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Arthrose
Arthrose (OA) ist eine degenerative Erkrankung der Gelenke durch Knorpel- und Knochenabbau mit begleitenden Gelenkentzündungen. Sie tritt v. a. im steigenden Alter auf, kann aber durch hohe Dauerbelastungen (Leistungssport, Übergewicht) verfrüht beginnen und stärker verlaufen als normal. Weltweit sind etwa 15 % der Bevölkerung betroffen. OA ist einer der häufigsten Gründe für ärztliche Konsultationen in Deutschland, ganz besonders stechen dabei die Kniegelenke und (v. a. bei Frauen) die Kieferngelenke als stark befallen heraus.
Eine Heilung der OA ist derzeit noch nicht möglich. OA-Therapien beruhen v. a. auf einer Symptombegrenzung (Schmerzbehandlung), chirurgischen Lösungen und kurzgreifenden Behandlungen wie z. B. das Einspritzen von künstlicher Gelenkflüssigkeit etc.
Exosomen können bei der OA neue Optionen für eine regenerierende Therapie mit möglicherweise vollständiger Heilung bieten, bisherige Studien deuten auf einen sehr erfolgreichen Einsatz hin.
Geschädigte Gelenke regenerierten mit Exosomen besser
In dieser Untersuchung wurden im Tiermodell Exosomen und Hyaluronsäure (HS) oder HS alleine dreimal 1 ml im Abstand von sieben Tagen in die betroffenen Gelenke gespritzt. In beiden Fällen konnten nach 6 und nach 12 Wochen Verbesserungen beobachtet werden, die jedoch im Falle der reinen HA-Injektion keine langanhaltende Wirkung zeigte. Zusätzlich mit Exosomen behandelte Gelenke zeigten hingegen sowohl makroskopische als auch histologische Verbesserungen. Es konnte nachgewiesen werden, dass die mechanischen Eigenschaften der Gelenke am Ende der Untersuchung nahezu jenen eines gesunden Gelenkes entsprachen.
Intra-Articular Injections of Mesenchymal Stem Cell Exosomes and Hyaluronic Acid Improve Structural and Mechanical Properties of Repaired Cartilage in a Rabbit Model.
Wong KL, Zhang S, Wang M, Ren X, Afizah H, Lai RC, Lim SK, Lee EH, Hui JHP, Toh WS.
Arthroscopy. 2020 Aug;36(8):2215-2228.e2.
Eine spezielle miRNA in Exosomen ist mit verantwortlich für den Gelenkschutz
Exosomen aus Knochenmarkszellen enthalten die mikroRNA-9-5p, die ein Regulator bei der Bildung von Syndecan-1 ist, ein Proteoglykan, dessen übermäßige Bildung zu oxidativen und entzündlichen Vorgängen in den Gelenken führt. In der Studie wurden Ratten mit OA-Schäden Exosomen mit miRNA-9-5p in die betroffenen Gelenke injiziert. Anschließend wurden Entzündungsmarker (IL-1, IL-6, TNFa, CRP), Oxidationsmarker (NO, MDA, iNOS, COX2, SOD) und Marker der OA (MMP-13, COMP, OCN) untersucht. In den behandelten Tieren konnte eine deutliche Verbesserung der Krankheitszeichen erreicht werden, was sich auch im Rückgang der genannten verstärkenden Marker zeigte. Die Exosomen erzeugten also einen deutlich antiinflammatorischen und gelenkschützenden Effekt.
Mesenchymal Stem/Stromal Cell-Derived Exosomes for Immunomodulatory Therapeutics and Skin Regeneration
Dae Hyun Ha, Hyun-Keun Kim, Joon Lee, Hyuck Hoon Kwon, Gyeong-Hun Park, Steve Hoseong Yang, Jae Yoon Jung, Hosung Choi, Jun Ho Lee, Sumi Sung, Yong Weon Yi, Byong Seung Cho
Exosomen können die Regeneration von OA-befallenen Kiefergelenken anregen
In dieser Untersuchung wurden Exosomen im Tiermodell in OA-Kiefergelenke injiziert. Es zeigte sich eine schnelle Schmerzunterdrückung, eine Reduktion der Entzündung, eine anhaltende Proliferation und eine bessere Knochenarchitektur. Durch die Exosomen-Gabe konnte eine Gelenk-Regeneration erreicht werden. In Zellkulturen mit Knorpelzellen wurden einige Mechanismen der Wirkung aufgeklärt (z. B. Aktivierung bestimmter Signalketten (AKT, ERK, AMPK), verstärkte sGAG-Synthese, geringere Stickoxid-Produktion u. a.). Daraus ergibt sich, dass sich durch Exosomengabe multiple Prozesse im Gewebe anstoßen lassen, die zur gesunden Gewebeneubildung und seiner nachhaltigen Homöostase beitragen.
MSC exosomes alleviate temporomandibular joint osteoarthritis by attenuating inflammation and restoring matrix homeostasis.
Zhang S, Teo KYW, Chuah SJ, Lai RC, Lim SK, Toh WS.
Biomaterials. 2019 Apr;200:35-47.
Exosomen verhindern mitochondriale Dysfunktionen und Apoptose in Knorpelzellen
In dieser Studie wurden Knorpelzellen mit Interleukin1ß (IL-1ß) behandelt und damit ein in-vitro-Modell für OA erzeugt. Die Zellen zeigten nach der IL-1ß-Behandlung deutliche Mitochondrien-Schäden, eine schlechtere Vitalität, (De-)Aktivierungen von zellulären Markern (p38, ERK und AKT) und daraus folgend eine verstärkte Apoptose in den Zellen. Diese Veränderungen konnten durch die Gabe von Exosomen aus Knochenmarkszellen verhindert werden. Damit bieten sich derartige Exosomen an als sehr gute Kandidaten für neue regenerative Therapeutika bei Gelenk-Degeneration wie sie bei OA typisch sind an.
