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Self-assembling three-dimensional organoids that do not rely on an exogenous scaffold but maintain their native cell-to-cell and cell-to-matrix interactions represent a promising model in the field of tendon tissue engineering. We have identified dermal fibroblasts (DFs) as a potential cell type for generating functional tendon-like tissue. The glucocorticoid dexamethasone (DEX) has been shown to regulate cell proliferation and facilitate differentiation towards other mesenchymal lineages. Therefore, we hypothesized that the administration of DEX could reduce excessive DF proliferation and thus, facilitate the tenogenic differentiation of DFs using a previously established 3D organoid model combined with dose-dependent application of DEX. Interestingly, the results demonstrated that DEX, in all tested concentrations, was not sufficient to notably induce the tenogenic differentiation of human DFs and DEX-treated organoids did not have clear advantages over untreated control organoids. Moreover, high concentrations of DEX exerted a negative impact on the organoid phenotype. Nevertheless, the expression profile of tendon-related genes of untreated and 10 nM DEX-treated DF organoids was largely comparable to organoids formed by tendon-derived cells, which is encouraging for further investigations on utilizing DFs for tendon tissue engineering.
Beinachsenfehlstellungen im Kindesalter zählen zu den häufigsten Wachstums- und Entwicklungsstörungen der unteren Extremitäten. Eine daraus resultierende Prädisposition für degenerative Erkrankungen begründet die Bedeutung der operativen Korrektur bei noch geöffneten Wachstumsfugen mittels temporärer Hemiepiphyseodese.
Zur Beurteilung des Therapieerfolges wurden insgesamt 140 Beinachsen mit idiopathischen Achsfehlstellungen retrospektiv betrachtet. In den Jahren 2017 bis 2021 wurden mit der VaWiKo® EPI-PLATTE und der PediatrOS™ FlexTack™ zwei unterschiedliche Implantate zur temporären Hemiepiphyseodese in der kinderorthopädischen Klinik des Marienstift Arnstadt verwendet. Entsprechend der verwendeten Implantate erfolgte die Einteilung in zwei Patientengruppen, die sowohl klinisch als auch radiologisch jeweils prä- und postoperativ gegenübergestellt wurden.
Bei Patienten/-innen mit einer Beinachsenkorrektur durch die VaWiKo® EPI-PLATTE ergab sich durchschnittlich eine signifikant kürzere Explantationsdauer (EP 26,05 min; FT 35,60 min) sowie eine kürzere Durchleuchtungszeit in Winkelminuten (EP 0,03; FT 0,07) im Rahmen der Explantation. Dem gegenüber steht die signifikant kürzere stationäre Aufenthaltsdauer in Tagen bei der Im- und Explantation der PediatrOS™ FlexTack™. (EP 5,43/ 3,73; FT 4,52/ 3,35). In Bezug auf die zur Wachstumskorrektur benötigten Zeit in Tagen resultiert in der Varus-Gruppe ein signifikanter Unterschied zugunsten der PediatrOS™ FlexTack™, (EP 517; FT 299) wohingegen sich in der Valgus-Gruppe kein signifikanter Unterschied zwischen beiden Implantaten zeigte (EP 343; FT 334). Zusammenfassend traten zwei Komplikationen auf, die jeweils Kinder aus der PediatrOS™ FlexTack™-Gruppe betrafen.
Sowohl die PediatrOS™ FlexTack™ als auch die VaWiKo® EPI-PLATTE konnten die gewünschte Beinachsenkorrektur erzielen. Die in der Literatur mit der PediatrOS™ FlexTack™ in Verbindung gebrachten kürzeren Implantations- und Durchleuchtungszeiten sowie die kürzeren Therapiedauern des Genu valgum konnten im Vergleich zur VaWiKo® EPI-PLATTE nicht bestätigt werden.
