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Fragestellung: Wir zeigten vor kurzem, daβ die spatiale Organization humaner superfizieller Chondrozyten auf vier spezifischen Mustern beruht, von denen je eines die grossen humanen Gelenke dominiert und so eine funktionelle Rolle nahelegt (Rolauffs et al, 2008, J Struct Biol). In Gelenken mit fokaler Gonarthrose identifizierten wir läsion-fern, im makroskopisch intakten Knorpel eine definierte, proliferative Zell-Re-Organization, welche zeigt, daβ humane Chondrozyten zu einer koordinierten, spatial definierten Antwort auf frühe Arthroseläsionen fähig sind (Rolauffs et al, 02/2010, Arthr Rheum, in press). Aktuell untersuchten wir, ob Chondrozyten bei Progredienz der Gonarthrose diese Fähigkeit beibehalten oder verlieren.

Methodik: Humaner Knorpel (Collins Grad 3) von KTP-Patienten wurde mit Propidium Jodid gefärbt und fluoroszenzmikroskopisch mit Blick auf die ungeschnittene Knorpeloberfläche im Hinblick auf Zell-Dichte sowie Abstand zum nächten Nachbarn (NND) ausgewertet, farb-kodiert sowie mit makroskopisch intakten Knorpelproben gesunder Gelenken (Collins 0-1) und mit fokaler Arthrose (Collins 2) verglichen. Musteranalytisch wurde berechnet, ob eine signifikante Gruppierung oder homogene/zufällige Verteilungen vorliegen. Hierzu wurde der Clark-Evans Aggregationsindex R bestimmt, welcher als Quotient der tatsächlichen Abstände zum nächsten Zell-Nachbarn und der in einer fiktiven homogenen Verteilung erwarteten Abstände zum nächsten Nachbarn berechnet wird (R<1: gruppiert; R=1: zufällig; R>1: homogen).

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Für Knorpel aus gesunden Gelenken (Collins 0-1) sowie makroskopisch intaktem Knorpel aus Gelenken mit fokaler Arthose (Collins 2) ergab sich R=0.85±0.03 und somit eine signifikant (p<0.05) gruppierte Zellorganization; für Knorpel aus fortgeschrittenen Arthrose-Läsionen (Collins 3) war R=1.10±0.04 (p<0.01) und somit homogen und signifikant unterschiedlich (p<0.01). Die farbkodierten NNDs zeigten, daβ Chondrozyten der Arthrose-Läsion homogene, hyperzelluläre Areale gebildet hatten. Fluoreszenzmikroskopisch zeigte sich, daβ die definierte spatiale Organization des gesunden Knorpels verloren gegangen war. In gesunden Arealen von Gelenkoberflächen mit fokaler Arthrose war die gesunde Struktur modifiziert, aber erhalten (p<0.01).

Superfizielle Chondrozyte besitzen eine definierte Organisationsstruktur, die im Rahmen proliferativer Re-Organizationen als Antwort auf frühe Arthrose-Läsionen modifiziert wird, aber mit Fortschreiten der Arthrose zugunsten einer spatial ungeordneten Struktur aufgegeben wurde. Mit fortschreitender Gonarthrose gibt es im Verhalten des Chondrozyten einen definierten Zeit-Punkt, an dem seine Fähigkeit zur spatialen Ordnung verloren geht. Ob hier veränderte Zell-Matrix-Interaktionen durch eine Arthrose-veränderte ECM oder intrinsische Störungen des Chondrozyten vorliegen, ist nicht bekannt, aber relevant, um das regenerative Potential arthrotischer Chondrozyten besser zu verstehen und zu nutzen.