Zellbiologischehe Untersuchungen bei der Gonarthrose

Abstract

The etiopathogenesis of osteoarthrosis still is not clarified. Many physicians and investigators consider the hyaline cartilage as the origin, whereas the involvement of subchondral bone during pathogenesis has not yet been clarified. In the study presented here we compared various physiological parameters of cells derived from invitro cultivated bone, either from osteoarthrotic altered bone biopsies or clinically, radiologically and morphologically unaltered reference biopsies. Each group consisted of 14 individuals. We analysed cell-associated parameters as doubling time, percentage of alkaline phosphatase positive cells and the type I collagen secretion rate in the presence or absence of ascorbic acid. Bone-derived cells from osteoarthrotic altered bone produced significantly less type I collagen than cells from healthy bone (14.1 pg/cell vs. 30.5pg/cell). The presence of ascorbic acid induced osteoarthrotic bone-derived cells to synthesize as many molecules as healthy bone-derived cells from non-osteoarthrotic tissue. Both groups did not differ in respect of doubling time or alkaline phosphatase positivity. These results indicate that individuals suffering from osteoarthrosis might have an impairment of bone metabolism that could contribute to the pathogenesis of the disease. The use of in-vitro cultivated bone cells derived from either healthy or pathological biopsies could help to enlighten the pathogenesis of the various, not very well-characterised bone diseases. This method is also feasible for analysing the influence of any substance on bone metabolism.

Zusammenfassung

Die Ätiopathogenese der Arthrose ist unklar. Ursächlich werden von vielen Autoren Störungen im Bereich des hyalinen Gelenkknorpels angesehen. Welche Rolle der subchondrale Knochen bei der Entstehung der Arthrose spielt, ist weitgehend ungeklärt. In einer Vergleichsstudie wurde das Stoffwechselverhalten in vitro kultivierter Knochenzellen aus der Epiphyse von arthrotisch veränderten Femura mit einem Referenzgewebe verglichen, welches weder klinische, röntgenologische noch morphologische Zeichen einer Arthrose zeigte. Dabei wurden jeweils 14 Knochenbiopsien aus definierten Regionen des distalen Femurkondylus entnommen und nach einer standardisierten Methode aufgearbeitet. Untersucht wurden die Verdopplungszeit, der Anteil Alkalische Phosphatase (ALP) positiver Zellen und die Kollagen Typ I-Syntheseleistung mit und ohne Zugabe von Ascorbinsäure. Bei den Knochenzellen der Arthrosegruppe zeigte sich ein signifikanter Abfall der Kollagen Typ I-Syntheseleistung, verglichen mit der Kontrollgruppe (14,1 pg/Zelle vs 30,5 pg/Zelle). Dieser Abfall konnte durch die Behandlung mit Ascorbinsäure in den Bereich der Kontrolle angehoben werden. Keine Unterschiede fanden sich im Proliferationsverhalten und bezüglich des Anteils an ALP+-Zellen in den beiden Gruppen. Die Ergebnisse unserer Studie deuten darauf hin, daß bei der Arthrose sowohl eine Stoffwechselstörung des hyalinen Gelenkknorpels als auch des benachbarten subchondralen Knochens vorliegt. Die hier vorgestellte Methode der invitro-Kultivierung humaner Knochenzellen aus pathologischem Knochengewebe eröffnet neue Möglichkeiten für das Verständnis bestimmter Pathomechanismen des Knochenstoffwechsels. Diese Methode ist geeignet, den Einfluß bestimmter Stoffe oder Medikamente auf den Knochenzellstoffwechsel selektiv zu untersuchen.