Gehalt von TIMP-1 in den Nährmedien

nen, dies konnte statistisch jedoch nicht bestätigt werden. Mobiforte^R induzierte in hohen Konzentrationen eine signikant vermehrte MMP-1-Freisetzung.

MMP-3-Gehalt:

Wie in Abb. 25 sichtbar, war der MMP-3-Gehalt im Vergleich zur Kontrolle in Anwesenheit von RDH konzentrationsabhängig bis zum 12 fachen Wert erhöht. Ei-ne signikante Wirkung zeigte sich bereits bei eiEi-ner Konzentration von 0,5 mg/ml RDH. Ab einer Behandlung mit 2 mg/ml FGH konnte ebenfalls ein signikant er-höhter MMP-3-Gehalt gemessen werden. Mobiforte^R steigerte die Freisetzung von MMP-3 signikant bei einer Konzentration von 10 mg/ml auf das 5 fache. RDH-N, CH-alpha^R und FGH-N zeigten keine Wirkung auf den MMP-3-Gehalt in den Nähr-medien.

MMP-13-Gehalt:

Wie Abb. 26 zeigt, konnte nur für RDH und FGH eine signikante Wirkung auf den MMP-13-Gehalt ermittelt werden. Bereits bei niedrigen Konzentrationen von RDH war der MMP-13-Gehalt erhöht. Ab einer Konzentration von 1 mg/ml RDH erreichte die Wirkung ein Plateau. Insgesamt lag der MMP-13-Gehalt in den Nährmedien der mit 10 mg/ml RDH behandelten Knorpelexplantate 125 fach höher als in den Medien der unbehandelten Kontrollexplantate. FGH war geringer wirksam, jedoch stieg auch dort der MMP-13-Gehalt um das 10 fache bei Behandlung mit 10 mg/ml FGH an.

Die Behandlung mit RDH-N, CH-alpha^R, FGH-N und Mobiforte^R induzierte keine erhöhte Freisetzung von MMP-13 aus den Explantaten in die Nährmedien.

Abb. 27: Gehalt von TIMP-1 in den Nährmedien von Knorpelexplantaten, die mit unterschiedlichen Konzentrationen an KH behandelt wurden. Es wurden Knorpelexplantate aus mittleren OA-Stadien verwendet. NG = Knorpelnassge-wicht, K = Kontrolle. Angegeben sind die Mediane und die Einzelwerte. ∗ Si-gnikant unterschiedlich zur unbehandelten Kontrolle gemäÿ Paarvergleich nach Friedman mit p ≤0,05 (N = 6).

4 Diskussion

Die OA ist eine progressive Gelenkerkrankung, die sich durch Veränderungen im Gelenkknorpel, der Synovialmembran und im subchondralen Knochen auszeichnet.

Im Gelenkknorpel ist vor allem die Zerstörung der extrazellulären Matrix charakte-ristisch, wobei der Verlust von Kollagen Typ II und Proteoglykanen im Vordergrund steht. In gesundem Knorpel sind die Chondrozyten in der Lage, die sensible Homöo-stase zwischen Synthese und Degradation aufrechtzuerhalten. In osteoarthritischem Knorpel ndet eine Verschiebung zugunsten degradativer Prozesse statt. Ursache hierfür ist eine durch katabole Zytokine induzierte vermehrte Expression und Akti-vität der am Abbau beteiligten Enzyme wie MMPs und ADAMTS. Stimuliert wird die Bildung vieler dieser Enzyme durch auto- und parakrine Zytokine, wie z.B. IL-1 oder TNF-α.

Therapeutische Stoe, die modizierend auf den Krankheitsverlauf einwirken, sind ein zentrales Anliegen der derzeitigen OA-Forschung. In diesem Zusammenhang ist das Interesse für Nahrungsergänzungsmittel als eine alternative oder additive Be-handlungsmöglichkeit immer weiter gestiegen. KH, ein Nahrungsergänzungsmittel hergestellt aus Kollagen Typ I, ist besonders aus den Medien als ein dem OA-Prozess entgegenwirkendes Mittel bekannt geworden. Zusätzlich zu dem Einsatz als chon-droprotektives Nahrungsergänzungsmittel, werden KH in der Lebensmittelindustrie im Bereich der Süÿwaren- und Getränkeherstellung, in der Pharmazie als Füllmittel und Umhüllungsagens, in der Kosmetikindustrie zur Verbesserung der Hautglätte, des Haarglanzes, der Haarkämmbarkeit und der gleichmäÿigen Aufnahme von Haar-farbstoen verwendet.

