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Introduction
The goals of successful bi-compartmental knee arthroplasty are to achieve correct fit and positioning of the implant, while appropriately correcting the mechanical alignment of the leg after surgery. As these requirements are not always reliably fulfilled using off-the-shelf implant systems, newer approaches for bi-compartmental resurfacing have been explored.
Material and methods
In this article we report the radiographic results of 30 patients with anteromedial osteoarthritis (OA) who were treated with a novel patient-specific fixed-bearing bi-compartmental knee resurfacing system using custom-made implants and instruments. Utilizing standardized pre- and postoperative radiographic analyses (based on anterior-posterior and lateral, anterior-posterior weight-bearing full-length radiographs, patella skyline views and preoperative computed tomography (CT) scanning) implant fit and positioning as well as correction of the mechanical axis (hip-knee-ankle angle, HKA) were determined.
Results
On average, HKA was corrected from 173.4 ±3.47° preoperatively to 179.4 ±2.85° postoperatively. The coronal femoro-tibial angle was corrected on average 5.61°. The preoperative tibial slope measured on lateral views was 6.38 ±2.4°, while the average slope in the CT-based planning protocol (iView) was 6.14 ±2.40°. Postoperative lateral tibial slope was determined to be 5.77 ±1.97°. The thickness of the posterior femoral cuts was measured intraoperatively and, in all cases, corresponded well to the targeted thickness of the cuts provided by the iView. The joint line was preserved in all cases and the average Insall-Salvati index was 1.078 ±0.11 pre- and 1.072 ±0.11 postoperatively. The fit of the implant components measured by over- or underhang was excellent throughout (< 1.01 mm).
Conclusions
Custom-made bicompartmental knee arthroplasty can ensure optimized fitting and positioning of the implant with restoration of the leg axis. These implants could be considered as an alternative primary solution for knee surgeons treating bi-compartmental disease.
Background:
The standardized maritime pine bark extract (Pycnogenol\(^{®}\)) has previously shown symptom alleviating effects in patients suffering from moderate forms of knee osteoarthritis (OA). The cellular mechanisms for this positive impact are so far unknown. The purpose of the present randomized pilot controlled study was to span the knowledge gap between the reported clinical effects of Pycnogenol\(^{®}\) and its in vivo mechanism of action in OA patients.
Methods:
Thirty three patients with severe OA scheduled for a knee arthroplasty either received 100 mg of Pycnogenol\(^{®}\) twice daily or no treatment (control group) three weeks before surgery. Cartilage, synovial fluid and serum samples were collected during surgical intervention. Relative gene expression of cartilage homeostasis markers were analyzed in the patients' chondrocytes. Inflammatory and cartilage metabolism mediators were investigated in serum and synovial fluid samples.
Results:
The oral intake of Pycnogenol\(^{®}\) downregulated the gene expression of various cartilage degradation markers in the patients' chondrocytes, the decrease of MMP3, MMP13 and the pro-inflammatory cytokine IL1B were statistically significant (p ≤ 0.05). Additionally, protein concentrations of ADAMTS-5 in serum were reduced significantly (p ≤ 0.05) after three weeks intake of the pine bark extract.
Conclusions:
This is the first report about positive cellular effects of a dietary supplement on key catabolic and inflammatory markers in patients with severe OA. The results provide a rational basis for understanding previously reported clinical effects of Pycnogenol\(^{®}\) on symptom scores of patients suffering from OA.
Background:
To prevent bone loss in hip arthroplasty, several short stem systems have been developed, including the Mayo conservative hip system. While there is a plethora of data confirming inherent advantages of these systems, only little is known about potential complications, especially when surgeons start to use these systems.
Methods:
In this study, we present a retrospective analysis of the patients’ outcome, complications and the complication management of the first 41 Mayo conservative hips performed in 37 patients. For this reason, functional scores, radiographic analyses, peri- and postoperative complications were assessed at an average follow-up of 35 months.
Results:
The overall HHS improved from 61.2 pre-operatively to 85.6 post-operatively. The German Extra Short Musculoskeletal Function Assessment Questionnaire (XSFMA-D) improved from 30.3 pre-operatively to 12.2 post-operatively. The most common complication was an intraoperative non-displaced fracture of the proximal femur observed in 5 cases (12.1%). Diabetes, higher BMI and older ages were shown to be risk factors for these intra-operative periprosthetic fractures (p < 0.01). Radiographic analysis revealed a good offset reconstruction in all cases.
Conclusion:
In our series, a high complication rate with 12.1% of non-displaced proximal femoral fractures was observed using the Mayo conservative hip. This may be attributed to the flat learning curve of the system or the inherent patient characteristics of the presented cohort."
Die vorliegende prospektive, monozentrische Beobachtungsstudie einer konsekutiv rekrutierten Kohorte hatte zum Ziel, den Zusammenhang zwischen Depressivität und Schmerzen nach orthopädischen Eingriffen zu untersuchen. Zudem sollte geprüft werden, ob eine bestehende Depressivität vermehrte postoperative Schmerzen vorhersagen kann und umgekehrt präoperative Schmerzen ein Prädikator für postoperative Depressivität sind.
Die Stichprobe bestand aus 200 im Zeitraum von Februar 2009 bis Mai 2009 rekrutierten stationär behandelten Patienten der Orthopädischen Klinik König-Ludwig-Haus in Würzburg. Die Patienten waren im Durchschnitt 58,5 Jahre alt. 42% der Teilnehmer waren männlich. Es wurden Patienten eingeschlossen, die sich unterschiedlichen orthopädischen Operationsarten unterzogen. Häufig waren vor allem arthroskopische Schulteroperationen, sowie endoprothetische Versorgungen am Hüft- und Kniegelenk. Die Patienten füllten bei Aufnahme und während ihres folgenden Klinikaufenthaltes Fragebögen zur Schmerzerfassung und zur depressiven Symptomatik (Patient Health Questionnaire, PHQ-9) aus.
In der vorliegenden Studie konnte ein längsschnittlicher Zusammenhang zwischen Depressivität und erhöhtem Schmerzlevel nachgewiesen werden. Depressivität ist ein Prädiktor für postoperativen Schmerz, bei Adjustierung für den präoperativen Schmerz. Ebenso ist präoperativer Schmerz ein vorhersagender Faktor für postoperative Depressivität, bei Adjustierung für den präoperativen Wert der Depressivität. Außerdem sagt frühe postoperative Depressivität erhöhte Schmerzlevel bei Entlassung voraus und hohe Schmerzlevel zwei Tage postoperativ eine vermehrte Depressivität vor Entlassung, jeweils nach Adjustierung für den frühen postoperativen Wert des Kriteriums. Da es keine Hinweise für die Priorität des einen Prädiktors über den anderen gibt, ist die Wirkrichtung vermutlich bidirektional.
Somit sollte eine postoperative Schmerztherapie sowohl die Therapie der Schmerzen als auch der Depression beinhalten, um suffizient niedrige Schmerzlevel zu erreichen. Schlussendlich sollten experimentelle Studien angefertigt werden, um den möglichen Benefit einer adjuvanten Therapie der Depressivität während der perioperativen Phase auf den postoperativen Schmerz zu untersuchen.
Die Diagnose der Osteoporose stützt sich auch heute noch auf die radiologische Messung der Knochendichte (National Institutes of Health, 2000, National Osteoporosis Foundation, 2013, Dachverband Osteologie e. V., 2009a). Seine klinische Wertigkeit erreicht aber auch dieses Verfahren nur in gemeinsamer Betrachtung mit anderen klinischen Risikofaktoren. Mit dieser Methode ist es möglich Frakturrisiken abzuschätzen, die aktuelle Knochendichte zu bestimmen und Therapieverläufe zu dokumentieren. Radiologisch werden diese Veränderungen jedoch erst nach 12 bis 24 Monaten sichtbar (Delmas et al., 2000). Ein wichtiges Ergebnis dieser Arbeit ist die Bestätigung der Tatsache, dass ein relevanter Anteil von Frakturen sich bereits bei PatientInnen mit Osteopenie oder sogar mit normaler Knochendichte ereignet, was sowohl für Frauen als auch für Männer gilt. Pathologische Knochendichteveränderungen finden sich jedoch nicht nur bei Osteoporose, sondern auch bei Erkrankungen wie beispielsweise Hyper- und Hypoparathyreoidismus, Hypophosphatasie, TIO, Rachitis und Morbus Paget.
Ziel dieser Arbeit war zunächst die Erstellung einer Datenbank aus vorliegenden Serumproben und die Analyse statistischer Zusammenhänge zwischen den ermittelten Parametern. Es konnten für Osteoporosen typische signifikante Zusammenhänge zwischen dem Alter und den T-Werten an Wirbelsäule und Hüfte ermittelt werden. Durch veränderte PTH-, AP- und 25(OH)-Vitamin D3-Konzentrationen kann erhöhter Knochenumbau erkannt werden (Jakob, 2007). In dieser Arbeit errechnete signifikante Zusammenhänge wie beispielsweise zwischen AP und NTx deuten auf erhöhten Knochenumbau hin, wodurch Rückschlüsse auf Erkrankungen wie beispielsweise Morbus Paget oder Knochenmetastasen gezogen werden können. Diese und andere Ergebnisse dieser Arbeit erscheinen für das Kollektiv einer osteoporotischen Spezialsprechstunde schlüssig. Der hier ermittelte Prozentsatz pathologischer Laborwerte im Gesamtkollektiv beweist auch, dass es sinnvoll und ökonomisch ist, bei entsprechend osteologischer Fragestellung die betreffenden Parameter zu untersuchen, da sich sehr häufig relevante differentialdiagnostische Fragestellungen ergeben.
In weiterführenden Untersuchungen soll auf diese Datenbank zurückgegriffen und Serumkollektive extrahiert bzw. analysiert werden. Diese können anschließend für genauere Untersuchungen (ELISA) auf weitere Parameter verwendet werden, um Zusammenhänge zwischen knochenrelevanten Parametern und Knochenerkrankungen darzustellen.
