Lehrstuhl für Orthopädie
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Additive manufacturing of scaffolds with sub-micron filaments via melt electrospinning writing
(2015)
The aim of this study was to explore the lower resolution limits of an electrohydrodynamic process combined with direct writing technology of polymer melts. Termed melt electrospinning writing, filaments are deposited layer-by-layer to produce discrete three-dimensional scaffolds for in vitro research. Through optimization of the parameters (flow rate, spinneret diameter, voltage, collector distance) for poly-ϵ-caprolactone, we could direct-write coherent scaffolds with ultrafine filaments, the smallest being 817 ± 165 nm. These low diameter filaments were deposited to form box-structures with a periodicity of 100.6 ± 5.1 μm and a height of 80 μm (50 stacked filaments; 100 overlap at intersections). We also observed oriented crystalline regions within such ultrafine filaments after annealing at 55 °C. The scaffolds were printed upon NCO-sP(EO-stat-PO)-coated glass slide surfaces and withstood frequent liquid exchanges with negligible scaffold detachment for at least 10 days in vitro.
Purpose: The topical application of tranexamic acid (TXA) into the joint space during total joint arthroplasty (TJA) with no increase of complications, has been widely reported. We investigated the influence of TXA on antibiotic release, activity of the released antibiotic against a clinical isolate of S. aureus, and compressive strength of a widely used commercially prepared gentamicin-loaded cement brand (PALACOS R + G). Method: 12 bone cement cylinders (diameter and height = 6 and 12 mm, respectively) were molded. After curing in air for at least 1 h, six of the cylinders were completely immersed in 5 mL of fetal calf serum (FCS) and the other six were completely immersed in a solution consisting of 4.9 mL of FCS and 0.1 mL (10 mg) of TXA. Gentamicin elution tests were performed over 7 d. Four hundred µL of the gentamicin eluate were taken every 24 h for the first 7 d without renewing the immersion fluid. The gentamicin concentration was determined in a clinical analyzer using a homogeny enzyme immuno-assay. The antimicrobial activity of the eluate, obtained after day 7, was tested. An agar diffusion test regime was used with Staphylococcus aureus. Bacteria were grown in a LB medium and plated on LB agar plates to get a bacterial lawn. Fifty µL of each eluate were pipetted on 12-mm diameter filter discs, which were placed in the middle of the agar gel. After 24 h of cultivation at 37 °C, the zone of inhibition (ZOI) for each specimen was measured. The compressive strength of the cements was determined per ISO 5833. Results: At each time point in the gentamicin release test, the difference in gentamicin concentration, obtained from specimens immersed in the FCS solution only and those immersed in the FCS + TXA solution was not significant (p = 0.055–0.522). The same trend was seen in each of the following parameters, after 7 d of immersion: (1) Cumulative gentamicin concentration (p < 0.297); (2) gentamicin activity against S. aureus (strongly visible); (3) ZOI size (mostly > 20 mm) (p = 0.631); and (4) compressive strength (p = 0.262). Conclusions: For the PALACOS R + G specimens, the addition of TXA to FCS does not produce significant decreases in gentamicin concentration, in the activity of the gentamicin eluate against a clinical isolate of S. aureus, the zone of inhibition of S. aureus, and in the compressive strength of the cement, after 7 d of immersion in the test solution.
In bone tissue engineering, the design of in vitro models able to recreate both the chemical composition, the structural architecture, and the overall mechanical environment of the native tissue is still often neglected. In this study, we apply a bioreactor system where human bone-marrow hMSCs are seeded in human femoral head-derived decellularized bone scaffolds and subjected to dynamic culture, i.e., shear stress induced by continuous cell culture medium perfusion at 1.7 mL/min flow rate and compressive stress by 10% uniaxial load at 1 Hz for 1 h per day. In silico modeling revealed that continuous medium flow generates a mean shear stress of 8.5 mPa sensed by hMSCs seeded on 3D bone scaffolds. Experimentally, both dynamic conditions improved cell repopulation within the scaffold and boosted ECM production compared with static controls. Early response of hMSCs to mechanical stimuli comprises evident cell shape changes and stronger integrin-mediated adhesion to the matrix. Stress-induced Col6 and SPP1 gene expression suggests an early hMSC commitment towards osteogenic lineage independent of Runx2 signaling. This study provides a foundation for exploring the early effects of external mechanical stimuli on hMSC behavior in a biologically meaningful in vitro environment, opening new opportunities to study bone development, remodeling, and pathologies.
