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Aseptic loosening of total hip and knee joint replacements is the most common indication for revision surgery after primary hip and knee arthroplasty. Research suggests that exposure and uptake of wear by mesenchymal stromal cells (MSC) and macrophages results in the secretion of proinflammatory cytokines and local osteolysis, but also impaired cell viability and regenerative capacity of MSC. Therefore, this in vitro study compared the regenerative and differentiation capacity of MSC derived from patients undergoing primary total hip arthroplasty (MSCprim) to MSC derived from patients undergoing revision surgery after aseptic loosening of total hip and knee joint implants (MSCrev). Regenerative capacity was examined by measuring the cumulative population doubling (CPD) in addition to the number of passages until cells stopped proliferating. Osteogenesis and adipogenesis in monolayer cultures were assessed using histological stainings. Furthermore, RT‐PCR was performed to evaluate the relative expression of osteogenic and adipogenic marker genes as well as the expression of markers for a senescence‐associated secretory phenotype (SASP). MSCrev possessed a limited regenerative capacity in comparison to MSCprim. Interestingly, MSCrev also showed an impaired osteogenic and adipogenic differentiation capacity compared to MSCprim and displayed a SASP early after isolation. Whether this is the cause or the consequence of the aseptic loosening of total joint implants remains unclear. Future research should focus on the identification of specific cell markers on MSCprim, which may influence complication rates such as aseptic loosening of total joint arthroplasty to further individualize and optimize total joint arthroplasty.
Für die Fügung der Interkonnektoren einer Hochtemperaturbrennstoffzelle wurden in der hier vorliegenden Arbeit glaskeramische Lote entwickelt und untersucht. Es konnte ein hochviskoses Glas
gefunden werden, das trotz fehlendem Erweichen bei der Fügung eine stabile, gasdichte und elektrisch isolierende glaskeramische Fügung ausbildet. Auch während des Betriebs kommt es zu keinem Erweichen der Fügung. Weiter treten keine feststellbaren Reaktionen mit den potentiellen Reaktionspartnern, den Stahlelementen, auf. Es konnte eine Korrelation dieses Reaktionsverhaltens
mit dem Kristallisationsverhalten der Glaskeramik gefunden werden. Das Verhalten des Glaslotes
wurde über mehrere tausend Stunden unter Betriebsbedingungen beziehungsweise betriebsimulierenden Bedingungen untersucht. Dabei konnte die Kristallisationsentwicklung beschrieben werden.
Ein weiterer Aspekt der Arbeit war die Untersuchung des Einflusses der einzelnen Faktoren, denen
ein Glaslot während seines Einsatzes von der Fügung bis zum Betrieb ausgesetzt ist, wie die
Fügetemperatur, die Viskosität der eingesetzten glasbildenden Schmelze oder die Dualgasatmosphäre im Betrieb, auf das Gefüge und die Diffusion.
Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Fügetemperatur mit Abstand den größten Einfluss auf die
Stabilität der Glaslotschicht hat. Diese bedingt nicht nur die Kinetik des Fließens und die Benetzung
des Stahls durch das Glas, sondern vor allem, welche Kristallphasen gebildet werden und
wie das finale Gefüge im Hinblick auf Kristallitgröße und –verteilung aussieht. So kommt es bei
höheren Temperaturen zu einem größeren Restglasphasenanteil und einem geringeren Kristallitanteil, was wiederum die Diffusion der Stahlelemente in die Glaslotschicht begünstigt.
Epidermal growth factors (EGFs) e.g. EGF, heparin-binding EGF and transforming growth factor alpha and their receptors e.g. EGFR and ErbB2 control proinflammatory signaling and modulate proliferation in bone marrow stromal cells (BMSC). Interleukin-6 and interleukin-8 are EGF targets and participate in the inflammatory phase of bone regeneration via non-canonical wnt signaling. BMSC differentiation is also influenced by mechanical strain-related activation of ERK1/2 and AP-1, but the role of EGFR signaling in mechanotransduction is unclear. We investigated the effects of EGFR signaling in telomerase-immortalized BMSC, transfected with a luciferase reporter, comprising a mechanoresponsive AP1 element, using ligands, neutralizing antibodies and EGFR inhibitors on mechanotransduction and we found that EGF via EGFR increased the response to mechanical strain. Results were confirmed by qPCR analysis of mechanoresponsive genes. EGF-responsive interleukin-6 and interleukin-8 were synergistically enhanced by EGF stimulation and mechanical strain. We show here in immortalized and primary BMSC that EGFR signaling enhances mechanotransduction, indicating that the EGF system is a mechanosensitizer in BMSC. Alterations in mechanosensitivity and -adaptation are contributors to age-related diseases like osteoporosis and the identification of a suitable mechanosensitizer could be beneficial. The role of the synergism of these signaling cascades in physiology and disease remains to be unraveled.