Kalzifizierte Knorpelzone – eine natürliche Grenze des osteochondralen Gewebes zur Kontrolle der Diffusion von Molekülen zwischen Knorpel und subchondralem Knochen

• Antragstellerin: Dr. Andrea Schwab
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491667286

Osteoarthrose (OA) ist die weltweit am häufigsten vorkommende Gelenkserkrankung. Mehr als 20% der Deutschen leiden an dieser schmerzhaften Krankheit. Veränderungen der Knorpelgewebezusammensetzung und die Degeneration des Gewebes bis hin zur Freisetzung des darunterliegenden Knochens sind kennzeichnend für das Voranschreiten der Krankheit. Um in den Krankheitsverlauf eingreifen zu können, bedarf es ein tieferes Verständnis der molekularen Mechanismen im osteo-chondralen Gewebe auf Zell und Matrixebene, speziell in der Region des kalzifizierten Knorpels (ZCC). Die ZCC verbindet den subchondralen Knochen mit dem darüber liegenden nicht kalzifizierten Knorpel. Jedoch ist nur wenig über die Rolle der ZCC im Bezug auf die Selbstregulation des gesunden Knorpels bekannt.Im Rahmen dieses Projekts wird die Rolle des ZCC als natürliche Grenze zur Kontrolle der Diffusion von Signalmolekülen und somit der Regulation der Zell-Zell-Kommunikationzwischen Knorpel und Knochengewebe untersucht. Es ist anzunehmen, dass sich die Durchlässigkeit dieser Zone im Verlaufe der OA verändert, wodurch sich lokale Unterschiede in der Matrix ergeben, die wiederum die Knorpelzellen (Chondrozyten) zu phänotypischen Veränderungen anregen können. Dieses technisch herausfordernde Thema werde ich aus zwei Blickwinkeln betrachten: der makroskopischen Gewebeebene und der mikroskopischen Zellebene. Das erste Ziel beinhaltet die Identifikation von Molekülen mittels 3D-Bildgebungstechniken, die in der Lage sind durch die ZCC - vom Knochen in den Knorpel und umgekehrt - zu wandern. Die Größe der Moleküle, die die dünne Gewebeschicht der ZCC passieren kann wird in Bezug auf strukturelle Veränderungen im osteochondralen Gewebe von OA Patienten analysiert. Das zweite Ziel ist die Identifizierung von spezifischen Genexpressionsmustern hypertropher Chondrozyten aus der ZCC von OA Gewebe mittels Einzelzell-Sequenzierung. Dieses Genexpressionsmuster wird mit dem von Chondrozyten, die aus der tiefen, nicht kalzifizierten Zone isoliert und in vitro mit ausgewählten Signalmolekülen (Morphogene und Wachstumsfaktoren) stimuliert wurden auf Parallelen verglichen.In Zusammenarbeit mit beiden Forschungsorten werde ich neue Erkenntnisse über die Rolle der ZCC in der Knorpelhomöostase gewinnen. Die Charakterisierung der Diffusionseigenschaften von Molekülen durch die ZCC, sowie die Reaktion von Chondrozyten isoliert aus der nichtkalzifizierten tiefen Zonen auf Umweltfaktoren bieten einen einzigartigen Ansatz, um die hypertrophe Differenzierung der Chondrozyten im Verlauf der OA besser zu verstehen. Mit diesem ehrgeizigen Ziel könnte in Zukunft das Fortschreiten der OA und die damit zusammenhängende Knorpeldegeneration verhindert oder zumindest verzögert werden. Dadurch könnte die Mobilität der Patienten bis ins hohe Alter erhalten bleiben und reduziert die Anzahl von Knietransplantationen, die momentan die einzige Behandlungsoption für Patienten mit schwerer OA ist.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle