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Sonstige beteiligte Institutionen
Vergleich zweier Verfahren zur Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes:
Ligamentum patellea vs. Semitendinosussehnentransplantat.
10-jahres Ergebnisse einer prospektiven, randomisierten klinischen Studie.
Verfahren:
Diese Studie vergleicht die Ergebnisse einer 10-Jahres Nachuntersuchung nach arthroskopisch unterstütztem Ersatz des vorderen Kreuzbandes mittels zweier verschiedener autologer Transplantate. Zwischen November 1998 und November 1999 wurden in der Orthopädischen Universitätsklinik König-Ludwig-Haus in Würzburg 62 Studienteilnehmer (45 Männer, 17 Frauen) mit Ruptur des vorderen Kreuzbandes operiert. Bei 31 Patienten erfolgte die ACL-Ersatzplastik mittels Lig. Patellae Transplantat (BTB-Transplantat), bei der anderen Hälfte mittels Semitendinosussehnentransplantat. Die Gruppenzusammensetzung zeigte vor dem Verletzungszeitpunkt keinen signifikanten Unterschied bezüglich Alter, Geschlecht und Aktivitätsniveau. Alle Patienten erhielten die gleiche postoperative Behandlung mit Don-Joy Schiene (Ext/Flex 0/0/90), Teilbelastung bis 20 kg während der ersten 6 Wochen und externe Rehabilitationsmaßnahmen. Nach über 10 Jahren konnten 47 (24 LP/23 ST) Patienten vollständig klinisch untersucht und bei 9 (5 LP/4 ST) weiteren zumindest standardisierte Fragebögen ausgewertet werden. 2 Studienteilnehmer (beide ST) schieden wegen einer Transplantatruptur, ein weiterer Patient (ebenfalls ST) aufgrund einer postoperativen Kniegelenksinfektion vorzeitig aus der Studie aus.
Ergebnisse:
Die klinische Untersuchung ergab bezüglich der verwendeten Parameter IKDC- und Lysholm-Score, Tegener-Aktivitätsskala, KT-1000-Arthrometer-Messung und radiologischer Kontrolle keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Gruppen. Auch in den verwendeten Fragebögen mit Evaluation der subjektiven Kniefunktion, möglicher Schmerzen im Kniegelenk, Entnahmestellenmorbidität und der Zufriedenheit mit dem Operationsergebnis konnten keine signifikanten Gruppenunterschiede festgestellt werden.
In der vorliegenden Studie fanden sich somit auch über 10 Jahre nach vorderem Kreuzbandersatz keine relevanten Unterschiede oder Vorteile für eines der beiden untersuchten autologen Sehnentransplantate.
In einer ständig älter werdenden Bevölkerung, in der auch die Senioren einen unverändert hohen Anspruch an ihre Lebensqualität aufrechterhalten, kommt dem Ersatz verschlissener Gelenke und hier besonders der Hüftendoprothetik eine ständig wachsende Bedeutung zu. Ausgehend von den Erfolgen der minimal-invasiven Chirurgie in anderen chirurgischen Disziplinen entwickelte sich dieser Zweig seit Beginn des Jahrtausendes auch in der Hüftchirurgie: 2005 stellte Rachbauer eine minimal-invasive Variante des seit 1887 bekannten anterioren Zugangs zur Hüfttotalendoprothesenimplantation vor. Zum kurzfristigen postoperativen Intervall existieren bereits zahlreiche Studien. Hier zeigt der anteriore Zugang entscheidende Vorteile im Vergleich zu anderen Zugängen. Hervorzuheben sind ein geringeres postoperatives Schmerzausmaß, eine kürzere stationäre Liegedauer und eine schnellere Rehabiliation. Ein gravierender Nachteil des anterioren Zugangs besteht darin, dass er aufgrund des schmalen Operationskanals eine hohe Qualifikation des Operateurs erfordert und mit einer anfänglich erhöhten Komplikationsrate vergesellschaftet sein kann.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Resultate des minimal-invasiven anterioren Zugangs in einem mittelfristigen postoperativen Intervall mit den Resultaten des lateralen Zugangs, den man als eine weithin etablierte konventionelle Methode betrachten kann, zu vergleichen. Untersucht wurden 85 über einen minimal-invasiven anterioren Zugang implantierte primäre Hüfttotalendoprothesen nach durchschnittlich 3,7 Jahren post operationem, denen 86 Fälle mit einem lateralen Zugang nach durchschnittlich 5,5 Jahren entgegengestellt wurden. Beide Gruppen unterschieden sich nicht signifikant in Alter und Geschlechterverteilung. Der signifikante Unterschied der Nachuntersuchungsintervalle ist ohne Relevanz, da sich sich beide Gruppen in einer komplikationsarmen postoperativen Phase befinden, die in etwa vom 2. bis zum 10. Postoperativen Jahr geht.
