by G. H. | Aug 12, 2019 | Chirurgische Orthopädie, Konservative Orthopädie, News
Neutrophile Granulozyten bei der Frakturheilung: Freund oder Feind?
Kovtun A, Baur S, Wiegner R, Huber-Lang MS, Ignatius A
Fragestellung: Die Frakturheilung beginnt mit einer inflammatorischen Phase, die durch die Freisetzung von pro- und anti-inflammatorischen Mediatoren und die Rekrutierung von Immunzellen charakterisiert ist (Claes et al. 2012). Neutrophile Granulozyten gehören zu den ersten Zellen, die nach der Fraktur das Hämatom invadieren und hier „the first line of defence“ repräsentieren. Allerdings wurde die Rolle von Neutrophilen bei der Frakturheilung bisher kaum untersucht. Bisher existieren nur wenige experimentelle Studien im Rattenmodell. Diese Arbeiten postulierten einen negativen Einfluss neutrophiler Granulozyten auf die Knochenbildung, da ihre Depletion zu einer Verbesserung der Frakturheilung führte (Grøgaard et al. 1990, Chung et al. 2006). Eine Limitation dieser Arbeiten war jedoch die Applikation eines unspezifischen Antiserums zu Neutrophilendepletion, das weitere unspezifische Wirkungen haben dürfte. Ziel unserer Arbeit war es daher, die Rolle von Neutrophilen bei der Frakturheilung spezifischer zu analysieren.
Methodik: Wir führten Frakturheilungsstudien in einem Mausmodell mit spezifischer Neutrophilendepletion durch. Die Depletion neutrophiler Granulozyten wurde in C57BL/6J Mäusen (12 Wo alt, männlich) mit Hilfe eines spezifischen anti-Neutrophilen Antikörpers durchgeführt (anti-Ly-6G-Antikörper, Klon 1A8, BioLegend). 24 h nach der Injektion des Antikörpers erhielten die Mäuse eine Osteotomie des rechten Femurs, die mittels Fixateur Externe stabilisiert wurde. Nach einer Heilungszeit von 21 Tagen wurden die Frakturkalli biomechanisch, mikro-computertomographisch (µCT), histomorphometrisch und immunhistologisch untersucht. 24 Stunden nach Fraktur wurde Serum gewonnen und die Konzentration des Anaphylatoxins C5a mittels ELISA untersucht. Statistik: Student T-Test, Signifikanzniveau p<0.05.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Depletion führte zu einer signifikanten Erniedrigung von peripheren (ca. -80% bis Tag 7 nach Osteotomie) und lokalen (-62% 24h nach Osteotomie) Neutrophilen. Anti-Ly-6G-Antikörper-behandelte Tiere zeigten eine signifikant schlechtere Biegesteifigkeit des Femurs 21 Tage nach Osteotomie (-19%). Außerdem zeigte die histomorphometrische Untersuchung eine verringerte Knochenbildung im Frakturkallus von diesen Mäusen (-55%), was auch durch µCT-Daten bestätigt wurde. Die Konzentration von C5a im Serum war nach Antikörper-Behandlung unverändert.
Im Gegensatz zur bisher existierenden Literatur, die eine negativen Wirkung neutrophiler Granulozyten bei der Frakturheilung postulierte (Grøgaard et al. 1990, Chung et al. 2006), zeigen unsere Ergebnisse, dass die Invasion und Aktivierung von Neutrophilen in das Frakturhämatom für die reguläre Frakturheilung wichtig sein dürfte, da ihre spezifische Depletion die Frakturheilung signifikant verschlechterte. Unsere derzeitigen Arbeiten beschäftigen sich mit den zugrunde liegenden molekularen Mechanismen und der Rolle von Neutrophilen bei der durch ein schweres Trauma gestörten Frakturheilung.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocSA33-812
doi: 10.3205/14dkou572, urn:nbn:de:0183-14dkou5721
Published: October 13, 2014
© 2014 Kovtun 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 12, 2018 | Anti Aging, News, Rheumatologie + Osteoporose
Stimulation der Knochenheilung durch eine zeitlich verzögerte Freisetzung von Bone-morphogenetic-protein-2 (BMP-2) aus einer Implantatbeschichtung
Faßbender M, Strobel C, Minkwitz S, Schmidmaier G, Wildemann B
Fragestellung: Die Frakturheilung ist durch eine zeitlich koordinierte Zellaktivität gekennzeichnet und BMP-2 stellt einen der wichtigsten regulierenden Faktoren dar. Die BMP-2 Expression im Heilungsverlauf wird früh induziert, allerdings erfolgt eine weitere Erhöhung während der späteren Osteogenese. Es gibt Hinweise, dass eine spätere Applikation effektiver für die Stimulation der Heilung sein kann. In dieser Studie wurde der Effekt der verzögerten BMP-2 Gabe aus einer Implantat-Beschichtung im Modell mit beeinträchtigter Knochenheilung [1] untersucht.
