Einleitung: Die Arthrose gilt als weltweit häufigste chronische Gelenkerkrankung und betrifft vorwiegend ältere Patienten. Aktuelle medikamentöse Therapieempfehlungen lindern vor allem Schmerzen, führen jedoch nicht zu einer Regeneration des Knorpelgewebes. Mit einem neuen in situ Therapieansatz wird beabsichtigt, endogene mesenchymale Stromazellen (MSCs) mittels C-C Motif Chemokine Ligand 25 (CCL25) in beschädigte oder degenerierte Knorpelbereiche zu rekrutieren, um dort die Regeneration zu unterstützen und zu fördern. Auswirkungen von CCL25 auf gesundes oder degeneriertes Knorpelgewebe sind jedoch bisher nicht bekannt. Ziel der Studie war es, mögliche Auswirkungen verschiedener Konzentrationen des Chemokins auf Chondrozyten und deren kartilaginöse Matrix in einem in vitro Modell zu identifizieren. Methodik: In der vorliegenden präklinischen Studie wurden isolierte und in vitro vermehrte porcine Chondrozyten mit rekombinant humanem CCL25 (0, 0,1, 1, 10, 100, 250, 500, 1000 nmol/l) stimuliert und die Zellmigration untersucht. Des Weiteren wurden porcine Chondrozyten in einem 3D-Knorpelmodell für 7 Tage mit verschiedenen CCL25-Konzentrationen (0, 0,05, 0,5, 5, 50, 500 nmol/l) allein und in Kombination mit 0,6 nmol/l TNF-α stimuliert. Die Auswirkungen auf die Chondrozyten und deren synthetisierte Matrix wurden anhand von fluoreszenz-mikroskopischen Vitalitätsbestimmungen, histologischen Proteoglykannachweisen und Gen-expressionsanalysen untersucht. Ergebnisse: Bei 500 und 1000 nmol/l wurde eine erhöhte und bei 100 nmol/l eine verminderte Anzahl migrierter Chondrozyten in vitro im Vergleich zu unstimulierten Chondrozyten beobachtet. Unabhängig von der angewendeten CCL25-Konzentration und Gegenwart von TNF- α wurde eine konstant hohe Vitalität der Chondrozyten in den Kulturen festgestellt. In einem Konzentrationsbereich von 0 – 5 nmol/l zeigten sich keine Alterationen im Proteoglykangehalt der kartilaginösen Matrix. Ab 50 nmol/l wurde eine Reduktion des Glykosaminoglykangehalts ermittelt. Die Kombination mit TNF- α führte nicht zu einer gesteigerten Matrixdegradation. Bei 500 nmol/l CCL25 wurde die Genexpression von Kollagen Typ II, alpha 1 (COL2A1) runterreguliert und die von Matrix-Metalloproteasen (MMP-1, MMP-8, MMP-13), Genen des antioxidativen Schutzsystems (SOD2, TXN) und Zytokinen (CXCL2, TNFSF10) hochreguliert. Schlussfolgerung: Insgesamt zeigte sich keine Auswirkung auf die Vitalität der Chondrozyten in den 3D-Kulturen. Hohe CCL25-Konzentrationen könnten im Rahmen einer intraartikulären Anwendung zu einer Degradation der Knorpelmatrix führen.
Background: Osteoarthritis is thought to be the most common chronic joint disease worldwide and affects mainly older patients. Current medical therapy recommendations primarily relieve pain. However, they lack the ability of cartilage tissue regeneration. A new in situ therapy approach with C-C motif chemokine ligand 25 (CCL25) intends to recruit endogenous mesenchymal stromal cells (MSCs) to injured or degenerated areas, to support and promote cartilage regeneration. So far, there is no information about the effects of CCL25 on healthy and degenerated cartilage. The aim of this study was to identify possible effects of different concentrations on chondrocytes and their cartilaginous matrix in an in vitro model. Methods: In this preclinical study, isolated and in vitro expanded chondrocytes were stimulated with recombinant human CCL25 (0, 0.1, 1, 10, 100, 250, 500, 1000 nmol/l) and cell migration was investigated. Furthermore, porcine chondrocytes were cultured in a 3D cartilage model and stimulated with different CCL25 concentrations (0, 0.05, 0.5, 5, 50, 500 nmol/l) alone and in combination with 0.6 nmol/l TNF-α for 7 days. The effects on chondrocytes and their synthesized matrix were analysed with fluorescence microscopic viability measurements, histological proteoglycan detection and gene expression profiling. Results: At 500 and 1000 nmol/l an increased number of migrated chondrocytes in vitro compared with unstimulated chondrocytes was observed. At 100 nmol/l the number of cells decreased. Regardless of the applied CCL25 concentration and the presence of TNF-α, the viability of chondrocytes in culture was constantly high. No alterations in the proteoglycan content were seen in a dose range of 0 to 5 nmol/l. At a concentration of 50 nmol/l a reduction of the glycosaminoglycan content in the cartilaginous matrix was observed. The combination with TNF- α did not lead to an increased matrix degradation. At 500 nmol/l CCL25 the gene expression of collagen type II, alpha 1 (COL2A1) was reduced and the expression of matrix metallopeptidases (MMP-1, MMP-8, MMP-13), genes of the antioxidant defence system (SOD2, TXN) and cytokines (CXCL2, TNFSF10) was increased. Conclusion: Overall, no effects on the viability of chondrocytes in 3D culture were observed. Within the context of an intraarticular application, high CCL25-concentrations could probably lead to cartilage matrix degradation.
