by G. H. | Nov 5, 2018 | Chirurgische Orthopädie, News
Quantitative micro-CT und biomechanische Analyse der Frakturheilung von Leptin Knockout-Mäusen mit und ohne Schädel-Hirn-Trauma
Graef F, Locher R, Schaser KD, Garbe A, Haas NP, Duda GN, Kleber C, Tsitsilonis S
Fragestellung: Die Kombination von Schädel-Hirn-Trauma (SHT) und Fraktur der langen Röhrenknochen zählt zu den typischen und häufigsten Verletzungskombinationen von polytraumatisierten Patienten. Das bei zusätzlichen SHT die Frakturheilung/Kallusbildung beschleunigt ist, bestätigt die klinische Erfahrung und konnte in eigenen Tiermodellen mit Wildtyp-Mäusen nachgewiesen werden. Die biologischen Mechanismen dieses Effekts sind weitgehend unbekannt. Das Hormon Leptin scheint eine wichtige Rolle bei der Regulation des Knochenmetabolismus zu spielen. Ziel war es, die Knochenheilung von Leptin Knockout-Mäusen radiologisch und biomechanisch quantitativ zu analysieren und den Einfluss des zusätzlichen SHT zu erfassen.
Methodik: Insgesamt wurden 138 weibliche 12 Wo alte B6.V-Lep-ob/JRj-Mäuse (Gewicht: 50,67 g ± 3,04 g) in 4 Gruppen aufgeteilt: Kontrolle (n=28), Fraktur (n=37), SHT (n=35), Kombination (SHT+Fraktur) (n=38). Alle Operationen erfolgten in Inhalationsnarkose (Isofluran 1,6 vol%, N2O 0,5% l/min, O2 0,35 l/min), systemischer Analgesie (Buprenorphin: 0,1 mg/kg KG) und Antibiose (Clindamycin: 0,01 mg/ kg KG). Das SHT wurde mit der standardisierten Technik der Controlled Cortical Impact Injury (CCI) induziert. Die standardisierte Osteotomie des Femurs erfolgte mit einer 0,7 mm Gigli-Wire-Säge nach Fixation mit Fixateur Externe. Postoperative in-vivo Mikro-CT-Scans der Frakturen (Kallusvolumen und -dichte) erfolgten einmal pro Woche in Narkose (0,7 ml Medetomidin+Ketamin i.p., Verhältnis 2:3). Die biomechanische Torsionstestung (max. Drehmoment, Steifigkeit) erfolgte nach Tötung der Tiere 3 bzw. 4 Wochen postoperativ.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Sowohl das Kallus-Volumen, als auch die Kallus-Dichte waren zu keinen Messzeitpunkten signifikant unterschiedlich zwischen den Gruppen (Tabelle 1 [Tab. 1]). Die qualitative Analyse der biomechanischen Testung ergab eine ungewöhnlich hohe Pseudarthrosenrate in beiden Gruppen: Frakturgruppe 100% und 66% bei 3 und 4 Wochen; Kombinationsgruppe 87,5% und 66% bei 3 und 4 Wochen (Tabelle 2 [Tab. 2]). Eine quantitative Analyse der biomechanischen Steifigkeit und des max. Drehmoments war deshalb nicht möglich. Bei einer identischen Versuchsdurchführung unserer Arbeitsgruppe an Wildtyp-Mäusen konnte eine signifikante Zunahme des Kallus-Volumens und der Kallus-Dichte in der Kombinationsgruppe festgestellt werden. Bei einer signifikant niedrigeren Pseudarthrosenrate wies die Kombinationsgruppe außerdem eine signifikant erhöhte Steifigkeit und ein signifikant erhöhtes max. Drehmoment auf. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Leptin Ko-Mäuse eine schlechtere Knochenheilung haben als Wildtyp-Mäuse. Diese ließ sich auch nicht, anders als bei Wildtyp-Mäusen, durch die Induktion eines SHT (Kombinationsgruppe) verbessern. Die Ergebnisse der Leptin Knockout-Mäuse lassen darauf schließen, dass das Hormon Leptin bei der Vermittlung der SHT-induzierten akzelerierten Knochenheilung von Wildtyp-Mäusen eine Rolle spielt.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR12-1296
doi: 10.3205/14dkou472 , urn:nbn:de:0183-14dkou4728
Published: October 13, 2014
© 2014 Graef et al.
