TY  - JOUR
A1  - Patzer, Theresa Sophie
A1  - Kunz, Andreas Steven
A1  - Huflage, Henner
A1  - Luetkens, Karsten Sebastian
A1  - Conrads, Nora
A1  - Gruschwitz, Philipp
A1  - Pannenbecker, Pauline
A1  - Ergün, Süleyman
A1  - Bley, Thorsten Alexander
A1  - Grunz, Jan-Peter
T1  - Quantitative and qualitative image quality assessment in shoulder examinations with a first-generation photon-counting detector CT
JF  - Scientific Reports
N2  - Photon-counting detector (PCD) CT allows for ultra-high-resolution (UHR) examinations of the shoulder without requiring an additional post-patient comb filter to narrow the detector aperture. This study was designed to compare the PCD performance with a high-end energy-integrating detector (EID) CT. Sixteen cadaveric shoulders were examined with both scanners using dose-matched 120 kVp acquisition protocols (low-dose/full-dose: CTDI\(_{vol}\) = 5.0/10.0 mGy). Specimens were scanned in UHR mode with the PCD-CT, whereas EID-CT examinations were conducted in accordance with the clinical standard as “non-UHR”. Reconstruction of EID data employed the sharpest kernel available for standard-resolution scans (ρ\(_{50}\) = 12.3 lp/cm), while PCD data were reconstructed with both a comparable kernel (11.8 lp/cm) and a sharper dedicated bone kernel (16.5 lp/cm). Six radiologists with 2–9 years of experience in musculoskeletal imaging rated image quality subjectively. Interrater agreement was analyzed by calculation of the intraclass correlation coefficient in a two-way random effects model. Quantitative analyses comprised noise recording and calculating signal-to-noise ratios based on attenuation measurements in bone and soft tissue. Subjective image quality was higher in UHR-PCD-CT than in EID-CT and non-UHR-PCD-CT datasets (all p < 0.001). While low-dose UHR-PCD-CT was considered superior to full-dose non-UHR studies on either scanner (all p < 0.001), ratings of low-dose non-UHR-PCD-CT and full-dose EID-CT examinations did not differ (p > 0.99). Interrater reliability was moderate, indicated by a single measures intraclass correlation coefficient of 0.66 (95% confidence interval: 0.58–0.73; p < 0.001). Image noise was lowest and signal-to-noise ratios were highest in non-UHR-PCD-CT reconstructions at either dose level (p < 0.001). This investigation demonstrates that superior depiction of trabecular microstructure and considerable denoising can be realized without additional radiation dose by employing a PCD for shoulder CT imaging. Allowing for UHR scans without dose penalty, PCD-CT appears as a promising alternative to EID-CT for shoulder trauma assessment in clinical routine.
KW  - bone
KW  - musculoskeletal system
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-357925
VL  - 13
ER  - 
TY  - THES
A1  - Graulich, Michael
T1  - Spinale Effekte von TNF-α am Modell des tumorinduzierten Knochenschmerzes der Maus
T1  - Spinal effects of TNF-α in a mouse model of bone cancer pain
N2  - Am Modell des tumorinduzierten Schmerzes der Maus wurden sowohl das Schmerzverhalten der Tiere als auch spezifische morphologische Veränderungen im Hinterhorn des Rückenmarks (Aktivierung von Astrozyten) und im tumorbefallenen Knochen analysiert. Durch Analyse von Mäusen mit Defizienz für TNF-Rezeptor 1, TNF-Rezeptor 2 oder für beide Rezeptoren konnte die Rolle von TNF-α seiner Rezeptoren bei der Entstehung von tumorinduziertem Schmerz untersucht werden. Im Unterschied zu neuropathischen Schmerzmodellen konnte gezeigt werden, dass beide TNF-Rezeptoren ausgeschaltet werden