Analyse der menschlichen Kniegelenksflüssigkeit mit metabolomischen, genomischen und tribologischen Techniken

Geschwollene Gelenke stellen eine diagnostische Herausforderung dar. Mögliche Diagnosen sind: Arthrose, Gicht, rheumatologische Erkrankungen oder Infektionen. Diagnostische Methoden beschränken sich auf Mikroskopie, Mikrobiologie und Spurenanalytik. Diese Methoden können langsam, zeitaufwändig, teuer und oft nicht schlüssig sein.

Osteoarthritis variiert in der Schwere der Entzündungsreaktion und der nachfolgenden Symptome. Bis heute wurde keine molekulare Verbindung hergestellt, um diese Mehrdeutigkeit zu erklären. Frühere Studien haben Metaboliten der Entzündungsreaktion identifiziert, aber keine Korrelation mit Symptomen oder der Reaktion auf gezielte Injektionen untersucht.

Mikrobielle Infektionen der Gelenke sind destruktiv. Es dauert in der Regel 2-3 Tage, um einen ursächlichen Organismus zu identifizieren und die Diagnose zu bestätigen. Jüngste Studien deuten auf eine geringe bakterielle Besiedelung der Gelenke hin. Ziel der Forscher ist es, die Gelenkflüssigkeit mithilfe von Anreicherung und 16S-Polymerase-Kettenreaktion (PCR) auf bakterielle Besiedlung zu analysieren und die Ergebnisse dann mit dem Stoffwechselprofil zu korrelieren. Darüber hinaus wollen die Forscher nach Metaboliten suchen, die auf das Vorhandensein eines Biofilms hinweisen, der, falls vorhanden, die Behandlungsoptionen stark einschränkt.

Metabonomics ist die quantitative Messung der dynamischen multiparametrischen Reaktion eines lebenden Systems auf pathophysiologische Stimuli oder genetische Veränderungen. Dies liefert trotz einer komplexen biologischen Probe ein globales Stoffwechselprofil und hat sich in vielen Bereichen als nützlich erwiesen.

Unsere Hypothesen lauten:

1. Jede Pathologie hat ein einzigartiges metabolisches Profil
2. Entzündliche Osteoarthritis enthält ein anderes Stoffwechselprofil und möglicherweise Biomarker für die Behandlung und/oder das Ansprechen
3. Insbesondere das Vorhandensein und der Nachweis von Organismen-Subtypen und Biofilm-Biomarkern
4. Diese Profile können durch Analyse von Blut, Urin und Gelenkflüssigkeit charakterisiert werden
5. Diese Daten können verwendet werden, um diagnostische Tests zu erstellen, die bei der Behandlung eines geschwollenen Gelenks helfen.
6. Es wird eine Korrelation zwischen Stoffwechselprofil und Schmiereigenschaften der Gelenkflüssigkeit geben, die in zukünftigen technischen Strategien zur Behandlung von Osteoarthritis genutzt werden kann.

1. Analysieren von Gelenkflüssigkeit aus osteoarthritischen Gelenken, um potenzielle Biomarker der Krankheit zu identifizieren und die Knorpelzerstörungswege weiter zu verstehen Schmier- und Verschleißeigenschaften der Gelenkflüssigkeit und verstehen, wie das Stoffwechselprofil die Schmierung und damit den Gelenkverschleiß beeinflusst.

4. Untersuchung von Gelenkflüssigkeit unter Verwendung von Metabonomik zur Identifizierung von Biomarkern der bakteriellen Besiedlung in Verbindung mit mikrobieller 16S-Polymerase-Kettenreaktion und genomischer Sequenzierung.

Projekt Zeitleiste:

Die Phasen des Projekts sollen wie folgt sein:

Vollständige Recherche, Standort- und ethische Genehmigung: Eine vorläufige Ethik wurde bereits erteilt. Es werden keine Hindernisse für Forschung und Standortgenehmigung erwartet, und dies sollte kurz danach erreicht werden. (Erfolg = ethische Zustimmung) Voraussichtlich Juni 2015

Probenentnahme: Die Forscher zielen darauf ab, 150 Patienten für die Studie zu rekrutieren, was einer konservativen Schätzung von 10 pro Woche entspricht. Alle orthopädischen Patienten werden angesprochen. Die Mehrheit wird voraussichtlich aus den Wahltheatern rekrutiert. (Erfolg = 150 rekrutierte Punkte) Juni - September 2015 (ab)

Entwicklung von Metabonomic-Analysemethoden: Etablierung der Nuclear Magnetic Resonance (NMR)-Methodik zur metabolischen Profilerstellung von Synovialflüssigkeit als Probenmatrix. Methodenentwicklung der Flüssigchromatographie-Massenspektroskopie (LCMS) ungezielte und gezielte Methodik für Synovialflüssigkeit (Erfolg = Erreichen einer robusten, empfindlichen Methodik) Oktober 2015

Joint Fluid Tribology: Analyse der Schmiereigenschaften der Gelenkflüssigkeit (Erfolg = 150 untersuchte Proben) Oktober - Dezember 2015

Metabonomische Analyse: Um die maximalen Ergebnisse zu erzielen, zielen die Forscher darauf ab, mithilfe von NMR-Screening mit ungezielter und gezielter LCMS-Analyse zu analysieren. Bei ca. 150 Patienten und damit 450 Körperflüssigkeitsproben rechnen die Prüfärzte mit einer Analysezeit von 6 Monaten (Erfolg = Metabolic Profiling und gezielte Analyse) November - April 2016

Mikrobielle genetische Analyse: PCR und Sequenzierung des mikrobiellen Erbguts der Gelenkflüssigkeit (Erfolg = Abschluss in 150 Proben) April - Juni 2016

Ergebniszusammenführung, Analyse und Berichterstattung: Aufbereitung der Ergebnisse zur Einreichung bei einer Zeitschrift mit Impact Factor >10. (Erfolg = redaktionelle Annahme des Manuskripts) Juli - Oktober 2016