Um dies jedoch zu belegen, sind zusätzliche Untersuchungen mit weiteren Knochenmarkern wie OC, CTX, BAP in ähnlichen Kollektiven nötig. Es sollten hierfür zudem Serumproben und Knochendichtemessungen über längere Zeiträume (idealerweise zehn Jahre) analysiert werden, um möglichst genaue Ergebnisse zu erhalten und um mögliche Fremdeinflüsse erkennen zu können (Delmas et al., 2000). Zukünftig wäre es mit dieser Methode möglich, frühzeitig sensitives Risikoassessment zu betreiben, pathologische Knochenveränderungen und deren Ursachen zu diagnostizieren und vor Auftreten klinischer Symptome gezielt präventive Therapiemaßnahmen einzuleiten.
Calcification of the medial collateral ligament (MCL) of the knee is a very rare disease. We report on a case of a patient with a calcifying lesion within the MCL and simultaneous calcifying tendinitis of the rotator cuff in both shoulders. Case presentation: Calcification of the MCL was diagnosed both via x-ray and magnetic resonance imaging (MRI) and was successfully treated surgically. Calcifying tendinitis of the rotator cuff was successfully treated applying conservative methods. Conclusion: This is the first case report of a patient suffering from both a calcifying lesion within the medial collateral ligament and calcifying tendinitis of the rotator cuff in both shoulders. Clinical symptoms, radio-morphological characteristics and macroscopic features were very similar and therefore it can be postulated that the underlying pathophysiology is the same in both diseases. Our experience suggests that magnetic resonance imaging and x-ray are invaluable tools for the diagnosis of this inflammatory calcifying disease of the ligament, and that surgical repair provides a good outcome if conservative treatment fails. It seems that calcification of the MCL is more likely to require surgery than calcifying tendinitis of the rotator cuff. However, the exact reason for this remains unclear to date.
The KISS1 Receptor as an In Vivo Microenvironment Imaging Biomarker of Multiple Myeloma Bone Disease
(2016)
Multiple myeloma is one of the most common hematological diseases and is characterized by an aberrant proliferation of plasma cells within the bone marrow. As a result of crosstalk between cancer cells and the bone microenvironment, bone homeostasis is disrupted leading to osteolytic lesions and poor prognosis. Current diagnostic strategies for myeloma typically rely on detection of excess monoclonal immunoglobulins or light chains in the urine or serum. However, these strategies fail to localize the sites of malignancies. In this study we sought to identify novel biomarkers of myeloma bone disease which could target the malignant cells and/or the surrounding cells of the tumor microenvironment. From these studies, the KISS1 receptor (KISS1R), a G-protein-coupled receptor known to play a role in the regulation of endocrine functions, was identified as a target gene that was upregulated on mesenchymal stem cells (MSCs) and osteoprogenitor cells (OPCs) when co-cultured with myeloma cells. To determine the potential of this receptor as a biomarker, in vitro and in vivo studies were performed with the KISS1R ligand, kisspeptin, conjugated with a fluorescent dye. In vitro microscopy showed binding of fluorescently-labeled kisspeptin to both myeloma cells as well as MSCs under direct co-culture conditions. Next, conjugated kisspeptin was injected into immune-competent mice containing myeloma bone lesions. Tumor-burdened limbs showed increased peak fluorescence compared to contralateral controls. These data suggest the utility of the KISS1R as a novel biomarker for multiple myeloma, capable of targeting both tumor cells and host cells of the tumor microenvironment.
Background
The key for successful delivery in minimally-invasive hip replacement lies in the exact knowledge about the surgical anatomy. The minimally-invasive direct anterior approach to the hip joint makes it necessary to clearly identify the tensor fasciae latae muscle in order to enter the Hueter interval without damaging the lateral femoral cutaneous nerve. However, due to the inherently restricted overview in minimally-invasive surgery, this can be difficult even for experienced surgeons.
Methods and Surgical Technique
In this technical note, we demonstrate for the first time how to use the tensor fasciae latae perforator as anatomical landmark to reliably identify the tensor fasciae latae muscle in orthopaedic surgery. Such perforators are used for flaps in plastic surgery as they are constant and can be found at the lateral third of the tensor fasciae latae muscle in a direct line from the anterior superior iliac spine.
Conclusion
As demonstrated in this article, a simple knowledge transfer between surgical disciplines can minimize the complication rate associated with minimally-invasive hip replacement.
Einleitung
Fokale Gelenkknorpeldefekte treten in der Deutschen Bevölkerung mit einer geschätzten Inzidenz von über 300 000 jährlichen Fällen auf. In der US-amerikanischen Bevölkerung wird jährlich von über 600 000 Fällen ausgegangen. Aufgrund der Insuffizienz körpereigener Heilungskapazitäten und verfügbarer Therapieverfahren, schreitet die Erkrankung regelhaft zur post-traumatischen Arthrose fort. Neben der individuellen Lebensqualitätseinschränkung besteht eine sozioökonomische Bedeutung mit geschätzten Krankheitskosten von jährlich über 10 Milliarden US Dollar in den Vereinigten Staaten.
Das Versagen zellbasierter Therapieverfahren beruht unter anderem auf einer Insuffizienz der chondrogenen Differenzierung, sowie der hypertrophen Differenzierung der Chondrozyten mit nachfolgender Osteogenese analog den Vorgängen in der Wachstumsfuge. Für die Induktion der chondrogenen Differenzierung stehen insbesondere Mitglieder der TGF-β Superfamilie, wie BMP-2, zur Verfügung. Diese sind jedoch ebenso durch eine Induktion der hypertrophen Differenzierung gekennzeichnet. Zur Induktion der Chondrogenese unter Umgehung der TGF-β-Signalwege wurde IHH in-vitro als vielversprechend beschrieben. Bislang besteht jedoch kein Nachweis der in-vivo Effektivität von IHH zur Knorpelreparation.
Die Schaffung eines Wachstumsfaktor-Milieus in der Gelenkknorpelläsion in-vivo stellt ebenso eine Herausforderung dar. Diesbezüglich wurde ein vereinfachtes Verfahren zum lokalisierten in-vivo Gentransfer mittels adenoviraler Vektoren und autologen Knochenmarkskoagulaten anhand von Markergenen beschrieben. Die Effektivität jenes Verfahrens zur in-vivo Knorpelreparation wurde noch nicht gezeigt.
Zweck dieses kontrollierten in-vivo Experimentes ist es, mittels des oben genannten Gentransferverfahrens die Wirksamkeit von BMP-2 und IHH zur Reparation von osteochondralen Defekten in New Zealand White Rabbits nachzuweisen. Die zentrale Hypothese lautete, dass BMP2 beziehungsweise IHH Gentransfer in einer höheren langzeit-histologischen Qualität des Reparationsgewebes resultiert. Explorativ sollten dabei Unterschiede in den einzelnen Dimensionen der Gewebequalität anhand des ICRS-II Histology Scoring Systems, sowie der Grad der Typ I (als Faserknorpelmarker), Typ II (als Marker hyalinen Gelenkknorpels) und Typ X Kollagen Deposition (als Marker hypertropher Chondrozyten) beschrieben werden.
Material und Methoden
Als Tiermodel wurden bilaterale 3,2 mm durchmessende osteochondrale Bohrlochdefekte in der Trochlea von New Zealand White Rabbits verwendet (n=10 unabhängige Tiere, 20 Gelenke). Die Defekte wurden mit autologen Knochenmarkkoageln gefüllt, die nach vorheriger Beckenkammaspiration gewonnen wurden. In den experimentellen Gruppen wurden die Knochenmarkkoagel beladen mit jeweils 1 x 1011 infektiösen Partikeln adenoviraler Vektoren, die cDNA codierend für BMP2 (n=3 Tiere, entsprechend 6 Gelenken) oder IHH (n=4; 8) enthielten. In der Kontrollgruppe wurde das nicht-chondrogene Markergen GFP (n=3; 6) transferiert. Beide Gelenke eines Tieres wurden der gleichen Gruppe zugeordnet. Die histologische Gewebequalität wurde nach 13 Wochen anhand des ICRS-II Scoringsystems durch 3 unabhängige, verblindete Untersucher bewertet. Als primäre Outcomes wurden der ICRS-II Parameter „Generelles Assessment“, sowie die Typ II Kollagen positive Fläche designiert. Als explorative Outcomes wurden die verbleibenden ICRS-II Parameter, sowie die Typ I und Typ X Kollagen Deposition bewertet. Die Korrelation zwischen den Untersuchern wurde nach Pearson ermittelt. Zum Test auf Signifikanz der Gruppenunterschiede wurde ein lineares gemischtes Modell verwendet, welches einer mögliche Abhängigkeit beider Gelenke eines Tieres Rechnung trägt.
Ergebnisse
Qualitative Bewertung des Reparationsknorpels. Dreizehn Wochen nach der Intervention zeigten die meisten der BMP-2 behandelten Gelenke (4 von 6) und alle der IHH behandelten Gelenke (8 von 8) hyalin-artigen Reparationsknorpel, während alle GFP behandelten Kontrollgelenke (6 von 6) faserknorpel-artiges Reparationsgewebe zeigten. Zwei BMP-2 behandelten Gelenke zeigten eine ausgeprägte intraläsionale Knochenformation.
Primäre Outcomes - ICRS-II „Generelles Assessment“ und Typ II Kollagen positive Fläche. IHH und BMP-2 behandelte Gelenke zeigten im Vergleich zu GFP höhere Punktzahlen in dem ICRS-II „Generelles Assessment“ Parameter: +33.0 (95% Konfidenzintervall: -0.4, +66.4) Punkte für IHH und +8.5 (-26.6, +43.7) Punkte für BMP-2. Beide Effekte erreichten nicht das Level statistischer Signifikanz (p=0.052 und 0.537). IHH erhöhte die Typ II Kollagen Deposition in der Defektregion, während BMP-2 Gelenke keinen Unterschied zu GFP Kontrollen zeigten: +18.7 (-4.5, +42.0) Punkte für IHH und +0.0 (-29.7, +29.8) Punkte für BMP-2. Die erhöhte Typ II Kollagendeposition erreichte nicht das konventionelle Level statistischer Signifikanz (p=0.093).