Im Rahmen dieser retrospektiven Studie zur Madelung-Deformität wurden 23 Hände von 16 Patienten, welche in einem Zeitraum von 17,5 Jahren mit einer Radiuskorrekturosteotomie (RKO) oder eine Physiolyse mit Vickers-Band-Entfernung (PHY) behandelt wurden, nachuntersucht und bezüglich des OP-Outcomes verglichen. Die Gruppe RKO umfasste 14 Hände mit einem Durchschnittsalter von 22 Jahren und einer durchschnittlichen Follow-Up-Zeitraum von 7 Jahren. Die Gruppe PHY bestand aus 9 Händen mit einem Durchschnittsalter von 13 Jahren und einem mittleren Follow-Up-Zeitraum von 5 Jahren.
In unserem Kollektiv konnte die Radiuskorrektur eine Verbesserung bezüglich der Schmerzen, des subjektiven Gesundheitsstatus, der Beweglichkeit und der radiologischen Ausprägung der Deformität herbeiführen. Die vorliegenden Ergebnisse stützen damit die aus der bisherigen Literatur ableitbare Vermutung, dass dieses Verfahren zur Therapie der Madelung-Deformität geeignet ist. Die Physiolyse mit Vickers-Band-Entfernung konnte die Progredienz der Erkrankung in unserer Stichprobe nicht suffizient aufhalten, wie es anhand der bisherigen Literatur allerdings zu erwarten gewesen wäre. Infolgedessen kam es in der Gruppe PHY zu einer Zunahme der Schmerzen und der Ausprägung der Deformität sowie einer Verschlechterung des Gesundheitsstatus. Der Grund hierfür lag wahrscheinlich im, verglichen mit der bisherigen Literatur, relativ hohen Durchschnittsalter der Gruppe. Es lässt sich schlussfolgern, dass die Physiolyse mit Vickers-Band-Entfernung ihre Wirkung vor allem im Kindesalter voll entfaltet.
Im Einklang mit der bisherigen Literatur konnte keine Korrelation zwischen den aktuellen radiologischen und klinischen Befunden beobachtet werden. Jedoch zeigte sich ein augenscheinlicher Zusammenhang zwischen der Veränderung der radiologischen Parameter und der Veränderung des klinischen Befindens, was einen Nutzen der McCarroll-Parameter im Rahmen der OP-Planung nahelegt.
Background: Unrestricted caliper-verified kinematically aligned (KA) TKA restores patient’s prearthritic coronal and sagittal alignments, which have a wide range containing outliers that concern the surgeon practicing mechanical alignment (MA). Therefore, knowing which radiographic parameters are associated with dissatisfaction could help a surgeon decide whether to rely on them as criteria for revising an unhappy patient with a primary KA TKA using MA principles. Hence, we determined whether the femoral mechanical angle (FMA), hip–knee–ankle angle (HKAA), tibial mechanical angle (TMA), tibial slope angle (TSA), and the indicators of patellofemoral tracking, including patella tilt angle (PTA) and the lateral undercoverage of the trochlear resection (LUCTR), are associated with clinical outcome scores. Methods: Forty-three patients with a CT scan and skyline radiograph after a KA TKA with PCL retention and medial stabilized design were analyzed. Linear regression determined the strength of the association between the FMA, HKA angle, PTS, PTA, and LUCTR and the forgotten joint score (FJS), Oxford knee score (OKS), and KOOS Jr score obtained at a mean of 23 months. Results: There was no correlation between the FMA (range 2° varus to −10° valgus), HKAA (range 10° varus to −9° valgus), TMA (range 10° varus to −0° valgus), TSA (range 14° posterior to −4° anterior), PTA (range, −10° medial to 14° lateral), and the LUCTR resection (range 2 to 9 mm) and the FJS (median 83), the OKS (median 44), and the KOOS Jr (median 85) (r = 0.000 to 0.079). Conclusions: Surgeons should be cautious about using postoperative FMA, HKAA, TMA, TSA, PTA, and LUCTR values within the present study’s reported ranges to explain success and dissatisfaction after KA TKA.
