Lehrstuhl für Orthopädie
Refine
Is part of the Bibliography
- yes (371)
Year of publication
Document Type
- Doctoral Thesis (214)
- Journal article (155)
- Book (1)
- Other (1)
Keywords
- mesenchymal stem cells (15)
- Osteoporose (14)
- osteoporosis (12)
- total knee arthroplasty (12)
- Schultergelenk (11)
- Rotatorenmanschette (10)
- Hüftgelenk (8)
- Mesenchymale Stammzellen (8)
- Revision (8)
- kinematic alignment (8)
Institute
- Lehrstuhl für Orthopädie (371)
- Klinik und Poliklinik für Unfall-, Hand-, Plastische und Wiederherstellungschirurgie (Chirurgische Klinik II) (15)
- Institut für diagnostische und interventionelle Radiologie (Institut für Röntgendiagnostik) (7)
- Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften (7)
- Abteilung für Funktionswerkstoffe der Medizin und der Zahnheilkunde (6)
- Graduate School of Life Sciences (5)
- Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regenerative Medizin (5)
- Medizinische Klinik und Poliklinik II (5)
- Kinderklinik und Poliklinik (4)
- Institut für Humangenetik (3)
Sonstige beteiligte Institutionen
- IZKF Nachwuchsgruppe Geweberegeneration für muskuloskelettale Erkrankungen (7)
- Bernhard-Heine-Centrum für Bewegungsforschung (4)
- König-Ludwig-Haus Würzburg (3)
- Orthopädische Klinik und Poliklinik der Universität Würzburg (2)
- König Ludwig Haus Würzburg (1)
- König-Ludwig Haus (1)
- Lehrstuhl für Regeneration Muskuloskelettaler Gewebe (1)
- Muskuloskelettalen Zentrum Würzburg (MCW) (1)
- Muskuloskelettales Centrum Würzburg (MCW) (1)
- Orthopädische Klinik König-Ludwig-Haus (1)
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.
In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass plastik-adhärent wachsende, multipotente Vorläuferzellen, die eine für MSCs charakteristische Kombination von Oberflächenantigenen tragen, aus allen vier untersuchten Geweben des arthrotischen Hüftgelenks isoliert werden konnten. MSC-ähnliche Zellen können somit nicht nur in der Spongiosa und im Gelenkknorpel, sondern auch in der anterioren Gelenkkapsel und dem Ligamentum capitis femoris (LCF) des arthrotisch veränderten menschlichen Hüftgelenks nachgewiesen werden.
Die FACS Analyse der Oberflächenantigene auf Zellen, die aus den vier unterschiedlichen Geweben eines beispielhaft gewählten Spenders isoliert wurden, zeigte eine deutliche Expression der Antigene CD44, CD73, CD90 und CD105. Unabhängig vom Nativgewebe zeigten somit alle untersuchten Zellen ein für MSCs charakteristisches, aber nicht spezifisches Profil an Antigenen auf ihrer Oberfläche. Eine Übereinstimmung mit den ISCT Kriterien für MSCs war aufgrund der fehlenden Kontrolle hämatopoetischer Marker nicht möglich.
Die multipotente Differenzierung der isolierten Zellen erfolgte mithilfe spezifischer Differenzierungsmedien in Monolayer-Kulturen oder für die chondrogene Differenzierung in dreidimensionalen Pellet-Kulturen. Nach 21 Tagen konnten in allen differenzierten Kulturen histologisch und immunhistochemisch klare Zeichen der Osteo- und Adipogenese detektiert werden, während die Auswertung spezifischer Markergene eine klare Steigerung der Expression dieser im Vergleich zu den Negativkontrollen zeigte.
