Lehrstuhl für Orthopädie
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Hypophosphatasie (HPP) beschreibt eine seltene Erbkrankheit, die hauptsächlich durch heterozygote Mutationen im ALPL-Gen verursacht wird. Diese führen zu einer verminderten Aktivität der gewebeunspezifischen alkalischen Phosphatase (TNAP). Neben skelettalen Symptomen sind Zahnanomalien wie der vorzeitige Verlust von Milchzähnen ohne resorbierte Wurzel sowie eine gestörte Mineralisierung der Zahnhart-substanzen ein typisches Merkmal der HPP. Die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen sind bisher noch nicht vollständig verstanden.
In der vorliegenden Arbeit wurden Zelllinien des parodontalen Ligaments mit Mutationen im ALPL-Gen charakterisiert, um anschließend mögliche Therapiestrategien für die HPP auf molekularer Ebene zu untersuchen.
Im Rahmen der basalen Charakterisierung wurden die Zelllinien hinsichtlich der TNAP-Expression (Immunhistochemie, Western Blot), des Stoffwechselprofils (ATP-Assay) und des osteogenen Differenzierungspotenzials (Alizarin-Färbung) analysiert. Von Interesse war auch, ob durch CRISPR/Cas9-basiertes Genediting Off-Target Mutationen entstanden sind. Zur Untersuchung der molekularen Auswirkungen von PTH, welches die ALPL-Expression steigern kann, wurden zwei Protokolle etabliert, die eine kontinuier-liche, kurzzeitige bzw. intermittierende Präsenz von PTH in-vitro imitieren. Anschließend wurde die ALPL-Expression (qPCR) sowie TNAP-Aktivität (CSPD-Assay) ermittelt.
Die basale TNAP-Expression war variabel und reichte vom völligen Fehlen in den Zell-linien mit Deletionen bis hin zu einer starken TNAP-Expression in der Zelllinie mit einer heterogenen Punktmutation. Eine niedrige Expression ging mit einer verringerten Zell-proliferation sowie extrazellulären ATP einher. Es zeigte sich ein unterschiedliches Mineralisierungspotenzial, das hauptsächlich das TNAP-Expressionsniveau in den verschiedenen Zelllinien widerspiegelt, während die PTH-Stimulation keine Wirkung auf die Differenzierung hatte. Im Gegensatz zu klinischen Beobachtungen deuten die Ergebnisse auf eine hohe Korrelation zwischen Genotyp und Phänotyp in-vitro hin, die in-vivo noch bestätigt werden müssen. Die Sequenzierung bestätigte, dass durch die Geneditierung keine Off-Target Mutationen aufgetreten sind, welche somit keinen limitierenden Faktor hinsichtlich der Differenzierungskapazität darstellen können.
Die Stimulation mit PTH führte zwar nicht zu einer gesteigerten ALPL-Expression, doch konnte die TNAP-Aktivität in den ALPL-defizienten Zelllinien punktuell gesteigert werden und bildet somit eine solide Basis für weitere Experimente, die zur Therapieentwicklung für die Odonto-HPP beitragen können.
Background
Hypophosphatasia (HPP) is a rare, inherited metabolic disorder caused by loss-of-function mutations in the ALPL gene that encodes the tissue-nonspecific alkaline phosphatase TNAP (ORPHA 436). Its clinical presentation is highly heterogeneous with a remarkably wide-ranging severity. HPP affects patients of all ages. In children HPP-related musculoskeletal symptoms may mimic rheumatologic conditions and diagnosis is often difficult and delayed. To improve the understanding of HPP in children and in order to shorten the diagnostic time span in the future we studied the natural history of the disease in our large cohort of pediatric patients. This single centre retrospective chart review included longitudinal data from 50 patients with HPP diagnosed and followed at the University Children's Hospital Wuerzburg, Germany over the last 25 years.
Results
The cohort comprises 4 (8%) perinatal, 17 (34%) infantile and 29 (58%) childhood onset HPP patients. Two patients were deceased at the time of data collection. Diagnosis was based on available characteristic clinical symptoms (in 88%), low alkaline phosphatase (AP) activity (in 96%), accumulating substrates of AP (in 58%) and X-ray findings (in 48%). Genetic analysis was performed in 48 patients (31 compound heterozygous, 15 heterozygous, 2 homozygous mutations per patient), allowing investigations on genotype-phenotype correlations. Based on anamnestic data, median age at first clinical symptoms was 3.5 months (min. 0, max. 107), while median time to diagnosis was 13 months (min. 0, max. 103). Common symptoms included: impairment of motor skills (78%), impairment of mineralization (72%), premature loss of teeth (64%), musculoskeletal pain and craniosynostosis (each 64%) and failure to thrive (62%). Up to now 20 patients started medical treatment with Asfotase alfa.