Sekundäre Outcomes - ICRS-II Parameter. In dem Vergleich von BMP-2 mit GFP Kontrollen wurde in keinem der 12 untersuchten Parameter ein signifikanter Unterschied festgestellt. IHH Gentransfer resultierte hingegen in höheren Punktzahlen in allen untersuchten Parametern, wobei der Unterschied in 5 der 12 Parameter das Niveau statistischer Signifikanz erreichte. Ein um 21.5 Punkte (+3.6, +39.4) erhöhter Score wurde für den Parameter „Gewebemorphologie“ beobachtet, sowie +21.0 (+6.4, +35.7) für „Chondrozytäres Clustering“, +31.2 (+0.8, +61.5) für „Formation der Tidemark“, +17.3 (+0.2, +34.5) für „Abnorme Kalzifikation/Ossifikation“ und +35.0 (+4.6, +65.2) für das „Assessment der mittleren und tiefen Zone“.
Sekundäre Outcomes - Marker chondrozytärer Hypertrophie. Eine perizelluläre Deposition von Typ X Kollagen wurde in allen Gruppen beobachtet. Eine deutlich gesteigerte Deposition wurde nur in den Gelenken beobachtet, die nach BMP2 Gentransfer eine ausgeprägte intraläsionale Knochenformation zeigten.
Diskussion
Das hier beschriebene Experiment stellt die erste Veröffentlichung der Wirksamkeit von IHH zur Verbesserung der histologischen Knorpelqualität von in-vivo therapierten Gelenkknorpeldefekten dar [175]. Die Hypothese, dass IHH zu einer verbesserten histologischen Knorpelqualität führt wurde bestätigt, während die Hypothese zu den positiven Effekten von BMP-2 wiederlegt wurde. IHH führte zu besseren Ergebnissen in allen Untersuchten Parametern, das Niveau statistischer Signifikanz wurde dabei in den Parametern „Gewebemorphologie“, „Chondrozytäres Clustering“, „Formation der Tidemark“, „Abnorme Kalzifikation/Ossifikation“ und „Assessment der mittleren und tiefen Zone“ erreicht. Das primäre Ziel dieses Experimentes war es, den „Proof of concept“ zu liefern, dass IHH auch in-vivo ein attraktiver Faktor für die Induktion der Chondrogenese darstellt. Das langfristige Ziel ist die Induktion der Chondrogenese unter Umgehung des TGF-β Signalweges zu erzielen, um eine folgende hypertrophe Differenzierung der Chondrozyten und die folgende Ossifikation des reparierten Defektes zu verhindern.
Die Limitationen der Studie umfassen die ausschließlich histologische und immunhistochemische durchgeführte Bewertung der Knorpelqualität und eine eingeschränkte statistische Power. Ob IHH es vermag die hypertrophe Differenzierung zu umgehen und somit eine langfristige hyaline Knorpelreparation zu ermöglichen, ist in weiteren präklinischen Studien mit biochemischer und molekulargenetischer Analyse der Hypertrophie-Marker zu untersuchen. In Bezug auf den klinischen Einsatz zur Knorpelreparation erscheint der Einsatz der Wachstumsfaktoren als Protein auf funktionalisierten Matrices vielversprechend.
BMP-2 wird aufgrund der hier beobachteten intraläsionalen Knochenformation nach BMP2 Gentransfer als nicht geeignet zur Unterstützung der Knorpelreparation in-vivo bewertet.
Die Arthrose des Kniegelenkes stellt heutzutage die häufigste Gelenkerkrankung des Menschen dar. Nachdem die konservativen Therapiemöglichkeiten ausgeschöpft sind, wird dem Patienten meist die Implantation einer Knietotalendoprothese empfohlen. Aufgrund von Schmerzen, einer Infektion, oder einer Lockerung der Prothese kann jedoch ein Wechsel des Gelenkersatzes notwendig werden. Das Femoropatellargelenk stellt bei solchen Revisionsoperationen das häufigste und bedeutendste Problem dar.
Diese Studie vergleicht 5 operative Verfahren der Patella-rückflächenbearbeitung bei Revisionsoperationen. Hierzu wurden 118 Patienten anhand von 6 etablierten Scores sowie klinisch und radiologisch nach durchschnittlich ca. 2 Jahren nachuntersucht.
Die Gruppe der Patienten, welche vor der Revisionsoperation eine ersetzte Patellarückfläche aufwiesen und bei welchen dieser Ersatz entnommen und somit ein knöcherner Rest hinterlassen wurde, zeigte in fast allen Scores deutliche, wenn auch nicht signifikant schlechtere Ergebnisse. Diese gliedern sich gut in die Arbeiten anderer Autoren zu diesem Thema ein.
Weiterhin zeigte sich, dass der Kniescore nach Turba et al. für die Evaluation des Femoropatellargelenkes bei Knieprothesenrevisionen ungeeignet ist.
Bei der Patellarückflächenbearbeitung während Revisionsoperationen sollte beim Hinweis auf eine Beschädigung der Patellakomponente diese gewechselt werden, ansonsten kann der bestehende Ersatz belassen werden.
Das Entfernen eines bestehenden Ersatzes mit Hinterlassen eines knöchernen Restes sollte vermieden werden.
Bei weiteren Studien zu diesem Thema wäre es wünschenswert, zusätzlich zur postoperativen Untersuchung eine präoperative Untersuchung durchzuführen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden auf dem SICOT-Weltkongress der Orthopäden 2013 vorgestellt.
Primary osteoporosis is an age-related disease characterized by an imbalance in bone homeostasis. While the resorptive aspect of the disease has been studied intensely, less is known about the anabolic part of the syndrome or presumptive deficiencies in bone regeneration. Multipotent mesenchymal stem cells (MSC) are the primary source of osteogenic regeneration. In the present study we aimed to unravel whether MSC biology is directly involved in the pathophysiology of the disease and therefore performed microarray analyses of hMSC of elderly patients (79-94 years old) suffering from osteoporosis (hMSC-OP). In comparison to age-matched controls we detected profound changes in the transcriptome in hMSC-OP, e.g. enhanced mRNA expression of known osteoporosis-associated genes (LRP5, RUNX2, COL1A1) and of genes involved in osteoclastogenesis (CSF1, PTH1R), but most notably of genes coding for inhibitors of WNT and BMP signaling, such as Sclerostin and MAB21L2. These candidate genes indicate intrinsic deficiencies in self-renewal and differentiation potential in osteoporotic stem cells. We also compared both hMSC-OP and non-osteoporotic hMSC-old of elderly donors to hMSC of similar to 30 years younger donors and found that the transcriptional changes acquired between the sixth and the ninth decade of life differed widely between osteoporotic and non-osteoporotic stem cells. In addition, we compared the osteoporotic transcriptome to long term-cultivated, senescent hMSC and detected some signs for pre-senescence in hMSC-OP. Our results suggest that in primary osteoporosis the transcriptomes of hMSC populations show distinct signatures and little overlap with non-osteoporotic aging, although we detected some hints for senescence-associated changes. While there are remarkable inter-individual variations as expected for polygenetic diseases, we could identify many susceptibility genes for osteoporosis known from genetic studies. We also found new candidates, e.g. MAB21L2, a novel repressor of BMP-induced transcription. Such transcriptional changes may reflect epigenetic changes, which are part of a specific osteoporosis-associated aging process.
Fragestellung:
Die Therapie von Knochendefekten kritischer Größe mit kompromittiertem Regenerationspotential, stellt ein schwerwiegendes Problem dar. Die Forschung auf dem Gebiet der Knochenheilung hat sich in jüngster Vergangenheit daher auf die Anwendung mesenchymaler Vorläuferzellen (MSZ) zur Stimulierung des Knochenwachstums konzentriert. In der vorliegenden Studie wurde in humanen MSZ eine Überexpression spezifischer Wachstumsfaktoren induziert mit dem Ziel, deren osteogenes Potential zu steigern.
Methodik:
MSZ wurden nach etablierten Protokollen expandiert. Durch adenovirale Transfektion wurde eine überexpression von grün fluoreszierendem Protein (GFP, Kontrolle), indian hedgehog (IHH), bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) und IHH in Kombination mit BMP-2 induziert. Die MSZ wurden für 28 Tage mit osteogenem Differenzierungs- und Kontrollmedium kultiviert. Als weitere Kontrolle dienten native MSZ. Es wurden die Auswirkungen der jeweiligen genetischen Veränderungen auf die metabolische Aktivität (Alamar Blau), die Proliferation (Qubit dsDNA BR), die Aktivität des Enzyms alkalische Phosphatase (ALP)(p-Nitrophenylphosphat), die Mineralisierung (Alizarinrot S, Calcium O-Cresolphthalein) sowie auf die Expression charakteristischer Markergene untersucht (qRT-PCR).
Ergebnis:
In den ersten 72h nach Transfektion konnte eine leichte, im Vergleich zu nativen Zellen nicht signifikante Abnahme der metabolischen Aktivität in allen Gruppen beobachtet werden. Das Proliferationsverhalten transfizierter und nativer MSZ unterschied sich während des Untersuchungszeitraums nicht signifikant. Bei der Analyse der ALP-Aktivität zeigte sich ein typisches Rise-and-Fall Muster. Alle ost Gruppen wiesen sowohl im Assay als auch in der PCR eine signifikant höhere ALP-Aktivität auf. Die Überexpression von BMP-2 und IHH+BMP-2 bewirkte eine signifikant stärkere Mineralisierung an Tag 28. In der PCR zeigte sich für BMP-2 ost und IHH+BMP2 ost ein signifikanter Anstieg der Osteopontin und BMP-2 Expression über die Zeit. Zudem stieg bei allen ost Gruppen die Runx2 Expression bis Tag 21 an.
Schlussfolgerung:
Die virale Transfektion hatte keinen negativen Einfluss auf die metabolische Aktivität der Zellen oder deren Proliferationsverhalten. Die Überexpression von BMP-2 ohne oder in Kombination mit IHH führte zu einer vermehrten Produktion extrazellulärer Matrix und zu einer gesteigerten Genexpression osteogener Marker. Die virale Transfektion stellt daher eine vielversprechende Möglichkeit dar, das osteogene Potential von MSZ zu steigern.