As the conformity of a medial ball-in-socket total knee arthroplasty (TKA) provides intrinsic anterior-posterior (A-P) stability, surgeons cannot rely on the manual examination of sagittal laxity to identify the optimal insert thickness. Instead, the present study determined whether measuring tibial axial orientation in extension and 90° flexion with an insert goniometer could identify the optimal thickness that, when implanted, provides high postoperative function. In twenty-two patients that underwent unrestricted caliper-verified kinematic alignment (KA) with a PCL retaining implant, two surgeons measured tibial orientation in extension and 90° flexion with 10, 11, 12, and 13 mm thick insert goniometers. Each TKA had one insert thickness that restored either the maximum external tibial orientation in extension, the maximum internal tibial orientation at 90° flexion, or both relative to 1 mm thinner and thicker inserts. In addition, the 6-month median [interquartile range] Forgotten Joint Score of 73 (54–87) and Oxford Knee Score of 42 (38–45) indicated high satisfaction and function. In conclusion, surgeons using a medial ball-in-socket TKA design can measure external tibial orientation in extension and internal tibial orientation at 90° flexion with an insert goniometer. Furthermore, implanting an insert with the thickness that provided the maximum orientation values resulted in high postoperative function, thereby personalizing PCL tension.
Background: In total knee arthroplasty (TKA), inserts can have different levels of medial and lateral congruency determined by the acuteness of the upslopes of the anterior and posterior articular surfaces. The present study evaluated an insert with different levels of lateral congruency and a medial ball-in-socket congruency to test the hypothesis that a lateral flat (F) insert maximizes external tibial orientation at extension and internal orientation at 90° flexion and lowers the incidence of anterior lift-off relative to low-congruent (LC) and ultracongruent (UC) lateral inserts. Methods: Two surgeons treated 23 patients with unrestricted caliper-verified kinematic alignment (KA) and posterior cruciate ligament (PCL) retention. They randomly trialed inserts with a medial radial dial that functioned as a built-in goniometer by measuring the tibial orientation relative to a sagittal line on the femoral trial component. Anterior lift-off of the insert from the baseplate indicated PCL tightness. Results: The F insert’s mean of 9° of external tibial orientation was higher than that of the LC (5°, p < 0.0001) and UC inserts (2°, p < 0.0001). The −13° of internal tibial orientation at 90° flexion was higher than that of the LC (−9°, p < 0.0001) and UC inserts (−7°, p < 0.0001). The 0% incidence of anterior lift-off was less than that of the LC (26%) and UC inserts (57%) (p < 0.0001). Conclusions: Surgeons and implant manufacturers should know that adding congruency to the lateral articular surface limits external tibial orientation in extension and internal tibial orientation at 90° flexion and overtightens the PCL. These rotational limitations and flexion space tightness can adversely affect patellofemoral tracking and knee flexion.
Osteoporosis, or steroid-induced osteonecrosis of the hip, is accompanied by increased bone marrow adipogenesis. Such a disorder of adipogenic/osteogenic differentiation, affecting bone-marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs), contributes to bone loss during aging. Here, we investigated the effects of extracellular vesicles (EVs) isolated from human (h)BMSCs during different stages of osteogenic differentiation on the osteogenic and adipogenic differentiation capacity of naïve (undifferentiated) hBMSCs. We observed that all EV groups increased viability and proliferation capacity and suppressed the apoptosis of naïve hBMSCs. In particular, EVs derived from hBMSCs at late-stage osteogenic differentiation promoted the osteogenic potential of naïve hBMSCs more effectively than EVs derived from naïve hBMSCs (naïve EVs), as indicated by the increased gene expression of COL1A1 and OPN. In contrast, the adipogenic differentiation capacity of naïve hBMSCs was inhibited by treatment with EVs from osteogenic differentiated hBMSCs. Proteomic analysis revealed that osteogenic EVs and naïve EVs contained distinct protein profiles, with pro-osteogenic and anti-adipogenic proteins encapsulated in osteogenic EVs. We speculate that osteogenic EVs could serve as an intercellular communication system between bone- and bone-marrow adipose tissue, for transporting osteogenic factors and thus favoring pro-osteogenic processes. Our data may support the theory of an endocrine circuit with the skeleton functioning as a ductless gland.