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by G. H. | Nov 5, 2018 | Chirurgische Orthopädie, News
Interaktion von Schädel-Hirn-Trauma und Frakturheilung: In vivo Analyse des posttraumatischen Insulin- und Osteocalcinhaushalts im kombinierten Trauma-Mausmodell
Tsitsilonis S, Garbe A, Locher R, Lünnemann T, Graef F, Schmidt-Bleek K, Haas NP, Schaser KD
Fragestellung: Die endokrine Bedeutung des Skelettsystems rückt zunehmend in den Mittelpunkt des Forschungsinteresses, wobei der ossären Regulation des Glucosemetabolismus eine zentrale Rolle zukommt. In diesem Zusammenhang kommt dem regulierenden Einfluss von Insulin und Osteocalcin auf Skelettregeneration und Glucosemetabolismus besondere Bedeutung zu. Studien zur physiologischen Rolle dieser Hormone und deren Interaktion während der Frakturheilung mit und ohne zusätzlichen SHT fehlen bislang. Ziel war es, die quantitative Analyse von Osteocalcin und Insulin in einem kombinierten Trauma-Mausmodell (SHT/Fraktur) durchzuführen.
Methodik: In insgesamt 138 weiblichen Mäusen (C57/Black6N) wurde in jeweils 4 Untergruppen standardisiert I. eine mit Fixateur externe stabilisierte Femurosteotomie (Fx), II. ein Schädel-Hirn-Trauma (SHT) mittels Controlled Cortical Impact Injury oder III. eine Kombination beider Verletzungen (Fx&SHT) gesetzt bzw. wurden die Mäuse IV. einer unbehandelten Kontrollgruppe zugewiesen. Alle Tiere wurden über einen Zeitraum von 4 Wochen wöchentlich gewogen und einer Blutentnahme unterzogen. Nach abschließender Tötung wurden Plasma- und Serumproben gewonnen und mittels spezieller Maus-ELISA-Systeme (ALPCO) für Insulin und Osteocalcin quantitativ analysiert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Insulinkonzentration zeigte sich nach Kombinationstrauma im Vergleich zur isolierten Fraktur schon direkt postoperativ signifikant erhöht. Der Unterschied blieb signifikant für die ersten drei Wochen postoperativ. Die Fx&SHT-Gruppe zeigte insgesamt die höchsten Insulinwerte im Vergleich zu allen anderen Gruppen. Die Analyse des Osteocalcins zeigte im Gegenteil die niedrigsten Werte in der Fx&SHT-Gruppe unter allen Gruppen für die ersten zwei Wochen postop, während die SHT Gruppe die höchste Osteocalcin-Konzentration für die ganze Versuchsdauer zeigte. Nach der dritten Woche zeigte sich eine signifikante Zunahme der Osteocalcin-Konzentration in der Fx&SHT-Gruppe.Die Resultate belegen einen spezifischen Einfluss des Verletzungsmusters auf die posttraumatische Insulin- und Osteocalcinexpression. Dabei scheint das gleichzeitige Vorliegen von Fraktur und SHT einen besonders starken Insulinanstieg hervorzurufen, der es dem regenerierenden Knochen ermöglicht verstärkt Glucose aufzunehmen. Die höhere Konzentration des knochenspezifischen Hormons Osteokalzin in der SHT Gruppe im Vergleich zu den Gruppen mit einer Knochenverletzung scheint auf dem ersten Blick ein Paradox zu sein und könnte als Reaktion des peripheren Knochens mit dem Ziel der Erhöhung der Insulinproduktion und -sensitivität betrachtet werden. Die Ergebnisse erlauben nähere Aufschlüsse sowohl über die zentral gesteuerte, hormonelle Regulation der Frakturheilung als auch endokrine Bedeutung des Skelettes für den posstraumatischen Glucosemetabolismus nach SHT und könnten therapeutische Ansatzpunkte zur Modulation der Frakturheilung in polytraumatisierten Patienten mit/ohne SHT eröffnen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR12-756
doi: 10.3205/14dkou471 , urn:nbn:de:0183-14dkou4711
Published: October 13, 2014
© 2014 Tsitsilonis et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.
by G. H. | Nov 1, 2018 | News
Steigerung der osteogenen Differenzierung und zellulären Verträglichkeit nach Zugabe von 3-Phasen-Kompositmaterialien in vitro durch Applikation von neurogenen Pharmaka
Böttner P, Hartmann S, Schleicher I, Heinemann S, Kruppke B, Hanke T, Schnettler R, Lips KS
Fragestellung: Die zunehmende Inzidenz osteoporotischer Frakturen führt zu einer verstärkten Nachfrage an Ätiologie-adaptierten Osteosynthesematerialien für den Einsatz in der Orthopädie und Unfallchirurgie. In einer in vitro Untersuchung wird die stimulierende Wirkung von neurogenen Pharmaka auf die Verträglichkeit von Kompositen bestehend aus Silikat, Kollagen und einer Calciumphase untersucht.