Traumatische und/oder degenerative, umschriebene Knorpeldefekte sind aufgrund der schlechten intrinsischen Regenerationseigenschaften des Knorpelgewebes immer noch eine chirurgische Herausforderung. Therapiemöglichkeiten mittels Knorpelrekonstruktion durch autologes Knorpelgewebe hat den Nachteil der „donor-site-morbidity“ und auch die mit guten klinischen und bildmorphologischen Ergebnissen bereits in der Klinik angewandte matrixgekoppelte autologe Chondrozytentransplantation kommt nicht ohne eine zusätzliche Operation und Entnahme von Knorpelgewebe aus.
Autologe mesenchymale Stammzellen sind einfach mittels Beckenkammpunktion zu gewinnen und stellen aufgrund ihres Proliferations- und chondrogenen Differenzierungsvermögens eine vielversprechende Alternative dar. Die Tissue Engineering Division des orthopädischen König-Ludwig-Hauses in Würzburg befasst sich nun seit mehreren Jahren in verschiedenen Versuchsreihen unter anderem mit dieser Alternative der Knorpelrekonstruktion. Vor allem die Optimierung der Nutzung von Stammzellen, die Vordifferenzierungsmöglichkeiten in vitro und das Verhalten in verschiedenen Trägermatrizes wird erforscht.
Die vorliegende Arbeit stellt eine Pilotstudie zur Anwendung von Stammzellen analog zu der in klinischer Anwendung befindlichen MACT in vivo in Göttinger Minipigs vor. Wir haben zeigen können, wenn auch nur mit einer geringen Fallzahl und fehlenden signifikanten Aussagen, dass Stammzellen eine vielversprechende Alternative zu Chondrozyten in der Versorgung von Gelenkknorpeldefekten darstellen. Eine Verarbeitung in Kollagen I Hydrogelen ist in gleicher Weise wie mit den Chondrozyten möglich und auch die mechanische Stabilität differiert nicht. Die histologischen und immunhistochemischen Auswertungen haben in den Stammzelltransplantaten gleich gute, in einigen Aspekten sogar gering bessere Ergebnisse erzielt als die bewährten Chondrozytentransplantate.
In der Nachbehandlung schien die sofortige volle Belastung der frisch operierten Kniegelenke bei den Minipigs möglicherweise problematisch in Bezug auf die Fixierung und den Verbleib der Gel-Transplantate im Defekt. In der Klinik ist eine zeitweise Teilbelastung und anfangs lediglich passive Bewegung des Gelenks natürlich problemlos möglich. In der Zukunft werden durch Vordifferenzierung und Markierung der Stammzellen sowie durch Vorauswahl von Zellen mit einem hohen chondrogenen Differenzierungspotential die Ergebnisse von ähnlichen Versuchsreihen sicher noch optimiert werden können.
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.
Regulating and reverting the adipo-osteogenic lineage decision of trabecular human bone marrow stromal cells (hBMSCs) represents a promising approach for osteoporosis therapy and prevention. Fibroblast growth factor 1 (FGF1) and its subfamily member FGF2 were scored as lead candidates to exercise control over lineage switching processes (conversion) in favor of osteogenesis previously. However, their impact on differentiation events is controversially discussed in literature. Hence, the present study aimed to investigate the effects of these FGFs on the adipogenic and osteogenic differentiation and conversion of primary hBMSCs. Moreover, involved downstream signaling mechanisms should be elucidated and, finally, the results should be evaluated with regard to the possible therapeutic approach.
This study clearly revealed that culture in the presence of FGF1 strongly prevented the adipogenic differentiation of hBMSCs as well as the adipogenic conversion of pre-differentiated osteoblastic cells. Lipid droplet formation was completely inhibited by a concentration of 25 ng/µL. Meanwhile, the expression of genetic markers for adipogenic initiation, peroxisome proliferator-activated receptor gamma 2 (PPARg2) and CCAAT/enhancer binding protein alpha (C/EBPa), as well as subsequent adipocyte maturation, fatty acid binding protein 4 (FABP4) and lipoprotein lipase (LPL), were significantly downregulated. Yet, the genetic markers of osteogenic commitment and differentiation were not upregulated during adipogenic differentiation and conversion under FGF supplementation, not supporting an event of osteogenic lineage switching.
Moreover, when examining the effects on the osteogenic differentiation of hBMSCs and the osteogenic conversion of pre-differentiated adipocytic cells, culture in the presence of FGF1 markedly decreased extracellular matrix (ECM) mineralization. Additionally, the gene expression of the osteogenic marker alkaline phosphatase (ALP) was significantly reduced and ALP enzyme activity was decreased. Furthermore, genetic markers of osteogenic commitment, like the master regulator runt-related transcription factor 2 (RUNX2) and bone morphogenetic protein 4 (BMP4), as well as markers of osteogenic differentiation and ECM formation, like collagen 1 A1 (COL1A1) and integrin-binding sialoprotein (IBSP), were downregulated. In contrast, genes known to inhibit ECM mineralization, like ANKH inorganic pyrophosphate transport regulator (ANKH) and osteopontin (OPN), were upregulated. ANKH inhibition revealed that its transcriptional elevation was not crucial for the reduced matrix mineralization, perhaps due to decreased expression of ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1 (ENPP1) that likely annulled ANKH upregulation. Like FGF1, also the culture in the presence of FGF2 displayed a marked anti-adipogenic and anti-osteogenic effect.
The FGF receptor 1 (FGFR1) was found to be crucial for mediating the described FGF effects in adipogenic and osteogenic differentiation and conversion. Yet, adipogenic conversion displayed a lower involvement of the FGFR1. For adipogenic differentiation and osteogenic differentiation/conversion, downstream signal transduction involved the extracellular signal-regulated kinases 1 and 2 (ERK1/2) and the mitogen-activated protein kinase (MAPK)/ERK kinases 1 and 2 (MEK1/2), probably via the phosphorylation of FGFR docking protein FGFR substrate 2a (FRS2a) and its effector Ras/MAPK. The c-Jun N-terminal kinase (JNK), p38-MAPK, and protein kinase C (PKC) were not crucial for the signal transduction, yet were in part responsible for the rate of adipogenic and/or osteogenic differentiation itself, in line with current literature.
Taken together, to the best of our knowledge, our study was the first to describe the strong impact of FGF1 and FGF2 on both the adipogenic and osteogenic differentiation and conversion processes of primary hBMSCs in parallel. It clearly revealed that although both FGFs were not able to promote the differentiation and lineage switching towards the osteogenic fate, they strongly prevented adipogenic differentiation and lineage switching, which seem to be elevated during osteoporosis. Our findings indicate that FGF1 and FGF2 entrapped hBMSCs in a pre-committed state. In conclusion, these agents could be applied to potently prevent unwanted adipogenesis in vitro. Moreover, our results might aid in unraveling a pharmacological control point to eliminate the increased adipogenic differentiation and conversion as potential cause of adipose tissue accumulation and decreased osteoblastogenesis in bone marrow during aging and especially in osteoporosis.
1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25D3) was reported to induce premature organismal aging in fibroblast growth factor-23 (Fgf23) and klotho deficient mice, which is of main interest as 1,25D3 supplementation of its precursor cholecalciferol is used in basic osteoporosis treatment. We wanted to know if 1,25D3 is able to modulate aging processes on a cellular level in human mesenchymal stem cells (hMSC). Effects of 100 nM 1,25D3 on hMSC were analyzed by cell proliferation and apoptosis assay, beta-galactosidase staining, VDR and surface marker immunocytochemistry, RT-PCR of 1,25D3-responsive, quiescence-and replicative senescence-associated genes. 1,25D3 treatment significantly inhibited hMSC proliferation and apoptosis after 72 h and delayed the development of replicative senescence in long-term cultures according to beta-galactosidase staining and P16 expression. Cell morphology changed from a fibroblast like appearance to broad and rounded shapes. Long term treatment did not induce lineage commitment in terms of osteogenic pathways but maintained their clonogenic capacity, their surface marker characteristics (expression of CD73, CD90, CD105) and their multipotency to develop towards the chondrogenic, adipogenic and osteogenic pathways. In conclusion, 1,25D3 delays replicative senescence in primary hMSC while the pro-aging effects seen in mouse models might mainly be due to elevated systemic phosphate levels, which propagate organismal aging.
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.
Die periprothetische Infektion nach endoprothetischen Operationen in der Orthopädie ist eine dramatische Komplikation, die nicht nur die Gesundheit des Patienten in hohem Maße kompromitiert und gefährdet, sondern auch in ökonomischer Hinsicht ein enormes Problem darstellt.
Zahlreiche prophylaktische Maßnahmen, wie z.B. aseptische Techniken, präoperative Hautantiseptik und perioperative Antibiotikaprophylaxe tragen zur postoperativen Infektionsreduktion bei. Die Infektionsraten bewegen sich aber weiterhin zwischen 0,3% und 4,97%, je nach Implantatlokalisation. Hinzu kommt das Auftreten multiresistenter Erreger, die eine erfolgreiche Behandlung mit Antibiotika stark erschweren oder sogar unmöglich machen. Weltweit
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zeichnet sich ein drastischer Anstieg von resistenten Erregern ab, die in Zukunft bisher wirksame Antibiotika womöglich gänzlich nutzlos werden lassen könnten.
In Hinsicht auf amerikanische Studien, die den Bedarf an orthopädischer Endoprothetik hochgerechnet haben, ist bis 2030 allein in den USA eine nahezu Versiebenfachung von totaler Knieendoprothetik zu erwarten. Dies würde die Infektionsproblematik enorm verschärfen, wenn bis dahin keine neuen, wirksameren Prophylaxemaßnahmen zum Einsatz kämen.