Histologische und immunhistochemische Auswertungen bestätigten auch eine erfolgreiche chondrogene Differenzierung der Zell-Pellets aus Spongiosa, Knorpel und Kapsel. Lediglich in den chondrogen differenzierten Zell-Pellets aus dem LCF konnte immunhistochemisch keine Bildung des knorpelspezifischen Matrixproteins Col II nachgewiesen werden. Mikroskopisch zeigten vor allem die differenzierten MSC-Pellets aus Spongiosa und Knorpel morphologisch eine starke Ähnlichkeit zu hyalinem Knorpelgewebe. Trotz dieser Abstufungen zeigten sich für die relative Expression der chondrogenen Markergene AGG, Col II und Sox-9 keine signifikanten Unterschiede zwischen den differenzierten MSC-Kulturen der vier unterschiedlichen Nativgewebe. Ein positiver Nachweis des Markers Col X wies nach 27 Tagen sowohl in differenzierten als auch in undifferenzierten Pellet-Kulturen auf eine leichte chondrogene Hypertrophie hin. Zusammenfassend zeigten sich keine signifikanten Unterschiede im Hinblick auf das osteogene und adipogene Differenzierungspotential aller untersuchten Zellen. Während das chondrogene Differenzierungspotential der Zellen aus Spongiosa, Knorpel und Kapsel sich aus histologischer und immunhistochemischer Sicht ähnelte, zeigten Pellets aus dem LCF ein schwächeres chondrogenes Differenzierungspotential in vitro.
Obwohl somit erstmals MSC-ähnliche Zellen aus dem LCF und Gewebsproben, die neben dem Stratum synoviale auch das Stratum fibrosum der Hüftgelenkskapsel beinhalteten, charakterisiert wurden, sind weitere wissenschaftliche Arbeiten notwendig, um das multipotente Differenzierungspotential dieser Zellen zu optimieren.
No abstract available
Increase in lower limb strength after multimodal pain management in patients with low back pain
(2022)
Background and Objectives: The aim of the present study was to evaluate the efficacy of a multimodal pain therapy (MPM) regarding the objective parameter muscle strength of segment-dependent lower limb muscle groups before and after such a treatment. Materials and Methods: 52 patients with a history of low back pain and/or leg pain received standardized multimodal pain management. Strength of segment indicating lower limb muscles were assessed for each patient before and after ten days of treatment by handheld dynamometry. Results: Overall strength increased significantly from 23.6 kg ± 6.6 prior to treatment to 25.4 ± 7.3 after treatment, p ≤ 0.001. All muscle groups significantly increased in strength with exception of great toe extensors. Conclusions: Despite lower basic strength values at the beginning of treatment, all investigated muscle groups, except for the great toe extensors, showed a significant increase of overall strength after completion of the multimodal pain management concept. Increased overall strength could help with avoiding further need of medical care by supporting patients’ autonomy in daily life activities, as well as maintaining working abilities. Thus, our study is the first to show a significant positive influence on lower limb strength in patients with low back pain after a conservative MPM program.
Introduction: To date, no single most-appropriate factor or delivery method has been identified for the purpose of mesenchymal stem cell (MSC)-based treatment of cartilage injury. Therefore, in this study we tested whether gene delivery of the growth factor Indian hedgehog (IHH) was able to induce chondrogenesis in human primary MSCs, and whether it was possible by such an approach to modulate the appearance of chondrogenic hypertrophy in pellet cultures in vitro. Methods: First-generation adenoviral vectors encoding the cDNA of the human IHH gene were created by cre-lox recombination and used alone or in combination with adenoviral vectors, bone morphogenetic protein-2 (Ad.BMP- 2), or transforming growth factor beta-1 (Ad.TGF-b1) to transduce human bone-marrow derived MSCs at 5 × 102 infectious particles/cell. Thereafter, 3 × 105 cells were seeded into aggregates and cultured for 3 weeks in serumfree medium, with untransduced or marker gene transduced cultures as controls. Transgene expressions were determined by ELISA, and aggregates were analysed histologically, immunohistochemically, biochemically and by RT-PCR for chondrogenesis and hypertrophy. Results: IHH, TGF-b1 and BMP-2 genes were equipotent inducers of chondrogenesis in primary MSCs, as evidenced by strong staining for proteoglycans, collagen type II, increased levels of glycosaminoglycan synthesis, and expression of mRNAs associated with chondrogenesis. IHH-modified aggregates, alone or in combination, also showed a tendency to progress towards hypertrophy, as judged by the expression of alkaline phosphatase and stainings for collagen type X and Annexin 5. Conclusion: As this study provides evidence for chondrogenic induction of MSC aggregates in vitro via IHH gene delivery, this technology may be efficiently employed for generating cartilaginous repair tissues in vivo.