Die Wirkung von KH auf den Gelenkknorpel und dessen Metabolismus sowie die OA-Symptomatik wurde in mehreren Studien untersucht. Sowohl in Form von Ab-stracts [18, 70, 71, 87] als auch in Orginalpublikationen [14, 59, 62, 65, 72] wurde eine Reihe von in vivo- und in vitro-Studien über den Eekt von KH veröentlicht.

Einige Untersuchungen mit Kollagen Typ I-Fragmenten (Fortigel^R) fanden in bo-vinen Chondrozyten eine erhöhte Kollagen Typ II- oder Proteoglykan-Synthese in vitro [65, 72] sowie eine histopathologisch festgestellte Reduktion der Knorpelde-struktion im Tiermodell der OA [71]. In vitro-Studien, bei denen die Wirkung von Kollagen Typ II-Fragmente auf bovine und humane Chondrozyten untersucht wur-den, zeigen eine reduzierte Kollagen Typ II-Synthese oder eine erhöhte Gen- und Proteinexpression von MMPs [30, 42]. In vivo-Studien ergaben konträre Ergebnis-se. Einerseits wurde durch die Einnahme von KH eine Reduktion der Schmerzen [3, 18] beobachtet, andererseits konnte in einigen Studien keine Wirkung bzw. kei-ne klinische Verbesserung nachgewiesen werden [59, 62]. Zusammenfassend zeigen die bisherigen Studien, dass Wissenslücken existieren, vor allem in Hinblick auf die

strukturmodizierende sowie symptomlindernde Wirkung und die Wirkungsmecha-nismen von KH. Da es bisher keine Untersuchung zur Wirkung von KH auf humane osteoarthritische Knorpelexplantate gibt, bei denen die Chondrozyten in ihrer na-türlichen extrazellulären Matrix eingebettet sind, war das Ziel unserer Studie unter in vitro Bedingungen erstmalig die molekularen Veränderungen nach KH-Zugabe in humanen OA-Knorpelexplantaten aufzuzeigen.

Eingesetzt wurden sechs kommerziell erhältliche KH, die eine unterschiedliche tieri-sche Herkunft und verschiedene Molekulargewichte besitzen. Um die Wirkung von KH auf den Metabolismus näher zu bestimmen, wurde einerseits die Kollagensynthe-se als RepräKollagensynthe-sentant anaboler Eekte und andererKollagensynthe-seits die FreiKollagensynthe-setzung von Kollagen Typ II, Proteoglykanen, MMPs, NO, PGE2 und TIMP-1 zur Quantizierung von katabolen Eekten der KH analysiert.

4.1 Methodik

In unseren Versuchen wurden Knorpelexplantate verwendet. Explantate bieten im Gegensatz zu isolierten und kultivierten Chondrozyten die Möglichkeit, die Kinetik der KH sowie Zell-Matrix-Wechselwirkungen mit zu berücksichtigen, die im OA-Prozess eine wichtige Rolle einnehmen. Der Nachteil dieser Methode lag an der Ge-winnung von vergleichbar groÿen Knorpelexplantaten. Durch Ausstanzen versuch-ten wir diese Unterschiede zu minimieren, jedoch konnversuch-ten durch verschieden dickes Knorpelgewebe keine exakt gleichen Explantate gewonnen werden. Dies wurde be-rücksichtigt, indem das Knorpelgewicht zur Normalisierung der Messdaten diente.

Zur Bestimmung der Kollagensynthese wurden die Knorpelexplantate mit radio-aktivem Prolin inkubiert, so dass neusynthetisiertes Kollagen radioaktiv markiert war. Dieses wurde durch die Bestimmung des radioaktiven Hydroxyprolingehaltes spezisch nachgewiesen. In Vorversuchen konnte gezeigt werden, dass die einge-setzte Methode ausschlieÿlich das Hydroxyprolin der Knorpelexplantate nachweist und die nicht-incorporierten Präcursor quantitativ entfernt werden. Die Hydroxy-prolin-Nachweismethode wurde erstmals 1966 von K. Juva und D.J. Prockop [43]

publiziert. Wir verwendeten die modizierte Methode nach B.R. Switzer und G.K.

Summer [92]. Bei humanen Knorpelexplantaten können sehr groÿe Schwankungen in der basalen Syntheseleistung von Kollagen festgestellt werden. Diese Problema-tik kann mittels radioaktiver Doppelmarkierung gemäÿ Goodwin et al. [34] mini-miert werden. Bei der radioaktiven Doppelmarkierung wird die basale Kollagensyn-these anhand der Inkorporation von ³H-Prolin quantiziert und anschlieÿend die veränderte Synthese nach Zugabe von KH durch die Inkorporation von ¹⁴C-Prolin bestimmt. Die separate Erfassung von ³H und ¹⁴C durch den β -Flüssigkeitsszintil-lationszähler in doppelmarkierten Proben wurde in einem Vorversuch bestätigt. Wir