Methodik: Als in vitro Systeme wurden humane mesenchymale Stammzellen (MSC) aus dem Bohrmehl von osteoporotischen und knochengesunden Spendern sowie eine Endothelzelllinie, welche ursprünglich aus dem Knochenmark stammt (HBMEC), verwendet. Die Zellen wurden mit granuliertem Xerogel-Komposit unter Zugabe von brain derived neurotrophic factor (BDNF), Acetylcholin (ACh), Nikotin, dem Parasympathomimetika Carbachol und dem Insektizid Chlorpyrifos inkubiert. Neben der lichtmikroskopischen Kontrolle wurde nach 1, 3 und 5 Tagen die Vitalität mittels MTT-Test bzw. nach 1, 14 und 21 Tagen die Zellzahl mittels Picogreen-Assay, die Differenzierung mittels Alkalischer Phosphatase Assay und der Calciumverbrauch im Medium bestimmt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Vitalität der Endothelzellen nach Zugabe von zwei Xerogel-Granulaten mit unterschiedlicher Calciumphosphatphase zeigten keine signifikanten Unterschiede untereinander. Die Kontrolle ohne Zugabe von Material wies jedoch eine deutlich gesteigerte Vitalität im MTT-Test auf. Die lichtmikroskopische Evaluation wies eine Adhäsion der Endothelzellen an die Materialien nach. Durch die Applikation von Nikotin (10-6 M, p<0,000) und ACh (10-4 M, p<0,000) erfolgte eine Stimulation der Endothelzellen, während das Insektizid Chlorpyrifos einen negativen Einfluss aufwies (10-3 M, p<0,000).
Bei der Differenzierung von MSC zu aktiven Osteoblasten wurden die Zellen von osteoporotischen und knochengesunden Spenderinnen verglichen. Im ALP-Assay zeigte sich ein signifikanter Anstieg der Differenzierung der osteoporotischen Zellen im Vergleich zu den knochengesunden Zellen (p<0,000). Diese Steigerung war unabhängig von den eingesetzten Materialien und Pharmaka. Der Calciumverbrauch im Medium wies keine signifikante Regulation auf.
Die humanen osteoporotischen MSC wiesen eine überraschend gute Differenzierungskapazität auf, die weder durch die Xerogel-Granulate noch durch die Pharmaka beeinflusst wurde, sodass aufgrund unserer Ergebnisse vermutet werden kann, dass die untersuchten Ersatzmaterialien für eine weitere Evaluation in vivo in einem osteoporotischen Tiermodell geeignet sind.
Gefördert durch DFG (SFB/TRR 79)
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocPO11-315
doi: 10.3205/14dkou581, urn:nbn:de:0183-14dkou5811
Published: October 13, 2014
© 2014 Böttner et al.
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by G. H. | Nov 1, 2018 | News, Sportorthopädie
Testung der Biokompatibilität von Magnesium-substituierten Calcium-Phosphat Zementen
Kunisch E, Mänz S, Plöger F, Bossert J, Jandt K, Kinne RW
Fragestellung: Injizierbare Calcium-Phosphat Zemente (Ca-P) sind in der Orthopädie für die Versorgung von Knochendefekten weit verbreitet. Modifikationen der Zemente sollen ihre physikalischen und biomechanischen Eigenschaften verbessern. So kann über einen Zusatz von Magnesium die Degradation und die Injizierbarkeit der Ca-P Zemente beeinflusst werden. In der vorliegenden Studie wurde die Biokompatibilität von Magnesium-substituierten Ca-P Zementen mit der Osteoblasten-Indikatorzelllinie ATDC5 untersucht.
Methodik: Die Indikatorzelllinie ATDC5 wurde auf Ca-P Zement Plättchen mit unterschiedlichem Magnesiumgehalt ausgesät (0%, 1%, 2% und 3% Magnesium) und über einen Zeitraum von 10 Tagen kultiviert. Nach 1, 2, 3, 6, 8 und 10 Tagen Kultur wurde die Zellzahl mittels 4,6-Diamidin-2-Phenylindol (DAPI)-Färbung, die Vitalität mit Fluoresceindiacetat/Propidiumjodid-Färbung und die Aktivität der alkalischen Phosphatase über eine Umwandlung von p-Nitrophenylphosphat zu 4-Nitrophenol bestimmt.