müssen, um eine signifikante Schmerzreduktion zu erzielen. Die systemische Behandlung mit dem TNF-neutralisierenden Fusionsprotein Etanercept konnte die im genetischen Modell gezeigte Reduktion der mechanischen Allodynie teilweise, aber nicht vollständig reproduzieren. Eine Hemmung der Mikrogliaaktivierung mittels Minocyclin erbrachte im Tumor-schmerzmodell keinen Effekt auf das Schmerzverhalten der Tiere. Die histologische Analyse der tumoraffizierten Knochen zeigte eine signifikante Zunahme der Osteoklastenaktivität in tumortragenden Tieren. Die Behandlung mit Minocyclin war ohne erkennbaren Effekt auf die Differenzierung und die Aktivität der Osteoklasten. Es ergaben sich jedoch Hinweise, dass TNF-α einen hemmenden Einfluss auf die Osteoklastenaktivität im Knochentumormodell hat, da sowohl in den TNFR-KO-Tieren als auch unter Gabe von Etanercept eine Steigerung der Osteoklastenaktivität nachgewiesen werden konnte. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass TNF-α eine wichtige Rolle, sowohl in der Entstehung, als auch in der Aufrechterhaltung von tumorinduziertem Schmerz spielt. Hier liegt der Ansatzpunkt für weitere Studien mit dem Ziel, eine spezifische Pharmakotherapie zu entwickeln mit wirksamer TNF-α Blockade auch bei Patienten mit Tumorschmerzen. Nach den Erkenntnissen dieser Arbeit mit Etanercept sollte ein spezielles Augenmerk auf die ZNS-Gängigkeit dieser Substanzen gelegt werden und die Gefahr der Möglichkeit eines vermehrten Tumorwachstum bedacht werden.
N2  - Bone-cancer-related pain is one of the most disabling factors in patients suffering from primary bone cancer or bone metastases. Recent studies point toward an important role of proinflammatory cytokines, example tumor necrosis factor-alpha (TNF), for tumor growth and bone-cancer-associated pain. Mechanisms by which TNF, through its receptor subtypes, TNF receptor 1 (TNFR1) and -2 (TNFR2), elicits altered sensation and pain behavior, are still incompletely understood. To look for a potential role of TNF in bone cancer pain, cancer-related pain was analyzed in fibrosarcoma-bearing C57Bl/6J wild type mice after systemic antagonism of TNF. To further clarify the role of TNF receptor (TNFR) in bone-cancer pain, naive and fibrosarcoma-bearing C57Bl/ 6J wild type and transgenic mice with a deficiency of TNFR1 (TNFR1ko), TNFR2 (TNFR2ko), and TNFR1+2 (TNFR1+2ko) were compared regarding cancer-related pain and hyperalgesia, tumor growth, osteoclast activation, and spinal astrogliosis. Systemic antagonism of TNF significantly alleviated tactile hypersensitivity and spontaneous bone-cancer-related pain behavior. Most interestingly, combined deletion of the TNFR1 and TNFR2, but not of either gene alone, almost completely inhibited the development of tactile hypersensitivity, whereas spontaneous pain behavior was transiently increased. Accordingly, spinal astrogliosis was markedly reduced, whereas tumor growth was significantly increased in TNFR1+2ko mice. In contrast, deletion of the TNFR1 or TNFR2 gene alone did not change tumor growth or spinal astrogliosis. Our findings suggest that the combined absence of TNFR1 and TNFR2 is necessary for the attenuation of cancer-related tactile hypersensitivity and concomitant spinal astrogliosis, whereas tumor growth seems to be inhibited by combined TNFR activation. These findings support the hypothesis of cytokine-dependent pain development in cancer pain. Differential targeting of TNFR activation could be an interesting strategy in bone-cancer-related pain conditions.
