Verwendung biomimetischer Mikroadhäsionsflächen zur Herstellung spezifischer Zellgeometrien humaner osteoarthritischer Chondrozyten zur Phänotyp-Modulation

Abstract

Osteoarthrose (OA), im Sprachgebrauch „Arthrose“ genannt, ist eine bisher nicht vollständig verstandene, degenerative Erkrankung des gesamten Gelenks. Hierbei ist das Kniegelenk am häufigsten betroffen. Die Chondrozyten der obersten Knorpelschicht, die superfizielle Zone, weisen eine besondere spezifische räumliche Organisationsform auf. Diese verändert sich im Zuge einer progredienten OA. Anhand verschiedener quantitativer Shape Deskriptoren wurden die geometrischen Maße der einzelnen Chondrozyten innerhalb der verschiedenen Organisationsformen im Zuge der OA ermittelt. Es zeigte sich, dass Chondrozyten im nativen Gewebe in der gesunden „Strings“-Formation eine elliptische Zellform mit vielen Membranprotrusionen aufwiesen, während erkrankte, diffus organisierte Chondrozyten im Gewebe eine rundliche Zellgeometrie mit wenig Membranprotrusionen zeigten. In einem zweiten Versuchsteil wurden biomimetische Mikroadhäsionsflächen verwendet, deren geometrische Formen so gewählt wurden, dass sie als Modellsystem der Zellgeometrien im nativen Gewebe verwendet werden konnten. Dabei simulierten die Mikroadhäsionsflächen „H-Shape“ die Zellgeometrie gesunder in vitro- „Strings“-Chondrozyten“ und „O-Shape“ die Zellgeometrie diffuser in vitro-Chondrozyten. Die erfolgreiche Anwendung dieses Modellsystems wurde anhand zellgeometrischen Eigenschaften bestätigt. Zusammengefasst war es möglich, durch die Herstellung spezifischer Zellgeometrien isolierter Chondrozyten die mRNA-Expression des knorpelunphysiologischen Kollagentyps 1A2 signifikant um 30% zu senken.