Ergebnisse: Ergebnisse: Über einen Zeitraum von 10 Tagen wurde ein kontinuierlicher Anstieg der Zellzahl auf dem Kontrollzement (0% Magnesium) und den Magnesium-substituierten Zementen beobachtet, ohne signifikante Unterschiede zwischen Kontrollzement und den Magnesium-substituierten Zementen. Die Vitalität der Zellen auf dem Kontrollzement und den Magnesium-substituierten Zementen war über den gesamten Beobachtungszeitraum höher als 90%. Die Aktivität der alkalischen Phosphatase verminderte sich in den ersten 3 Tagen auf dem Kontrollzement und den Magnesium-substituierten Zementen. Am Tag 6, 8 und 10 konnte dann auf den Magnesium-substituierten Zementen eine leicht erhöhte Aktivität der alkalischen Phosphatase im Vergleich zu dem Kontrollzement beobachtet werden, allerdings erneut ohne signifikante Unterschiede.
Schlussfolgerung: Die Substitution von Ca-P Zementen mit Magnesium (bis zu 3%) hat keinen negativen Einfluss auf die Zellzahl oder die Vitalität der Osteoblasten-Indikatorzelllinie ATDC5. Die Magnesium-Substitution führte sogar zu einer numerischen Erhöhung der Aktivität der alkalischen Phosphatase. Somit zeigen Magnesium-substituierte Zemente eine gute Biokompatibilität mit perspektivischer Eignung für den in vivo Einsatz.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocPO11-1141
doi: 10.3205/14dkou580, urn:nbn:de:0183-14dkou5801
Published: October 13, 2014
© 2014 Kunisch et al.
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by G. H. | Nov 1, 2018 | Hüfte + Endoprothetik, News
Veränderung der biomechanischen Eigenschaften von humanen Spongiosaproben des Femurkopfes durch in vitro Zellbesiedelung
Weng B, Bobrowitsch E, Kluba T
Fragestellung: Heute routinemäßig für Knochentransplantationen eingesetzte homologe Spenderknochen [1], [2] könnten zukünftig mit autologen Stammzellen in vitro vor der Übertragung besiedelt werden. Hierdurch könnte eine dem autologen Transplantat ähnlichere Situation geschaffen und damit eine verbesserte und beschleunigte Osseointegration des Knochentransplantates erzielt werden. Durch die zur Zellbesiedelung nötige mehrtägige Lagerung in einem Zellkulturbad, könnte es aber zu einer negativen Veränderung der biomechanischen Eigenschaften des Knochens kommen.
Ziel der Studie sollte sein, Festigkeitsänderungen statistisch signifikant zu erfassen und eine Abschätzung des Einflusses der Lagerung im Zellmedium auf die Belastbarkeit des homologen Scaffolds zu erreichen. Damit sollte die Verwendbarkeit des behandelten Knochens aus rein mechanischer Sicht im operativen Vorgehen abgeschätzt werden.
Methodik: An 39 symmetrischen, aus humanen Femurköpfen zugeschnittenen Probenpaaren (Quader) erfolgte mittels Druckversuch an einer MTS Bionix-Prüfmaschine die Versuchsdurchführung. Hierfür wurden zunächst geeignete Probenhalterungen sowie eine Sägevorrichtung konstruiert und gebaut. Mit Vorversuchen an 60 nicht zellbesiedelten Probenpaaren wurde die zur Datenerhebung benötigte Stückzahl ermittelt sowie die möglichen Belastungsmuster [3], [4] durch die Prüfmaschine festgelegt. Eine Prüfprozedur für die numerische Steuerung der Prüfmaschine wurde von den gewonnenen Daten abgeleitet und programmiert. Jeweils eine Probe aus jedem Probepaar wurde über zehn Tage zellbesiedelt und gegen die jeweils unbesiedelte, aus demselben Femurkopf, auf Druckfestigkeit sowie E-Modul gemessen. Zur Abschätzung des Einflusses der Besiedelungsdauer wurden exemplarisch weitere 13 Proben über einen Zeitraum von fünf Wochen besiedelt und anschließend getestet. Um eine Kontrolle über eventuelle strukturelle Inhomogenitäten wie Risse oder zystisch oder sklerotisch veränderte Bereiche zu erhalten, wurde von den Proben vor der Prüfung ein hochauflösendes Mikro-Computertomogramm hergestellt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei der Mehrzahl der Proben nach der Zellbesiedelung war eine Abnahme sowohl der Druckfestigkeit als auch des E-Moduls zu beobachten (Abb. 1, Abb. 2). Bei den langzeitbesiedelten Proben trat das Ergebnis noch deutlicher in Erscheinung. Allerdings scheinen teilweise Störungen der Mikroarchitektur in den Probenquadern vorhanden gewesen zu sein. Dies ließ sich anhand der Mikro-CT-Bildgebung nachweisen, was als Erklärung für Ausreißer herangezogen werden kann. Grundsätzlich kann die Aussage getroffen werden, dass über die komplette Messreihe keine für die in vivo Anwendung kritische Festigkeitsveränderung der Knochenblöcke auftrat.
