PhD thesis,
Der Einfluss von nichtselektiven Cyclooxygenase-Inhibitoren auf das Proliferations- und Differenzierungsverhalten von humanen artikulären Chondrozyten unter IL-1 beta Exposition
Universität Freiburg, Medizinische Fakultät / Universitätsklinikum, Text.Thesis.Doctoral, (2011)
Abstract
COX-Inhibitoren sind die orthopädisch-traumatologischen Standardanalgetika. Sie werden im perioperativen Schmerzmanagement und der Therapie akuter Pathologien des muskuloskelettalen Systems, wie Trauma und Exazerbation einer Osteoarthritis (OA) verordnet. Ob und welchen Einfluss die COX-Inhibition auf den artikulären Knorpel hat ist noch nicht komplett verstanden und wird kontrovers diskutiert. Eine klinische Empfehlung zur COX-inhibierenden Therapie bei Pathologien des artikulären Knorpels, kann bislang nicht gegeben werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss von COX-Inhibitoren auf den artikulären Knorpel unter Entzündungsbedingungen.
Während der endoprothetischen Versorgung medialer Schenkelhalsfrakturen wurden Hüftköpfe asserviert. Die, mittels Kollagenaseverdau isolierten, Chondrozyten wurden in 3D-Alginate Beads und 2D-Monolayer kultiviert. Durch IL-1 beta wurde eine Entzündungsreaktion provoziert und mit den drei meistverordneten nichtselektiven COX-Inhibitoren Ibuprofen (Ibu), Paracetamol (PCM) und Diclofenac (Diclo) behandelt. Nach 14 Tagen erfolgten die Analysen zu metabolischer Zellaktivität, Proliferation, Apoptoserate und bFGF-Sekretion sowie die Bestimmung des chondrogenen Markerprofils auf mRNA-Ebene.
IL-1 beta erhöhte, unabhängig von der chondrozytären Differenzierung, die metabolische Zellaktivität um das Vierfache. Die DNA-Amplifikation wurde um 51 % gesteigert (p<0,05). Weiter induzierte IL-1 beta ein bis zu 30 % erhöhtes Apoptosegeschehen. Die nichtselektiven COX-Inhibitoren erwiesen sich als kompetente, vom Zelldifferenzierungsstadium unabhängige Antagonisten mit Ibu -15,8 %, PCM -18,6 % und Diclo -23,6 % (p<0,05) erniedrigtem Apoptosegeschehen. Einhergehend mit gesteigerter Proliferation wurden in den Mediumüberständen, der mit IL-1 beta behandelten Samples, am 3. Tag 2,85-fach erhöhte bFGF-Konzentrationen gemessen. Der bFGF-Level blieb bis zum 14. Tag erhöht. Die Behandlung mit nichtselektiven COX-Inhibitoren führte zu einem weiteren bFGF-Anstieg zwischen 84 % und 245 % (p<0,05). Die Real-Time PCR zeigte die komplette Suppression des chondrogenen Markers Kollagen Typ II und eine um 70 % erniedrigte Aggrecanexpression (p<0,05) durch IL-1 beta. Die COX-Inhibition hatte keinerlei Einfluss auf die chondrozytäre Genexpression.
IL-1 beta induziert, positiv mit dem chondrozytären Differenzierungsstadium korrelierend, Apoptose. Des Weiteren wird die bFGF-Sekretion aktiviert, womit wiederum ein gesteigerter Stoffwechsel einhergeht. Von der Differenzierung unabhängig antagonisieren nichtselektive COX-Inhibitoren den pro-apoptotischen Effekt von IL-1 beta. Dies dürfte auf ihren bFGF-aktivierenden Einfluss zurückzuführen sein. Negative Effekte von Seiten der nichtselektiven COX-Inhibitoren konnten nicht festgestellt werden. Somit legitimieren die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit die klinische Anwendung nichtselektiver COX-Inhibitoren im orthopädisch-traumatologischen Bereich in Verbindung mit akuten Pathologien des artikulären Knorpels. Aufgrund der bFGF-aktivierenden Wirkung der nichtselektiven COX-Inhibitoren sollte weiteres wissenschaftliches Interesse auf deren Interaktion mit mesenchymalen Stammzellen (MCS) gerichtet werden. Im Rahmen der interventionellen Wiederherstellung der intakten Gelenkfläche und der Frakturheilung könnten diese Wechselwirkungen klinisch relevant sein.
