SENDETERMIN Sa, 02.06.18 | 16:00 Uhr | Das Erste

Arthrose: Was löst Zerstörung der Knorpelzellen aus?

PlayMikroskopbild Syndecan-4
Arthrose: Was löst Zerstörung der Knorpelzellen aus? | Video verfügbar bis 02.06.2023 | Bild: WDR

Arthrose heilen zu können ist ein Traum von Medizinern. Um diesen zu erfüllen, muss noch viel geforscht werden. Die Knorpelzellen sind der Schlüssel dazu. Doch sie geben den Forschern noch jede Menge Rätsel auf: Die Zellen leben in winzigen Höhlen in der Knorpelsubstanz und sind extrem schwer zu untersuchen. Prof. Thomas Pap und sein Team vom Institut für Muskuloskelettale Medizin der Universität Münster stellen sich dieser Herausforderung täglich. Einfach aufschneiden können sie das Knorpelgewebe allerdings nicht. Denn dadurch würden die Zellen absterben. Mit Zellkulturexperimenten und hochauflösenden Mikroskopaufnahmen kommen die Forscher den Zellen allerdings langsam auf die Spur.

Thomas Pap ist überzeugt, dass die Knorpelzellen selbst bei Arthrose eine unheilvolle Rolle spielen: Sie selbst bauen den Knorpel ab. "Was wir herausgefunden haben ist, dass die Knorpelzellen nicht einfach so mit dem Abbau beginnen, sondern die Zellen kommunizieren miteinander. Sie empfangen Signale von außen und wir versuchen, diese Signale zu verstehen, sie zu entschlüsseln, zu dechiffrieren, zu belauschen."

Wie kommunizieren Knorpelzellen?

Pipettieren in Großaufnahme
Stressfaktoren für den Knorpel: Suche in der Gelenkflüssigkeit. | Bild: WDR

Die Knorpelzellen zu belauschen, ist für das Forscherteam allerdings nicht ganz einfach, wie der Blick durchs Mikroskop zeigt: Die Zellen leben sehr abgeschieden, beinahe isoliert, allein oder zu zweit, tief eingebettet in die Knorpelsubstanz. Trotzdem gelangen Botenstoffe aus der Umgebung zu ihnen – und übermitteln ihnen Nachrichten. Und zwar zunächst gute, wie Thomas Pap erklärt: "Die Knorpelzellen bekommen aus ihrer Umgebung im Grunde ständig beruhigende Signale, die ihnen sagen: Es ist alles in Ordnung, bleibt wie ihr seid, baut den Knorpel kontrolliert um. Wenn diese Signale fehlen, dann bedeutet das für die Knorpelzellen großen Stress und sie schalten letztendlich im Rahmen dieser Stressreaktion in das Abbauprogramm um und fangen an den Knorpel abzubauen und zu zerstören."

Doch was setzt die Zellen so unter Stress? Bislang wissen die Forscher: Knorpel und Gelenke leiden zum Beispiel unter Fehlhaltungen, aber oft gibt es mehrere Auslöser: "Übergewicht steht sicher ganz oben auf der Liste der Stressfaktoren für Knorpel und als Auslöser der Arthrose", fasst Thomas Pap die Erkenntnisse epidemiologischer Studien zusammen. "Dabei wirkt Übergewicht zweifach: Einerseits über die verstärkte Belastung, die auf den Gelenken und auf dem Knorpel lastet. Andererseits produziert Fettgewebe auch entzündungsfördernde Stoffe, die ihrerseits das Krankheitsgeschehen verschlimmern können. Trotzdem hat natürlich nicht jeder, der Übergewicht hat, automatisch Arthrose. Das ist oft ein multifaktorielles Geschehen. Das heißt, es kommen mehrere Faktoren zusammen. Beispielsweise auch genetische Faktoren, Verletzungen."

Die Schlüsselfrage: Was löst die Zerstörung der Knorpelzellen aus?

