Die fokale Sprunggelenks-Arthrose: Früh-Diagnose anhand von Veränderungen der Chondrozyten-Organisation sowohl in gesunden als auch erkrankten Gelenkoberflächen-Arealen
Arnscheidt C, Felka T, Bast S, Meder A, Shiozawa T, Rothdiener M, Stöckle U, Rolauffs B
Fragestellung: Die Frühdiagnose der Arthrose vor dem Auftreten klinischer Symptome und radiologischer Veränderungen ist ein ungelöstes Problem. Bildgebende Verfahren wie MRT oder Röntgen erlauben die Diagnose, wenn substanzielle Knorpeldefekte vorliegen. Bildgebende Methoden zur Früh-Diagnose der Arthrose wären klinisch wertvoll. Moderne Verfahren wie die Multi-Photon-Bildgebung könnten potentiell arthroskopisch angewendet werden und erlauben Untersuchungen lebender Chondrozyten innerhalb der Gelenkoberfläche. Wir untersuchten, ob die räumliche Verteilung der Chondrozyten in Sprunggelenken mit fokaler Arthrose potentiell die Frühdiagnose der Arthrose zulässt.
Methodik: Aus den Talus-Gelenkoberflächen humaner Donoren mit einer fokalen OSG-Arthrose (Collins II) wurden runde Proben (Durchmesser 6mm; n=22) gestanzt. Nur Gewebe außerhalb der fokalen Läsion wurde verwendet. Die Gelenkoberfläche wurde makroskopisch eingeteilt in intakt (1), aufgeraut (2) und gerieft (3). Die Chondrozyten-DNA aller Proben wurde mit Propidium Jodid gefärbt. Es wurden z-Bildstapel (n=99) mit Blick auf die Gelenkoberfläche aufgenommen (LSM 501 Zeiss). Für jeden aufgenommenen Chondrozyten wurden die 3D-Positionen innerhalb der Gelenkoberfläche bestimmt. Mit der Software R und Spatstat wurden Zellzahl/Volumen und der Abstand jedes Chondrozyten zu seinem nächsten Nachbarn bestimmt. Der Typ der Zell-Organisation wurde eingeteilt in normale Zell-Paare (1), Zell-Cluster mit dazwischenliegenden zellfreien Arealen (2) und in eine diffuse Verteilung mit Verlust der physiologischen Ordnung (3).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: 4,5% aller Proben waren intakt und beinhaltete 197±15 Chondrozyten per 7,49×106µm3 Gelenkoberfläche, 54,5% war aufgeraut (217±14 Chondrozyten/7,49×106µm3), 40,9% war gerieft (192±24 Chondrozyten/7,49×106µm3). Die Zell-Zell-Abstände zeigten signifikante Unterschiede zwischen den einzelnen Stadien der makroskopischen Gelenkoberflächen-Schäden (p<0,001; Grad 1: 10,7±0,1µm; Grad 2: 13,7±0,1µm; Grad 3: 14,8±0,2µm) und korrelierten mit diesen Stadien (p<0,001). Die Chondrozyten-Organisation veränderte sich mit zunehmender Schädigung. Chondrozytenpaar lagen hauptsächlich in intakten Regionen vor. Cluster und diffuse Verteilungen lagen in geschädigten Regionen vor. Die Chondrozyten-Organisation korrelierte mit dem makroskopischen Gelenkoberflächen-Schaden. Die Zell-Zell-Abstände innhalb der einzelnen Zell-Organisationen zeigten signifikante Unterschiede (p<0,001): sie nahmen um 18,9% in OA-Clustern zu und waren in ordnungslos angeordneten Chondrozyten um 22% kürzer und korrelierten mit der Zell-Organisation (p<0,001).
Die lokale Zellverteilung humaner Chondrozyten in der Talus-Gelenkoberfläche zeigt typische Veränderungen in Gelenken mit fokaler Arthrose. Diese Veränderungen sind in wenig geschädigten Arealen und außerhalb einer Arthrose-Läsion erkennbar. Die lokale Verteilung der Gelenkoberflächen-Chondrozyten ist ein vielversprechender Kandidat zur Frühdiagnose der Arthrose vor dem Auftreten substanzieller Knorpeldefekte.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-505
doi: 10.3205/14dkou489, urn:nbn:de:0183-14dkou4897
Published: October 13, 2014
© 2014 Arnscheidt et al.
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