Exosomes derived from mesenchymal stem cells inhibit mitochondrial dysfunction-induced apoptosis of chondrocytes via p38, ERK, and Akt pathways.
Qi H, Liu DP, Xiao DW, Tian DC, Su YW, Jin SF.
In Vitro Cell Dev Biol Anim. 2019 Mar;55(3):203-210.
Exosomen sind verantwortlich für die guten therapeutischen Effekte von Stammzellen bei OA
In dieser Studie wurden Exosomen von Knochenmarkszellen an Knorpelzellen und im Tiermodell für OA eingesetzt. An den Zellen konnte gezeigt werden, dass diese durch die Exosomen-Behandlung wieder begannen Kollagen II und Aggrecan zu bilden sowie knorpel-abbauende Faktoren (MMP13, ADAMTS5) und entzündliche Anzeichen (iNOS) zu bremsen. Die Exosomen verhinderten damit die Apoptose der Zellen ebenso wie eine in vivo mögliche Aktivierung von Makrophagen. Im Tiermodell zeigte sich bei dieser Studie die Bestätigung: Anhand von CT- und Lasermikroskop-Untersuchungen konnten nach der Exosomengabe in Gelenke beobachtet werden, dass die Entwicklung einer OA ausblieb. Exosomen können also die gleichen therapeutischen Erfolge erzielen wie es von Stammzellbehandlungen bei OA bekannt ist. Ein großer Vorteil der exosomen ist jedoch, dass sie einfacher zu applizieren und zu managen sind.
Mesenchymal stem cells derived exosomes and microparticles protect cartilage and bone from degradation in osteoarthritis.
Cosenza S, Ruiz M, Toupet K, Jorgensen C, Noël D.
Sci Rep. 2017 Nov 24;7(1):16214.
Wollen Sie mehr wissen?
Hier finden Sie Literaturhinweise zu Übersichtsartikeln (sog. Reviews), die den Wissensstand zum Thema ‚Exosomen als Maßnahme zur Unterstützung der Therapie bei Arthrose‘ zusammenfassen und Ihnen damit Exosomen und ihre therapeutische Bedeutung noch besser näherbringen können:
Emerging Potential of Exosomes in Regenerative Medicine for Temporomandibular Joint Osteoarthritis.
Lee YH, Park HK, Auh QS, Nah H, Lee JS, Moon HJ, Heo DN, Kim IS, Kwon IK.
Int J Mol Sci. 2020 Feb 24;21(4):1541.
Mesenchymal Stem Cell Exosomes for Cartilage Regeneration: A Systematic Review of Preclinical In Vivo Studies.
Tan SSH, Tjio CKE, Wong JRY, Wong KL, Chew JRJ, Hui JHP, Toh WS.
Tissue Eng Part B Rev. 2020 Apr 15
The Application of MSCs-Derived Extracellular Vesicles in Bone Disorders: Novel Cell-Free Therapeutic Strategy.
Liu S, Xu X, Liang S, Chen Z, Zhang Y, Qian A, Hu L.
Front Cell Dev Biol. 2020 Jul 22;8:619.
Immunomodulation of MSCs and MSC-Derived Extracellular Vesicles in Osteoarthritis.
Zhao X, Zhao Y, Sun X, Xing Y, Wang X, Yang Q.
Front Bioeng Biotechnol. 2020 Oct 29;8:575057.
Exosome-mediated drug delivery for cell-free therapy of osteoarthritis.
Duan L, Xu X, Xu L, Chen H, Li X, Alahdal M, Xiao Y, Liang Y, Xia J.
Curr Med Chem. 2020 Nov 18.
Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes for Effective Cartilage Tissue Repair and Treatment of Osteoarthritis.
Kim YG, Choi J, Kim K.
Biotechnol J. 2020 Dec;15(12):e2000082.
Stem-Cell Derived Exosomes for the Treatment of Osteoarthritis
Ke Z, Zhu J.
Curr Stem Cell Res Ther. 2020;15(7):597-601.
Compositional Variation and Functional Mechanism of Exosomes in the Articular Microenvironment in Knee Osteoarthritis.
Li Z, Li M, Xu P, Ma J, Zhang R.
Cell Transplant. 2020 Jan-Dec;29:963689720968495.
Mesenchymal stem cell related therapies for cartilage lesions and osteoarthritis.
Zhang R, Ma J, Han J, Zhang W, Ma J.
Am J Transl Res. 2019 Oct 15;11(10):6275-6289.
Mesenchymal stem cell-derived exosomes: a new therapeutic approach to osteoarthritis?
Mianehsaz E, Mirzaei HR, Mahjoubin-Tehran M, Rezaee A, Sahebnasagh R, Pourhanifeh MH, Mirzaei H, Hamblin MR.
Stem Cell Res Ther. 2019 Nov 21;10(1):340.
Exosomes and Stem Cells in Degenerative Disease Diagnosis and Therapy.
Chang YH, Wu KC, Harn HJ, Lin SZ, Ding DC.
Cell Transplant. 2018 Mar;27(3):349-363.
MSC exosome as a cell-free MSC therapy for cartilage regeneration: Implications for osteoarthritis treatment.
Toh WS, Lai RC, Hui JHP, Lim SK.
Semin Cell Dev Biol. 2017 Jul;67:56-64.