Background
The treatment of septic arthritis, caused by either hematogenous seeding, injections, or surgery, can be challenging. Staged reverse shoulder arthroplasty (RSA) with temporary implantation of an antibiotic-loaded spacer is widely accepted but still discussed controversially. This study investigated the shoulder-specific bacterial spectrum, infection control rate, functional outcome, and infection-free survival rate after staged RSA in the mid- to long-term follow-up. It was hypothesized that staged RSA would show a high infection-free survival rate.
Methods
A total of 39 patients treated with staged RSA for primary septic arthritis (n = 8), secondary infection (n = 8), or periprosthetic infection (n = 23) were retrospectively included. The infection control rate was calculated based on cultures taken intraoperatively at spacer removal and RSA implantation. Infection-free survival was defined as no revision due to infection. The minimum follow-up period for functional outcome assessment was 2 years (n = 14; mean, 76 months; range, 31-128 months).
Results
Cutibacterium (26%) and coagulase-negative staphylococci (23%) were the predominant pathogens. The infection control rate was 90%. The cumulative infection-free survival rate was 91% after 128 months. Follow-up examinations showed a mean Constant score of 48 (range, 7-85), a mean QuickDASH (short version of Disabilities of the Arm, Shoulder and Hand questionnaire) score of 40.0 (range, 11.4-93.3), and a mean pain score of 1.6 (range, 0-7).
Conclusion
Staged RSA implantation was confirmed to be a reliable treatment option for primary, secondary, and periprosthetic infections of the shoulder. The infection control rate and infection-free survival rate are satisfactory. However, patients and surgeons must be aware of functional impairment even after successful treatment of infections.
In total knee arthroplasty (TKA), functional knee phenotypes are of interest regarding surgical alignment strategies. Functional knee phenotypes were introduced in 2019 and consist of limb, femoral, and tibial phenotypes. The hypothesis of this study was that mechanically aligned (MA) TKA changes preoperative functional phenotypes, which decreases the 1-year Forgotten Joint (FJS) and Oxford Knee Score (OKS) and increases the 1-year WOMAC. All patients included in this study had end-stage osteoarthritis and were treated with a primary MA TKA, which was supervised by four academic knee arthroplasty specialists. To determine the limb, femoral, and tibial phenotype, a long-leg radiograph (LLR) was imaged preoperatively and two to three days after TKA. FJS, OKS, and WOMAC were obtained 1 year after TKA. Patients were categorized using the change in functional limb, femoral, and tibial phenotype measured on LLR, and the scores were compared between the different categories. A complete dataset of preoperative and postoperative scores and radiographic images could be obtained for 59 patients. 42% of these patients had a change of limb phenotype, 41% a change of femoral phenotype, and 24% a change of tibial phenotype of more than ±1 relative to the preoperative phenotype. Patients with more than ±1 change of limb phenotype had significantly lower median FJS (27 points) and OKS (31 points) and higher WOMAC scores (30 points) relative to the 59-, 41-, and 4-point scores of those with a 0 ± 1 change (p < 0.0001 to 0.0048). Patients with a more than ±1 change of femoral phenotype had significantly lower median FJS (28 points) and OKS (32 points) and higher WOMAC scores (24 points) relative to the 69-, 40-, and 8-point scores of those with a 0 ± 1 change (p < 0.0001). A change in tibial phenotype had no effect on the FJS, OKS, and WOMAC scores. Surgeons performing MA TKA could consider limiting coronal alignment corrections of the limb and femoral joint line to within one phenotype to reduce the risk of low patient-reported satisfaction and function at 1-year.
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.