Conclusions
Reported findings support the clinical perception of HPP being a chronic multi-systemic disease with often delayed diagnosis. Our natural history information provides detailed insights into the prevalence of different symptoms, which can help to improve and shorten diagnostics and thereby lead to an optimised medical care, especially with promising therapeutic options such as enzyme-replacement-therapy with Asfotase alfa in mind.
Background: The soft tissue of the central pretibial area is difficult to reconstruct often requiring free tissue transfer. Especially medi- cally compromised patients are not ideal candidates for free tissue transfer and may benefit from expeditiously harvested local flaps with limited donor site morbidity. As muscle flaps are rare, pedi- cled flaps based on lateral perforators represent an alternative as the arc of rotation can often be limited to 90 °.
Material and Methods: A retrospective analysis of patient data was conducted to identify patients over the age of 60 years with comor- bidities that underwent pretibial soft tissue reconstruction with a single-pedicle perforator flap. Patient demographics, size and cause of the defect, flap dimension, arc of rotation and complications were recorded.
Results: Five patients with an average age of 71.4 years were in- cluded. The arc of rotation was 69 °, all flaps healed. There were two recurrences of osteomyelitis.
Conclusion: Lateral perforators originating from the anterior tib- ial artery or peroneal artery are adequate source vessels for single pedicled perforator flaps even in medically compromised patients. A perforator located proximal to the defect allows limiting the arcof rotation to less than 90 °, which increases the safety of the flap. Patients benefit from a simple procedure without a microvascular anastomosis and a donor site confined to one extremity
Background:
We hypothesized, that periprosthetic joint infection (PJI) accounts for the major proportion of first (primary) and repeated (secondary) Total Knee Arthroplasty revisions at our university referral arthroplasty center.
Methods:
One thousand one hundred forty-three revisions, performed between 2008 and 2016 were grouped into primary (55%) and secondary (45%) revisions. The rate of revision indications was calculated and indications were categorized by time after index operation. The odds ratios of the indications for primary versus secondary revision were calculated.
Results:
In the primary revision group PJI accounted for 22.3%, instability for 20.0%, aseptic loosening for 14.9% and retropatellar arthrosis for 14.2%. PJI (25.6%) was the most common indication up to 1 year after implantation, retropatellar arthrosis (26.8%) 1–3 years and aseptic loosening (25.6%) more than 3 years after implantation. In the secondary revision group PJI accounted for 39.7%, aseptic loosening for 16.2% and instability for 13.2%. PJI was the most common indication at any time of revision with 43.8% up to one, 35.4% 1–3 years and 39.4% more the 3 years after index operation. The odds ratios in repeated revision were 2.32 times higher (p = 0.000) for PJI. For instability and retropatellar arthrosis the odds ratios were 0.60 times (p = 0.006) and 0.22 times (p = 0.000) lower.
Conclusions:
PJI is the most common indication for secondary TKA revision and within one year after primary TKA. Aseptical failures such as instability, retropatellar arthrosis and aseptical loosening are the predominant reasons for revision more than one year after primary TKA.
(1) In vitro, bone marrow-derived stromal cells (BMSCs) demonstrate inter-donor phenotypic variability, which presents challenges for the development of regenerative therapies. Here, we investigated whether the frequency of putative BMSC sub-populations within the freshly isolated mononuclear cell fraction of bone marrow is phenotypically predictive for the in vitro derived stromal cell culture. (2) Vertebral body, iliac crest, and femoral head bone marrow were acquired from 33 patients (10 female and 23 male, age range 14–91). BMSC sub-populations were identified within freshly isolated mononuclear cell fractions based on cell-surface marker profiles. Stromal cells were expanded in monolayer on tissue culture plastic. Phenotypic assessment of in vitro derived cell cultures was performed by examining growth kinetics, chondrogenic, osteogenic, and adipogenic differentiation. (3) Gender, donor age, and anatomical site were neither predictive for the total yield nor the population doubling time of in vitro derived BMSC cultures. The abundance of freshly isolated progenitor sub-populations (CD45−CD34−CD73+, CD45−CD34−CD146+, NG2+CD146+) was not phenotypically predictive of derived stromal cell cultures in terms of growth kinetics nor plasticity. BMSCs derived from iliac crest and vertebral body bone marrow were more responsive to chondrogenic induction, forming superior cartilaginous tissue in vitro, compared to those isolated from femoral head. (4) The identification of discrete progenitor populations in bone marrow by current cell-surface marker profiling is not predictive for subsequently derived in vitro BMSC cultures. Overall, the iliac crest and the vertebral body offer a more reliable tissue source of stromal progenitor cells for cartilage repair strategies compared to femoral head.
