by G. H. | Jän 28, 2019 | Arthrosetherapie, News
Einfluss des Kippwinkels bei der ultraschallbasierten Knorpelcharakterisierung
Föhr P, Jordan L, Stolberg-Stolberg J, von Eisenhart-Rothe R, Große C, Burgkart R
Fragestellung: Für die präzise Bestimmung der Dicke von Gelenkknorpel ist es auf Grund der äußerst begrenzten Regenerationsfähigkeit des Gewebes nicht erwünscht, dieses dabei zu verletzen. Im Bereich der Geweberegeneration hat sich in der in vitro Züchtung von Gelenkknorpel das ultraschallbasierte (US) Impuls-Echo-Verfahren etabliert. Mit Hilfe dessen kann die Dicke des Knorpels im Knorpel-Knochenverbund nicht-invasiv durch die Aussendung mechanischer Wellen bestimmt werden. Eine alternative nicht-invasive Messung der Knorpel-Knochengrenze mit mechanischen Methoden ist zudem nicht bekannt. Kommt das Impuls-Echo-Verfahren zum Einsatz, wird die Stirnseite des Prüfkopfs parallel zur Knorpeloberfläche ausgerichtet. Ziel der vorgestellten Studie ist zu untersuchen, ob sich eine Verkippung des Messkopfs relativ zur Knorpeloberfläche negativ auf die Genauigkeit der Dickenmessung ausübt. Dies ist eine dringend zu klärende Frage, da für zukünftige Normenprüfung Verfahren mit dieser Anwendung vorgeschlagen werden sollen.
Methodik: Basierend auf der US-Dickenmessmethode nach Suh et al. (2001) werden bovine Knorpel-Knochenzylinder (n=7) verwendet (d=6 mm, h=10 mm). Dabei sollen zwei Parameter auf ihr Streuverhalten hin untersucht werden: a) die Signalqualität in Form eines Vergleichs der Amplitudenhöhe in Prozent und b) eine mögliche Laufzeitdifferenz bei bekannter Kompression, jeweils in Abhängigkeit des Kippwinkels von -6, -3, 0, 3, 6 Grad und in zwei Rotationen. Nach Anfahren des zu untersuchenden Kippwinkels wird die Probenoberfläche über eine Kontaktkraft von 10 mN bestimmt und der Wegkanal tariert. Anschließend folgen Laufzeitmessungen bei Kompressionen um 0,1 und 0,2 mm, immer mit einer lastfreien Erholungsphase von 5 min. Die Messwerte werden anschließend nach Winkel und Untersuchungsparameter gemittelt, um eine mögliche Abhängigkeit zur applizierten Kippstellung zu untersuchen.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei dem Vergleich der Signalqualität in Form der Amplitudenhöhe konnte keine Abhängigkeit zum applizierten Kippwinkel gezeigt werden (Bereich von 14,09±4,50% bis 23,23 ±16,62%, Abbildung 1 [Abb. 1]). Für die Betrachtung der Laufzeitunterschiede bei den Kompressionsstufen von 0,1 und 0,2 mm wurde ebenfalls keine Abhängigkeit zum Kippwinkel festgestellt. Zudem wurde keine der Proben (n=7) als Ausreißer gewertet. Basierend auf diesen Ergebnissen wird davon ausgegangen, dass eine Verkippung des Messkopfs im Bereich von ±6 Grad keinen messbaren Einfluss auf die Untersuchungsmethodik hat. Dadurch wird die Methode als sehr robust eingestuft und kann in der Geweberegeneration weiter etabliert werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-821
doi: 10.3205/14dkou497, urn:nbn:de:0183-14dkou4972
Published: October 13, 2014
© 2014 Föhr 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. | Jän 28, 2019 | Arthrosetherapie, News
In vitro Untersuchung zum Einfluss der immunmodulatorischen epidermalen Lipoxygenase (AmbLOXe) des Axolotls auf das pro-inflammatorische Zytokinspektrum humaner Chondrozyten
Pietzsch S, Walde T, Coger V, Vogt P, Reimers K, Menger B
Fragestellung: Der mexikanische Axolotl (Ambystoma mexicanum) aus der Familie der Querzahnmolche ist ein herausragendes Beispiel intrinsischer Regeneration. Amputierte Gliedmaßen werden hierbei binnen kurzer Zeit funktionell ersetzt. In Anbetracht der limitierten Regenerationsfähigkeit humaner Gewebe im Zuge traumatischer oder degenerativer Schädigung stellt die amphibische Regeneration einen vielversprechenden Ansatz der experimentellen Chirurgie dar.