verwendeten im Gegensatz zu Goodwin et al. [34] in den Versuchen bei ³H-Prolin die doppelte und bei ¹⁴C-Prolin die zehnfache Radioaktivität, da sich der radioak-tive Hydroxyprolingehalt nach der von uns durchgeführten Aufreinigung während der Hydroxyprolin-Nachweismethode von dem Hintergrundrauschen ansonsten nicht abgrenzen lieÿ. Auf die Analyse der Nährmedien wurde verzichtet, da in einem Vor-versuch gezeigt werden konnte, dass die hinzugefügten Präcursor nicht vollständig mittels der Hydroxyprolin-Nachweismethode entfernt werden konnten und somit ein Unterscheiden zwischen Präcursor und neusynthetisiertem Hydroxyprolin nicht mög-lich war. Zusätzmög-lich zu dem radioaktiven Hydroxyprolingehalt wurde der Gesamt-hydroxyprolingehalt in den Knorpelexplantaten photometrisch gemessen und somit der Gesamtkollagengehalt im Knorpel bestimmt. Zur Validierung und Optimierung der photometrische Messung wurden einige Vorversuche durchgeführt.

Degradative Prozesse wurden anhand des MMP-1, -3, -13, Kollagen Typ II-, Proteo-glykan-, NO- und TIMP-1-Gehaltes bewertet, welche anhand verschiedener Assays bestimmt wurden. In Vorversuchen wurde sichergestellt, dass die eingesetzten Assays nicht mit den in den Proben vorkommenden KH interagieren. Das im Nährmedium bendliche endogene Kollagen Typ II wurde mit einem Immuno-Assay nachgewie-sen, dessen Nachweismethode auf einem spezischen Kollagen Typ II Antikörper beruht. Für die Bestimmung der sezernierten MMPs wurden ELISAs eingesetzt, die mittels Antikörper spezisch den Gehalt an MMP-1, MMP-3 oder MMP-13 detek-tieren. Diese Assays sind gemäÿ Herstellerangaben in der Lage, neben den aktiven Enzymen auch die Vorstufe der Enzyme (proMMPs), sowie durch Bindung an TIMP inaktiviert Enzyme nachzuweisen. Da keine Unterscheidung zwischen aktiven und in-aktiven MMPs möglich war, schlieÿt der Nachweis eines vermehrten MMP-Gehaltes nicht grundsätzlich auf eine erhöhte MMP-Aktivität. Diese Tatsache könnte eine Erklärung dafür bieten, dass bei unseren Versuchen der gemessene erhöhte MMP-Gehalt nicht zu einer gesteigerten Kollagen Typ II Freisetzung führte. Ein erhöhter MMP-Gehalt resultierte in unserer Studie nicht in einer gesteigerten Proteoglykan-Freisetzung, was in guter Übereinstimmung mit den Ergebnissen von Kozaci et al.

[47] steht, die ebenfalls keine Wirkung von MMPs auf die Proteoglykanfreisetzung fanden. Die Wirkung von KH auf weitere katabole Vorgänge wurde unter anderem anhand des NO- und PGE2-Gehaltes bestimmt. Zum Nachweis von PGE2 wurde ein ELISA herangezogen, der spezisch PGE2 und seine Metabolite an einen Anti-körper bindet. Die PGE2-Standardkurve ergibt eine sigmoidale Kurve, in der laut Hersteller nur der lineare Bereich zur Ermittlung einer unbekannten Konzentration herangezogen werden sollte. Dies hatte bei unseren Analysen zur Folge, dass die Konzentrationen häug zu hoch oder zu niedrig lagen. In den Versuchen zur Op-timierung der benötigten Verdünnung stellten wir fest, dass nur in Gegenwart von RDH und CH-alpha^R die PGE2-Konzentrationen stark zunahmen. Deshalb wurden

unsere Bemühungen, eine optimale Verdünnung zu nden, letztendlich auf diese zwei KH beschränkt. Obwohl in den Vorversuchen die Verdünnung mehrmals geändert wurde, konnte keine ideale Verdünnung bestimmt werden, in der alle Proben mit ih-ren Werten in dem lineaih-ren Bereich lagen, weshalb die Ergebnisse nur eingeschränkt beurteilbar sind. Der direkte Nachweis von NO im Medium ist nicht möglich, da die Halbwertszeit von NO in vivo nur wenige Sekunden beträgt [97]. Auf Grund dessen wurde der Gehalt der stabileren NO-Metabolite Nitrat und Nitrit mit Hilfe der Griess-Reaktion bestimmt, wobei Nitrat zunächst zu Nitrit enzymatisch reduziert und dann der Nitritgehalt photometrisch bestimmt wurde.