Die vorliegende Studie untersucht die photodynamische Wirkung des Photosensibilisators Benzoporphyrinderivat (BPD-MA) im Tiermodell der chronischen Polyarthritis. Ziel der Arbeit war die Darstellung der Effekte unterschiedlicher Licht- und Sensibilisatordosen auf die Synovialmembran und die umliegenden Strukturen sowie die Entwicklung eines Konzeptes zur intraartikulären Dosimetrie. Als Tiermodell diente die Antigeninduzierte Arthritis des Kaninchens. In die Studie waren 38 Versuchstiere eingeschlossen. Für die photodynamische Therapie wurde den Tieren 2 mg/kg BPD-MA intravenös injiziert. Nach drei Stunden erfolgte die Bestrahlung mit einem Diodenlaser der Wellenlänge 690 nm bei zwei unterschiedlichen Bestrahlungsdosen (180 J und 470 J), wobei die Applikatoren entweder nach Punktion durch ein Kanülenlumen intraartikulär platziert oder nach Mini-Arthrotomie am eröffneten Kniegelenk positioniert wurden. Als Kontrolle dienten 14 Tiere, die im Anschluss an die Arthritisinduktion entweder keine BPD-MA-Injektion erhielten oder nicht bestrahlt wurden. Während der Bestrahlung wurden semiquantitative Messungen der Sensibilisatorfluoreszenz mit einer neuentwickelten Fluoreszenzmessfaser durchgeführt. Zur quantitativen Bestimmung der Sensibilisatoranreicherung in den unterschiedlichen Gelenkstrukturen wurden bei einem Tier drei Stunden nach intravenöser BPD-MA-Injektion Gewebeproben für spektroskopische Messungen entnommen. Nach Opferung der übrigen Kaninchen am 14. postoperativen Tag wurden Gewebeproben entnommen und für die histologische Untersuchung aufbereitet. Die mikroskopische Untersuchung der arthritisinduzierten, aber nicht photodynamisch behandelten Gelenke zeigte bei allen Tieren eine ausgeprägte Proliferation des synovialen Deckzellayers auf 15-30 Zellagen, eine deutliche Hypervaskularisation sowie ein dichtes lymphoplasmazelluläres Infiltrat. Bei den Versuchen zur photodynamischen Therapie korrelierte der histologische Effekt mit der Lichtdosis. Die Gesamtlichtdosis von 470 J führte bei sechs von neun behandelten Tieren zu einer teilweisen oder vollständigen Ablösung der Synovialis vom darunter liegenden Gewebe mit ausgeprägter synovialer Nekrose. In einem Fall reichte die Nekrose in die angrenzende Muskulatur. Bei den übrigen drei Tieren dieses Kollektivs wurden entsprechende Veränderungen beobachtet, allerdings von geringerem Ausmaß. Die Behandlung mit der niedrigeren Gesamtdosis von 180 J führte bei neun von 15 Tieren ebenfalls zu synovialen Nekrosen. Im Gegensatz zur hohen Dosis war der synoviale Zellschaden hierbei jedoch weit geringer ausgeprägt. Bei sechs Tieren dieser Behandlungsgruppe führte die photodynamische Therapie zu keinen signifikanten Veränderungen im Vergleich zu den Kontrolltieren. An den bradytrophen Gelenkstrukturen wurde unter allen oben genannten Behandlungsregimen keinerlei Schädigung beobachtet. Der Vergleich zwischen Bestrahlung am eröffneten Kniegelenk und der intraartikulären Lichtapplikation ergab keinen signifikanten Unterschied. Die fluoreszenzspektroskopischen Messungen zeigten vor Bestrahlungsbeginn einen für BPD-MA charakteristischen Fluoreszenzpeak bei 690 nm, der sich im Bestrahlungsverlauf proportional zur Lichtdosis verringerte. Während die Gesamtlichtdosis von 490 J zu einem vollständigen Verschwinden der Fluoreszenz führte, war bei der niedrigeren Dosis (180 J) ebenfalls eine sukzessive Reduktion der Fluoreszenz nachweisbar, allerdings in geringerem Ausmaß und mit niedrigem Fluoreszenzgipfel am Bestrahlungsende. Die photodynamische Therapie stellt ein neues Verfahren zur Behandlung chronisch-entzündlicher Gelenkerkrankungen dar. Ihre Vorteile sind Effektivität und maximale Selektivität bei gleichzeitig minimaler Invasivität. BPD-MA zeichnet sich gegenüber den Photosensibilisatoren der ersten Generation durch ein höheres Absorptionsmaximum (690 nm) und der damit verbundenen größeren Penetrationstiefe des Anregungslichtes aus. Darüber hinaus verspricht die deutlich verkürzte Hautsensibilisierung eine höhere Akzeptanz in der klinischen Anwendung. Ein Hauptproblem der lokalen photodynamischen Therapie in der Behandlung der chronischen Polyarthritis ist die kontrollierte und homogene Bestrahlung der intraartikulären Strukturen. Wie unsere Versuche zeigen, kann das Ausbleichen des Sensibilisators bei therapeutischen Lichtdosen in vivo gemessen werden und korreliert mit dem histologischen Effekt. Dieses sogenannte „photobleaching“ bietet damit einerseits einen Schutz vor Unter- oder Überbehandlung, andererseits ist auf dieser Grundlage die Etablierung einer Online-Dosimetrie, etwa in Form eines in den Lichtapplikator integrierten Fluoreszenzdetektors denkbar.