Es ist dringend notwendig alternative Substanzen zu erforschen, die vor allem bei aseptischen Operationen gute Wirksamkeit und Verträglichkeit vereinen, ohne Resistenzen zu fördern und somit postoperative Infektionen weiter zu senken oder zu verhindern. Studien mit Antiseptika, wie PVP-Iod, konnten bereits positive Ergebnisse liefern, die ein Lichtblick in der vorliegenden Problematik darstellen. Der Mangel an relevanten, hochwertigen Studien auf diesem Themengebiet lassen eine allgemeingültige klinische Empfehlung allerdings nur mit Vorsicht zu. Die intraoperative Wundspülung mit PVP-Iod als 0,35%ige Lösung und anschließendem Nachspülen mit steriler physiologischer Kochsalzlösung, kann zumindest bei Wirbelsäulenoperationen mit Instrumentierung als sinnvolle Infektionsprophylaxe angesehen werden. Die Resultate dieser Übersichtsarbeit rechtfertigen zudem weitere hochwertige Studien mit PVP-Iod, die nötig sind, um die bisherigen positiven Ergebnisse zu verifizieren und die letztendlich zu einer medizinischen Evidenz für endoprothetische Operationen in der Orthopädie führen könnten. Aber auch alternative Antiseptika sollten weiter erforscht werden, um bei speziellen Problematiken auf möglichst viele Alternativen zurückgreifen zu können.
Resection of musculoskeletal sarcoma can result in large bone defects where regeneration is needed in a quantity far beyond the normal potential of self-healing. In many cases, these defects exhibit a limited intrinsic regenerative potential due to an adjuvant therapeutic regimen, seroma, or infection. Therefore, reconstruction of these defects is still one of the most demanding procedures in orthopaedic surgery. The constraints of common treatment strategies have triggered a need for new therapeutic concepts to design and engineer unparalleled structural and functioning bone grafts. To satisfy the need for long-term repair and good clinical outcome, a paradigm shift is needed from methods to replace tissues with inert medical devices to more biological approaches that focus on the repair and reconstruction of tissue structure and function. It is within this context that the field of bone tissue engineering can offer solutions to be implemented into surgical therapy concepts after resection of bone and soft tissue sarcoma. In this paper we will discuss the implementation of tissue engineering concepts into the clinical field of orthopaedic oncology.
Knowledge of local bone quality is essential for surgeons to determine operation techniques. A device for intraoperative measurement of local bone quality has been developed by the AO-Research Foundation (DensiProbe®). We used this device to experimentally measure peak breakaway torque of trabecular bone in the proximal femur and correlated this with local bone mineral density (BMD) and failure load. Bone mineral density of 160 cadaver femurs was measured by ex situ dual-energy X-ray absorptiometry. The failure load of all femurs was analyzed by side-impact analysis. Femur fractures were fixed and mechanical peak torque was measured with the DensiProbe® device. Correlation was calculated whereas correlation coefficient and significance was calculated by Fisher’s Z-transformation. Moreover, linear regression analysis was carried out. The unpaired Student’s t-test was used to assess the significance of differences. The Ward triangle region had the lowest BMD with 0.511 g/cm2 (±0.17 g/cm2), followed by the upper neck region with 0.546 g/cm2 (±0.16 g/cm2), trochanteric region with 0.685 g/cm2 (±0.19 g/cm2) and the femoral neck with 0.813 g/cm2 (±0.2 g/cm2). Peak torque of DensiProbe® in the femoral head was 3.48 Nm (±2.34 Nm). Load to failure was 4050.2 N (±1586.7 N). The highest correlation of peak torque measured by Densi Probe® and load to failure was found in the femoral neck (r=0.64, P<0.001). The overall correlation of mechanical peak torque with T-score was r=0.60 (P<0.001). A correlation was found between mechanical peak torque, load to failure of bone and BMD in vitro. Trabecular strength of bone and bone mineral density are different aspects of bone strength, but a correlation was found between them. Mechanical peak torque as measured may contribute additional information about bone strength, especially in the perioperative testing.
Background: Revision in failed shoulder arthroplasty often requires removal of the humeral component with a significant risk of fracture and bone loss. Newer modular systems allow conversion from anatomic to reverse shoulder arthroplasty with retention of a well-fixed humeral stem. We report on a prospectively evaluated series of conversions from hemiarthroplasty to reverse shoulder arthroplasty.
Methods: In 14 cases of failed hemiarthroplasty due to rotator cuff deficiency and painful pseudoparalysis (in 13 women), revision to reverse shoulder arthroplasty was performed between October 2006 and 2010, with retention of the humeral component using modular systems. Mean age at the time of operation was 70 (56-80) years. Pre- and postoperative evaluation followed a standardized protocol including Constant score, range of motion, and radiographic analysis. Mean follow-up time was 2.5 (2-5.5) years.
Results: Mean Constant score improved from 9 (2-16) to 41 (17-74) points. Mean lengthening of the arm was 2.6 (0.9-4.7) cm without any neurological complications. One patient required revision due to infection. Interpretation Modular systems allow retainment of a well-fixed humeral stem with good outcome. There is a risk of excessive humeral lengthening.
Background: We present a descriptive and retrospective analysis of revision total hip arthroplasties (THA) using the MRP-TITAN stem (Peter Brehm, Weisendorf, GER) with distal diaphyseal fixation and metaphyseal defect augmentation. Our hypothesis was that the metaphyseal defect augmentation (Impaction Bone Grafting) improves the stem survival.
Methods: We retrospectively analyzed the aggregated and anonymized data of 243 femoral stem revisions. 68 patients with 70 implants (28.8%) received an allograft augmentation for metaphyseal defects; 165 patients with 173 implants (71.2%) did not, and served as controls. The mean follow-up was 4.4 +/- 1.8 years (range, 2.1-9.6 years). There were no significant differences (p > 0.05) between the study and control group regarding age, body mass index (BMI), femoral defects (types I-III as described by Paprosky), and preoperative Harris Hip Score (HHS). Postoperative clinical function was evaluated using the HHS. Postoperative radiologic examination evaluated implant stability, axial implant migration, signs of implant loosening, periprosthetic radiolucencies, as well as bone regeneration and resorption.
Results: There were comparable rates of intraoperative and postoperative complications in the study and control groups (p > 0.05). Clinical function, expressed as the increase in the postoperative HHS over the preoperative score, showed significantly greater improvement in the group with Impaction Bone Grafting (35.6 +/- 14.3 vs. 30.8 +/- 15.8; p <= 0.05). The study group showed better outcome especially for larger defects (types II C and III as described by Paprosky) and stem diameters >= 17 mm. The two groups did not show significant differences in the rate of aseptic loosening (1.4% vs. 2.9%) and the rate of revisions (8.6% vs. 11%). The Kaplan-Meier survival for the MRP-TITAN stem in both groups together was 93.8% after 8.8 years. [Study group 95.7% after 8.54 years; control group 93.1% after 8.7 years]. Radiologic evaluation showed no significant change in axial implant migration (4.3% vs. 9.3%; p = 0.19) but a significant reduction in proximal stress shielding (5.7% vs. 17.9%; p < 0.05) in the study group. Periprosthetic radiolucencies were detected in 5.7% of the study group and in 9.8% of the control group (p = 0.30). Radiolucencies in the proximal zones 1 and 7 according to Gruen occurred significantly more often in the control group without allograft augmentation (p = 0.05).
Conclusion: We present the largest analysis of the impaction grafting technique in combination with cementless distal diaphyseal stem fixation published so far. Our data provides initial evidence of improved bone regeneration after graft augmentation of metaphyseal bone defects. The data suggests that proximal metaphyseal graft augmentation is beneficial for large metaphyseal bone defects (Paprosky types IIC and III) and stem diameters of 17 mm and above. Due to the limitations of a retrospective and descriptive study the level of evidence remains low and prospective trials should be conducted.
Background: To describe changes in health-related quality of life (HRQoL) of postmenopausal women with osteoporosis treated with teriparatide for up to 18 months and followed-up for a further 18 months, and to assess the influence of recent prior and incident fractures.
Methods: The European Forsteo Observational Study (EFOS) is an observational, prospective, multinational study measuring HRQoL using the EQ-5D. The primary objective was to assess changes in HRQoL during 36 months in the whole study population. A secondary post-hoc analysis examined fracture impact on HRQoL in four subgroups classified based on recent prior fracture 12 months before baseline and incident clinical fractures during the study. Changes from baseline were analysed using a repeated measures model.
Results: Of the 1581 patients, 48.4% had a recent prior fracture and 15.6% of these patients had an incident fracture during follow-up. 10.9% of the 816 patients with no recent prior fracture had an incident fracture. Baseline mean EQ-VAS scores were similar across the subgroups. In the total study cohort (n = 1581), HRQoL (EQ-VAS and EQ-5D index scores) improved significantly from baseline to 18 months and this improvement was maintained over the 18-month post-teriparatide period. Improvements were seen across all five EQ-5D domains during teriparatide treatment that were maintained after teriparatide was discontinued. Subjects with incident clinical fractures had significantly less improvement in EQ-VAS than those without incident fractures. Recent prior fracture did not influence the change in EQ-VAS during treatment.
Conclusions: EFOS is the first longitudinal study in women with severe postmenopausal osteoporosis in the real world setting to show a substantial improvement in HRQoL during teriparatide treatment that was sustained during subsequent treatment with other medications. The increase in HRQoL was lower in the subgroups with incident fracture but was not influenced by recent prior fracture. The results should be interpreted in the context of the design of an observational study.
Fracture healing is impaired in aged and osteoporotic individuals. Because adequate mechanical stimuli are able to increase bone formation, one therapeutical approach to treat poorly healing fractures could be the application of whole-body vibration, including low-magnitude high-frequency vibration (LMHFV). We investigated the effects of LMHFV on fracture healing in aged osteoporotic mice. Female C57BL/6NCrl mice (n=96) were either ovariectomised (OVX) or sham operated (non-OVX) at age 41 weeks. When aged to 49 weeks, all mice received a femur osteotomy that was stabilised using an external fixator. The mice received whole-body vibrations (20 minutes/day) with 0.3 G: peak-to-peak acceleration and a frequency of 45 Hz. After 10 and 21 days, the osteotomised femurs and intact bones (contra-lateral femurs, lumbar spine) were evaluated using bending-testing, micro-computed tomography (μCT), histology and gene expression analyses. LMHFV disturbed fracture healing in aged non-OVX mice, with significantly reduced flexural rigidity (-81%) and bone formation (-80%) in the callus. Gene expression analyses demonstrated increased oestrogen receptor β (ERβ, encoded by Esr2) and Sost expression in the callus of the vibrated animals, but decreased β-catenin, suggesting that ERβ might mediate these negative effects through inhibition of osteoanabolic Wnt/β-catenin signalling. In contrast, in OVX mice, LMHFV significantly improved callus properties, with increased flexural rigidity (+1398%) and bone formation (+637%), which could be abolished by subcutaneous oestrogen application (0.025 mg oestrogen administered in a 90-day-release pellet). On a molecular level, we found an upregulation of ERα in the callus of the vibrated OVX mice, whereas ERβ was unaffected, indicating that ERα might mediate the osteoanabolic response. Our results indicate a major role for oestrogen in the mechanostimulation of fracture healing and imply that LMHFV might only be safe and effective in confined target populations.