Sarcopenia and Malnutrition Screening in Female Osteoporosis Patients — A Cross-Sectional Study
(2021)
Sarcopenia and malnutrition are important determinants of increased fracture risk in osteoporosis. SARC-F and MNA-SF are well-established questionnaires for identifying patients at risk for these conditions. We sought to evaluate the feasibility and potential added benefit of such assessments as well as the actual prevalence of these conditions in osteoporosis patients. We conducted a cross-sectional, single-center study in female osteoporosis patients ≥ 65 years (SaNSiBaR-study). Results of the sarcopenia (SARC-F) and malnutrition (MNA-SF) screening questionnaires were matched with a functional assessment for sarcopenia and data from patients’ medical records. Out of 107 patients included in the analysis, a risk for sarcopenia (SARC-F ≥ 4 points) and a risk for malnutrition (MNA-SF ≤ 11 points) was found in 33 (30.8%) and 38 (35.5%) patients, respectively. Diagnostic overlap with coincident indicative findings in both questionnaires was observed in 17 patients (16%). As compared to the respective not-at-risk groups, the mean short physical performance battery (SPPB) score was significantly reduced in both patients at risk for sarcopenia (7.0 vs. 10.9 points, p < 0.001) and patients at risk for malnutrition (8.7 vs. 10.5 points, p = 0.005). Still, confirmed sarcopenia according to EWGSOP2 criteria was present in only 6 (6%) of all 107 patients, with only 3 of them having an indicative SARC-F score. Bone mineral density was not significantly different in any of the at-risk groups at any site. In summary, applying SARC-F and MNA-SF in osteoporosis patients appears to be a complementary approach to identify individuals with functional deficits.
Purpose: Patient-specific, flanged acetabular components are used for the treatment of Paprosky type III defects during revision total hip arthroplasty (THA). This monocentric retrospective cohort study analyzes the outcome of patients treated with custom made monoflanged acetabular components (CMACs) with intra- and extramedullary iliac fixation. Methods: 14 patients were included who underwent revision THA with CMACs for the treatment of Paprosky type III defects. Mechanism of THA failure was infection in 4 and aseptic loosening in 10 patients. Seven patients underwent no previous revision, the other seven patients underwent three or more previous revisions. Results: At a mean follow-up of 35.4 months (14–94), the revision rate of the implant was 28.3%. Additionally, one perioperative dislocation and one superficial wound infection occurred. At one year postoperatively, we found a significant improvement of the Western Ontario and McMaster Universities Arthritis Index (WOMAC) score (p = 0.015). Postoperative radiographic analysis revealed good hip joint reconstruction with a mean leg length discrepancy of 3 mm (−8–20), a mean lateralization of the horizontal hip center of rotation of 8 mm (−8–35), and a mean proximalization of the vertical hip center of rotation of 6 mm (13–26). Radiolucency lines were present in 30%. Conclusion: CMACs can be considered an option for the treatment of acetabular bone loss in revision THA. Iliac intra- and extramedullary fixation allows soft tissue-adjusted hip joint reconstruction and improves hip function. However, failure rates are high, with periprosthetic infection being the main threat to successful outcome.
Die Patellaerstluxation ist eine besonders im jüngeren Lebensalter auftretende Verletzungsform. Bei persistierender Instabilität mit Rezidivereignissen ist die Rekonstruktion des medialen patellofemoralen Ligaments (MPFL) ein etabliertes Operationsverfahren.
In dieser Arbeit wurde bei 17 Patienten (Durchschnittsalter 22,65 Jahre) die posturale Stabilität sowie das Kraftverhalten der Oberschenkelmuskulatur im Mittel 400,65 Tage nach Durchführung einer MPFL-Plastik in Form einer klinischen Verlaufsstudie bestimmt.