Hypophosphatasia (HPP) is a rare, inherited, metabolic disease characterized by tissue‐nonspecific alkaline phosphatase deficiency resulting in musculoskeletal and systemic clinical manifestations. This observational study evaluated the effectiveness of enzyme replacement therapy with asfotase alfa on physical function and health‐related quality of life (HRQoL) among adults with pediatric‐onset HPP who received asfotase alfa for 12 months at a single center (ClinicalTrial.gov no.: NCT03418389). Primary outcomes evaluated physical function with the 6‐minute walk test (6MWT), timed up‐and‐go (TUG) test, Short Physical Performance Battery (SPPB), and handheld dynamometry (HHD). Secondary outcome measures included the Lower Extremity Functional Scale (LEFS), pain prevalence/intensity, and pain medication use; HRQoL was evaluated using the 36‐Item Short‐Form Health Survey version 2 (SF‐36v2). Safety data were collected throughout the study. All 14 patients (11 women) had compound heterozygous ALPL gene mutations and ≥1 HPP bone manifestation, including history of ≥1 fracture. Mean (min, max) age was 51 (19 to 78) years. From baseline to 12 months of treatment, median 6MWT distance increased from 267 m to 320 m (n = 13; p = 0.023); median TUG test time improved from 14.4 s to 11.3 s (n = 9; p = 0.008). Specific components of the SPPB also improved significantly: median 4‐m gait speed increased from 0.8 m/s to 1.1 m/s (n = 10; p = 0.007) and median repeated chair‐rise time improved from 22 s to 13 s (n = 9; p = 0.008). LEFS score improved from 24 points to 53 points (n = 10; p = 0.002). Improvements in HHD were not clinically significant. SF‐36v2 Physical Component Score (PCS) improved after 12 months of treatment (n = 9; p = 0.010). Pain level did not change significantly from baseline to 12 months of treatment. There were significant improvements on chair‐rise time and SF‐36v2 PCS by 3 months, and on TUG test time after 6 months. No new safety signals were identified. These results show the real‐world effectiveness of asfotase alfa in improving physical functioning and HRQoL in adults with pediatric‐onset HPP. © 2020 The Authors. JBMR Plus published by Wiley Periodicals LLC on behalf of American Society for Bone and Mineral Research.
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.
PMMA bone cement: antibiotic elution and mechanical properties in the context of clinical use
(2022)
This literature review discusses the use of antibiotic loaded polymethylmethacrylate bone cements in arthroplasty. The clinically relevant differences that have to be considered when antibiotic loaded bone cements (ALBC) are used either for long-term implant fixation or as spacers for the treatment of periprosthetic joint infections are outlined. In this context, in vitro findings for antibiotic elution and material properties are summarized and transferred to clinical use.
Posteriore Schulterinstabilität in Abhängigkeit der Ätiologie und der Operationsverfahren. Insgesamt wurden 28 Schultern bei Patientin mit posttraumatisch/atraumatisch rezidivierender, akut traumatischer und verhakter posterioren Schulterluxation klinisch und radiologisch nachuntersucht. Bei den Patientn, die wegen unterschiedlichen Indikationen operiert wurden, wurden 5 veschiedene Operationsverfahren angewandt. Die Beurteilung der Schulterfunktion erfolte nach dem Constant Score, dem Rowe Score und dem Simple Shoulder Test nach Matsen.