Die Gruppen wurden in Funktion (HHS), Aktivität (UCLA activity score), Schmerzen (abgeleitet aus dem HHS), Komplikationsraten und Gesundheitsempfinden (SF-36) miteinander verglichen.
Die vorliegende Arbeit kam zu den folgenden Ergebnissen über den mittelfristigen Zeitraum: Die Unterschiede in der Funktion waren marginal, die HHS-Durchschnittswerte in beiden Gruppen waren exzellent und nicht signifikant unterschiedlich. Ebenso zeigten beide Gruppen gleichwertige Ergebnisse im subjektiven Gesundheitsempfinden (SF-36). Ein weiteres wichtiges Erfolgskriterium war die Frage nach der durch die Operation erreichten Aktivität. Hier fand sich eine Diskrepanz zwischen UCLA und TWB. Der UCLA ist zur Aktivitätsmessung weit verbreitet. Im UCLA zeigten sich die Patienten der lateralen Gruppe aktiver. Der TWB ergab gleiche Aktivität in beiden Gruppen. Nach dem eingehenden Vergleich beider Fragebögen, kamen wir in dieser Arbeit jedoch zu der Auffassung, dass der UCLA zwar als ein schnell erhebbarer Test für den klinischen Alltag praktisch ist, der wesentlich aufwendigere TWB aber zuverlässigere Ergebnisse liefert.
Die Komplikationsraten waren in beiden Gruppen gering. Die Wahrscheinlichkeit, eine der erfassten Komplikationen zu erleiden, betrug 10,7% für den minimal-invasiven und 10,5% für den klassischen Zugang. Um aber nicht nur die Quantität, sondern auch die Qualität der aufgetretenen Komplikationen erfassen zu können, wurde in dieser Arbeit der Komplikationsindex eingeführt, der die registrierten Komplikationen in Gruppen verschiedener Schweregrade unterteilt. Eine schwere Komplikation floss mit 10 Punkten, eine mittlere mit 5 und eine leichte Komplikation mit einem Punkt in den Komplikationsindex ein. Der anteriore Zugang zeigte so mit insgesamt 26 Punkten einen deutlich geringeren Komplikationsindex als der laterale mit insgesamt 60 Punkten. Dem entsprach eine Reoperationsrate von 1,2% unter den anterioren Patienten im Vergleich zu 3,3% bei den lateralen. Die Schaft- und die Pfannenüberlebensrate lag in beiden Gruppen bei 100%.
Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, dass der anteriore Zugang viele Vorteile gegenüber dem lateralen Zugang aufweist. Die entscheidenden Unterschiede finden sich im kurzfristigen postoperativen Zeitraum. Zu einem mittelfristigen Zeitpunkt erzielen beide Zugänge gleichwertige Ergebnisse.
Welche langfristigen Resultate das noch relativ junge Verfahren des minimal-invasiven anterioren Zugangs hervorbringen wird, muss durch künftige prospektiv randomisierte Studien großer Fallzahlen belegt werden.
