Universitätsklinik für Orthopädie

Gelenkknorpel gilt aufgrund des fehlenden Perichondriums als nur begrenzt regenerationsfähig und wird deshalb bei Verletzungen oder Fehlbelastungen im Rahmen einer Arthrose sprichwörtlich aufgerieben. An einem realitätsnahen osteochondralem Modell werden künstliche Regenerationsmatrices auf die Einsprossung neuer Zellen und Funktionalität untersucht, um langfristig Alternativen für einen künstlichen Gelenkersatz zu finden.

Bei der Differenzierung von Zellen wie sie auch in Tumoren vorkommen, spielen verschiedene Signalwege eine Rolle. Die Überexpression von bestimmten Genen deren Auswirkungen auf die zelluläre proteinbiochemische Syntheseleistung hat, vergleichen wir mit den von uns beobachteten Effekten auf zelluläre biomechanische Eigenschaften. Wie auch die Veränderung durch die Bestrahlungstherapien. Hieraus können wir dann Rückschlüsse über das Metastasierungspotential (Zellmigration) dieser Zellen ziehen.

Auf den Gelenkknorpel wirken bei Belastung enorm hohe Druck- und Scherkräfte. Im Knorpel selbst liegen die Chondrozyten verstreut in einer ausgedehnten extrazellulären Matrix. Dabei ist es diese extrazelluläre Matrix, welche die biomechanischen Eigenschaften besitzt um reibungsarm langfristig die an sie gestellten hohen Anforderungen zu erfüllen. Um die Chondrozyten vor den auftretenden hohen mechanischen Belastungen zu schützen existiert direkt um die Zellen noch eine spezielle Sonderform an Extrazellularmatrix: die sogenannte Perizelluläre Matrix. Kokonartig umkleidet sie die Chondrozyten und scheint dabei nicht nur mechanische Protektion zu leisten, sondern auch an der koordinierten Signalübertragung von der Extrazellularmatrix in die Zelle beteiligt zu sein. Wir untersuchen im Detail die Zusammensetzung und Funktion dieser Matrix.

Oft werden bildgebende Verfahren verwendet um qualitativ morphologische Veränderungen von Geweben zu beschreiben. Diese Ergebnisse werden dann korreliert mit quantitativen Daten, die aus biochemischen Analyseverfahren gewonnen werden. Wir haben in unserem Labor zudem die Möglichkeit, mechanische Veränderungen von Geweben und Zellen auf mikroskopischer Ebene zu messen und so eine direkte funktionelle Relevanz aus den beobachteten strukturellen Veränderungen abzuleiten.

Die perizelluläre Matrix (PCM) spielt eine Rolle bei der Mechanotransduktion von Chondronen. Um zu evaluieren, wie sich eine degenerierte PCM auf die biochemischen Signalwege der Chondrozyten auswirkt, untersuchen wir das Calcium-Signaling der Knorpelzellen. Wir experimentieren mit enzymatisch isolierten Chondronen, deren PCM wir mithilfe von Matrix-Metalloproteinasen teilweise abbauen. Die Zellen werden mittels Atomic-Force-Microscopy (AFM) mechanisch stimuliert und per Fluoreszenzmikroskopie der Calcium-Einstrom gemessen. Ziel ist es, die genaue Rolle der PCM bei der Mechanotransduktion der Zellen zu beleuchten.

Im Gelenkknorpel sind verschiedene Calcium-Kanäle zu finden, die sich u.a. mechanisch stimulieren lassen. Wir untersuchen die Rolle von mechanosensitiven Ionenkanälen wie Piezo-1 und Piezo-2 sowie TRPV-4 beim Calcium-Signaling der Chondrozyten. Dabei evaluieren wir die Genexpression der Kanäle bei gesundem und arthrotischem Knorpel und hoffen, so Rückschlüsse auf die spezifischen Signalkaskaden, die zur Entstehung und Progression von Arthrose beitragen, zu gewinnen.

Die Auswirkung von Glucocorticoiden (Cortison) auf Geweberegeration oder - Degeneration in Kniegelenk