapieoptimierung sind zwei Forschungsansätze von zentraler Bedeutung: Erstens, die Etablierung eines anabolen Medikaments, das Differenzierung und Aktivität der Gelenkknorpel-Chondrozyten positiv beeinflusst. Zweitens, die Generierung von in vitro synthetisiertem Knorpelgewebe (Tissue Engineering), das in Form eines Knorpel-Träger- Konstruktes in das Defektareal implantiert werden kann. Die Ziele meiner Arbeit waren daher wie folgt definiert:

1. Identifikation von Molekülen, die spezifisch in Zellen des Gelenk-, nicht jedoch des Wachstumsfugenknorpels, gebildet werden. Solche Proteine könnten als Ansatzpunkt eines Gelenkknorpel-spezifischen Medikamentes dienen.

2. Etablierung eines spezifischen Markersets für Gelenkknorpel-Zellen, welches zur Qualitätskontrolle des im Labor synthetisierten Knorpels angewendet werden kann.

Methoden: Hierzu wurden 3 Monate alten Schweinen Knorpel-Knochen-Stanzen entnommen, um RNA aus Gelenk- und Wachstumsfugenknorpel zu gewinnen. Wir isolierten aus dem Gewebe native RNA sowie RNA aus kultivierten Gelenkknorpel-Zellen. Diese RNA wurde für eine Gen-Chip-Analyse eingesetzt, wodurch wir genomumfassend die Expressionswerte für mehr als 20.000 Gene messen konnten. Um spezifische Marker des Knorpels zu identifizieren, untersuchten wir in einer weiteren Analyse die Expression dieser potenziellen Knorpel- Marker-Gene vergleichend in acht weiteren Geweben.

Ergebnisse: Die Ergebnisse der Gen-Chip-Anlayse bestätigten einerseits, dass die allgemeinen Knorpel- Marker-Gene in Gelenkknorpel- und Wachstumsfugenknorpel-Zellen exprimiert werden. Andererseits konnten auch Gene detektiert werden, deren Expression in den Zellen der Wachstumsfuge deutlich stärker als in denen des Gelenkknorpels war. Das wichtigste und entscheidende Ergebnis unserer Arbeit bestand jedoch in Folgendem: Wir konnten 19 Gene identifizieren, deren Expressionsrate sowohl im nativen Gelenkknorpelgewebe als auch in den kultivierten Gelenkknorpel-Zellen signifikant höher war als in der Wachstumsfuge. Die Identifikation dieser Gelenkknorpel-Marker-Gene ermöglichte uns, eine gezielte Expressionsanalyse durchzuführen. Im Rahmen einer interdisziplinären Forschergruppe konnten wir so ein spezifisches Markerset zur Qualitätskontrolle von Knorpel-Träger- Konstrukten entwickeln und anwenden.

Fazit: Es ist uns gelungen, spezifische Marker des Gelenkknorpels zu identifizieren. Einige dieser Marker könnten von entscheidender Bedeutung für die Differenzierung und Funktion von Gelenkknorpel-Chondrozyten sein. So konnten wir z.B. einen potenziell spezifischen Wachstumsfaktor identifizieren, durch dessen Zusatz der Differenzierungsprozess der Gelenkknorpel-Chondrozyten in vitro positiv beeinflusst werden könnte. Unsere Ergebnisse könnten daher zur Optimierung des Tissue Engineering von Gelenkknorpel beitragen und in Zukunft zur Therapieverbesserung des Gelenkknorpel-Defektes durch die Implantation biomechanisch hochwertiger Knorpel-Träger-Konstrukte führen.