The skeleton is a preferred homing site for breast cancer metastasis. To date, treatment options for patients with bone metastases are mostly palliative and the disease is still incurable. Indeed, key mechanisms involved in breast cancer osteotropism are still only partially understood due to the lack of suitable animal models to mimic metastasis of human tumor cells to a human bone microenvironment. In the presented study, we investigate the use of a human tissue-engineered bone construct to develop a humanized xenograft model of breast cancer-induced bone metastasis in a murine host. Primary human osteoblastic cell-seeded melt electrospun scaffolds in combination with recombinant human bone morphogenetic protein 7 were implanted subcutaneously in non-obese diabetic/severe combined immunodeficient mice. The tissue-engineered constructs led to the formation of a morphologically intact 'organ' bone incorporating a high amount of mineralized tissue, live osteocytes and bone marrow spaces. The newly formed bone was largely humanized, as indicated by the incorporation of human bone cells and human-derived matrix proteins. After intracardiac injection, the dissemination of luciferase-expressing human breast cancer cell lines to the humanized bone ossicles was detected by bioluminescent imaging. Histological analysis revealed the presence of metastases with clear osteolysis in the newly formed bone. Thus, human tissue-engineered bone constructs can be applied efficiently as a target tissue for human breast cancer cells injected into the blood circulation and replicate the osteolytic phenotype associated with breast cancer-induced bone lesions. In conclusion, we have developed an appropriate model for investigation of species-specific mechanisms of human breast cancer-related bone metastasis in vivo.
[Purpose] A wide variety of accelerometer tools are used to estimate human movement, but there are no adequate data relating to gait symmetry parameters in the context of knee osteoarthritis. This study's purpose was to evaluate a 3D-kinematic system using body-mounted sensors (gyroscopes and accelerometers) on the trunk and limbs. This is the first study to use spectral analysis for data post processing. [Subjects] Twelve patients with unilateral knee osteoarthritis (OA) (10 male) and seven age-matched controls (6 male) were studied. [Methods] Measurements with 3-D accelerometers and gyroscopes were compared to video analysis with marker positions tracked by a six-camera optoelectronic system (VICON 460, Oxford Metrics). Data were recorded using the 3D-kinematic system. [Results] The results of both gait analysis systems were significantly correlated. Five parameters were significantly different between the knee OA and control groups. To overcome time spent in expensive post-processing routines, spectral analysis was performed for fast differentiation between normal gait and pathological gait signals using the 3D-kinematic system. [Conclusions] The 3D-kinematic system is objective, inexpensive, accurate and portable, and allows long-term recordings in clinical, sport as well as ergonomic or functional capacity evaluation (FCE) settings. For fast post-processing, spectral analysis of the recorded data is recommended.
The canonical Wnt/beta-catenin pathway plays a key role in the regulation of bone remodeling in mice and humans. Two transmembrane proteins that are involved in decreasing the activity of this pathway by binding to extracellular antagonists, such as Dickkopf 1 (Dkk1), are the low-density lipoprotein receptor related protein 5 (Lrp5) and Kremen 2 (Krm2). Lrp 5 deficiency (Lrp5(-/-)) as well as osteoblast-specific overexpression of Krm2 in mice (Col1a1-Krm2) result in severe osteoporosis occurring at young age. In this study, we analyzed the influence of Lrp5 deficiency and osteoblast-specific overexpression of Krm2 on fracture healing in mice using flexible and semi-rigid fracture fixation. We demonstrated that fracture healing was highly impaired in both mouse genotypes, but that impairment was more severe in Col1a1-Krm2 than in Lrp5(-/-) mice and particularly evident in mice in which the more flexible fixation was used. Bone formation was more reduced in Col1a1-Krm2 than in Lrp5(-/-) mice, whereas osteoclast number was similarly increased in both genotypes in comparison with wild-type mice. Using microarray analysis we identified reduced expression of genes mainly involved in osteogenesis that seemed to be responsible for the observed stronger impairment of healing in Col1a1-Krm2 mice. In line with these findings, we detected decreased expression of sphingomyelin phosphodiesterase 3 (Smpd3) and less active beta-catenin in the calli of Col1a1-Krm2 mice. Since Krm2 seems to play a significant role in regulating bone formation during fracture healing, antagonizing KRM2 might be a therapeutic option to improve fracture healing under compromised conditions, such as osteoporosis.
