Veränderungen der Gelenkflüssigkeit als diagnostische Methode
Einige Materialien sind sehr elastisch und zäh, da sie aus langen und flexiblen Molekülen bestehen und einen relativ hohen Verformungswiderstand gegen Längsspannungen haben. Dies ist etwa bei geschmolzenen Polymeren oder geschmolzenem Käse der Fall, aber auch bei biologischem Material wie Speichel, Schleim und Gelenkflüssigkeit (zur Schmierung der Knorpeloberfläche auf Gelenken von Säugetieren). Bei Arthrose geht die Viskoelastizität der Synovialflüssigkeit zurück. Mit einer mikrofluidischen Plattform (Miniatur-Strömungskanal), die das EU-finanzierte Projekt MICRO-BIORHEOLOGY entwickelte, können nun Eigenschaften der Gelenkflüssigkeit bei Verformung ermittelt werden, was sich möglicherweise auch auf andere Flüssigkeiten anwenden lässt. Schwerpunkt der Analysen war das Polysaccharid Hyaluronsäure, aus dem die Synovialflüssigkeit zum Großteil besteht. Da Hyaluronsäure oft zu therapeutischen Zwecken in arthrosegeschädigte Gelenke injiziert wird, könnten Forschungen in dieser Richtung sowohl die Diagnose durch Flüssigkeitsproben wie auch die Behandlung verbessern. Das Rheometer OSCER (optimised-shape cross-slot extensional rheometer) verwendet sich kreuzende Kanäle (Querschlitze) zur Dehnung mikroskopischer Flüssigkeitsproben. Zunächst wurde die genaue Reproduktion von CFD-Modellen (Computational Fluid Dynamics) mit einfachen Strömungsmodellen (Wasser) und viskoelastischen "Modellpolymeren" bestätigt. Mit polarisierter Lichtmikroskopie konnte bei Polymerlösungen gezeigt werden, dass sich die Intensität des durchgelassenen Lichts proportional zur Verformung der Flüssigkeit verhält. Auf diese Weise lässt sich die Dehnungsverformung (Dehnviskosität) messen. Die Prüfer ermittelten dann die Dehnviskosität der Gelenkflüssigkeitsmodelle aus Hyaluronsäurelösungen. Bei jedem mit OSCER getesteten Fluid betrug die Dehnviskosität das 50-fache der Scherviskosität, die mit einem herkömmlichen Rheometer gemessen wird. Dies zeigt, dass Gelenkflüssigkeit bei Belastung "verhärtet". Praktisch bedeutet dies, dass sie eindickt, wenn sie zwischen zwei Gelenkflächen zusammengedrückt wird, was Schäden vor allem bei plötzlichen hohen Druckbelastungen eindämmt. Weitere Studien zeigten, dass Unterschiede beim Brechungsindex Aufschluss über die Eigenschaften von Hyaluronsäuremolekülen geben. Dies wäre eine Möglichkeit, Hyaluronsäure in vivo in der Synovialflüssigkeit zu untersuchen, um Abbauprozesse zu erkennen. Damit stünde ein diagnostisches Instrumentarium zur Verfügung, um den Erkrankungsverlauf anhand geringster Mengen (Biopsien) von Synovialflüssigkeit zu kontrollieren.
Schlüsselbegriffe
Mikrofluidisch, Viskosität, Osteoarthritis, Gelenkflüssigkeit, Hyaluronsäure, Querschlitze
