Frühdiagnose lokaler, struktureller Schäden der Gelenkoberflächen humaner Femurkondylen anhand fluoreszenzmikroskopisch-räumlicher Analysen

Abstract

Die Diagnose früher struktureller Veränderungen im Gelenkknorpel ist nach wie vor ein klinisches Problem. In diesem Kontext ist die Organisation der Chondrozyten als bildbasierter Biomarker zur Feststellung früher struktureller und/oder degenerativer Veränderungen prinzipiell geeignet. Dieser Biomarker beruht bisher im Wesentlichen auf einer subjektiven Klassifizierung der Verteilungsmuster der oberflächennahen Chondrozyten. Mit dieser Arbeit sollten Fragen zur methodischen Weiterentwicklung der Verwendung der räumlichen Organisation der superfiziellen Chondrozyten als bildbasierter Biomarker beantwortet werden. Hierzu wurden Proben (n=16) aus der Knorpeloberfläche von humanen Femurcondylen zunächst makroskopisch-visuell nach Schädigungsgrad klassifiziert und im Anschluss elektronen- und fluoreszenzmikroskopisch aufgearbeitet. Neben der Erfassung weiterer optisch-visueller Scores incl. des räumlichen Verteilungsmusters der oberflächlichen Chondrozyten erfolgt auch die Bestimmung von quantitativen Messparametern, wobei durch exakte Übereinanderlagerung der REM- und der fluoreszenzmikroskopischen Bilder, ein Vergleich sowohl global über die ganze Probe hinweg, wie auch lokal in einzelnen kleinen Ausschnitten innerhalb der Probe zu ermöglicht wurde. Veränderungen der räumlichen Organisation der superfiziellen Chondrozyten waren dabei bereits im visuell-makroskopisch- und rasterelektronenmikroskopisch intakten Knorpelproben zu finden. Eine lokale Betrachtungsweise der Proben schien dabei der globalen überlegen. Es konnte ein Panel an quantitativen und qualitativen Messparametern der räumlichen Organisation superfizieller Chondrozyten bestimmt werden, das gegenüber REM-Untersuchungen verlässlich dazu geeignet ist, Schäden der Knorpeloberfläche anzuzeigen. Dabei gingen relativ geringe Unterschiede in der Intaktheit der Knorpeloberflächen in der REM mit prominenten und deutlich diagnostifizierbaren Veränderungen in der räumlichen Organisation einher. Proben mit REM intakter Knorpeloberfläche vs. REM-unebener Oberfläche mit Fibrillationen konnten durch Untersuchungen der räumlichen Organisation der superfiziellen Chondrozyten erstmalig statistisch erfolgreich voneinander unterschieden werden. Damit könnte die visuelle Klassifikation der räumlichen Organisation der superfiziellen Chondrozyten ein besonders wichtiges Kriterium in der Früh-Diagnose von osteoarthrotischen Veränderungen von Gelenken sein, bestenfalls bereits im histologischen OARSI-Stadium I.