Die epidermale Lipoxygenase AmbLOXe, welche im Regenerationsblastem des Axolotls exprimiert wird führt in vitro bei humanen O2-US-Zellen zu erhöhter Zellmigration. Inflammatorische Zytokine spielen ebenfalls eine bedeutende Rolle im Rahmen traumatischer und degenerativer Knorpelschäden. Im Rahmen dieser Studie soll der Einfluss AmbLOXe exprimierender Zelllinien auf humane Chondrozyten im Hinblick auf das Zytokinmilieu sowie die Kollagensynthese in vitro analysiert werden.
Methodik: Eine primäre Zellkultur humaner Chondrozyten wurde ausgehend von Resektaten der Kniegelenksendoprothetik etabliert. Diese wurden in Ko-Kultur mit AmbLOXe produzierenden humanen O2-US-Zellen gebracht. Nach jeweils 4 und 20 Stunden erfolgte die RNA-Isolation aus den Kulturmedien. Nach Umschreibung in cDNA erfolgte die weitere Analyse des Zytokinspektrums per quantitativer Real-Time-PCR. Die Überstände der Zellkultur wurden mittels ELISA auf inflammatorische Zytokine untersucht. Ferner erfolgte die Transkriptomanalyse hinsichtlich der Kollagen Typ II Synthese.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: AmbLOXe wurde erfolgreich durch humane O2-US-Zellen exprimiert. In Ko-Kultur zeigten Primärkulturen humaner Chondrozyten eine gute Vitalität und regelrechte Zellmorphologie. Die Kollagen Typ II Synthese unterstütze diese Ergebnisse. Es zeigten sich charakteristische Veränderungen des pro-inflammatorischen Zytokinspektrums im Vergleich zu den Kontrollansätzen. Eine verminderte Expression an Interleukin 6 und ICAM-1 deutet auf einen immunmodulatorischen, sowie pro-migratorischen Einfluss von AmbLOXe hin.
In einem Ko-Kultur Ansatz konnte der Einfluss einer AmbLOXe-Expression auf humane Chondrozyten aufgezeigt werden. Im Hinblick auf den prospektiven Nutzen immunmodulatorischer und etwaig pro-regeneratorischer Ansätze Im Rahmen traumatischer und degenerativer Knorpelschäden sollten weitere Studien zur Optimierung der Wirkstoffadministration in vitro, sowie zur Evaluation im Kleintiermodell erfolgen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-630
doi: 10.3205/14dkou496, urn:nbn:de:0183-14dkou4965
Published: October 13, 2014
© 2014 Pietzsch et al.
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by G. H. | Jän 28, 2019 | Arthrosetherapie, News
Die Wirkung von Noradrenalin auf adulte humane artikuläre Chondrozyten
Lorenz J, Straub R, Böhm M, Schaumburger J, Grifka J, Grässel S
Fragestellung: Noradrenalin ist ein von Tyrosin abgeleiteter Neurotransmitter des sympathischen Nervensystems. Tyrosin-Hydroxylase (TH) positive sympathische Nervenfasern wurden im Knochenmark, im Periost und in knochenanhaftenden Bändern identifiziert. Noradrenalin kann die Proliferation von verschiedenen Zelltypen, zum Beispiel Osteoblasten regulieren. Außerdem moduliert Noradrenalin Entzündungsfaktoren während der Rheumatoiden Arthritis und bei Darmerkrankungen. In dieser Studie wird der Einfluss von Noradrenalin auf die metabolische Aktivität von osteoarthrotischen artikulären Chondrozyten in entzündlicher Umgebung untersucht.