Mikroskopbild Syndecan-4
Syndecan-4 auf der Oberfläche der Knorpelzelle. | Bild: WDR

Die Forscher untersuchen in der Gelenkflüssigkeit von Arthrosepatienten nach Botenstoffen und Substanzen, die von den gestressten Knorpelzellen ausgeschüttet werden und so den Knorpelabbau starten. Eine dieser Substanzen konnten sie schon identifizieren: das Eiweiß Syndecan-4. Die Knorpelzellen bilden dieses Eiweiß nach Verletzungen selbst. Thomas Pap erschien dies zunächst rätselhaft: "An dieser Frage sind wir dann erstmal nicht weitergekommen, sodass wir uns entschlossen haben, dieses Problem an Mäusen zu untersuchen. Als wir auf das Syndecan4 stießen, wussten wir zum Beispiel schon: Es gibt Mäuse, die das gar nicht bilden können und die sich daher für unsere Untersuchungen sehr gut geeignet haben."

Das überraschende Ergebnis: Mäuse ohne das Syndecan-4-Eiweiß bekommen trotz Knorpelverletzung keine Arthrose. Nur Mäuse mit dem Syndecan-4 bekamen Arthrose. Dieses Eiweiß ist also einer der Stoffe, die die Zerstörung des Gelenkknorpels einleiten. "Das Syndecan-4 wird in die Oberfläche der Zelle eingebaut und funktioniert dort quasi wie eine Antenne", beschreibt Thomas Pap den Zusammenhang. "An diese Antenne können verschiedene Eiweiße andocken, dazu gehören auf der einen Seite Botenstoffe, auf der anderen Seite aber beispielsweise auch Enzyme, die den Knorpel letztendlich zerstören können." 

Jahrzehnte bis zur Therapie?

Auch eins dieser Enzyme, die den Knorpel zerstören, identifizierten das Forscherteam schließlich.  Ein Meilenstein für sie. Denn endlich können sie so verstehen, wie das Enzym die Zerstörung in Gang setzt: Wird das Enzym auf der Zelloberfläche aktiviert, beginnt es im umliegenden Gewebe Kollagenfasern zu zerschneiden. Diesen Mechanismus zu verstehen, ermöglicht den Forschern erstmals in Richtung einer Therapie für Arthrose weiterzudenken: "Für uns war das eine ganz wichtige Entdeckung, weil wir so auf die Suche gehen konnten nach einem Antikörper, der letztendlich verhindert, dass das Enzym den Abbauprozess startet", beschreibt Pap. "In der Maus zumindest ist es uns gelungen, auf diese Weise den Gelenkabbau zu stoppen. Das heißt zu verhindern, dass die Mäuse überhaupt Arthrose überhaupt entwickeln. Das war für uns ein Riesen-Erfolg."

Paps Team vor Monitor mit Mikroskopbild von Knorpelzellen
Bis zur Entwicklung einer Therapie müssen die Forscher den Knorpelzellen noch einige Geheimnisse entlocken. | Bild: WDR

Wenn sie einen solchen Antikörper für den Menschen finden würden, wäre dies tatsächlich ein erster Schritt in Richtung Arthrosetherapie. Doch bis dahin, so schätzt Pap wird es "sicher eher Jahrzehnte als Jahre dauern". Eins ihrer Geheimnisse haben die Forscher den Knorpelzellen also bereits entlockt. Doch erst wenn sie sie in Zukunft noch besser verstehen, können sie Arthrose tatsächlich behandeln. Allein in Deutschland könnte dieses Wissen geschätzt rund fünf Millionen Menschen helfen – doch bis dahin liegt noch einiges an Arbeit vor ihnen.

Autorin: Scarlet Löhrke (WDR)

Stand: 01.06.2018 13:04 Uhr

Sendetermin

Sa, 02.06.18 | 16:00 Uhr
Das Erste

Produktion

Bayerischer Rundfunk
für
DasErste