Background and purpose - Due to the relative lack of reports on the medium- to long-term clinical and radiographic results of modular femoral cementless revision, we conducted this study to evaluate the medium- to long-term results of uncemented femoral stem revisions using the modular MRP-TITAN stem with distal diaphyseal fixation in a consecutive patient series.
Patients and methods - We retrospectively analyzed 163 femoral stem revisions performed between 1993 and 2001 with a mean follow-up of 10 (5-16) years. Clinical assessment included the Harris hip score (HHS) with reference to comorbidities and femoral defect sizes classified by Charnley and Paprosky. Intraoperative and postoperative complications were analyzed and the failure rate of the MRP stem for any reason was examined.
Results - Mean HHS improved up to the last follow-up (37 (SD 24) vs. 79 (SD 19); p < 0.001). 99 cases (61%) had extensive bone defects (Paprosky IIB-III). Radiographic evaluation showed stable stem anchorage in 151 cases (93%) at the last follow-up. 10 implants (6%) failed for various reasons. Neither a breakage of a stem nor loosening of the morse taper junction was recorded. Kaplan-Meier survival analysis revealed a 10-year survival probability of 97% (95% CI: 95-100).
Interpretation - This is one of the largest medium- to longterm analyses of cementless modular revision stems with distal diaphyseal anchorage. The modular MRP-TITAN was reliable, with a Kaplan-Meier survival probability of 97% at 10 years.
Ziel dieser Studie war einen molekulargenetischen Beitrag zur Entschlüsselung der Arthroseentstehung am Schultergelenk zu leisten. Hierzu erfolgte die Rekrutierung von Patienten mit fortgeschrittener Omarthrose Grad 3 nach Samilson & Prieto aus der Orthopädischen Klinik der Universität Würzburg im Zeitraum von 2004 bis 2005. Die erste Gruppe setzte sich aus Patienten mit primärer Omarthrose, die zweite aus Patienten mit Defektarthropathie und die dritte aus Patienten mit zumeist posttraumatischer Omarthrose als Vergleichsgruppe zusammen. Um mechanische Faktoren näher zu evaluieren, wurde die Einteilung der Gruppe der primären Omarthrose nach dem Glenoidabrieb in der Walch-Klassifikation vorgenommen. Bei 303 dieser Patienten konnten molekulargenetische Analysen hinsichtlich der arthroseassoziierten Polymorphismen MMP-3, TNF α, IL-1 α und β sowie die statistische Auswertung erfolgen.
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigten hinsichtlich des Vergleichs der drei untersuchten Studiengruppen in der Allelverteilung der untersuchten Polymorphismen keinen signifikanten Unterschied. Diese Polymorphismen scheinen nach den vorliegenden Ergebnissen im Zusammenhang mit der Entstehung der primären und sekundären Omarthrose keine Rolle zu spielen. Beim Vergleich der Walch-Typen mit der Allelverteilung für TNF α konnten zwischen Walch-Typ C (Dysplasie) und A2 bzw. B2 ein signifikanter Unterschied (p=0,049) bei der Allelverteilung von Zustand A und C ermittelt werden. Bei der Gesamtallelverteilung konnten für die Polymorphismen TNF α (p=0,092), IL-1 α (p=0,080) und β (p=0,071) ein Trend zwischen den Walch- Typen A2 und C aufgezeigt werden. Gleiches gilt für IL-1 β (p=0,068) und die Walch-Typen B2 und C. In diesen Fällen ist eine Beteiligung der untersuchten Genpolymorphismen an der Glenoidentstehung denkbar.