Juvenile Dermatomyositis (JDM) is a rare autoimmune disease in children and adolescents. In these patients calcinosis might be the most characteristic symptom. However there are only few reported cases of intramuscular calcinosis in Dermatomyositis. We report a case of calcinosis universalis (CU) of the elbow in JDM successfully treated with broaching. The patient, a 24-year-old woman, suffered from a long history of JDM. On examination she presented with a fistula lateral to the olecranon and pain of the right elbow joint. Plain X-rays displayed a diffuse pattern of multiple periarticular, subcutaneous, and intramuscular calcifications. The patient underwent surgery for histological and microbiological sampling as well as broaching. Intraoperatively sinus formation and subfascial hard calcium deposition were found. Due to the risk of collateral tissue damage, incomplete broaching was performed. A local infection with Staphylococcus was diagnosed and treated with antibiotics. On six-week and 30-month follow-up the patient was free of pain and had very good function. Calcifications on standard radiographs had almost resolved entirely. This case report gives a summary on calcinosis in Dermatomyositis and adds a new case of recalcitrant CU to the literature. Broaching surgery proved to be a reliable treatment option in symptomatic calcinosis.
There is a variation of the total number of distinct bones in the human in the literature. This difference is mainly caused by the variable existence of sesamoid bones. Sesamoid bones at the first MTP are seen regularly. In contrast additional sesamoid bones at the divond to fifth MTP are rare. We report a case of additional sesamoid bones at every metatarsophalangeal joint (MTP) of both feet.
A 22-year-old female Caucasian presented with weight-dependent pain of the divond MTP of the left foot. In the radiographs of both feet additional sesamoid bones at every MTP could be seen. This case reports a very rare variation in human anatomy. A similar case has not been displayed to the academic society and therefore should be acknowledged.
Funktionelle Ergebnisse der zweizeitigen Hüftendoprothesenrevision bei periprothetischer Infektion
(2012)
Diese retrospektive Studie analysierte die Ergebnisse der zweizeitigen, unzementierten Revision bei periprothetischer Infektion der Hüftendoprothese. Dabei wurde besonders auf die Eradikationsrate, die Rate septischer und aseptischer Rezidive, die Standzeit des Spacers, die Art der lokalen Antibiotikatherapie und die postoperativen funktionellen Ergebnisse eingegangen. Die Studie umfasst die klinische Nachuntersuchung der Patienten unter Verwendung des Harris Hip Scores, sowie die radiologische Kontrolle des Sitzes der Hüftendoprothese und die laborchemische Überprüfung der Entzündungsparameter.
Insgesamt wurden 52 Patienten von 2000 bis 2007 in der Orthopädischen Klinik König Ludwig Haus in Würzburg mit einer zweizeitigen Revision der Hüftendoprothese bei periprothetischer Infektion versorgt. 36 dieser 52 Patiente konnten 2008 im Rahmen dieser Studie nachuntersucht werden. Dabei betrug die mittlere Nachuntersuchungszeit 42 Monate. Das mittlere Patientenalter war 66,3 Jahre. 81% der Patienten hatten zum Zeitpunkt der Infektion internistische oder orthopädische Grunderkrankungen, oftmals auch multiple, welche das Risiko für die Entstehung einer periprothetischen Infektion erhöhten. 47% der Patienten waren zum Zeitpunkt der zweizeitigen Revision bereits mehr als einmal an der Hüfte voroperiert, die Hälfte davon mussten aufgrund von septischen Komplikationen bereits revidiert werden. 10% der Patienten hatten eine akute Frühinfektion, 90% ein chronisches Geschehen (51% low-grade Infekt, 39% Spätinfekt). Die häufigsten bakteriellen Erreger waren Staphylococcus epidermidis (39%), Staphylococcus aureus (14%), Streptococcus agalactiae (14%) und weitere koagulase negative Staphylokokken (11%). Bei zwei Patienten konnten Methicillin-resistente Keime isoliert werden. Insgesamt waren 25% der Infektionen Mischinfektionen. Bei drei Patienten konnte kein Keim nachgewiesen werden. Diese Patienten wurden anhand ihrer eindeutigen klinischen Symptome bei gleichzeitiger Erhöhung der Entzündungsparameter behandelt.
Zur besseren Eradikation der chronischen, persistierenden und komplizierten Infektionen wurden die Patienten mit einer zweizeitigen Revision der Hüftendoprothese behandelt. Hierbei wurde nach Explantation der infizierten Prothese mit ausführlichem chirurgischen Debridement ein - soweit möglich - patientenspezifischer antibiotikaimprägnierter Spacer vor Implantation der Zweitprothese eingesetzt. Diese Methode dient einerseits der Vermeidung einer Girdlestone-Situation und der damit verbundenen Komplikationen, andererseits ermöglicht der Spacer eine kalkulierte und hoch dosierte lokale, weitreichende und patientenspezifische Antibiotikatherapie (Kombinationstherapie) zur sicheren Eradikation der Infektion. Die Standzeit (zwischen vier und neunzehn Wochen, Mittelwert von 9 Wochen) des Spacers wurde individuell anhand des klinischen Bildes und dem Rückgang der laborchemischen Entzündungsparameter entschieden.
Die Eradiaktionsrate durch die zweizeitige Revision lag in dieser Studie bei 94%. Lediglich zwei Patienten zeigten eine persistierende bzw. wiederkehrende Infektion im Verlauf und mussten erneut revidiert werden. Es konnten keine aseptische Komplikationen, insbesondere keine Prothesenlockerung oder –sinterung nachgewiesen werden. Sechs Patienten mussten aufgrund anderer, nicht Infekt-assoziierter Komplikationen im Verlauf erneut operiert werden.
Die funktionellen Ergebnisse wurden anhand des Harris Hip Scores untersucht. Der Median lag bei 74 Punkten. Somit lässt sich auch funktionell ein insgesamt zufriedenstellendes Ergebnis präsentieren.
Schlussfolgernd ist die Aussage möglich, dass die zweizeitige, unzementierte Revision unter Verwendung eines antibiotikabeladenen Spacers eine zuverlässige Methode zur Behandlung auch chronischer und komplizierter periprothetischer Infektionen der Hüftendoprothese ist. Insgesamt konnten mit einer Eradikationsrate von 94% und keinen aseptischen Rezidiven gute Ergebnisse erzielt werden. Bezüglich der Antibiotikatherapie lässt sich eine kalkulierte, lokale Kombinationstherapie zur optimalen Eradikation der Infektion empfehlen. Des Weiteren empfiehlt es sich, die Standzeit des Spacers ebenfalls individuell bis zum klinischen und laborchemischen Nachweis der Infektfreiheit festzulegen. Dadurch wird eine ausreichende Dauer der lokalen Antibiotikatherapie gewährleistet, und gleichzeitig die Standzeit des Spacers auf eine möglichst kurze Zeit beschränkt um eine frühe Mobilisation und gute Funktionalität und Zufriedenheit des Patienten zu erreichen.
Introduction
The bursa subacromialis (BS) provides the gliding mechanism of the shoulder and regenerates itself after surgical removal. Therefore, we explored the presence of mesenchymal stem cells (MSCs) within the human adult BS tissue and characterized the BS cells compared to MSCs from bone marrow (BMSCs) on a molecular level.
Methods
BS cells were isolated by collagenase digest from BS tissues derived from patients with degenerative rotator cuff tears, and BMSCs were recovered by adherent culture from bone-marrow of patients with osteoarthritis of the hip. BS cells and BMSCs were compared upon their potential to proliferate and differentiate along chondrogenic, osteogenic and adipogenic lineages under specific culture conditions. Expression profiles of markers associated with mesenchymal phenotypes were comparatively evaluated by flow cytometry, immunohistochemistry, and whole genome array analyses.
Results
BS cells and BMSCs appeared mainly fibroblastic and revealed almost similar surface antigen expression profiles, which was \(CD44^+, CD73^+, CD90^+, CD105^+, CD106^+\),\(STRO-1^+, CD14^−, CD31^−, CD34^− ,
CD45^−, CD144^−\). Array analyses revealed 1969 genes upregulated and 1184 genes downregulated in BS cells vs. BMSCs, indicating a high level of transcriptome similarity. After 3 weeks of differentiation culture, BS cells and BMSCs showed a similar strong chondrogenic, adipogenic and osteogenic potential, as shown by histological, immunohistochemical and RT-PCR analyses in contrast to the respective negative controls.
Conclusions
Our in vitro characterizations show that BS cells fulfill all characteristics of mesenchymal stem cells, and therefore merit further attention for the development of improved therapies for various shoulder pathologies.
Die patellofemorale Instabilität bzw. die Patellaluxation hat eine Inzidenz von 7 - 49 pro
100.000 Einwohner und verursacht 2-3% aller Knieverletzungen. Über 10% der
muskuloskelettalen Symptome werden durch die patellofemorale Instabilität verursacht.
Die Ätiologie der Patellaluxation ist stets multifaktoriell, als Risikofaktoren gelten
jedoch die Trochleadysplasie, ein erhöhter Patellatilt, die Patella alta, ein erhöhter TTTG-
Abstand und die Beschaffenheit des Ligamentum patellofemorale mediale.
Zur Therapie eignen sich je nach individueller Symptomatik und Risikofaktoren sowohl
konservative als auch operative Maßnahmen. In den letzten Jahren
wurden zahlreiche Operationsmethoden und -techniken mit unterschiedlichem Ansatz
und Erfolg beschrieben.
Bei der hier untersuchten Technik wird das Ligamentum patellofemorale mediale mit
Hilfe einer autologen Sehnenplastik (Sehne des M. gracilis) und einer Weichteilfixation
an der patellaren Insertion ohne Einbringung weiteren Fremdmaterials anatomisch
rekonstruiert.
