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Abstract
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Fragestellung:
Ein detailliertes Wissen über die Architektur des Gelenkknorpels ist essentiell zur Entwicklung und Weiterentwicklung von Therapieverfahren der manifesten Osteoarthrose (OA). Vorangehende Arbeiten haben histologisch festgestellt, dass sich Chondrozyten abhängig vom Degenerationsgrad zu charakteristischen räumlichen Mustern anordnen. Die Nutzung dieser Muster als bildbasierte Biomarker für OA wurde vorgeschlagen. Die bisher veröffentlichten Daten beziehen sich ausschliesslich auf Chondrozyten in der oberflächlichsten Probenregion. Das Ziel dieser Arbeit war es, mittels Synchrotron-Radiation-microCT (SR-µCT) eine Technik zur hochauflösenden, zellulären und dreidimensionalen Darstellung, Untersuchung und Kartographie des humanen Kniegelenk-Knorpels über alle Knorpelschichten zu etablieren und somit sowohl die absolute Position der Zellmuster im Knorpel, als auch die dreidimensionale Ausdehnung der OA visualisieren zu können.
Methodik:
Humane, arthrotisch veränderte Femurkondylenresektate wurden zu Zylindern (20x3x3 mm) präpariert, mit röntgenkontrastverstärkenden Antikörpern gefärbt und mittels SR-µCT digitalisiert, segmentiert und qualitativ analysiert. Histologische Aufnahmen vor und nach der µCT dienten der quantitativen sowie der vergleichenden qualitativen Analyse.
Resultate:
Sowohl der makroskopische Knorpelschaden, als auch die räumliche Zellanordnung konnte dargestellt und die vorbeschriebenen Muster re-identifiziert werden. Die Anordnung der Muster folgte dem Ausmass der makroskopischen Degeneration. Die µCT-Technik erlaubte die Beurteilung der gesamten Probe und somit die absolute Lokalisation der Zellmuster im Knorpel. In Zonen mit intakter Knorpeloberfläche wurde auch in tieferen Schichten eine physiologische zelluläre Anordnung vorgefunden. In Zonen mit Knorpeldefekten wurden die typischen veränderten Zellmuster angetroffen. Die Schwere der Veränderungen der Zellorganisation war zwei- und dreidimensional stark mit der makroskopischen Gewebezerstörung assoziiert.
Schlussfolgerung:
Diese Pilotstudie belegt den dreidimensionalen Zusammenhang räumlicher Chondrozytenorganisation mit der Knorpeldegeneration. Frühe Veränderungen der Zellorganisation in der superfiziellen Zone sind mit Veränderungen in tieferen Schichten assoziiert. Da Veränderungen von Strings zu Double Strings bereits ohne makroskopisches Korrelat erkennbar sind, könnte dieses Werkzeug die einfache Erkennung früher degenerativer Veränderungen des Knorpels ermöglichen.
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