Eine altersabhängige Entwicklung der Walch-Typen ist in den Untergruppen A sowie B denkbar (p=0,047).
Mineralisation im proximalen Humerus - Messungen im Q-CT mit dreidimensionaler Rekonstruktion
(2014)
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Verteilung der Knochenmineraldichte im proximalen Humerus bezogen auf mögliche Regionen, die als Verankerungsfläche für Implantate dienen, zu untersuchen.
Diese Erkenntnisse sollten dazu beitragen, das Design der Implantate (z. B. Fadenanker, Schraube) zu optimieren. Außerdem sollen die Untersuchungsergebnisse als Grundlage für weitere Finite Elemente Berechnungen dienen, indem die gewonnenen Daten in digitalisierter Form in weitere biomechanische Studien einfließen können.
Für die Untersuchung wurden vom anatomischen Institut der Universität Würzburg insgesamt 23 Humerusköpfe, von denen acht keine Markierungsplakette besaßen, zur Verfügung gestellt. Somit konnte nur bei 15 Präparaten das Geschlecht und das Sterbealter der dazugehörigen Leichen zurückverfolgt werden. Es handelte sich um 11 weibliche und vier männliche Verstorbene mit einem mittleren Sterbealter von 81,5 Jahren ± 10,2 (55 - 93 Jahre). Die Präparate wurden in einer Alkohol-Formalin-Lösung konserviert. Eine etwaige Schulteranamnese konnte post mortem nicht eruiert werden.
Die Humerusköpfe wurden mit einem pQCT-Scanner (Stratec 2000), welcher eine selektive, volumenbezogene Bestimmung der Bereiche des Knochens erlaubt, untersucht. 30 definierte Schnittbilder pro Humerus wurden anschließend auf einem UNIX-System der Firma HERMES in digitale 3D-Modelle umgewandelt. Die Auswertung der Daten sowie die Berechnung der Knochendichte erfolgte mit Hilfe des Programms AVS-Express der Firma Advanced Visual Systems.
Für die Knochendichtemessung wurde das Caput humeri in drei transversale Schnittebenen gedrittelt. Hier wurde jeweils die Dichte im Bereich der dorsalen, medialen sowie ventralen Gelenkflächenregion, im Bereich des Tuberculum minus, des Sulcus intertubercularis und des Tuberculum majus gemessen. Weiter distal wurde eine vierte Ebene im Schaftbereich festgelegt, auf deren Höhe die Knochendichte der dorsalen, ventralen, medialen und lateralen Kortikalis bestimmt wurde. Abgesehen von drei ROI`s fand sich beim männlichen Kollektiv die gemessene Knochendichte signifikant höher als bei den Frauen, was mit der Zunahme osteoporotischer Frakturen bei älteren Frauen korreliert. Die regionale Verteilung der Knochendichte korreliert gut bis auf den Sulcus intertubercularis mit den klinischen Frakturtypen nach Neer, wobei dieses Areal in Bezug auf den Verlauf der Frakturlinien eher den gemessenen Werten als dieser häufig verwendeten Klassifikation folgt. Mit zunehmender Tiefe vermindert sich insbesondere in den Tuberkula die Mineralisationsdichte, so dass die meisten Anker oberflächennah im Kortex die beste Substanz für eine Fixierung finden.
