Therapeutische Wirkungen des TNF-α-Antagonisten Etanercept und Methotrexat auf die Antigen-induzierte Arthritis des Kiefergelenks

Abstract

Einleitung: Juvenile idiopathische Arthritis (JIA) des Kiefergelenks kann schwere Wachstumsstörungen des kraniomandibulären Systems verursachen. Die Antigeninduzierte Arthritis (AIA) des Kaninchen-Kiefergelenks simuliert den Entzündungsprozess des Kiefergelenks bei JIA. In den beiden ersten Studien der vorliegenden Arbeit sollte die Wirkung des systemisch verabreichten Tumornekrosefaktor-alpha-Antagonisten (TNF-α-Antagonist) Etanercept und von Methotrexat (MTX) auf die AIA bei jungen Kaninchen histomorphometrisch untersucht werden. Das Ziel der dritten Studie war es, die Volumenentwicklung des Unterkiefers beim wachsenden Kaninchen mit bilateraler Kiefergelenkarthritis zu untersuchen. Ferner sollte der therapeutische Effekt des TNF-α-Antagonisten Etanercept beurteilt werden. Material und Methode: In allen drei Studien wurden jeweils 18 Kaninchen (weibliche New Zealand White Rabbits, 10 Wochen alt) eingesetzt. In allen Studien wurde bei 12 Kaninchen eine Sensibilisierung auf Ovalbumin (OA) und anschließend die Induktion einer beidseitigen Kiefergelenkarthritis durch intraartikuläre OA-Injektionen durchgeführt. In der ersten und der dritten Studie wurden diese Injektionen bis zum Ende des Versuchs in dreiwöchigen Abständen wiederholt. In der ersten und der dritten Studie erhielten 6 der 12 Kaninchen wöchentlich eine subkutane Injektion mit Etanercept, in der zweiten Studie eine intramuskuläre Injektion mit MTX. In allen drei Studien blieben 6 Tiere ohne Therapie. Die restlichen 6 Tiere dienten als Kontrolle, ohne intraartikuläre Injektionen oder Behandlung. In den ersten beiden Studien wurden nach Euthanasie im Alter von 22 Wochen alle Kiefergelenke en bloc entfernt. Es wurden sagittale Schnitte angefertigt und diese mit Hämatoxylin-Eosin (H-E) und Safranin-O, für die Bestimmung des Mankin-Scores, sowie mit tartratresistenter saurer Phosphatase (TRAP) gefärbt. In der dritten Studie wurden von allen Tieren beginnend mit der 10. Woche alle drei Wochen, bis zum Versuchsende im Alter von 22 Wochen, Computertomographien (CT) des Gesichtsschädels durchgeführt. Die Entwicklung des Unterkiefers wurde nach Segmentierung auf Basis der CT-Daten mittels Volumetrie dreidimensional untersucht. Ergebnisse: In den Arthritis-Gruppen beider Studien zeigte sich eine chronische Entzündung mit Degeneration des Gelenkknorpels, welche in der ersten Studie ausgeprägter, als in der zweiten Studie war. In beiden Studien waren die Zeichen der Knorpeldegeneration in den Therapiegruppen (Etanercept und MTX) signifikant reduziert, aber vorhanden. Im Gegensatz dazu erschienen die Gelenke in den Kontrollgruppen unauffällig. Die Korrelation zwischen dem Mankin-Score und der Häufigkeit TRAP-positiver Zellen war in der ersten Studie ausgeprägter als in der zweiten Studie. Die Unterkieferentwicklung war nicht stetig, das Wachstum nahm von der 10. bis zur 22. Woche in allen Gruppen ab. Die höchste Wachstumsgeschwindigkeit wurde zwischen der 10. und der 13. Woche beobachtet. Die Arthritis verursachte schwere Wachstumsstörungen, vor allem bei den Gelenkfortsätzen. Die Etanercept-Gruppe zeigte eine bessere, jedoch nicht vollkommen normale Unterkieferentwicklung im Vergleich zur Kontrollgruppe. Schlussfolgerung: AIA verursacht bei jungen Kaninchen schwere Schäden im Kiefergelenk sowie Wachstumsstörungen. Eine Verbesserung des pathologischen Bildes erscheint durch eine systemische Verabreichung von Etanercept oder MTX erreichbar zu sein. Unter der Therapie mit Etanercept kommt es zu einer Besserung, aber nicht zu einer vollständigen Normalisierung des Wachstums.

Background: Juvenile idiopathic arthritis (JIA) of the temporomandibular joint (TMJ) can cause severe growth disturbances of the craniomandibular system. Antigen-induced arthritis (AIA) of the rabbit TMJ is simulating the inflammatory process of the TMJ in JIA. In the first two studies of the present thesis the effect of a systemic administration of the tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) antagonist etanercept and methotrexate (MTX) on AIA in young rabbits should be investigated by means of three different histological staining methods. The aim of the third study was to investigate the development of the mandible in growing rabbits which were suffering from bilateral arthritis of the TMJ. In addition, the therapeutic effect of the TNF-α antagonist etanercept should be investigated. Material and Methods: In all three studies, 18 female New Zealand white rabbits aged 10 weeks were used. In all studies, a sensitization on ovalbumin (OA) was performed in 12 animals and followed by the induction of a bilateral arthritis of the TMJ by intra-articular injections of OA. In the first and the third study the intra- articular injections were repeated every three weeks with the purpose to maintain the inflammation. In the first and the third study 6 of the 12 rabbits received weekly subcutaneous injections of etanercept, in the second study, an intramuscular injection of MTX. In all studies the other 6 animals remained without therapy. Another 6 animals served as controls, receiving no treatment or intra-articular injection at all. In the first two studies after euthanasia at the age of 22 weeks, all TMJs were retrieved en bloc. Sagittal sections were cut and stained with Hematoxylin-Eosin (H-E) and Safranin-O for the evaluation of the Mankin score, and tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP). In the third study all animals received computed tomographies (CT) of the maxillofacial region every three weeks, beginning from week 10 through week 22 until the end of the study. Following segmentation, the development of the mandible was analyzed by volumetry. Results: In the arthritis groups of both studies, a chronic inflammation with degeneration of the articular cartilage, which was more pronounced in the first study than in the second study, could be observed. In both studies, the signs of cartilage degeneration were significantly reduced in both treatment groups (etanercept and MTX) but still present. In contrast, the joints in the control groups were inconspicuous. The correlation between the Mankin score and the number of TRAP-positive cells was more pronounced in the first study than in the second. The mandibular development was not continuous but growth decreased from week 10 to week 22. In all groups the highest rate of growth was seen between the weeks 10 and 13. Arthritis caused severe disturbances of growth, especially in the condylar process. In the etanercept group a better, but not a totally normal mandibular development compared to the control group could be observed. Conclusions: AIA causes severe damage in the TMJ of young rabbits and disturbances of growth. An improvement seems to be achievable by a systemic administration of etanercept or MTX. Under therapy with etanercept an improved but not completely normal growth could be achieved.