Background: Muscle injuries are common in humans and are often associated with irrecoverable damage and disability. Upon muscle injury, TNF-α signaling pathways modulate the healing process and are predominantly associated with tissue degradation. In this study we assumed that TNF-α inhibition could reduce the TNF-α-associated tissue degradation after muscle injury. Materials and methods: Therefore, the left soleus muscle of 42 male Wistar rats was injured using a standardized open muscle injury model. All rats were treated immediately after injury either with infliximab (single i.p. injection; 10 mg/kg b.w.) or saline solution i.p. Final measurements were conducted at day one, four, and 14 post injury. The muscle force, the muscle cell proliferation, the muscle cell coverage as well as the myofiber diameter served as read out parameters of our experiment. Results: Systemic application of infliximab could significantly reduce the TNF-α levels in the injured muscle at day four upon trauma compared to saline treated animals. The ratio of muscle weight to body weight was increased and the twitch muscle force showed a significant rise 14 days after trauma and TNF-α inhibition. Quantification of myofiber diameter in the penumbra zone showed a significant difference between both groups at day one and four after injury, indicated by muscle hypertrophy in the infliximab group. Planimetric analysis of the injured muscle at day 14 revealed increased muscle tissue fraction in the infliximab group compared to the control animals. Muscle cell proliferation did not differ between both groups. Conclusions: These data provide evidence that the TNF-α blockade positively regulates the restauration of skeletal muscles upon injury.
Die Hypophosphatasie (HPP) ist eine seltene Erberkrankung, welche durch compound-heterozygote oder dominant negative heterozygote Mutationen des ALPL Gens zu einem Funktionsverlust der gewebeunspezifischen Alkalischen Phosphatase (TNAP) führt. Die daraus resultierenden Mineralisierungsstörungen betreffen sowohl den Knochen als auch in milderen Ausprägungsformen die Zähne und den Zahnhalteapparat. Das zahnmedizinische Leitsymptom und in vielen Fällen das erste Anzeichen der HPP ist dabei der vorzeitige Verlust der Milchzähne ohne physiologische Wurzelresorption. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene TNAP defiziente immortalisierte Zellen des parodontalen Ligaments (PDL) mittels der CRISPR/Cas9 Methode generiert und anschließend fünf Zelllinien charakterisiert. Die dabei entstandenen Mutationen variierten von einer moderaten heterozygoten Punktmutation zu einer schwerwiegenden homozygoten Deletion eines einzelnen Nukleotids, welche in einem vorzeitigen Stopcodon resultierte. Analysen der ALPL Expression (qPCR), TNAP Aktivitätsmessungen (CSPD Assay) und TNAP Färbungen zeigten einen signifikanten Rückgang in allen TNAP-defizienten Zelllinien mit einer starken Korrelation zwischen der Restaktivität und dem Ausmaß der Mutation, welche in Einklang mit der komplexen Genotyp-Phänotyp Korrelation bei HPP zu bringen ist. Das Potential der osteogenen Differenzierung der hTERT PDL Zellen wurde in der homozygot mutierten Zelllinie komplett unterdrückt. Mögliche Mechanismen des vorzeitigen Zahnverlustes bei HPP Patienten ist die geminderte Formation und Mineralisation des Wurzelzements und die fehlerhafte Insertion der parodontalen Fasern. Die hier erstmalig etablierten Zellkulturmodelle liefern ein valides spenderunabhängiges in vitro Modell der HPP, welches dazu beitragen kann, die molekularbiologischen Zusammenhänge der dentalen Aspekte der Hypophosphatasie zu ergründen und daraus gegebenenfalls neue Therapieansätze abzuleiten.
Knochenmetastasen sind unter den drei häufigsten Manifestationsorten metastatischer Absiedelungen von fortgeschrittenen Tumorerkrankungen. Dabei sind insbesondere Patientinnen und Patienten mit Prostata- und Mammakarzinom von Knochenmetastasen betroffen. Diese Knochenmetastasen führen häufig zu einer deutlichen Verschlechterung der Lebensqualität und zu einer Begrenzung der Therapieoptionen auf lediglich palliative Ansätze.