Background: Anti-resorptive bisphosphonates (BP) are used for the treatment of osteoporosis and bone metastases. Clinical studies indicated a benefit in survival and tumor relapse in subpopulations of breast cancer patients receiving zoledronic acid, thus stimulating the debate about its anti-tumor activity. Amino-bisphosphonates in nM concentrations inhibit farnesyl pyrophosphate synthase leading to accumulation of isopentenyl pyrophosphate (IPP) and the ATP/ pyrophosphate adduct ApppI, which induces apoptosis in osteoclasts. For anti-tumor effects μM concentrations are needed and a sensitizer for bisphosphonate effects would be beneficial in clinical anti-tumor applications. We hypothesized that enhancing intracellular pyrophosphate accumulation via inhibition of probenecid-sensitive channels and transporters would sensitize tumor cells for bisphosphonates anti-tumor efficacy.
Methods: MDA-MB-231, T47D and MCF-7 breast cancer cells were treated with BP (zoledronic acid, risedronate, ibandronate, alendronate) and the pyrophosphate channel inhibitors probenecid and novobiocin. We determined cell viability and caspase 3/7 activity (apoptosis), accumulation of IPP and ApppI, expression of ANKH, PANX1, ABCC1, SLC22A11, and the zoledronic acid target gene and tumor-suppressor KLF2.
Results: Treatment of MDA-MB-231 with BP induced caspase 3/7 activity, with zoledronic acid being the most effective. In MCF-7 and T47D either BP markedly suppressed cell viability with only minor effects on apoptosis. Co-treatment with probenecid enhanced BP effects on cell viability, IPP/ApppI accumulation as measurable in MCF-7 and T47D cells, caspase 3/7 activity and target gene expression. Novobiocin co-treatment of MDA-MB-231 yielded identical results on viability and apoptosis compared to probenecid, rendering SLC22A family members as candidate modulators of BP effects, whereas no such evidence was found for ANKH, ABCC1 and PANX1.
Conclusions: In summary, we demonstrate effects of various bisphosphonates on caspase 3/7 activity, cell viability and expression of tumor suppressor genes in breast cancer cells. Blocking probenecid- and novobiocin-sensitive channels and transporters enhances BP anti-tumor effects and renders SLC22A family members good candidates as BP modulators. Further studies will have to unravel if treatment with such BP-sensitizers translates into preclinical and clinical efficacy.
CCN family member 1 (CCN1), also known as cysteine-rich angiogenic inducer 61 (CYR61), belongs to the extracellular matrix-associated CCN protein family. The diverse functions of these proteins include regulation of cell migration, adhesion, proliferation, differentiation and survival/apoptosis, induction of angiogenesis and cellular senescence. Their functions are partly overlapping, largely non-redundant, cell-type specific, and depend on the local microenvironment. To elucidate the role of CCN1 in the crosstalk between stromal cells and myeloma cells, we performed co-culture experiments with primary mesenchymal stem cells (MSC) and the interleukin-6 (IL-6)-dependent myeloma cell line INA-6. Here we show that INA-6 cells display increased transcription and induction of splicing of intron-retaining CCN1 pre-mRNA when cultured in contact with MSC. Protein analyses confirmed that INA-6 cells co-cultured with MSC show increased levels of CCN1 protein consistent with the existence of a pre-mature stop codon in intron 1 that abolishes translation of unspliced mRNA. Addition of recombinant CCN1-Fc protein to INA-6 cells was also found to induce splicing of CCN1 pre-mRNA in a concentration-dependent manner. Only full length CCN1-Fc was able to induce mRNA splicing of all introns, whereas truncated recombinant isoforms lacking domain 4 failed to induce intron splicing. Blocking RGD-dependent integrins on INA-6 cells resulted in an inhibition of these splicing events. These findings expand knowledge on splicing of the proangiogenic, matricellular factor CCN1 in the tumor microenvironment. We propose that contact with MSC-derived CCN1 leads to splicing and enhanced transcription of CCN1 which further contributes to the translation of angiogenic factor CCN1 in myeloma cells, supporting tumor viability and myeloma bone disease.