KW  - Neuralgie
KW  - Schmerz
KW  - Schmerzforschung
KW  - Tumor-Nekrose-Faktor <alpha>
KW  - Tumor-Nekrose-Faktor <alpha>-Inhibitor
KW  - Experimentaltumor
KW  - Knochentumor
KW  - pain
KW  - tumor
KW  - bone
KW  - neuropathy
KW  - tnf
KW  - glia
KW  - minocycline
KW  - etanercept
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-54439
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Paudel, Rupesh
A1  - Fusi, Lorenza
A1  - Schmidt, Marc
T1  - The MEK5/ERK5 pathway in health and disease
JF  - International Journal of Molecular Sciences
N2  - The MEK5/ERK5 mitogen-activated protein kinases (MAPK) cascade is a unique signaling module activated by both mitogens and stress stimuli, including cytokines, fluid shear stress, high osmolarity, and oxidative stress. Physiologically, it is mainly known as a mechanoreceptive pathway in the endothelium, where it transduces the various vasoprotective effects of laminar blood flow. However, it also maintains integrity in other tissues exposed to mechanical stress, including bone, cartilage, and muscle, where it exerts a key function as a survival and differentiation pathway. Beyond its diverse physiological roles, the MEK5/ERK5 pathway has also been implicated in various diseases, including cancer, where it has recently emerged as a major escape route, sustaining tumor cell survival and proliferation under drug stress. In addition, MEK5/ERK5 dysfunction may foster cardiovascular diseases such as atherosclerosis. Here, we highlight the importance of the MEK5/ERK5 pathway in health and disease, focusing on its role as a protective cascade in mechanical stress-exposed healthy tissues and its function as a therapy resistance pathway in cancers. We discuss the perspective of targeting this cascade for cancer treatment and weigh its chances and potential risks when considering its emerging role as a protective stress response pathway.
KW  - atherosclerosis
KW  - bone
KW  - cartilage
KW  - endothelium
KW  - extracellular-regulated kinase 5
KW  - Krüppel-like factor
KW  - mechanotransduction
KW  - mitogen-activated protein kinase
KW  - stress signaling
KW  - tumor
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-261638
SN  - 1422-0067
VL  - 22
IS  - 14
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kollmannsberger, Philip
A1  - Kerschnitzki, Michael
A1  - Repp, Felix
A1  - Wagermaier, Wolfgang
A1  - Weinkamer, Richard
A1  - Fratzl, Peter
T1  - The small world of osteocytes: connectomics of the lacuno-canalicular network in bone
JF  - New Journal of Physics
N2  - Osteocytes and their cell processes reside in a large, interconnected network of voids pervading the mineralized bone matrix of most vertebrates. This osteocyte lacuno-canalicular network (OLCN) is believed to play important roles in mechanosensing, mineral homeostasis, and for the mechanical properties of bone. While the extracellular matrix structure of bone is extensively studied on ultrastructural and macroscopic scales, there is a lack of quantitative knowledge on how the cellular network is organized. Using a recently introduced imaging and quantification approach, we analyze the OLCN in different bone types from mouse and sheep that exhibit different degrees of structural organization not only of the cell network but also of the fibrous matrix deposited by the cells. We define a number of robust, quantitative measures that are derived from the theory of complex networks. These measures enable us to gain insights into how efficient the network is organized with regard to intercellular transport and communication. Our analysis shows that the cell network in regularly organized, slow-growing bone tissue from sheep is less connected, but more efficiently organized compared to irregular and fast-growing bone tissue from mice. On the level of statistical topological properties (edges per node, edge length and degree distribution), both network types are indistinguishable, highlighting that despite pronounced differences at the tissue level, the topological architecture of the osteocyte canalicular network at the subcellular level may be independent of species and bone type. Our results suggest a universal mechanism underlying the self-organization of individual cells into a large, interconnected network during bone formation and mineralization.