Influence of Vitamin D and C on bone marrow edema syndrome — A scoping review of the literature
(2022)
Bone marrow edema syndrome (BMES) is a rare disease with a largely unknown etiology. The aim of this scoping review is to systematically evaluate and combine the available evidence about vitamin D and C and BMES. The analysis of the manuscripts was based on country of origin, number of patients, gender, study type, epidemiology, localization, bone mineral density measurements, vitamin status and therapy. Sixty studies were included. The overall number of patients was 823 with a male-to-female ratio of 1.55:1 and a mean age of 40.9 years. Studies were very heterogeneous and of diverging scientific scope with a weak level of evidence. The hip was the most affected joint, followed by the foot and ankle and the knee; 18.3% of patients suffered from multifocal BMES. Sixteen studies reported on vitamin D levels, resulting in a high prevalence of vitamin D deficiency (47%) and insufficiency (17.9%) among BMES patients. Three BME manuscripts were associated with vitamin C deficiency. Current therapeutic interventions include conservative measures (mainly unloading), various osteoactive drugs and iloprost. In summary, data about BMES in association with vitamin status is limited. A causal relationship between vitamin D or vitamin C status, osteopenia, and BMES cannot be determined from the existing literature.
Background: Muscle injuries are common in humans and are often associated with irrecoverable damage and disability. Upon muscle injury, TNF-α signaling pathways modulate the healing process and are predominantly associated with tissue degradation. In this study we assumed that TNF-α inhibition could reduce the TNF-α-associated tissue degradation after muscle injury. Materials and methods: Therefore, the left soleus muscle of 42 male Wistar rats was injured using a standardized open muscle injury model. All rats were treated immediately after injury either with infliximab (single i.p. injection; 10 mg/kg b.w.) or saline solution i.p. Final measurements were conducted at day one, four, and 14 post injury. The muscle force, the muscle cell proliferation, the muscle cell coverage as well as the myofiber diameter served as read out parameters of our experiment. Results: Systemic application of infliximab could significantly reduce the TNF-α levels in the injured muscle at day four upon trauma compared to saline treated animals. The ratio of muscle weight to body weight was increased and the twitch muscle force showed a significant rise 14 days after trauma and TNF-α inhibition. Quantification of myofiber diameter in the penumbra zone showed a significant difference between both groups at day one and four after injury, indicated by muscle hypertrophy in the infliximab group. Planimetric analysis of the injured muscle at day 14 revealed increased muscle tissue fraction in the infliximab group compared to the control animals. Muscle cell proliferation did not differ between both groups. Conclusions: These data provide evidence that the TNF-α blockade positively regulates the restauration of skeletal muscles upon injury.
Introduction/Background
Surfing, wind surfing and kite surfing enjoy a growing popularity with a large number of athletes worldwide. The aim of this study was to identify and compare the injury profiles and compare the injury profiles of these three extreme water sports.
Materials and Methods
These data for this retrospective cohort study were collected through an online standardised questionnaire during the 2017–18 season. The questionnaire included questions about anthropometry, skill level, injury diagnosis, injury mechanism, environmental conditions and training regimes.
Results
The 626 athletes included reported 2584 injuries. On average, each athlete sustained 4.12 injuries during the season. The most frequent injury location was in the lower extremity, in particular the foot, with 49 (16.4%) injuries in surfing, 344 (18.3%) in wind surfing and 79 (19.7%) in kite surfing. Surfing demonstrated a particularly high rate of head injuries (n = 37; 12.4%). Other frequent injury types were skin lesions (up to 42.1%) and contusions (up to 40.5%). The most common injury across all surfing sports was skin lesions of the foot (wind surfing: 11.7%; kite surfing: 13.2%; surfing: 12.7%). In surfing, skin lesions of the head were frequently observed (n = 24; 8.0%). In surfing, a ‘too large wave’ (n = 18; 24.7%) was main cause of the injury, while in wind surfing (n = 189; 34.5%) and kite surfing (n = 65; 36.7%) ‘own incompetence’ led to the most injuries.
Conclusion
This unique study compares injury epidemiology and mechanism in the three most popular surfing sports: wind surfing, kite surfing and surfing. Overall, injuries were sustained mainly in the lower extremity, while surfing also demonstrated a high rate of head injuries.