Premature implant loosening following total knee arthroplasty (TKA) can have several causes. In this article we report on a rare case of a 74 year old male patient suffering tibial component loosening 14 month after primary TKA. The patient did neither have any malignancies nor joint arthroplasty before. Upon clinical examination the range of motion in the diseased knee was painfully restricted to 80° of knee flexion, with the patient increasingly suffering sleeping and resting pain, and also at weight bearing. In standard radiographs, loosening of the TKA due to a large osteolysis at the tibial component was evident. Local computed tomography (CT) of the right knee revealed loosening of the tibial component due to a presumably malign bone tumor. For determination of the final diagnosis a representative biopsy of the tumor was taken by open surgery prior to the tumor resection. Histopathologic evaluation of the biopsy revealed a periprosthetic myxoid chondrosarcoma of the proximal tibia. Pre-operative staging examination included CT scans of lung and abdomen, as well as a bone scintigraphy which revealed no signs of tumor metastasis in the body. Surgical management comprised wide tumor resection and implantation of a hinged tumor knee arthroplasty with replacements of the distal femur and proximal tibia, as well as a patella tendon replacement using a synthetic ligament. Revision surgery was necessary twice due to impaired wound healing and critical soft tissue coverage, and treatment included a gastrocnemius muscle flap with skin mesh graft covering. Unfortunately long-term follow-up examinations could not be obtained, as the patient deceased due to an alveolitis during rehabilitation. In summary, the specifics of this rare case of aseptic TKA loosening, and the unusual circumstances of chondrosarcoma diagnosis and treatment are informative for those providing surgical treatment of similar cases.
WISP3 is a member of the CCN family which comprises six members found in the 1990’s: Cysteine-rich,angiogenic inducer 61 (CYR61, CCN1), Connective tissue growth factor (CTGF, CCN2), Nephroblastoma overexpressed (NOV, CNN3) and the Wnt1 inducible signalling pathway protein 1-3 (WISP1-3, CCN4-6).They are involved in the adhesion, migration, mitogenesis, chemotaxis, proliferation, cell survival, angiogenesis, tumorigenesis, and wound healing by the interaction with different integrins and heparan sulfate proteoglycans. Until now the only member correlated to the musculoskeletal autosomal disease Progressive Pseudorheumatoid Dysplasia (PPD) is WISP3. PPD is characterised by normal embryonic development followed by cartilage degradation over time starting around the age of three to eight years. Animal studies in mice exhibited no differences between knock out or overexpression compared to wild type litter mates, thus were not able to reproduce the symptoms observed in PPD patients. Studies in vitro and in vivo revealed a role for WISP3 in antagonising BMP, IGF and Wnt signalling pathways. Since most of the knowledge of WISP3 was gained in epithelial cells, cancer cells or chondrocyte cell lines, we investigated the roll of WISP3 in primary human mesenchymal stem cells (hMSCs) as well as primary chondrocytes.
WISP3 knock down was efficiently established with three short hairpin RNAs in both cell types, displaying a change of morphology followed by a reduction in cell number. Simultaneous treatment with recombinant WISP3 was not enough to rescue the observed phenotype nor increase the endogenous expression of WISP3. We concluded that WISP3 acts as an essential survival factor, where the loss resulted in the passing of cell cycle control points followed by apoptosis. Nevertheless, Annexin V-Cy3 staining and detection of active caspases by Western blot and immunofluorescence staining detected no clear evidence for apoptosis. Furthermore, the gene expression of the death receptors TRAILR1 and TRAILR2,important for the extrinsic activation of apoptosis, remained unchanged during WISP3 mRNA reduction. Autophagy as cause of cell death was also excluded, given that the autophagy marker LC3 A/B demonstrated to be uncleaved in WISP3-deficient hMSCs. To reveal correlated signalling pathways to WISP3 a whole genome expression analyses of WISP3-deficient hMSCs compared to a control (scramble) was performed. Microarray analyses exhibited differentially regulated genes involved in cell cycle control, adhesion, cytoskeleton and cell death. Cell death observed by WISP3 knock down in hMSCs and chondrocytes might be explained by the induction of necroptosis through the BMP/TAK1/RIPK1 signalling axis. Loss of WISP3 allows BMP to bind its receptor activating the Smad 2/3/4 complex which in turn can activate TAK1 as previously demonstrated in epithelial cells. TAK1 is able to block
caspase-dependent apoptosis thereby triggering the assembly of the necrosome resulting in cell death by necroptosis.