KW  - bone
KW  - osteocytes
KW  - networks
KW  - biomaterials
KW  - mechanobiology
KW  - image analysis
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170662
VL  - 19
IS  - 073019
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kochel, Michael
T1  - Tissue engineering von Knochen - Entwicklung eines Zweikreis-Perfusionssystems für die Langzeitkultivierung von Knochenzellen in einer dreidimensionalen Matrix
T1  - A two loop perfusion system for long-term cultivation of osteoblastlike cells in a 3D matrix
N2  - Die in vitro-Langzeitkultivierung von Zellen in einer Drei-Dimensionalen Matrix (3D-Matrix) stellt nach wie vor eine Herausforderung im Tissue engineering dar. Die Kultivierung von Zellen auf/in komplexen 3D-Trägern erfordert hohe Zellzahlen und lange Kulturzeiten. Um die Probleme des schnellen Mediumverbrauches und der limitierten Zellzahl bzw. Zelldichte in konventionellen Kulturmethoden zu umgehen, wurde ein „Zweikreis-Perfusionssystem“ entwickelt. Hierzu wurde ein Cell-Pharm System (Cell-Pharm System 100®-Basisgerät) modifi-ziert. Das Grundprinzip des Systems besteht darin, dass ein kleinvolumiger (50-70 ml) „Zellkultur-Kreislauf“ über einen Bioreaktor (semipermeable Hohlfasermembran) durch einen großvolumigen (1000 ml) „Regenerations-Kreislauf“ kontinuierlich im Gegenstromprinzip regeneriert wird. Die Regulation des ph-Wertes und der Sauerstoffsättigung des Kulturmediums geschieht über einen integrierten, Druckluft-CO2-begasten Oxygenator. Während die Zirkulationsgeschwindigkeit (Durchflussrate) und Temperatur (37°C) im Regenerations-Kreislauf konstant gehalten werden, lassen sich diese Parameter im „Zellkultur-Kreislauf“ beliebig variieren. Es hat sich gezeigt, dass sich auf diese Weise kontinuierlich über einen langen Zeitraum ohne Mediumwechsel konstante und optimale Milieuverhältnisse in beiden Mediumkompartments einstellen lassen. Zur Untersuchung der Wachstumseigenschaften von Zellen in diesem Perfusions-system wurden humane osteoblastenähnliche Zellen oder Ratten-Knochenmarkszellen auf eine Matrix aus demineralisierter, GuHCl-extrahierter Rinderspongiosa unterschiedlicher Größe (Zylinder zwischen 5x3 mm und 5x10 mm) aufgetragen. Unter intermittierender Perfusion der Kulturkammern (z.B. Minucells cell container®) mit 50-70 ml/d kam es zu einem gleichmäßigen, intertrabekulären Wachstum der Zellen innerhalb des gesamten Trägers. Nach 6-8 Wochen konnte immer noch ein dichtes Netz interdigitierender ALP-positiver osteoblastenähnlicher Zellen innerhalb der gesamten Matrix beobachtet werden. Dabei scheint die physikalisch-mechanische Komponente der „Umspülung“ der Zellen mit dem kontinuierlich regenerierten Nährmedium einen positiven Einfluss auf das Anwachsverhalten und Proliferation der Zellen zu haben. Somit erlaubt das modifizierten „Zweikreisperfusionssystem“ eine gute Möglichkeit für die Langzeitperfusionskultur in einem geschlossenen System mit indi-viduell steuerbaren Strömungsverhältnissen im Zellkompartment bei einer kontinuierlichen Regeneration des Mediums.
N2  - Cultivation and expansion of cells on 3D structures in conventional culture systems have some major drawbacks. High cell numbers, long diffusion distances of the fresh medium and frequent medium changes limit the homogenous ingrowth of cells into 3D structures. A new perfusion system was designed consisting of two counter current medium flows. A small volume cell culture loop (CCL, 50ml) is continuously regenerated over a hollow fiber bioreactor with a MWCO of 10k daltons by a large volume regeneration loop (RL, 1000ml) in which circulation and temperature are kept constant. Oxygenation and pH stabilization are maintained by an air/CO2 aerated oxyganator in the RL. Circulatory parameters like flowrate, perfusion interval and duration can be freely adjusted in the CCL. In preliminary experiments stable culture conditions were maintained in the CCL for over 6 weeks in which exogenous pH changes were equalized by the system without addition or changes of fresh medium. Osteoblast like cells (derived from human or rat bone marrow) were seeded on porous 3D collagenous carriers and cultivated in the system. During a cultivation period of 8 weeks under intermittent perfusion a homogenous growth of ALP positive cells was achieved throughout the carrier. The low pulsatile perfusion seems to promote the attachment and the proliferation of the osteoblast like cells. The two loop perfusion system allows a long term cultivation of osteoblastic cells in 3D-scaffolds on the benchtop with adjustable perfusion parameters.
