In der Übersicht
Nichtgebrauch oder längeres mechanisches Entladen von Knorpel führt zu einer beschleunigten Degeneration. Dies ist insbesondere bei bettlägerigen Patienten und Astronauten während dem Aufenthalt im Weltraum zu beobachten. Da Knorpel sehr begrenzte Selbstheilungsfähigkeit hat, ist die Wiederherstellung von beschädigten oder degenerierten Knorpel nach wie vor ein herausforderndes klinisches Problem. Zellbasierte Ansätzem, Gewebe in vitro zu vermehren sind stark begrenzt, da Chondrozyten (Knorpelzellen) in der Regel in Kultur dedifferenzieren (insbesondere in 2D Kultur). Dabei verlieren sie die Eigenschaft qualitativ hochstehenden Knorpel zu produzieren.
Weil Knorpel und Chondrozyten hoch mechanosensitiv sind, wurden mehrere Versuche unter realen und simulierten Mikrogravitationsbedingungen durchgeführt, um die Reaktion auf eine mechanisch unbelastete Umgebung zu untersuchen. Die Bandscheibe von Ratten, welche im Weltraum geflogen sind, zeigten deutliche Anzeichen von Bandscheibendegeneration: Die Nass- und Trockengewichte waren reduziert und das Kollagen- zu Proteoglykan-Verhältnis war erhöht. Ähnliche Effekte wurden unter simulierter Mikrogravitation durch klinostatische Drehung beobachtet. Ein Experiment mit Chondrozyten, welches unter realer Schwerelosigkeit an Bord der Internationalen Weltraumstation und unter simulierter Schwerelosigkeit auf der Random Positioning Machine (RPM) durchgeführt wurde, zeigte eine verminderte Abscheidung von Proteoglykanen und reduzierte Zelldichte. Jedoch waren die Genexpressionsverhältnisse von Kollagen I/II niedriger in den ISS- und RPM-Proben im Vergleich zu der statischen Kontrolle. Verringertes Kollagen I/II Verhältnis wurde später in zwei Experimenten unter simulierter Schwerelosigkeit auf der RPM bestätigt. Diese Daten legen nahe, dass mechanisch erzeugte Entlastung entweder durch reale oder simulierte Schwerelosigkeit verstärkt Anzeichen für Degeneration hervorruft. Gleichzeitig verzögert sich aber der Dedifferenzierungsprozess. Die Umwandlung einer mechanischen Kraft in ein intrazelluläres Signal ist noch nicht vollständig aufgeklärt worden. Somit ist es immer noch nicht klar, welche Mechanismen für die Reaktion von Knorpel und Knorpelzellen, entweder in realer oder simulierter Schwerelosigkeit verantwortlich sind.
Einige Transient Receptor Potential-Kanäle sind für ihre Mechanosensitivität bekannt und daher von zentralem Interesse. Studien haben gezeigt, dass die Dedifferenzierung von Chondrozyten in 2D-Kultur zu einer veränderten Genexpression mehrerer Mitglieder der TRP-Familie führt. Während die Funktion der meisten TRP Kanäle in Chondrozyten unbekannt bleibt, spielt TRPV4 eine wichtige Rolle in der Volumenregulierung von Chondrozyten, welche osmotischem Druck ausgesetzt werden.
Das Ziel dieses Projektes ist zu untersuchen, ob mit der RPM der Dedifferenzierungsprozess von Chondrozyten moduliert werden kann und ob Transient Receptor Potential Ionenkanäle eine wichtige Rolle in diesem Prozess spielen.