Die Messung der posturalen Instabilität erfolgte im Einbeinstand auf einem Posturomed (Haider Bioswing). Dabei wurde aus der Ruheposition sowie nach Bewegungsimpuls in AP- und ML-Richtung die Wegstrecke der Standplattform aufgezeichnet. Bei allen Testmodi zeigten sich auf der operierten im Vergleich zur Gegenseite leichtgradig bessere Werte (nicht signifikant).
Die Kraftdiagnostik erfolgte durch isokinetische Testung der Kniegelenksextensoren bzw. -flexoren im Seitenvergleich mittels Biodex System 3 (Medical Systems) zunächst unter konzentrischen Kontraktionsbedingungen bei 60°/s und 240°/s sowie im Anschluss bei exzentrischer Flexion bei 60°/s Winkelgeschwindigkeit. Im ersten Abschnitt zeigten sich auf der betroffenen Seite in die Knieextension niedrigere Werte als auf der Gegenseite (teilweise signifikant) bei keiner wesentlichen Differenz in die Flexion. Im zweiten Teil erzielten die Probanden im Mittel mit ihrem operierten Bein geringere Werte als mit dem nicht operierten Bein (teilweise signifikant).
Zusammenfassend zeigt sich ca. ein Jahr postoperativ kein posturales Defizit jedoch ein Kraftdefizit des Streckapparates der operierten Seite. In der Literatur ist eine postoperative Quadrizepsdsyfunktion nach MPFL-Plastik vielfach beschrieben. Ein möglicher Pathomechanismus ist die arthrogene Muskelinhibition. Die Integration disinhibierender Maßnahmen in herkömmliche Rehabilitationsprogramme stellt einen denkbaren Therapieansatz dar.
Die Frage nach dem idealen Zugangsweg für die komplexe, operative HTEP-Implantation ist seit Jahren Grund zur Diskussion unterschiedlicher Autoren und abschließend noch nicht geklärt. In der Literatur ist in der Vergangenheit über die Vor- und Nachteile der verschiedenen Zugangswege diskutiert, und es sind teilweise auch kritische Stimmen zur minimal-invasiven Operationstechnik laut geworden. Die schlechte Übersichtlichkeit des Operationsgebietes, eine flache Lernkurve, vermehrte postoperative Fehlstellungen und ein schlechtes, funktionelles Outcome werden als Kritikpunkte dieser Technik aufgeführt.
Ein sicherer Zugangsweg, der eine rasche postoperative Mobilisation ermöglicht und zusätzlich den hohen funktionellen und ästhetischen Wünschen der Patienten gerecht wird, liegt im aktuellen Fokus der Forschung in der orthopädischen Endoprothetik und wird durch die Fast-Track Endoprothetik zusätzlich verstärkt. Aus diesem Grund war das Ziel dieser Studie, aussagekräftige Daten des minimal-invasiven anterioren Zugangs, modifiziert nach Smith-Peterson, zum frühen postoperativen Verlauf zu erhalten.
Zur Erhebung der Daten kamen neben krankheitsspezifischen auch krankheitsübergreifende Fragebögen zum Einsatz. Die Ergebnisse der etablierten Fragebögen HHS, XSMFA-D, SF-36, der körperlichen Untersuchung, der Aktivitäts- und Funktionseinschätzung durch den Untersucher sowie durch den Patienten zeigten eine signifikante Besserung bei den Punkten Aktivität, Funktion, Lebensqualität, subjektiven Schmerzwahrnehmung sowie Krankheitsempfinden. Die Aktivität wurde zudem durch den Schrittzähler StepWatch™ (präoperativ) und den TWB (prä- und postoperativ) objektiv gemessen, wobei der TWB im frühen postoperativen Verlauf unter diesen Umständen eine valide Datenerhebung fraglich erscheinen lässt und gegebenfalls einer Revalidierung unterzogen werden muss. Es zeigte sich eine nur geringe Änderung der psychischen Summenskala des PHQ-D zu beiden MZP, obwohl sich die Ergebnisse der Fragebögen zum Thema Funktion, Schmerz und allge-meine Lebensqualität postoperativ signifikant besserten.
Im Vergleich mit den Probanden des zweiten Studienarms, welche eine HTEP durch den transglutealen lateralen Zugang nach Bauer erhielten, zeigten die Daten des funktionellen Outcomes, der subjektiven Aktivität, sowie der Lebensqualität sechs Wochen postoperativ für den minimal-invasiven anterioren Zugang signifikant bessere Ergebnisse. Zusätzlich verringerte sich der Beeinträchtigungsindex postoperativ für die Probanden mit minimal-invasivem anterioren Zugang.