Insufficient sensitivity of joint aspiration during the two-stage exchange of the hip with spacers
(2018)
Background:
Evaluation of infection persistence during the two-stage exchange of the hip is challenging. Joint aspiration before reconstruction is supposed to rule out infection persistence. Sensitivity and specificity of synovial fluid culture and synovial leucocyte count for detecting infection persistence during the two-stage exchange of the hip were evaluated.
Methods:
Ninety-two aspirations before planned joint reconstruction during the two-stage exchange with spacers of the hip were retrospectively analyzed.
Results:
The sensitivity and specificity of synovial fluid culture was 4.6 and 94.3%. The sensitivity and specificity of synovial leucocyte count at a cut-off value of 2000 cells/μl was 25.0 and 96.9%. C-reactive protein (CRP) and erythrocyte sedimentation rate (ESR) values were significantly higher before prosthesis removal and reconstruction or spacer exchange (p = 0.00; p = 0.013 and p = 0.039; p = 0.002) in the infection persistence group. Receiver operating characteristic area under the curve values before prosthesis removal and reconstruction or spacer exchange for ESR were lower (0.516 and 0.635) than for CRP (0.720 and 0.671).
Conclusions:
Synovial fluid culture and leucocyte count cannot rule out infection persistence during the two-stage exchange of the hip.
Wir stellen den seltenen Fall einer Insuffizienzfraktur der Klavikula nach Implantation einer inversen Schulterendoprothese (RSA) vor. Als Ursache solcher Frakturen wird eine vermehrte Zugbelastung durch den Musculus deltoideus nach RSA diskutiert. In den wenigen verfügbaren Fallberichten zeigten die betroffenen Patienten deutliche Funktionseinschränkungen. Die Versorgung erfolgte im vorliegenden Fall mit Plattenosteosynthese. Trotz intraoperativ gutem Korrekturergebnis kam es im Verlauf ohne Trauma zum Osteosyntheseversagen mit weiterer Dislokation der Fraktur.
Muscle and bone interact via physical forces and secreted osteokines and myokines. Physical forces are generated through gravity, locomotion, exercise, and external devices. Cells sense mechanical strain via adhesion molecules and translate it into biochemical responses, modulating the basic mechanisms of cellular biology such as lineage commitment, tissue formation, and maturation. This may result in the initiation of bone formation, muscle hypertrophy, and the enhanced production of extracellular matrix constituents, adhesion molecules, and cytoskeletal elements. Bone and muscle mass, resistance to strain, and the stiffness of matrix, cells, and tissues are enhanced, influencing fracture resistance and muscle power. This propagates a dynamic and continuous reciprocity of physicochemical interaction. Secreted growth and differentiation factors are important effectors of mutual interaction. The acute effects of exercise induce the secretion of exosomes with cargo molecules that are capable of mediating the endocrine effects between muscle, bone, and the organism. Long-term changes induce adaptations of the respective tissue secretome that maintain adequate homeostatic conditions. Lessons from unloading, microgravity, and disuse teach us that gratuitous tissue is removed or reorganized while immobility and inflammation trigger muscle and bone marrow fatty infiltration and propagate degenerative diseases such as sarcopenia and osteoporosis. Ongoing research will certainly find new therapeutic targets for prevention and treatment.
Die Enzyme TNSALP (Tissue Non-Specific Alkaline Phosphatase), ENPP1 (Ectonucleotide Pyrophosphatase/Phosphodiesterase 1) und ANKH (Ankylosis, progressive human homolog) bilden zusammen eine zentrale Regulierungseinheit für den Pyrophosphat (PPi)-Stoffwechsel der Zelle [1, 2].
Störungen dieses genau geregelten Prozesses resultieren in schwerwiegenden Erkrankungen, wie z.B. bei der Hypophosphatasie [3]. Dieser meist autosomal rezessiv vererbten Erkrankung liegt eine durch genetische Mutationen beeinträchtigte Funktion der TNSALP zugrunde, wodurch sich die PPi- Konzentration im Microenvironment der Zelle erhöht. Diese kann im Knochengewebe zu schweren Mineralisierungsstörungen führen [1, 2].