Zukünftigen in vivo Anwendungen, sollte eine Testung mittels CT-Bildgebung zum Ausschluss dieser festigkeitsmindernden Eigenschaften vorangestellt werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocPO11-499
doi: 10.3205/14dkou579, urn:nbn:de:0183-14dkou5796
Published: October 13, 2014
© 2014 Weng et al.
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by G. H. | Okt 23, 2018 | News, Schulter
Vergleich des Outcome von Hemiprothesen und inversen Schulterprothesen nach Humeruskopffrakturen beim älteren Menschen
Wegner A, Hußmann B, Schöneberg C, Lendemans S
Fragestellung: Aktuell werden Humeruskopftrümmerfrakturen normalerweise, bei nicht mehr gegebener Rekonstruktionsmöglichkeit, mit einer Hemiprothese (Frakturprothese) versorgt. Hierbei stellt sich die Frage, ob die im Rahmen der operativen Versorgung an die Prothese fixierten Knochenfragmente auch beim älteren Patienten zu einer Rückkehr der Rotatorenmanschettenfunktion führen. Nicht selten zeigt sich hier eine komplette Lyse der Fragmente im Verlauf bei entsprechend reduzierter Funktionalität. Die primäre Implantation einer inversen Schulterprothese in der Fraktursituation kann hier möglicherweise zu einer besseren Funktionalität beitragen, da bei dieser Art von Prothese die Rotatorenmanschette nicht funktionsfähig sein muss, damit eine gute Funktionalität gewährleistet ist.
Methodik: Es handelt sich um eine prospektive randomisierte Studie, bei der insgesamt zunächst 30 Patienten mit einem Alter > 65 Jahre eingeschlossen werden sollen. Hierbei werden 15 Patienten mit implantierter Hemiprothese (Aequalisprothese (Tornier GmbH. Industriestraße 48. 51399 Burscheid. Deutschland)) mit 15 Patienten, die mit einer inversen Prothese (Anatomical ShoulderTM Inverse/Reverse (Zimmer Germany GmbH Merzhauser Straße 112 Freiburg 79100)) versorgt wurden, verglichen. Die Indikation zur Prothesenimplantation wurde gestellt bei Patienten, die mindestens 65 Jahre alt waren und eine Oberarmkopftrümmerfraktur hatten. Die Oberarmkopffraktur musste eine 3-4 Mehrfragmentfraktur des Typ 4 oder höher nach Neer oder einen Kalottensplitt beinhalten. Postoperativ wurden die Patienten nach 6 Wochen, 12 Wochen und 6 Monaten nachuntersucht. Hierbei wurden der Constant-Score, Neer-Score, SF-36, der simple Shoulder-Test bestimmt und es wurde eine klinische und radiologische Untersuchung durchgeführt. Zum jetzigen Zeitpunkt wurden insgesamt 17 Patienten eingeschlossen.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Das postoperative Ergebnis beider Gruppen unterschied sich nicht signifikant voneinander. Bei den Hemiprothesen war der simple Shoulder-Test im Mittel nach 6 Wochen 3,64, nach 12 Wochen 5,50 und nach 6 Monaten 6,38. In der Gruppe der inversen Prothesen war er nach 6 Wochen 2,60, nach 12 Wochen 6,00 und nach 6 Monaten 8,00 ohne das Signifikanzniveau zu erreichen (p=0,41 F=0,93). Ebenso konnten aktuell keine signifikanten Unterschiede im Constant- (p=0,288 F=1,33) und Neer-Score (p=0,426 F=0,89) gefunden werden. Im SF-36-Score wurde ein signifikanter Unterschied nur in der Unterrubrik körperliche Rollenfunktion gefunden ( p=0,020 F=5,27).
Schlußfolgerung:
Aufgrund der aktuell noch zu kleinen Datenmenge konnten keine validen Unterschiede im postoperativen Outcome zwischen inverser und Hemiprothese nachgewiesen werden. Allerdings zeigt sich in der Unterrubrik körperliche Rollenfunktion (misst die Beeinträchtigung der Arbeit und täglicher Aktivitäten) ein signifikant besserer Wert in der Gruppe der inversen Prothesen, so dass es wahrscheinlich einen Vorteil der inversen Prothesen gibt.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI62-374
doi: 10.3205/14dkou461 , urn:nbn:de:0183-14dkou4611
Published: October 13, 2014
© 2014 Wegner et al.
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