Das Ziel dieser prospektiven Verlaufsbeobachtung war es, die postoperative
Entwicklung von Funktion, Stabilität und Schmerzen, sowie die Beurteilung der
Einschränkung des Gesamtgesundheitszustandes der Patienten nach MPFL-Rekonstruktion
zu untersuchen.
Dazu wurden 27 Patienten im Alter zwischen zwölf und 45 Jahren, die zwischen Januar
2011 und November 2012 wegen habitueller bzw. habituell rezidivierender und in
einem Fall traumatischer Patellaluxation operiert wurden, nach festgesetzten Kriterien
in die Studie eingeschlossen und über den Zeitraum von zwölf Monaten postoperativ nachuntersucht. Die Ergebnisse wurden anhand des „Kujala Anterior Knee Pain Score“
und des „Validierten Fragebogen über Kniebeschwerden nach F. Flandry“ erhoben.
Außerdem wurde eine standardisierte körperliche Untersuchung durchgeführt.
Von den 27 eingeschlossenen Patienten konnten 24 über die volle Dauer nachuntersucht
werden, drei Patienten nur über sechs Monate postoperativ. Die Ergebnisse im Kujala-
Score verbesserten sich von durchschnittlich 72 Punkten (IQR = 35) präoperativ auf 95
Punkte (IQR = 9,25) nach zwölf Monaten. Nach bereits sechs Monaten war die
Verbesserung hochsignifikant.
Die Ergebnisse des Flandry-Score zeigten eine Verbesserung von 65,7 Punkten (IQR =
29,5) präoperativ auf 89,9 Punkte (IQR = 7,75) nach zwölf Monaten. Auch hier war die
Verbesserung bereits nach einem halben Jahr hochsignifikant.
Postoperativ gaben die Patienten am häufigsten Schwierigkeiten bei der Hocke und
beim Knien an. Weitere Einschränkungen der Alltagsaktivitäten traten sechs Monate
postoperativ nicht mehr auf. Auch die Häufigkeit und Intensität der Schmerzen
aufgrund des Kniegelenkes entwickelten sich nach Ablauf eines halben Jahres sehr gut.
Probleme bei sportlichen Aktivitäten wurden nach sechs Monaten nicht mehr
angegeben, allerdings war bei 51,9% der Patienten noch nach einem Jahr eine Atrophie
der Quadrizepsmuskulatur festzustellen. Bereits nach drei Monaten wurde kein „Giving Way“ mehr berichtet.
Bei den 27 untersuchten Patienten trat insgesamt eine traumatische Reluxation auf.
Weitere Komplikationen wurden nicht bekannt. Die subjektive Beurteilung des
Gesamtgesundheitszustandes verbesserte sich bereits ein halbes Jahr nach der Operation
hochsignifikant im Vergleich zum präoperativen Status.
Die MPFL-Rekonstruktion mit autologer Gracilissehne und Weichteilfixation zeigte
bezüglich Reluxationen und Stabilität nach einem Jahr sehr gute Ergebnisse. Die
Rehabilitation und Wiederaufnahme von sportlichen Aktivitäten verlief zügig.
Die Resultate dieser Untersuchung sind vielversprechend, es wird jedoch noch Studien
mit größeren Patientenzahlen und längerem Nachuntersuchungszeitraum geben müssen.
This predefined analysis of the European Forsteo Observational Study (EFOS) aimed to describe clinical fracture incidence, back pain, and health-related quality of life (HRQoL) during 18 months of teriparatide treatment and 18 months post-teriparatide in the subgroup of 589 postmenopausal women with osteoporosis aged ≥75 years. Data on clinical fractures, back pain (visual analogue scale, VAS), and HRQoL (EQ-5D) were collected over 36 months. Fracture data were summarized in 6-month intervals and analyzed using logistic regression with repeated measures. A repeated-measures model analyzed changes from baseline in back pain VAS and EQ-VAS. During the 36-month observation period, 87 (14.8 %) women aged ≥75 years sustained a total of 111 new fractures: 37 (33.3 %) vertebral fractures and 74 (66.7 %) nonvertebral fractures. Adjusted odds of fracture was decreased by 80 % in the 30 to <36–month interval compared with the first 6-month interval (P < 0.009). Although the older subgroup had higher back pain scores and poorer HRQoL at baseline than the younger subgroup, both age groups showed significant reductions in back pain and improvements in HRQoL postbaseline. In conclusion, women aged ≥75 years with severe postmenopausal osteoporosis treated with teriparatide in normal clinical practice showed a reduced clinical fracture incidence by 30 months compared with baseline. An improvement in HRQoL and, possibly, an early and significant reduction in back pain were also observed, which lasted for at least 18 months after teriparatide discontinuation when patients were taking other osteoporosis medication. The results should be interpreted in the context of an uncontrolled observational study.
In situ guided tissue regeneration, also addressed as in situ tissue engineering or endogenous regeneration, has a great potential for population-wide “minimal invasive” applications. During the last two decades, tissue engineering has been developed with remarkable in vitro and preclinical success but still the number of applications in clinical routine is extremely small. Moreover, the vision of population-wide applications of ex vivo tissue engineered constructs based on cells, growth and differentiation factors and scaffolds, must probably be deemed unrealistic for economic and regulation-related issues. Hence, the progress made in this respect will be mostly applicable to a fraction of post-traumatic or post-surgery situations such as big tissue defects due to tumor manifestation. Minimally invasive procedures would probably qualify for a broader application and ideally would only require off the shelf standardized products without cells. Such products should mimic the microenvironment of regenerating tissues and make use of the endogenous tissue regeneration capacities. Functionally, the chemotaxis of regenerative cells, their amplification as a transient amplifying pool and their concerted differentiation and remodeling should be addressed. This is especially important because the main target populations for such applications are the elderly and diseased. The quality of regenerative cells is impaired in such organisms and high levels of inhibitors also interfere with regeneration and healing. In metabolic bone diseases like osteoporosis, it is already known that antagonists for inhibitors such as activin and sclerostin enhance bone formation. Implementing such strategies into applications for in situ guided tissue regeneration should greatly enhance the efficacy of tailored procedures in the future.
Die Möglichkeiten der operativen Rekonstruktion degenerativ veränderter Hüftgelenke sind komplex und vielfältig. Bei den derzeit zur Verfügung stehenden operativen Behandlungsmassnahmen führen die Vor- und Nachteile immer wieder zur Diskussionen und Abwägung der Operationsverfahren. Hierbei stehen sich die rasche postoperative Mobilisierung sowie eine verminderte Rekonvaleszenzzeit mit den diskutierten Nachteilen einer schlechteren Übersichtlichkeit und damit verbundenen Fehlimplantationen gegenüber. Dies und die damit verbundene volkswirtschaftliche Bedeutung sind ein ständiger Ausgangspunkt für das Bemühen den optimalen Zugangsweg zu etablieren.
Daher stellte das von Smith-Peterson 1949 publizierte Verfahren einen Meilenstein in der operativen Therapie dar. Hierdurch konnten zum einen die operationstechnischen Vorteile wie auch das volkswirtschaftliche Begehren nach kürzeren postoperativen Verweildauern vereint werden. Die Modifizierung dieses Zugangsweges hat sich bereits in einer großen Anzahl prospektiver Studien als zuverlässiges Rekonstruktionsverfahren etabliert und erfüllt zudem auch die Anforderungen der heutigen Medizin nach ästhetisch schönen Ergebnissen.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine prospektive Fallstudie des direkten anterioren Zugangs mit einem gesunden Vergleichskollektiv durchgeführt. Mit dem Ziel, die Aktivität ein Jahr postoperativ nach Implantation einer HTEP mit gesunden Probanden zu vergleichen.
Von Januar 2009 bis Mai 2011 wurden insgesamt 77 Patienten und 59 Probanden in die Studie aufgenommen. Als Vergleichswerte wurde zum einen die klinische wie auch die radiologische Untersuchung herangezogen. In der klinischen Untersuchung zeigte sich insgesamt ein signifikanter Anstieg der untersuchten Scores im Vergleich mit den präoperativen Ergebnissen bei den Operierten. Im Vergleich zu den Probanden erzielen die Patienten ein Jahr nach HTEP teilweise noch schlechtere Werte in dem Bewegungsumfang und den Aktivitätsniveaus welche mittels der Auswertung des Stepwatches, des TWB und des Arzt-Patienten-Fragebogens erhoben wurden. Die radiologische Bewertung diente zur Feststellung der Positionierung der HTEP. Mit guten Positionierungen durch den direkten anterioren Zugang. Die Bewertung der Funktionalität zwischen den beiden Gruppen erfolgte durch den HHS, XSFMA- D und den Arzt-Patientenfragenbogen. Hierbei konnten ähnliche Ergebnisse, wie bereits oben beschrieben, verzeichnet werden mit guten Werten in der Gruppe der untersuchten Patienten, jedoch einer geringeren Funktionalität im Vergleich zu den Probanden.
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass der direkte anteriore Zugang die Wiederherstellung eines guten postoperativen Gesundheitszustandes mit erreichen eines hohen postoperativen Aktivitätslevels der Patienten ermöglicht. Ebenso erfüllt dieser Zugangsweg die Anforderungen der heutigen Medizin im Sinne einer schnellen postoperativen Mobilisation. Im Vergleich zu anderen minimal-invasiven Verfahren zeigen sich eine gute Implantierbarkeit, eine gute Positionierung und ein niedriges Komplikationsniveau.
Prinzipiell hat der minimal-invasive anteriore Zugang das Potenzial sich als ein Standardverfahren in der operativen Rekonstruktion bei Hüftgelenksersatz zu etablieren, jedoch wäre ein direkter Vergleich mit dem lateralen Zugang erstrebenswert und sollte in weiteren Studien verglichen 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.