Die Daten dieser Arbeit sind Bestandteil einer Studie, welche im „BMC Musculoskeletal Disorders” im Jahr 2018 veröffentlicht wurde. Wie schon in vorangegangen Studien gezeigt, konnten unsere Daten ein besseres, frühes postoperatives, funktionelles Outcome bei den Patienten mit minimal-invasivem anterioren Zugang untermauern. Obwohl der HHS in beiden Studiengruppen keine signifikante Änderung der Funktion aufzeigen konnte, ergaben sowohl die Daten des Schrittzählers als auch die Ergebnisse des Funktionsindexes des XSMFA-D signifikante Unterschiede in Aktivität und Funktion bei Patienten mit minimal-invasivem anterioren Zugang. Nach zwölf Monaten wiederum zeigte das funktionelle Outcome beider Studienarme keine Differenz mehr. Die Ergebnisse zur gesundheitsbezogenen Lebensqualität ergaben zu allen MZP ein signifikant besseres Ergebnis bei Patienten mit minimal-invasivem anterioren Zugang.
Es konnte schlussendlich gezeigt werden, dass der minimal-invasive anteriore Zugang einen sicheren Weg zum Hüftgelenk darstellt. Vor allem im frühen postoperativen Verlauf, welcher besonders in der „Fast-Track” Endoprothetik relevant ist, zeigte der MIS-Zugang seine Vorzüge. Die Resultate bei den Themen Funktion, Lebensqualität, Schmerzfreiheit, Komplikationsrate und Patientenzufriedenheit lieferten durchweg gute Ergebnisse. Bei der subjektiven Aktivität wurden sogar sehr gute Ergebnisse erzielt.
Schlussfolgernd konnte im Vergleich zum lateralen Zugang nach Bauer gezeigt werden, dass das frühe klinische Outcome mittels minimal-invasivem anterioren Zugang gleichwertige oder sogar bessere Ergebnisse hervorbringt.
Die Arbeit stellt mögliche Einflüsse durch 1,25- Dihydroxy-Vitamin D3 (1,25-VitD3) und Retinsäure (RA) in humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) sowohl während der adipogenen und osteogenen Differenzierung als auch während der Kurzzeit- und Langzeitstimulation auf das Mikromilieu dar. Die Stimulation mit 1,25-VitD3 und RA verlangsamt das Wachstumsverhalten und verändert die Zellmorphologie von hMSC. Effekte auf die Genexpression werden auf mRNA-Ebene mittels RT-PCR dargestellt. Der Phänotyp als auch teilweise die Genexpression der osteogenen und adipogenen Differenzierung wird durch 1,25-VitD3 induziert und durch RA inhibiert. Zudem wird sowohl die „Mikromilieu-Zusammensetzung“ als auch das „Transkriptionssignal“ von 1,25-VitD3 und RA gegenseitig beeinflusst.
Aufgrund der divergierenden Studienlage bezüglich der physiotherapeutischen Nachbehandlung nach operativer Rotatorenmanschettenrefixation erfolgte im Rahmen einer prospektiv randomisierten Studie die Evaluation zweier Nachbehandlungsmodelle nach operativer Refixation vollschichtiger RM-Rupturen in Mini-Open-Technik. Hierfür wurden 57 Patienten präoperativ, 3 Wochen, 6 Wochen sowie 6 Monate postoperativ nachuntersucht und ausgewertet. Die Scores beinhalteten den NRS-Score, Constant-Score, DASH-Score, ASES-Score, NHP-Score, SF-36-Score sowie eine sonographische Untersuchung zur Beurteilung der Reruptur nach 6 Monaten postoperativ.
Einheitlich erfolgte die Ruhigstellung im Gilchrist-Verband für 6 Wochen. In der konservativen Nachbehandlungsgruppe wurden bis 6 Wochen postoperativ lediglich Pendelübungen durchgeführt, in der progressiven Nachbehandlungsgruppe erfolgte eine passive Beübung direkt postoperativ bis an die Schmerzgrenze mit Ausnahme der Adduktion.