KW  - Perfusion
KW  - Zellkultur
KW  - Knochen
KW  - Osteoblasten
KW  - 3D
KW  - perfusion
KW  - cell culture
KW  - bone
KW  - 3d
KW  - osteoblast
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8559
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reppenhagen, Stephan
T1  - Verwendung eines biphasischen keramischen Knochenersatzmaterials in Kombination mit Fibrinkleber für die Therapie gutartiger Knochentumoren und tumorähnlicher Läsionen
T1  - Biphasic ceramic bone substitute in combination with fibrin for the therapy of benign bone tumors and tumor-like lesions
N2  - Knochendefekte, die in der Behandlung von gutartigen Knochentumoren und tumorähnlichen Läsionen entstehen, stellen ein klinisches Problem mit limitierten Therapieoptionen dar. In der Regel werden diese Defekte mit autologem Knochen aufgefüllt. Die Gewinnung von autologem Knochen, z. B. vom Beckenkamm ist jedoch quantitativ limitiert und häufig mit Komplikationen verbunden. Aus diesem Grund wird versucht, synthetische Knochenersatzmaterialien mit ähnlichen Eigenschaften, wie denen des autologen Knochens, zu entwickeln. In der vorliegenden prospektiven Studie wurde die Anwendung einer biphasischen Keramik aus 60% Hydroxylapatit und 40% beta-Tricalciumphosphat in Verbindung mit verdünntem Fibrinkleber für die Therapie von gutartigen Knochentumoren und tumorähnlichen Läsionen bei 51 Patienten untersucht. Hierfür wurden die Röntgenbilder analysiert und das Resorptionsverhalten beurteilt. Eine komplette Resorption wurde anhand der radiologischen Verläufe in keinem Fall beobachtet. Die günstigsten Voraussetzungen für eine Resorption wurde bei kleinen Defekten (< 10,5 cm³) beobachtet (p < 0,05). Die übrigen Einflussgrößen zeigten nach einer Nachuntersuchungszeit von bis zu 56 Monaten keine statistisch signifikanten Unterschiede. In der histologischen Untersuchung eines Präparates bei einer Revision wurde Knochenneubildung auf dem Knochenersatzmaterial nachgewiesen. In diesem Fall war das Knochenersatzmaterial noch nachweisbar. Die Verwendung des Materials ist klinisch einfach und sicher. Die aufgetrete-nen Komplikationen entsprechen in ihrer Häufigkeit den zu erwartenden postoperativen Komplikationen und sind mit den Angaben der Literatur vergleichbar. Es wurden keine postoperativen Frakturen oder Beeinträchtigung des Längenwachstums von Röhrenknochen beobachtet. In einem Fall musste aufgrund eines intraossären Ganglions eine operative Revision erfolgen. In der histologischen Aufarbeitung dieser Biopsie konnte Knochenneubildung und Osseointegration sowie eine partielle Resorption des Knochenersatzmaterials nachgewiesen werden. Die Verwendung des Knochenersatzmaterials wird von den Patienten überwiegend als positiv beurteilt. Zusammenfassend ist das verwendete Knochenersatzmaterial eine einfach und sicher anzuwendende Alternative zu autologem Knochen in der Therapie von gutartigen Knochentumoren und tumorähnlichen Läsionen.
N2  - Bone defects resulting from tumor resection represent a challenge facing limited therapeutic options. Most commonly, defects are reconstructed with autologous bone graft which is associated with limited availability and donor site morbidity. Therefore, recent research has focused on synthetic biomaterials as bone graft substitutes. In the present study, a biphasic ceramic consisting of 60% hydroxyapatite and 40% beta-tricalciumphosphate combined with a fibrin sealant was used to reconstruct defects in 51 patients after resection of benign bone tumors or tumor-like lesions. Radiologic analysis showed complete bony defect consolidation in 50 out of 51 patients after up to 56 months. No postoperative fractures were observed. Revision surgery had to be performed in one case. Histological analysis showed new bone formation and good biocompatibility and osseointegration of the implanted material. Subjective patient satisfaction after application of bone substitute was predominantly positive. In summary, the biphasic ceramic in combination with fibrin sealant was proven an effective, safe and easy to handle alternative to autologous bone graft eliminating the risk of donor site morbidity for the patient.
KW  - Knochenersatz
KW  - Knochen
KW  - Knochentumor
KW  - Fibrin
KW  - Keramik
KW  - Hydroxylapatit
KW  - ß-Tricalciumphosphat
KW  - Tumorähnliche Läsion
KW  - bone
KW  - bone substitute
KW  - hydroxyapatite
KW  - beta-tricalciumphosphate
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-84068
ER  -