Methodik: Humane Chondrozyten wurden aus artikulärem Knorpel, der beim Einsatz künstlicher Kniegelenke anfällt, isoliert. Die Expression der adrenergen Rezeptoren/TH wurde in 2D/3D kultivierten Chondrocyten mit PCR und auf Gelenksknorpel mit immunhistochemischen Methoden ermittelt. Der Einfluss von Noradrenalin auf die Interleukin (IL)-1β induzierte Expression von Cytokinen und MMPs wurde in einem 3D Zellkulturmodell mit quantitativer PCR und ELISA analysiert. Die Auswirkungen von Noradrenalin auf den Zellmetabolismus wurden in 2D Kulturen mit BrdU/Caspase-ELISAs und Zellzyklus-Untersuchungen im FACS sowie im 3D Modell mit PCNA/TUNEL Färbungen bestimmt. Die verantwortlichen adrenergen Rezeptoren wurden durch den Einsatz von Antagonisten in BrdU/Caspase-ELISAs ermittelt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im 3D-Modell konnte Noradrenalin die IL-1β induzierte Expression von IL-8 und MMP-13 sowie den Proteoglykan Abbau signifikant reduzieren. Dies wurde bei einer Konzentration von 10-6 M beobachtet was zusammen mit der spezifischen Expression des β2-adrenergen Rezeptors darauf hindeutet, dass Noradrenalin über β2-adrenerge Signalwege einen anti-inflammatorischen bzw. chondroprotektiven Effekt auf Chondrozyten ausüben kann.
10-8 M Noradrenlin hat signifikant die Anzahl der TUNEL gefärbten Zellen nach 3D Kultivierung und die Caspase-Aktivität nach 2D Kultivierung erhöht. Dieser Effekt konnte durch die Zugabe des alpha1-adrenergen Rezeptorantagonisten Doxazosin aufgehoben werden. Diese Ergebnisse weisen zusammen mit der spezifischen Expression des alpha1D-adrenergen Rezeptors darauf hin, dass Noradrenalin über alpha1D-adrenerge Signalwege Apoptose in Chondrocyten induzieren kann.
Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine Stimulation mit 10-6 M Noradrenalin die BrdU-Inkorporation bzw. die Anzahl der PCNA-positiven Zellen in 2D bzw. 3D-Kultur signifikant reduziert. Diese Wirkung konnte mit Hilfe des β1-3-adrenergen Rezeptorantagonisten Nadolol aufgehoben werden. In Zellzyklus-Untersuchungen wurde eine signifikante Erhöhung der Zellpopulation in der G1-Phase bzw. eine Reduktion in der S-Phase beobachtet. Diese Effekte weisen zusammen mit der spezifischen Expression des β2-adrenergen Rezeptors darauf hin, dass Noradrenalin den Zellzyklus artikulärer Chondrozyten über β2-adrenerge Signalwege verlangsamt.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-249
doi: 10.3205/14dkou495, urn:nbn:de:0183-14dkou4955
Published: October 13, 2014
© 2014 Lorenz et al.
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by G. H. | Jän 21, 2019 | Arthrosetherapie, News
Der Einfluss von Muskelathrophie und Arthritis auf die Entstehung und Progression der Arthrose im Tiermodell
Egloff C, Valderrabano V, Herzog W
Fragestellung: Die Arthrose ist eine multifaktorielle Erkrankung wobei eine eine Muksleathrophie und ein entzündliches Geschehen als Risikofaktoren beschrieben werden. Das Zusammenspiel dieser Faktoren ist jedoch bis heute nur ungenügend untersucht. Diese Studie setzte sich deshalb zum Ziel den Einfluss von Muskelatrophie, entzündlicher Arthritis und der Kombination beider im Tiermodell in vivo zu untersuchen.
