Die Bedeutung des Chondrozyten für die Erhaltung der Integrität des Gelenkknorpels

Abstract

The hyaline joint cartilage is a nerve-free avascular tissue which consists of few cells (1-10%) and cartilage-specific matrix substances. The chondrocytes, being the only living element in joint cartilage, produce the basic substance from Type II collagenous fibres and proteoglycans in which they are embedded, on their own.

Whereas the collagenous fibres are mainly produced during the phase of cartilaginous growth, proteoglycans have a high turnover even in adult tissue. This makes it imperative that the chondrocyte which is responsible for supplying the requisite amount of proteoglycans within its particular area, should function well and unconditionally in order to preserve the integrity of the joint cartilage. Deficient or absent formation of proteoglycans results in demasking of the collagenous fibres and hence in initiating arthritic deformations in the cartilaginous tissue.

The chondrocyte is the only cell in the healthy organism which lives permanently anaerobically. Its nutrient supply is effected by diffusion via the joint cavity. In this manner, pharmacologically active substances, among other substances, can also reach the chondrocytes and can exercise an effect on metabolism and ultrastructure. It is now possible for the first time to quantify changes in the joint cartilage by means of an ultrastructural testing system developed by us (ultrastructure chondrocyte test system = UCT) which is based on standardised morphometry and statistical evaluation. This enables the systematic detection and measurement of both progressive and regressive changes in the ultrastructure of the chondrocytes already in an early stage, using 17 morphometrically measured parameters.

After having set up ultrastructural standard profiles of normal chondrocytes and of chondrocytes damaged by dexamethasone (defined damage) we examined to what extent a cartilage-protective substance (Arumalon) containing a GAG-peptid complex can influence the chondrocyte ultrastructure. We found that Arumalon overcompensates the damaging effect of dexamethasone via stimulation of metabolic activity in the cartilage cells. Over and above this, Arumalon demonstrates its chondroprotective potency by increasing the survival rate of the chondrocytes by 25% in case of the employed standardised damage by dexamethasone.

Zusammenfassung

Der hyaline Gelenkknorpel ist ein nervenfreies, avaskuläres Gewebe, das sich aus wenig Zellen (1-10%) und knorpelspezifischen Matrixsubstanzen zusammensetzt. Die Chondrozyten als einzige lebende Elemente im Gelenkknorpel produzieren die Grundsubstanz aus Typ-II-Kollagenfasern und Proteoglykanen, in die sie eingebettet sind, selbst.

Während die Kollagenfasern hauptsächlich in der Phase des Knorpelwachstums gebildet werden, weisen die Proteoglykane auch im adulten Gewebe eine hohe Umsatzrate auf. Dies erfordert die unbedingte Funktionsfähigkeit des Chondrozyten, der für den Proteoglykannachschub in seinem Areal verantwortlich ist, um die Integrität des Gelenkknorpels zu wahren. Mangelhafte oder fehlende Proteoglykanbildung führt zur Demaskierung der kollagenen Fasern und damit zum Beginn arthrotischer Veränderungen im Knorpelgewebe.

Der Chondrozyt ist die einzige im gesunden Organismus dauerhaft anaerob lebende Zelle. Er erhält seine Nährstoffe per diffusionem vom Gelenkspalt her. Auf diesem Wege gelangen unter anderem auch pharmakologisch wirksame Substanzen zu den Chondrozyten, welche sich auf das Stoffwechselgeschehen und die Ultrastruktur auswirken. Mit einem von uns entwickelten, ultrastrukturellen Testsystem (Ultrastruktur-Chondrozyten-Testsystem = UCT), das sich auf standardisierte Morphometrie und statistische Auswertung stützt, können wir Veränderungen im Gelenkknorpel erstmalig quantifizieren. Dabei werden sowohl progressive als auch regressive Veränderungen in der Ultrastruktur der Chondrozyten bereits in frühen Stadien anhand von 17 morphometrisch gemessenen Parametern systematisch erfaßt.

Nach der Erstellung ultrastruktureller Standardprofile von normalen und Dexamethason geschädigten Chondrozyten (definierte Schädigung) prüften wir, inwieweit eine GAG-Peptid-Komplex enthaltende Knorpelschutzsubstanz (Arumalon) die Ultrastruktur der Chondrozyten zu beeinflussen vermag. Dabei zeigte sich, daß Arumalon die schädigende Wirkung von Dexamethason überkompensiert durch Stimulation der metabolischen Aktivität in den Knorpelzellen. Darüber hinaus zeigt Arumalon seine chondroprotektive Potenz, indem es die Überlebensrate der Chondrozyten bei der angewendeten Standardschädigung mit Dexamethason um 25% erhöht.