Im Gesamtkollektiv war eine Rerupturrate von 5,3% zu verzeichnen mit 3,7% in der konservativen und 6,7% in der progressiven Nachbehandlungsgruppe ohne signifikanten Gruppenunterschied (p=0,540). Bezüglich der klinischen und psychischen Ergebnisse zeigte sich 6 Monate postoperativ lediglich eine Einschränkung der aktiven Außenrotation in der konservativen Nachbehandlungsgruppe (46,2∘ vs. 39,7∘, p=0,031), sonst war kein signifikanter Gruppenunterschied zu sehen.
Weiterhin erfolgten Subgruppenanalysen insbesondere hinsichtlich Alter und Geschlecht der Patienten. Dabei haben Patienten über 65 Jahren unabhängig von der Nachbehandlungsgruppe kürzer Analgetika eingenommen und waren 6 Wochen postoperativ weniger bewegungseingeschränkt. Aufgrund einer Tendenz zu vermehrten Rerupturen nach progressiver Nachbehandlung in der Literatur werden daher weiterführende Studien benötigt um zu evaluieren, ob ältere Patienten von einer vermehrten Ruhigstellung profitieren könnten.
Diese Studie präsentiert im Gegensatz zu der überwiegend in der Literatur verwendeten arthroskopischen OP-Technik Ergebnisse nach RM-Refixation in Mini-Open-Technik. Damit liefert sie eine gute Grundlage für weiterführende Studien insbesondere in der Behandlung von größeren RM-Rupturen, welche ein erhöhtes Rerupturrisiko besitzen und von einer konservativen Nachbehandlung profitieren könnten.
Die Implantation einer Endoprothese des Kniegelenks ist eine der häufigsten Operationen in Deutschland. In vielen Kliniken wurde im Rahmen des Patient-Blood-Managements ein präoperatives Anämie Screening eingeführt, um mit Hilfe einer präoperativen Anämiebehandlung das Risiko für eine Bluttransfusion und andere Anämie assoziierte Risiken zu senken. In den bisherigen Publikationen variieren jedoch sowohl die Anämieprävalenz als auch das Bluttransfusionsrisiko erheblich, weshalb für eine gezielte Behandlung eine klinikspezifische Analyse von Risikofaktoren für eine Bluttransfusion erforderlich zu sein scheint. Ziel dieser retrospektiven, monozentrischen Studie war es, den Einfluss der präoperativen Anämie und weiterer möglicher Einflussfaktoren auf die Transfusions- und Komplikationsrate nach Implantation einer primären Endoprothese des Kniegelenks zu untersuchen. Hierfür wurden die Daten von 1811 Patienten, welche zwischen 2016 und 2018 eine primäre Endoprothese des Kniegelenks erhalten hatten, erfasst und statistisch ausgewertet. 7,4% der Patienten besaßen eine präoperative Anämie. Patienten mit einer präoperativen Anämie erhielten in 25,4% ein Erythrozytenkonzentrat, nicht anämische Patienten in 3,1% der Fälle. Die gesamte Transfusionsrate für allogene Transfusionen lag bei 4,7%. In der Gruppe der präoperativ anämischen Patienten zeigte sich dabei ein signifikant höhere Wahrscheinlichkeit für die Transfusion eines Erythrozytenkonzentrats, nicht jedoch für eine Komplikation während des stationären Aufenthalts. Unsere logistischen Regressionsmodelle ermittelten neben der präoperativen Hämoglobinkonzentration auch die systemische Tranexamsäuregabe als unabhängigen Einflussfaktor für Transfusionen. Das Geschlecht der Patienten hatte hingegen keinen Einfluss auf das Risiko für eine Bluttransfusion. Männer und Frauen mit der gleichen präoperativen Hämoglobinkonzentration besaßen in etwa das gleiche individuelle Risiko für eine Bluttransfusion. Entsprechend erscheint es sinnvoll, für Männer und Frauen die gleiche präoperative Mindesthämoglobinkonzentration anzustreben. Da jedoch das individuelle Risiko auch durch die systemische Gabe der Tranexamsäure beeinflusst wird, könnte dies bei der Festlegung einer Schwelle zur präoperativen Behandlung berücksichtigt werden.