Die biologisch aktive Form von Vitamin D3, 1,25(OH)2-Vitamin D3, zeigt in präklinischen Studien antiproliferative und differenzierende Effekte auf Tumorzellen (101, 102, 104), die haupsächlich durch die Bindung an den Vitamin D-Rezeptor (VDR) vermittelt werden. Darüberhinaus konnte präklinisch gezeigt werden, dass eine niedrige Expression des VDRs, ligandenunabhängig, die Knochenmetastasierung und das Tumorwachstum begünstigt (118). Eine niedrige VDR-Expression ist in Primärtumoren in klinischen Studien mit aggressiven Tumoreigenschaften assoziiert (111, 113, 115) und kann zudem mit einer erhöhten/früheren ossären Metastasierung einhergehen (167). Zudem gibt es Hinweise auf einen dysregulierten 1,25(OH)2-Vitamin D3-Katabolismus durch eine erhöhte Expression des 1,25(OH)2-Vitamin D3 katabolisierenden Enzyms CYP24A1/24-Hydroxylase in primärem Tumorzellen (70, 121, 122). Durch die Untersuchungen der Primärtumoren ist damit zu hypothetisieren, dass die Expression des VDRs und von CYP24A1 bei der Tumorprogression und Knochenmetastasierung von Bedeutung sein könnte. Entsprechende Untersuchungen des VDRs und der 24-Hydroxylase in Knochenmetastasen fehlen allerdings. Deshalb wurde in dieser Arbeit die Expression des VDRs und von CYP24A1 in Knochenmetastasen unterschiedlicher Primärtumoren von 66 Patientinnen und Patienten untersucht und mögliche Assoziationen mit aggressiven Tumoreigenschaften analysiert.
Der VDR konnte sowohl im Zytoplasma als auch im Nukleus nachgewiesen werden, während CYP24A1 nur im Zytoplasma lokalisiert war. Dabei wiesen insgesamt 71 % der Knochenmetastasen eine hohe VDR-Expression im Nukleus und 56 % im Zytoplasma auf. 59 % der Knochenmetastasen wiesen eine hohe Expression des VDRs insgesamt auf. CYP24A1 war ebenso in 59 % der Knochenmetastasen hoch exprimiert. Bei der Auswertung des Zusammenhangs zwischen den TNM-Stadien und des Gradings zeigte sich ein nicht signifikanter Trend von schlecht differenzierten Tumoren hin zu einer niedrigeren nukleären VDR-Expression (p=0.07, siehe Abbildung 33). Bezüglich der T-Stadien zeigten sich keine Unterschiede der Expression des VDRs und von CYP24A1 in den Knochenmetastasen zwischen lokal fortgeschrittenen und kleinen Primärtumoren. Weiterhin hatten Patientinnen und Patienten mit Lymphknotenmetastasen tendenziell eine verminderte VDR- und auch CYP24A1-Expression in den Knochenmetastasen im Vergleich zu Patienten und Patientinnen ohne Lymphknotenmetastasen (pVDR=0.15, pCYP24A1=0.06, siehe Abbildung 35). Außerdem hatten Patientinnen und Patienten mit multiple metastasierten Tumoren eine signifikant niedrigere nukleäre VDR- und auch CYP24A1-Expression im Vergleich zu Patientinnen und Patienten mit ausschließlich ossärer Metastasierung (pVDR=0.03, pCYP24A1=0.01, Abbildung 36). Die Proteinexpression des VDRs- und von CYP24A1 korrelierten signifikant (p=0.001).
Somit konnte mit dieser Arbeit die Proteinexpression des VDRs und von CYP24A1 in Knochenmetastasen durch Immunhistologie nachgewiesen werden. Insgesamt wurde der VDR und CYP24A1 von Knochenmetastasen diverser Entität unterschiedlich stark exprimiert. Jedoch könnten insbesondere Patienten mit VDR-exprimierenden Knochenmetastasen von einer Vitamin D3-Supplementierung profitieren, die häufig einen 25-OH-Vitamin D3 Mangel zeigen (165, 166). Ebenso könnte eine Untersuchung auf einen niedrigen VDR-Status in Primärtumoren dabei helfen, Krebspatienten mit einem hohen Metastasierungsrisiko zu identifizieren. Allerdings sind weitere und größere Studien inbesondere mit Evaluation des gesamten Vitamin D-Metabolismus und -Signalwegs notwendig, um diesen Zusammenhang weiter zu untersuchen.