Mengen-und Syntheseänderungen bei Kollagenen und Proteoglykanen in verschiedenen Knorpelschichten im Verlauf der Arthroseentstehung. Vergleich quantitativer Verfahren mit der Photoshop-based image Analyse
Lahm A, Spank H, Kasch R, Rödig J, Erggelet C, Esser J, Merk H
Fragestellung: Ziel der Studie ist die Untersuchung des Ausmaßes der Kollagen I und II-Expression sowie anderer ECM- Bestandteile einschließlich immunhistochemischer Analyse des Gewebemetabolismus während der Entwicklung des Arthroseprozesses.
Quantitative Real-Time-PCR und colorometrische Verfahren wurden mit der EDV-gestützten semiquantitativen Photoshop-based Imageanalyse korreliert, um den Verlauf zu dokumentieren.
Methodik: Insgesamt 40 Knorpelproben (je 20 gemäß ICRS Klassifikation Grad 1b bzw. 3a oder 3b (später Collins und Mc Elligott Grad I in Gruppe A und Grad III in Gruppe B) wurden bei Knie-TEP-Implantationen aus der Notch entnommen, als Standard wurden 15 weitere Biopsien aus gesundem Knorpel genutzt.
Es erfolgte eine in-situ Hybridisierung und Immunhistochemie (u.a.monoklonale Antikörper gegen Kollagen I und II, neues Primerdesign für Aggrecan), quantitative RT- PCR der Proben und Vergleich mittels semiquantitativer Pixelanalyse der Lichtmikroskopien mit PAS-, Safranin-O und Alcian blau sowie der immunhistochemischen Darstellungen im Histogramm Menu (Adobe Photoshop®).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Den stärksten Kol I Anstieg zeigten die tieferen Schichten des degenerativen Knorpels in der Umgebung von Fissuren sowie schon in der Frühphase flächig in der Superfizial-und oberen Transitionalzone, meist mit strukturellen Schäden und Fibrillationen assoziiert.
Die Analyse zeigt eine uniforme Verteilung von Kol II in den Schichten des gesunden hyalinen Knorpels.
Sein Abfall im degenerativ veränderten Knorpel ist besonders in den oberen Schichten messbar, was stets zu einem Abfall des Gesamtgehaltes führt, obwohl in den unteren Schichten eine gleichbleibender Gehalt bzw. in 30% sogar ein Anstieg meist in isolierter Form (Cluster) auftrat. Der Verlust an Proteoglykan in den stärker degenerativ veränderten Knorpelarealen wurde mit der Photoshop based Image Analyse sowohl in der lichtmikroskopischen als auch immunhistochemischen Analyse mit hoher Korrelation über die Auswertung des Anfärbeverhaltens dokumentiert. Der Proteoglykangehalt nahe der Oberfläche ist physiologisch gering. In der transitionalen Zone unterhalb der Oberflächenzone ist die Safranin-O-Anfärbbarkeit etwas höher, aber geringer als in der tieferen radiären. In beiden Arealen, insbesondere aber der radiären, ist der Gehalt in den geschädigten Knorpelproben verringert, so dass sich letztlich außer in Narben fast eine uniforme Anfärbung mit fortschreitendem Arthrosegrad einstellt.
Die regional unterschiedliche Entwicklung von Kol I und II und Proteoglykangehalt in arthrotischem Knorpel kann präzise und mit der Photoshopanalyse einfach dokumentiert werden, therapeutische Ansätze zur Unterbrechung des degenerativen Prozesses und Stärkung der chondrozytären Antwort können sich in Anbetracht der frühzeitigen Anwesenheit von Kol I in Verbindung mit der grundsätzlichen Fähigkeit der Chondrozyten zur Höherregulierung der Kol II Produktion aus einer Supprimierung der Kol I-Produktion in Verbindung mit Förderung der Kol II Expression ergeben
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-135
doi: 10.3205/14dkou490, urn:nbn:de:0183-14dkou4904
Published: October 13, 2014
© 2014 Lahm et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.