Optische Schnittung und Visualisierung der Bandscheibe von der Embryonalentwicklung bis zur Degeneration

Florian Christof Bonnaire; Martina Feierabend; Julius Michael Wolfgart; Wolfram Breuer; Christian Walter; Ulf Krister Hofmann; Marina Danalache

doi:10.3791/62594

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Methodenartikel

Optische Schnittung und Visualisierung der Bandscheibe von der Embryonalentwicklung bis zur Degeneration

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DOI:

10.3791/62594

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8. Juli 2021

Florian Christof Bonnaire¹^,² , Martina Feierabend³ , Julius Michael Wolfgart¹^,⁴ , Wolfram Breuer⁵ , Christian Walter² , Ulf Krister Hofmann¹^,² , Marina Danalache¹

¹Laboratory of Cell Biology, Department of Orthopedic Surgery, University Hospital of Tübingen, ²Department of Orthopedic Surgery, University Hospital of Tübingen, ³Institute for Bioinformatics and Medical Informatics, Faculty of science of the University of Tübingen, ⁴Medical faculty of the University of Tübingen, ⁵Bavarian Health and Food Safety Authority

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Wir stellen eine Methode vor, um die räumliche Chondrozytenorganisation im Anulus fibrosus der Bandscheibe mit einer optischen Schnittmethode zu untersuchen.

Zusammenfassung

Die Degeneration der Bandscheibe (IVD) ist eine der Hauptursachen für Rückenschmerzen und bringt für die Betroffenen eine hohe Beeinträchtigung mit sich. Um die Bandscheibendegeneration zu entschlüsseln und regenerative Ansätze entwickeln zu können, ist ein gründliches Verständnis der Zellbiologie der IVD unerlässlich. Ein Noch unbeantworteter Aspekt dieser Biologie ist die Frage, wie Zellen in einem physiologischen Zustand und während der Degeneration räumlich angeordnet sind. Die biologischen Eigenschaften der IVD und ihre Verfügbarkeit erschweren die Analyse dieses Gewebes. Die vorliegende Studie untersucht die räumliche Chondrozytenorganisation im Anulus fibrosus von der frühen Embryonalentwicklung bis zur Degeneration im Endstadium. Eine optische Schnittmethode (Apotom) wird angewendet, um hochauflösende Färbeanalysen unter Verwendung von embryonalem Rindergewebe als Tiermodell und menschlichem Bandscheibengewebe von Patienten durchzuführen, die sich einer Wirbelsäulenoperation unterziehen. Von einer sehr hohen Chondrozytendichte in der frühen embryonalen Rinderscheibe nimmt die Anzahl der Zellen während der Schwangerschaft, des Wachstums und der Reifung ab. Bei menschlichen Bandscheiben begleitete eine Zunahme der Zelldichte das Fortschreiten der Gewebedegeneration. Wie bereits im Gelenkknorpel gezeigt wurde, stellt die Clusterbildung ein charakteristisches Merkmal der fortgeschrittenen Bandscheibendegeneration dar.

Einleitung

Die Bandscheibe (IVD) ist eine knorpelbasierte Struktur, die biochemisch und in Bezug auf die Zellarchitektur auf den ersten Blick in vielerlei Hinsicht dem Gelenkknorpel¹ähnelt. Tatsächlich sind sowohl die IVD-Degeneration als auch die Osteoarthritis (OA) des Gelenkknorpels durch Gelenkraumverengung aufgrund von Knorpelverschleiß, subchondraler Zysten- und Osteophytenbildung und subchondraler Sklerose gekennzeichnet²^,³. Trotz dieser scheinbaren Ähnlichkeiten unterscheiden sich Architektur und funktionelle Rolle beider Gewebe. Während die Matrix des Gelenkknorpels hauptsächlich aus eine....