Methodik: Dreissig ausgewachsene, 1 Jahr alte weibliche New Zealand white rabbits (Gewicht: mean 5.7kg, range 4.8–6.6kg) wurden in dieser Studie verwendet. Die Tiere wurden dabei in vier experimentelle Gruppen unterteilt: (i) Neurotomie des zum Vastus lateralis (VL) führenden Astes des N. femoralis communis; (ii) medikamentös induziert Paralyse des M. quadriceps femoris durch eine intramuskuläre Injektion von Botulinum Toxin A (BTX-A); (iii) intraartikuläre Injektion von Carrageenan (CA) zur Induktion einer fulminanten, transienten inflammatorischen Reaktion; (iv) Kombination der intraartikulären Injektion von CA und der intramuskulären Injektion von BTX-A. Jedem Tier wurde randomisiert ein experimentelle Seite zugewiesen, während die kontralaterale Seite als unaffektiere Kontrolle fungierte. Nach Neunzig Tagen, wurden Gelenksdurchmesser, Muskelmasse gemessen und der Knorpel der Femurkondylen, der patellofemoralen Grube, Patella und Tibia histologisch mittels des OARSI score analysiert.
Ergebnisse: Die Neurotomie des zum VL führenden Nervenastes wie auch die Administration von BTX-A (Gruppe (i) und (ii)) führte zu einer signifikanten Atrophie der Muskulatur des VL wie auch des gesamten M. Quadriceps. Ähnliche Folgen zeigten sich in der kombinierten Gruppe BTX-A/CA (Gruppe iv). In Gruppe (iii) zeigten sich keine Unterschiede. Die Druchmesser der experimentellen Kniegelenke waren signifikant grösser in den Gruppen (iii) und (iv). Die Neurotomie oder auch die BTX-A Injektion hatte keinen messbaren Effekt auf den Gelenksduchmesser.
Die histologische Analyse des Gelenkknorpels zeigte signifikant höhere Knorpeldegradation an der Patella und der femoralen Grube, aber nicht in der tibiofemoralen Artikulation. BTX-A hatte einen signifikanten Einfluss auf alle analysierten Gelenkskompartimente des Knies (Patella, femoral Grube, Tibia, Femur). CA alleine führte nicht zu einer messbaren Schädigung des Knorpels verglichen mit der Gegenseite. Die Kombination von BTX-A und CA führte zu schweren Knorpelschäden in allen Kompartimenten.
Schlussfolgerung: Muskelatrophie über eine dreimonatige Periode führt zu einer Induktion und Progression von Osteoarthrose im Tiermodell. Eine vorübergehender lokale inflammatorische Reaktion führte zu weder zu einer messbaren Arthrose von hatte es einen grossen verstärkenden Effekt, wenn es mit einer Muskelschwäche kombiniert wurde. Diese Erkenntnis ist überraschend und suggeriert die Überlegung, dass eine lokaler transiente Gelenksentzündung alleine kein unabhängiger Risikofaktor für die Osteoarthrose darstellt.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-502
doi: 10.3205/14dkou494, urn:nbn:de:0183-14dkou4944
Published: October 13, 2014
© 2014 Egloff et al.
