Die funktionelle Rolle der perizellulären Matrix im Annulus fibrosus der humanen Bandscheibe

Abstract

Wichtig für die Entwicklung und den Erhalt des Knorpelgewebes der Bandscheibe ist die Interaktion zwischen Chondrozyten (den Knorpelzellen) und deren extrazellulärer Matrix. Die perizelluläre Matrix, die als Teil der extrazellulären Matrix die Zelle vollständig umgibt, beeinflusst jedes Signal das die Zelle empfängt. Somit reguliert die perizelluläre Matrix die Präsentation biochemischer und biophysikalischer Faktoren und kontrolliert damit die Zellbiosynthese26. Es wird vermutet, dass diese Zell-Matrix-Interaktionen mit der perizellulären Matrix eine wichtige Rolle spielen bei der Zellantwort auf mechanische Belastung durch Beeinflussung des Transports von Makromolekülen und der lokalen Gewebespannung um die Zelle herum26. Bereits Broom und Myers betrachteten die perizelluläre Matrix als eine Art Belastungssensor, wodurch die Zelle eine metabolische Antwort auf Belastung geben kann9. Nach aktuellem Wissenstand spricht also vieles dafür, dass die perizelluläre Matrix zum Schutz der Chondrozyten dient und dass sie als eine Art mechanischer Umwandler agiert, welcher die Chondrozyten unter Belastung beeinflusst. In dieser Arbeit wurden Chondrozyten des äußeren Ringes der humanen Bandscheibe, dem Annulus fibrosus, unterschiedlich degenerierten Gewebes einmalig stark belastet. Hier konnte gezeigt werden, dass im humanen, bereits vorgeschädigten Bandscheibengewebe durch Belastung signifikant mehr Zellen sterben. Da auch ein Vergleich mit gesundem bovinem Gewebe zeigte, dass durch Belastung mehr Zellen sterben, kann dieses Ergebnis als Effekt der Belastung gewertet werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass die perizelluläre Matrix tatsächlich eine schützende Funktion für Chondrozyten bei Belastung übernimmt. Tote Zellen wiesen eine signifikant geringer ausgeprägte perizelluläre Matrix, mit folglich schwächerer Schutzfunktion, als noch lebende Zellen auf. Zudem ergaben sich Hinweise darauf, dass Zellen in stärker degeneriertem unbelastetem Gewebe eine geringere Ausprägung der perizellulären Matrix aufweisen, wodurch die perizelluläre Matrix als ein Indikator für Gewebeschädigung angesehen werden kann. Die durchgeführten Untersuchungen ergaben zudem, dass Degeneration die Zellorganisation dermaßen beeinflusst, dass bestimmte Zellmuster neben der Ausprägung der perizellulären Matrix Hinweise auf den Grad der Gewebeschädigung geben können. Gesundes Gewebe mit gut ausgeprägter perizellulärer Matrix kann Belastung ohne große Schädigung überstehen, da die Chondozyten hier besser geschützt sind. Dies stellt einen neuen Aspekt in der Betrachtungsweise von Bandscheibengewebe dar, welcher auch bei der Entwicklung neuer regenerativer Therapieverfahren mit in Betracht gezogen werden sollte. Die Untersuchungen unterstreichen die entscheidende Rolle der perizellulären Matrix für die Überlebensfähigkeit von Bandscheibenchondrozyten. Weitere Experimente sollten zusätzlich auch die Syntheseleistung von Zellen in Abhängigkeit ihrer perizellulären Matrix untersuchen. Sollte sich auch hier eine klare Überlegenheit der Zellen mit perizellulärer Matrix zeigen ist zu überlegen, ob bei der autologen Transplantation von Chondozyten, welche bisher ohne perizelluläre Matrix erfolgt, diese nicht mit berücksichtigt werden sollte.