Andere Krankheiten, mit erniedrigten PPi- Konzentrationen, werden mit pathologischen Verkalkungen in verschiedensten Geweben in Verbindung gebracht [4, 5]. Diese gehen unter anderem auf genetische Defekte von ENPP1 zurück[4].
Auch der Mevalonat-Pathway trägt zur Komposition des Microenvironments bezüglich der Homöostase von Phosphaten bei [6, 7]. Hier bestehen auch medizinisch relevante Einflussmöglichkeiten, zum Beispiel durch Bisphosphonate, bei der sogenannten Volkskrankheit Osteoporose.
In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen einer PPi-Belastung auf die in vitro Mineralisierung von Mesenchymalen Stammzellen untersucht, wobei Modulatoren der Enzymaktivität für ALP und ENPP1 und der Aktivität des PPi-Kanals ANKH sowie des Mevalonatstoffwechsels zum Einsatz kamen (PPi, Pyridoxalphosphat (PLP), Probenecid, Vitamin D, PPADS (Pyridoxalphosphat-6-azophenyl-2‘,4‘-disulfid Säure) und ß-γmeATP (ß-γ Methylentriphosphat)).
Die Resultate zeigen, dass die Modulation der PPi-Konzentration bei der osteogenen Differenzierung von hMSCs in vitro keine eindeutigen Effekte bewirkt. Geringe Änderungen des Genexpressionsmusters sind letztlich nicht auszuschliessen, blieben jedoch aufgrund der hohen Spendervariabilität durch eine erhöhte Anzahl von Experimenten zu beweisen.
Diese Arbeit zeigt insgesamt eine unerwartet geringe Auswirkung einer exogenen und endogenen Modulation der PPi-Konzentration sowohl mit Blick auf die rein physikalischen Phänomene der Mineralisierung, als auch mit Blick auf die untersuchte Genregulation der wichtigsten beteiligten Proteine, was möglicherweise die hohe Kompensationskapazität der Systeme unter physiologischen Bedingungen reflektiert. Untersuchungen auf proteomischer Ebene, besonders mit Blick auf die Prozessierung von Polypeptiden mit Mineralisierungs-modulierender Wirkung würden möglicherweise genaueren Einblick vermitteln.
Eine genauere Untersuchung der Einflüsse von ENPP1 erscheint für die Zukunft vielversprechend. Allerdings treten hier, besonders auch durch die verwendeten Hemmstoffe der ENPP1, die Phänomene der Vernetzung des Stoffwechsels der Phosphate (inklusive ATP und seiner Metabolite) mit dem Purinergen Signalling deutlich zutage. Diese Vernetzung generiert durch ihre Komplexität sowohl klinisch als auch zellbiologisch/biochemisch erhebliche Interpretationsprobleme, die zukünftige Arbeiten auflösen müssen. Dabei sollte besondere Aufmerksamkeit auf zwei für HPP-PatientInnen klinisch in Zukunft potentiell bedeutsame Ergebnisse gelegt werden, die möglicherweise ungünstigen Auswirkungen einer Therapie mit Probenecid auf die ALPL Expression und die Steigerung der ALPL Expression unter Hemmstoffen des Enzyms ENPP1.
1. Dympna Harmey, L.H., Sonoko Narisawa, Kirsten A. Johnson, Robert Terkeltaub, José Luis Millán, Concerted Regulation of Inorganic Pyrophosphate and osteopontin by Akp2, Enpp1 and Ank. American Journal of Pathology, 2003. 164, No. 4: p. 1199-1209.
2. Manisha C Yadav, A.M.S.S., Sonoko Narisawa, Carmen Huesa, Marc D McKee, Colin Farquharson, José Luis Millán, Loss of Skeletal Mineralization by the Simultaneous Ablation of PHOSPHO1 and Alkaline Phosphatase Function: A Unified Model of the Mechanisms od Initiation of Skeletal Calcification. Journal of Bone and Mineral Research, 2011. 26, No2: p. 286-297.
3. Beck, C., Hypophosphatasia. Klin Padiatr, 2009: p. 219-226.
4. Harmey, D.e.a., Concerted Regulation of Inorganic Pyrophosphate and Osteopontin by Akp2, Enpp1, and Ank. American Journal of Pathology, 2004. 164: p. 1199-1209.
