Phänotypischer Vergleich zwischen synovialen Fibroblasten und Fibrochondrozyten aus Menisken

Abstract

Eine Vielzahl von Menschen ist von Beschwerden und Schmerzen im Kniebereich betroffen. Dabei handelt es sich nicht nur um junge Sportler, sondern auch um Menschen mit prädisponierenden Berufen und insbesondere um ältere Menschen. Im Zuge einer stetigen Erhöhung der menschlichen Lebenserwartung wird diese Problematik in Zukunft immer mehr an Bedeutung zunehmen.

Während bis vor kurzem Menisken noch (sub-)total reseziert oder refixiert wurden, eröffnen Meniskustransplantationen von besiedelten Kollagenvliesen mit Hilfe des Tissue Engineering neue Perspektiven auf dem Gebiet der Meniskusheilung.

Gegenstand der vorliegenden Dissertation stellt der phänotypische Vergleich synovialer Fibroblasten mit Fibrochondrozyten aus Menisken dar. Die Differenzierung zwischen Synovialiszellen (ovale bis blastenförmige Struktur) und den Meniskuszellen an dessen Oberfläche (ovales bis spindelfömiges Aussehen) gestaltete sich bislang schwierig aufgrund ihrer ähnlichen Morphologie.

In dieser Arbeit standen sowohl Meniskus- als auch Synovialiszellen von fünf Patienten zur Verfügung. Nach deren Kultivierung wurde je von einem Teil der Zellen (Meniskus- und Synovialiszellen) sofort eine Polymerasekettenreaktion (PCR) gemacht und der verbliebene Rest in zwei Hälften aufgeteilt: Die eine Hälfte wurde in die 1.Subkultur überführt und - bis auf einen kleinen Teil (für die Negativkontrolle) - mit Wachstumsfaktoren wie IL-1ß, TNF-α und TGF-ß induziert und der PCR zugeführt. Bei der PCR der Zellen der Primär- und. 1.Subkultur wurden folgende Primer verwendet: Kollagen Typ-I und –II als Matrixkomponenten, BMP-2 und TGF-ß als chondrogene Faktoren, IL-1ß, IL-6, IL-18 und TNF-α als Entzündungsmediatoren und MMP-1, MMP-2 und MMP-3 im Sinne von matrixabbauenden Komponenten. Dies ermöglichte einen Vergleich der Primärkultur mit der 1. Subkultur auf Proteinebene. Die andere Hälfte der restlichen Zellen - bis auf einen kleinen Teil (Negativkontrolle) - stand der immuncytochemischen Färbung mit Antikörpern wie ASO2, Thy- 1 und Kollagen I zur Verfügung.

Die PCR- Auswertung ergab ein vergleichsweise ähnliches Genexpressionsmuster hinsichtlich der Meniskus- und Synovialiszellen der Patienten. Der einzige Unterschied bestand darin, dass in Zellen der Synovialis keine Kollagen Typ- II Expression nachgewiesen werden konnte. Fibrochondrozyten aus Meniskuszellen hingegen exprimieren Kollagen Typ- II. Anhand dieser Kriterien können Fibroblasten und Fibrochondrozyten nun eindeutig differenziert werden.

Die Auswertungen der Antikörperfärbungen ergaben folgendes: Die Färbungen mit AS02 und Thy- 1 fielen sowohl für Meniskus- als auch für Synovialiszellen positiv aus. Diese beiden Antikörper weisen fibroblastenspezifische Bestandteile nach, welche in beiden Zelllinien vertreten sind. Kollagen Typ- I konnte in beiden Zelllinien nachgewiesen werden; diesbezüglich unterscheiden sie sich nicht.

Meniskuszellen stellen einen geeigneten Zelltyp für die Besiedelung der Kollagenvliese dar; nun ist auch deren eindeutige Identifizierung möglich. In weiteren Studien und Forschungen wäre die Optimierung der Zell- Matrix- Interaktionen wünschenswert.

Many people are affected by knee pain, not only young athletes but also predisposed people and, in particular, older people. This complex of problems will gain in importance in the course of the increasing life expectancy.

Until recently meniscus injuries were (sub-)totally dissected or refixed. New vistas are opened up in the field of meniscus healing by meniscus transplantations of populated collagen- based extracellular matrixes with the aid of tissue engineering

Subject of the present dissertation is the phenotypic comparison of synovial fibroblasts with fibrochondrocytes of the meniscus. The differentiation of synovial cells (oval, blast- cell like structure) and meniscus cells (oval, fusiform appearance) turned out to be difficult so far because of their similar morphology.

Meniscus cells as well as synovial cells of five patients were available and their cells were cultivated. One part of the cells (meniscus as well as synovial cells) was used for polymerase chain reaction (PCR) and the other part of it was divided into two halves as follows: The first half of the cells was transferred into the first subculture, induced with growth factors like IL-1b, TNF-a, TGF-b and a PCR was performed. For the PCR of the primary culture and the first subculture the following primers were used: collagen type-I and -II as matrix components, BMP-2 and TGF-b as chondrogenical factors, IL-1ß, IL-6, IL-18 and TNF-α as inflammatory mediators and MMP-1, MMP-2 und MMP-3 known for the degradation of matrix components. Thus the comparison of the cells in primary culture and first subculture was possible on the protein level. The second half of the cells was used for immunocytochemical staining with following antibodies: ASO2, Thy- 1 and collagen type I.

The PCR results showed an almost similar gene expression pattern concerning meniscus and synovial cells. The sole difference was that no collagen type- II expression was detected in synovial cells. Meniscal fibrochondrocytes on the other hand expressed collagen type- II. Due to this difference it is now possible to clearly distinguish fibroblasts from fibrochondrocytes.

The antibody coloration showed the following results: The colorations with ASO2 and Thy- 1 were positive for meniscus and synovial cells. These two antibodies detect specific components of fibroblasts, which are part of both cell types. Collagen type- I was detected in both cell types- in this regard there in no difference.

Meniscus cells are an appropriate cell type in terms of the population of the collagen matrixes and now they can be definetly identified. The optimization of the cell- matrix- interaction in further studies and research projects would be preferable.