Das ACL ist eine der am häufigsten verletzten Strukturen des menschlichen Körpers bei Sportunfällen und die Anzahl der Rekonstruktionen wird weiterhin zunehmen. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte in der Charakterisierung der biomechanischen Eigenschaften von Sehnen und Bändern erzielt und neue Ansätze auf dem Gebiet des Tissue Engineering eröffnen neue Möglichkeiten. In dieser Arbeit wurde ein ACL-Konstrukt aus biomaterialbasiertem Kollagen I entwickelt und getestet. Die gewonnenen Ergebnisse können als Grundlage für die Herstellung eines Kreuzbandkonstruktes verwendet werden.
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.
Die vorliegende Inaugural-Dissertation beschäftigt sich mit dem Einfluss der Eisenoxidpartikel-Markierung (VSOP) von Mesenchymalen Stammzellen (MSZ) auf Polylaktid-Trägern (OPLA) im Hinblick auf Morphologie, Vitalität und Differenzierung über einen Zeitraum von 28 Tagen.
Histologisch war der intrazelluläre Eisen-III Nachweis mit Hilfe der Berliner Blau Färbung als Zeichen der gelungenen Eisenoxid-Markierung in der VSOP-Gruppe bis zum 28. Tag positiv. Morphologisch zeigten sich im Groben keine Unterschiede zwischen VSOP- und Kontrollgruppe bei ähnlicher Besiedelungsstruktur der Scaffolds mit Betonung der Randbereiche in beiden Gruppen.
Die morphologische Struktur stand in Korrelation mit den Ergebnissen der DNA-Konzentrationsbestimmung in den Konstrukten. Es zeigte sich in beiden Gruppen ein vergleichbarer DNA-Ansteig am Tag 3 nach Besiedelung und ein Abfall der DNA-Konzentration ab Tag 7 in der Kontrollgruppe, bzw. Tag 14 in der VSOP-Gruppe auf ein ähnliches Niveau in beiden Gruppen, welches ungefähr der DNA-Konzentration vor Besiedelung entsprach. Diese Beobachtungen zeigen am ehesten, dass die Vitalität der Zellen in den Konstrukten nicht VSOP-bedingt eingeschränkt ist, sondern von den äußeren Kulturbedingungen abhängig ist.
In der RT-PCR Analyse zeigte sich ein ähnliches Expressionsmuster fast aller untersuchter osteogener Marker in beiden Gruppen. Als VSOP-induzierten Effekt könnte lediglich die vermehrte Expression von BSP in der VSOP-Gruppe verstanden werden bei eingeschränkter Vergleichbarkeit der Proben aufgrund der inhomogenen Expression des Housekeeping-Gens. Erstaunlicherweise wurden alle osteogenen Marker in beiden Gruppen exprimiert, obwohl die Zellen nicht in osteogenem Induktionsmedium kultiviert wurden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die VSOP-Markierung von MSZ, wie bereits in anderen Studien gezeigt, auch in der dreidimensionalen Kultur auf OPLA-Scaffolds eine sichere und wenig zellbeeinflussende Methode ist, die damit zum Nachweis der Stammzellen nach Applikation in Form von Tissue Engineering Konstrukten dienen kann.
Bänder und Sehnen sind bradytrophe Gewebe die eine limitierte intrinsische Heilungskapazität aufweisen. Trotz einer primären Nahtrekonstruktion kann es zur Ausbildung eines mechanisch insuffizienten Narbengewebes kommen. Die Verwendung autologer oder allogener Sehnen-/Bandersatzplastiken bei Vorliegen substantieller Defekte bergen die Gefahr der donor site morbidity und antigener/allergischer Reaktionen.
Besonders das Tissue Engineering kann hier zur Entwicklung innovativer Therapieansätze beitragen. Die Verwendung autologer mesenchymaler Vorläuferzellen und biomimetischer Zellträger zu Generierung eines Sehnen- /Bandersatzes ex vivo ist eine vielversprechende Alternative.
Ziel der vorliegenden Arbeit war die Generierung von biomimetischen Zellträgern auf der Basis von Kollagen Typ I mittels Elektrospinning. Dabei orientierte sich das Scaffolddesign am Aufbau der EZM von nativem Band- und Sehnengewebe. In einem zweiten Schritt wurde die Auswirkung unterschiedlicher Scaffoldarchitektur auf die tenogene Differenzierung von humanen MSZ untersucht. Hierzu wurden MSZ aus dem Knochenmark isoliert, amplifiziert, die Zellträger mit diesen Zellen besiedelt und für einen definierten Zeiträum (21 Tage) kultiviert.
Die Kollagen I-Ausgangskonzentration hatte entscheidenden Einfluss auf den Faserdurchmesser. Wobei unter Verwendung einer 5-8%-igen Kollagenlösung der Faserdurchmesser im Bereich von nativen Kollagenfasern in natürlichem Sehnengewebe erzielt werden konnte. Unter Verwendung eines rotierenden Metallzylinders als Kollektor konnte mit steigender Rotationgeschwindigkeit eine zunehmende parallele Faserausrichtung in den NFS erreicht werden. Ein Einfluss auf die Morphologie und die Proliferation der MSZ auf NFS mit unterschiedlicher Faserdicke zeigte sich nicht. Ausgerichtete Fasern führten zu einer signifikant parallelen Ausrichtung der MSZ mit langgezogenem schlanken Zellkörper, im Unterschied zu einer polygonalen MSZ-Morphologie auf nicht ausgerichteten NF.
Die tenogene Differenzierung der Zellen in den NFS wurde mittels RT-PCR- Analyse untersucht. Hierbei wurde die Expression der tendogenen Markergene Tenascin C, Elastin, Kollagen I und Skleraxis bestimmt. Zusätzlich wurden immunfluoreszens- und histochemische Färbungen durchgeführt, um die Infiltration der Zellen in die Zellträger und den Einfluss unterschiedlicher Faserparameter auf die Morphologie der MSZ nachzuweisen.
Unter Verwendung von ausgerichteten Kollagen I-NFS zeigte sich eine signifikant höhere tenogene Markergenexpression für Skleraxis und Tenascin C in der Frühphase und im weiteren Verlauf ebenfalls für Col I und Elastin im Vergleich zu nicht ausgerichteten NFS.
Elektrospinning von Kollagen I unter Verwendung eines rotierenden Kollektors ermöglicht die Herstellung biomimetischer NFS mit paralleler Faserausrichtung analog zu nativem Sehnengewebe. Die so hergestellten NFS zeichnen sich im Vergleich zu nicht ausgerichteten NFS durch eine signifikant höher mechanische Zugfestigkeit und die Induktion einer tenogenen Markergenexpression in MSZ aus. Prinzipiell haben Kollagen I-NFS das Potential bestehende Therapiestrategien zu Rekonstruktion substantieller Sehnenrupturen im Rahmen Stammzell-basierter Ansätze zu unterstützen. Die generelle Eignung in vivo muss aber zunächst in adäquaten Großtiermodellen (z. B. Rotatorenmanschettendefekt im Schaf) überprüft werden.
Die vorliegende Arbeit zeigt die Bedeutung eines Zielgewebe-gerichteten Designs von Zellträgern für die Entwicklung innovativer Strategien im Tissue Engineering. Bei der Regeneration muskuloskelettaler Gewebe, wie dem Sehnenegewebe, spielen nicht nur strukturelle Aspekte sondern auch die biochemische Zusammensetzung des zu erneuernden Gewebes eine entscheidende Rolle, die bei der Scaffold-Herstellung zu berücksichtigen sind.
Introduction
To stimulate healing of large bone defects research has concentrated on the application of mesenchymal stem cells (MSCs).
Methods
In the present study, we induced the overexpression of the growth factors bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) and/or Indian hedgehog (IHH) in human MSCs by adenoviral transduction to increase their osteogenic potential. GFP and nontransduced MSCs served as controls. The influence of the respective genetic modification on cell metabolic activity, proliferation, alkaline phosphatase (ALP) activity, mineralization in cell culture, and osteogenic marker gene expression was investigated.
Results
Transduction had no negative influence on cell metabolic activity or proliferation. ALP activity showed a typical rise-and-fall pattern with a maximal activity at day 14 and 21 after osteogenic induction. Enzyme activity was significantly higher in groups cultured with osteogenic media. The overexpression of BMP-2 and especially IHH + BMP-2 resulted in a significantly higher mineralization after 28 days. This was in line with obtained quantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction (qRT-PCR) analyses, which showed a significant increase in osteopontin and osteocalcin expression for osteogenically induced BMP-2 and IHH + BMP-2 transduced cells when compared with the other groups. Moreover, an increase in runx2 expression was observed in all osteogenic groups toward day 21. It was again more pronounced for BMP-2 and IHH + BMP-2 transduced cells cultured in osteogenic media.
Conclusions
In summary, viral transduction did not negatively influence cell metabolic activity and proliferation. The overexpression of BMP-2 in combination with or without IHH resulted in an increased deposition of mineralized extracellular matrix, and expression of osteogenic marker genes. Viral transduction therefore represents a promising means to increase the osteogenic potential of MSCs and the combination of different transgenes may result in synergistic effects.
Background: Desmoplastic fibroma (DF) is an extremely rare locally aggressive bone tumor with an incidence of 0.11% of all primary bone tumors. The typical clinical presentation is pain and swelling above the affected area. The most common sites of involvement are the mandible and the metaphysis of long bones. Histologically and biologically, desmoplastic fibroma mimics extra-abdominal desmoid tumor of soft tissue.
Case Presentation and Literature Review: A case of a 27-year old man with DF in the ilium, including the clinical, radiological and histological findings over a 4-year period is presented here. CT scans performed in 3-year intervals prior to surgical intervention were compared with respect to tumor extension and cortical breakthrough. The patient was treated with curettage and grafting based on anatomical considerations. Follow-up CT scans over 18-months are also documented here. Additionally, a review and analysis of 271 cases including the presented case with particular emphasis on imaging patterns in MRI and CT as well as treatment modalities and outcomes are presented.
Conclusion: In patients with desmoplastic fibroma, CT is the preferred imaging technique for both the diagnosis of intraosseus tumor extension and assessment of cortical involvement, whereas MRI is favored for the assessment of extraosseus tumor growth and preoperative planning. While tumor resection remains the preferred treatment for DF, curettage and grafting prove to be an acceptable alternative treatment modality with close follow-up when resection is not
possible. Curettage and grafting have been shown to provide good clinical results and are associated with long recurrence free intervals.