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by G. H. | Jän 21, 2019 | Arthrosetherapie, News
Veränderungen des subchondralen Knochens durch PTH [1-34] induzieren die Entstehung einer Früharthrose in vivo
Orth P, Cucchiarini M, Wagenpfeil S, Menger M, Kohn D, Madry H
Fragestellung: Parathormon (PTH [1-34]) wird klinisch zur Osteoporosebehandlung eingesetzt und verbessert die experimentelle Frakturheilung. Die Wirkung von PTH [1-34] auf den subchondralen Knochen ist jedoch bislang nur unzureichend erforscht. Wir untersuchten die Hypothese, dass die systemische Gabe von PTH [1-34] mikroarchitektonische Veränderungen des subchondralen Knochens bewirkt, welche wiederum zu sekundärer Degeneration des Gelenkknorpels innerhalb einer intakten osteochondralen Einheit führen.
Methodik: Die Behandlungsgruppe (n = 4 Kaninchen) erhielt täglich subkutan 10 µg PTH [1-34]/kg, die Kontrollgruppe NaCl 0,9%. Zum Ausschluss einer Niereninsuffizienz unter der Therapie wurden kontinuierlich renale Retentionsparameter bestimmt. Nach 6 Wochen wurden die subchondrale Knochenlamelle und die subartikuläre Spongiosa separat mittel Mikro-Computertomographie untersucht. Degenerative Veränderungen des Gelenkknorpels konnten sowohl makroskopisch als auch histologisch mit Hilfe etablierter Bewertungssysteme und durch immunhistochemische Bestimmung von Typ I, II und X Kollagen quantifiziert werden. Die absolute und relative Breite des kalzifizierten Gelenkknorpels wurde histomorphometrisch bestimmt. Ein Effekt von PTH [1-34] auf die Expression des PTH-Rezeptors (PTH1R) und die Apoptose von Osteozyten und Chondrozyten (Caspase-3) wurde immunhistochemisch untersucht. Zur statistischen Auswertung kamen ein GEE Modell und der Pearson Korrelationskoeffizient (r) zur Anwendung (Signifikanzniveau p < 0,05).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: PTH [1-34] steigert Volumen (BV/TV; 45,58 ± 3,69 versus 40,12 ± 3,35%; p = 0.010), Mineralsalzgehalt (BMD; 1.062,48 ± 104,16 versus 931,59 ± 60,94 mg Kalziumhydroxyapatit/cm3; p = 0.017), und Trabekelbreite (Tb.Th; 0,14 ± 0,01 versus 0,13 ± 0,01 mm; p = 0.042) innerhalb der subartikulären Spongiosa ohne Effekt auf die subchondrale Knochenlamelle. Ferner steigert PTH [1-34] die Breite des kalzifizierten Gelenkknorpels (285,23 ± 46,17 versus 163,45 ± 31,30 µm; p = 0.001). Die Behandlung bewirkt signifikant ausgeprägtere degenerative Veränderungen des hyalinen Gelenkknorpels (Gesamtpunktwert 4,28 ± 1,47 versus 1,97 ± 0,46; p = 0.040); vornehmlich eine unebene Knorpeloberfläche (1,11 ± 0,96 versus 0,25 ± 0,59; p < 0.001) und reduzierte Matrixanfärbbarkeit (2,75 ± 1,65 versus 1,68 ± 0,55; p = 0.029). Gemäß statistischer Analyse sind diese histologischen Merkmale einer Früharthrose des hyalinen Knorpels auf die gesteigerte Breite des kalzifizierten Knorpels (p = 0.026) und den erhöhten Mineralsalzgehalt der subartikulären Spongiosa (p = 0.001) zurückzuführen (r = 0,56).
Zusammenfassend führt die systemische Gabe von PTH [1-34] zu Veränderungen der subartikulären Spongiosa sowie einer Verbreiterung des kalzifizierten Knorpels und in der Folge zu degenerativen Veränderungen des hyalinen Gelenkknorpels. Dies stellt einen bislang unbekannten Mechanismus dar, durch welchen PTH-bedingte Veränderungen des subchondralen Knochens die Entstehung einer Früharthrose induzieren können.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-123
doi: 10.3205/14dkou493, urn:nbn:de:0183-14dkou4932
Published: October 13, 2014
© 2014 Orth et al.
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