5. Peter Nürnberg, H.T., David Chandler et all, Heterozygous mutations in ANKH, the human ortholog of the mouse progressive ankylosis gene, result in craniometaphyseal dysplasia. Nature Genetics, May 2001. 28: p. 37-41.
6. Löffler, P., Heinrich, ed. Biochemie & Pathobiochemie. Vol. 8. 2007, Springer Verlag.
7. Joseph L. Goldstein, M.S.B., Regulation of the mevalonate Pathway. Nature Genetics, 1990. 343: p. 425-430.
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.
Hypophosphatasia (HPP) is a rare genetic disease with diverse symptoms and a heterogeneous severity of onset with underlying mutations in the ALPL gene encoding the ectoenzyme Tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP). Considering the establishment of zebrafish (Danio rerio) as a new model organism for HPP, the aim of the study was the spatial and temporal analysis of alpl expression in embryos and adult brains. Additionally, we determined functional consequences of Tnap inhibition on neural and skeletal development in zebrafish. We show that expression of alpl is present during embryonic stages and in adult neuronal tissues. Analyses of enzyme function reveal zones of pronounced Tnap-activity within the telencephalon and the mesencephalon. Treatment of zebrafish embryos with chemical Tnap inhibitors followed by axonal and cartilage/mineralized tissue staining imply functional consequences of Tnap deficiency on neuronal and skeletal development. Based on the results from neuronal and skeletal tissue analyses, which demonstrate an evolutionary conserved role of this enzyme, we consider zebrafish as a promising species for modeling HPP in order to discover new potential therapy strategies in the long-term.
Ein Os akromiale ist das seltene Ergebnis einer fehlerhaften bzw. ausgebliebenen Verschmelzung der Epiphyse des anterioren Anteils des Akromions. Die Häufigkeit eines Os akromiale in der Literatur reichen von 1,3 -15%. Das Ziel der Arbeit war letztlich zu zeigen, inwiefern ein Os akromiale als Kofaktor einer Rotatorenmanschettenruptur angesehen werden kann. Dafür untersuchten wir die Rötgenaufnahmen von 1000 Patienten mit Ruptur der Rotatorenmanschette auf das Vorhandensein eines Os akromiale. Außerdem wurden 1000 Schultern eines Normalkollektivs ohne Schultererkrankung (mittels Ultraschall) ebenfalls auf das Vorhandensein eines Os akromiale untersucht. Es zeigte sich, dass ein Os akromiale bei Patienten mit Ruptur der Rotatorenmanschette mit einer Inzidenz von 6,2 %, bei asymptomatischen Probanden mit einer Häufigkeit von 3,3 % auftritt. Folglich kann das Os akromiale als Kofaktor bei der Entstehung einer Rotatorenmanschettenruptur angesehen werden.
Klinisch-radiologische Evaluation des Merete® BioBall™-Adapter-Systems in der Hüftendoprothetik
(2021)
Die Revisionsendoprothetik des Hüftgelenkes ist eine große Herausforderung, insbesondere bei Teilwechseln von Komponenten bei fest-implantiertem Schaft. In einer retrospektiven Analyse wurde eine Implantat-Komponente des Medizinprodukteherstellers Merete Medical (Berlin) untersucht. Ziel der Untersuchung war es, eine Aussage über die Stabilität des Implantats und den klinischen Versorgungserfolg bei dessen Verwendung treffen zu können. Es wurden Daten von insgesamt 72 Patienten erhoben. Es erfolgte eine klinische und radiologische Nachuntersuchung. Die Daten wurden einer deskriptiven und explorativen Analyse unterzogen, eine Überlebenszeitanalyse wurde durchgeführt. Das Implantat zeigte mechanische Stabilität in einem mittelfristigen Zeitraum. Der Versorgungserfolg (gemessen am Harris Hip Score) war durchschnittlich bis gut. Es zeigten sich Zusammenhänge zwischen dem präoperativen Zustand der Patienten und dem Versorgungerfolg.