„Übersetzung artikulärer Biomarker in Diagnosen“ (ARTBioSes)

Eine frühzeitige Diagnose ist ein Schlüsselfaktor bei der Prävention und Behandlung rheumatischer Erkrankungen. Rheumatische Erkrankungen werden klassischerweise anhand von Kriterien diagnostiziert, die klinische, biologische und radiologische Merkmale kombinieren. In bis zu 20 % der Fälle werden die Diagnosen jedoch nicht gestellt und die zugrunde liegenden rheumatischen Erkrankungen nicht klassifiziert, was zu verzögerter spezifischer Behandlung und ungünstigen klinischen Ergebnissen führen kann. Darüber hinaus könnte es konventionellen Methoden an Sensitivität und Spezifität für eine frühzeitige Diagnose mangeln. Biologische Proben sind attraktive Ziele für die Früherkennung von Gelenkschäden, da sie die Sammlung von Informationen auf mehreren Ebenen aus der Klinik und dem Labor ermöglichen. Biologische Proben, die am häufigsten von Patienten mit rheumatischen Erkrankungen entnommen werden, sind Synovialflüssigkeit durch Gelenkpunktion, Blut durch Venenpunktion und Gewebeproben durch chirurgische Eingriffe. Die Forscher gehen davon aus, dass in schwierigen Situationen neuartige Biomarker aus Synovialflüssigkeit, Blut oder Gelenkgewebe mithilfe sowohl herkömmlicher (z. B. Histologie, Immundetektion, PCR) und innovativ (z.B. Raman-Spektroskopie, Nanospektroskopie) Laboruntersuchungen können helfen, die Diagnose zu verfeinern und Patienten mit rheumatischen Erkrankungen besser zu klassifizieren.

Synovialflüssigkeit besteht hauptsächlich aus Wasser, Proteinen, Proteoglykanen, Glykosaminoglykanen, Lipiden, kleinen anorganischen Salzen und Metaboliten wie Aminosäuren oder Zuckern. Einzelne Bestandteile der Gelenkflüssigkeit können häufig mehrere Funktionen erfüllen. Beispielsweise erhält Hyaluronsäure die komplexen viskoelastischen Eigenschaften der Synovialflüssigkeit aufrecht und reguliert die biologische Aktivität fortgeschrittener Glykationsendprodukte, Zytokine und Enzyme, die mit Osteoarthritis in Zusammenhang stehen. Die normale Gelenkfunktion hängt vom Zustand der Zusammensetzung der Gelenkflüssigkeit ab, insbesondere angesichts der großen Wechselwirkung zwischen den einzelnen Komponenten. Obwohl konventionelle Labortests seit 50 Jahren von Rheumatologen eingesetzt werden, liefern sie nur begrenzte quantitative Daten und können die biochemischen und chemischen Veränderungen, wie etwa Veränderungen der Proteinzusammensetzung und des proteomischen Profils, die Synovialflüssigkeiten in arthritischen Gelenken erfahren, nicht spezifisch beschreiben. Messungen, die das gesamte chemische, biologische oder viskoelastische Profil der Synovialflüssigkeit widerspiegeln, könnten interessante zusätzliche Werkzeuge sein. Ein Beispiel für eine innovative Messtechnik ist die Raman-Spektroskopie, mit der sich Veränderungen in der Gelenkflüssigkeit von Patienten mit rheumatischen Erkrankungen erkennen lassen. Die Intensitätsverhältnisse der Raman-Banden variieren erheblich in Spektren, die aus Synovialflüssigkeit bei Patienten mit radiologischen Anzeichen einer Arthroseschädigung gesammelt wurden. Veränderungen an der Sekundärstruktur des Proteins könnten als allgemeiner Marker für chemische Veränderungen in der Synovialflüssigkeit verwendet werden und dass diese Veränderungen mit der radiologischen Beurteilung von Knieschäden in Zusammenhang stehen können. Andere Veröffentlichungen konzentrierten sich auf die Raman-Analyse von Kristallen, die aus Synovialflüssigkeiten extrahiert wurden. Unsere Gruppe hat die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) unter Verwendung von Nanopartikeln entwickelt, die bei der Charakterisierung von Bioflüssigkeiten, insbesondere der gesamten Synovialflüssigkeit, und der Entschlüsselung spezifischer Spektralsignaturen rheumatischer Erkrankungen möglicherweise empfindlicher als herkömmliche Raman-Spektroskopie ist.

Blutbiomarker werden seit langem zur Diagnose und Verlaufskontrolle rheumatischer Erkrankungen eingesetzt. Sie sind hauptsächlich Marker für Autoimmunität, Entzündung, Knorpelabbau oder Knochenumbau.

Zu den Gelenkgeweben gehören Gelenkknorpel, Knochen, Meniskus, Synovialmembran, Fett, Sehnen, Bänder und Muskeln. Sie werden während einer Operation gewonnen. Ihre Analyse ist wertvoll, um den lokalen Status von Autoimmunität, Entzündung, Knorpelabbau oder Knochenumbau zu charakterisieren und die lokale Aktivierung interessierender zellulärer und molekularer Signalwege mithilfe herkömmlicher Techniken der Zell- und Molekularbiologie zu untersuchen.