Together with its role in cell cycle control and extracellular matrix adhesion, as demonstrated in human mammary epithelial cells, the data supports the role of WISP3 as tumor suppressor and survival factor in cells of the musculoskeletal system as well as epithelial cells.
Technische Neuerungen und steigende Ansprüche an die Gesundheit stellen die moderne Medizin immer wieder vor neue Herausforderungen und führen zur Entwicklung von neuen Therapiekonzepten wie dem Tissue Engineering. Vielfach kommen dabei adulte pluripotente Stammzellen zum Einsatz. Bei der Regeneration mesenchymalen Gewebes wie Knochen, Knorpel und Muskulatur leisten Mesenchymale Stammzellen (MSCs) einen entscheidenden Beitrag. Diese lassen sich aus allen mesenchymalen Geweben des Körpers gewinnen und stellen daher zwar keine homogene Zellpopulation dar, doch sie lassen sich aufgrund phänotypischer und molekularbiologischer Gemeinsamkeiten charakterisieren.
In großer Zahl lassen sich MSCs aus dem Knochenmark gewinnen und werden als stromale MSCs bzw. mhMSCs (marrow-derived human MSCs) bezeichnet. Auf der Suche nach homogenen Subpopulationen von MSCs wurde in dieser Arbeit eine Zellpopulation aus Knochentrabekeln gewonnen, sogenannte bhMSCs (trabecular bone-derived MSCs), und anhand ihrer Genexpression mit mhMSCs verglichen. Dafür wurde RNA aus beiden Populationen in einem Microarray mit anschließender SAM (significance analysis of microarrays) analysiert um unterschiedliche Expressionsmuster zwischen mhMSCs und bhMSCs aufzuzeigen. Diese Ergebnisse wurden durch konventionelle Reverse Transkriptase Polymerase Kettenreaktion (RT-PCR) bestätigt, wobei das Augenmerk vor allem auf solche Gene gerichtet wurde, die differentiell exprimiert waren und zudem als Markergene ein Differenzierungspotential in bestimmte Gewebe wie Muskel und Knochen vorhersagen. Dabei konnte sowohl eine gute Übereinstimmung zwischen Microarray und RT-PCR demonstriert als auch die Hoffnung auf eine homogene (trabekuläre) MSC-Population mit anderen Differenzierungseigenschaften geweckt werden.
Im Verlauf weitergehender Untersuchungen der SAM fiel eine unerklärlich hohe Expression von Immunglobulinketten in der mhMSC-Kultur (Passage 0) auf, die letztlich auf eine Kontamination der Zellkultur mit Plasmazellen schließen ließ.
Da die Ergebnisse des Microarrays (Passage 0 Kultur) somit zu hinterfragen waren, wurde die Kontamination der Plasmazellen durch Passagieren der mhMSC-Zellkultur (Passage 1) beseitigt und erneut ein Microarray mit SAM durchgeführt. Dabei relativierten sich fast alle Expressionsunterschiede, die somit auf die Kontamination der Plasmazellen zurückgeführt werden mussten.
Einzig drei Gene (CD24, TRIB2, AHNAK) wurden in diesem zweiten Array differentiell exprimiert, was sich bei CD24 und TRIB2 auch durch RT-PCR untermauern ließ.
Es lässt sich also schlussfolgern, dass bhMSCs wahrscheinlich in der Zukunft des Tissue Engineering keinen Stellenwert haben werden, zumal ihre Gewinnung im Vergleich zu mhMSC deutlich aufwendiger ist.