Methodik: Titan-Kirschner-Drähte wurden mit Poly(D,L-Laktid) (PDLLA) sowie BMP-2 (2.5% w/w in PDLLA) beschichtet. Die in-vitro Elution zeigte eine langsam ansteigende Freisetzung des inkorporierten BMP-2 bis Tag 35. Bei Ratten wurde die Tibia osteotomiert und mit PDLLA- (Kontrolle) oder mit PDLLA/BMP-2-beschichteten Drähten stabilisiert. Die Heilung wurde computertomographisch, histologisch und biomechanisch verfolgt (Tag 10, 28, 42 und 84 post-operativ; n=4-9 Tiere je Gruppe/Methode/Zeitpunkt). Statistik: Mann-Whitney Test.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Computertomographie zeigte eine gesteigerte Bildung von mineralisiertem Kallus sowie ein beschleunigtes Remodelling in der BMP-2 Gruppe mit einem signifikanten erhöhten Verhältnis Knochen-/Gesamtkallus-Volumen (p=0,02) am Tag 42. Histologisch war am Tag 10 die Kallusfläche beider Gruppen identisch; allerdings zeigte sich eine Gefäßreduktion (p=0,004) in der BMP-2 Gruppe. Die histologische Auswertung an den Tagen 28 – 84 ergab keine Unterschiede in der Kallusgröße jedoch eine in der BMP-2 Gruppe signifikant erhöhte Mineralisierung am Tag 42 und 84 (p=0,04). Die biomechanische Steifigkeit der osteotomierten Tibia war im Vergleich zu intakten Seite in der BMP-2 Gruppe zu allen Zeitpunkten gegenüber der Kontrolle erhöht mit signifikanten Unterschieden am Tag 42 (p=0,05).
Zusammenfassend zeigte sich ein verbesserter Heilungsverlaufes bei verzögerter BMP-2 Applikation gegenüber der Kontrolle. In einer früheren Studie war eine Beschichtung gewählt worden, die ca. 50% des Wachstumsfaktors innerhalb der ersten 48 h freisetzt [2]. Die Gefäßdichte war dort gegenüber der Kontrolle ebenfalls reduziert, allerdings im Vergleich zur aktuellen Studie noch deutlich erhöht. Bei initialer BMP-2 Freisetzung zeigten sich signifikante Unterschiede in der Mineralisation am Tag 42 sowie in der Steifigkeit bereits am Tag 28 und 42 im Vergleich zur Kontrolle. Auch wenn die verzögerte Freisetzung bezüglich des letztendlichen Heilungserfolges keine Überlegenheit ergibt, kann vermutet werden, dass die zeitliche Änderung des Auftretens signifikanter Unterschiede die verzögerte Freigabe widerspiegelt. Insofern kann diese Studie als Basis zur Adaptierung von Freisetzungsmustern entsprechend der physiologischen Sensitivität von Zellen und Geweben dienen.
Literatur
1. Kratzel C, Bergmann C, Duda G, Greiner S, Schmidmaier G, Wildemann B. Characterization of a rat osteotomy model with impaired healing. BMC Musculoskelet Disord. 2008;9:135. DOI: 10.1186/1471-2474-9-135 External link
2. Wildemann B, Lange K, Strobel C, Fassbender M, Willie B, Schmidmaier G. Local BMP-2 application can rescue the delayed osteotomy healing in a rat model. Injury. 2011 Aug;42(8):746-52. DOI: 10.1016/j.injury.2010.11.012
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR12-368
doi: 10.3205/14dkou476, urn:nbn:de:0183-14dkou4761
Published: October 13, 2014
© 2014 Faßbender et al.
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by G. H. | Nov 12, 2018 | News, Rheumatologie + Osteoporose
Ganzkörpervibration (LMHFV) führt zu einer Beeinträchtigung der Frakturheilung in alten Mäusen, aber verbessert die Frakturheilung in alten, ovarektomierten Mäusen
Wehrle E, Fischer L, Bindl R, Heilmann A, Wehner T, Jakob F, Amling M, Ignatius A
Fragestellung: Ein möglicher therapeutischer Ansatz zur Verbesserung der gestörten Frakturheilung bei alten und osteoporotischen Individuen stellt die gezielte Applikation mechanischer Stimuli während der Frakturheilungszeit dar, z.B. die sog. low-magnitude high-frequency Vibration (LMHFV; Rubin et al. 2004). LMHFV wirkt im intakten und osteoporotischen Knochen anabol (Slatkovska et al. 2010), wohingegen die wenigen bis jetzt durchgeführten präklinischen Frakturheilungsstudien widersprüchliche Ergebnisse ergaben (Leung et al. 2009; Stuermer et al. 2010). Ziel dieser Studie war es daher, den Einfluss von LMHFV auf die Frakturheilung bei alten und ovarektomierten C57BL/6 Mäusen zu untersuchen.
Methodik: Weibliche C57BL/6NCrl Mäuse (n=56) wurden mit 41 Wochen ovarektomiert (OVX) oder Sham-operiert, bevor sie 8 Wochen später eine Femurosteotomie erhielten, die mit einem Fixateur externe stabilisiert wurde. Ab dem 3. postoperativen Tag erhielten die Tiere eine mechanische Interventionstherapie (20 min/d; 5d/Woche), wozu sie auf Vibrationsplattformen gesetzt wurden (Sham/OVX vibriert: f=45 Hz, a peak-to-peak=0,3 g je n=14). Nach 10 und 21 Tagen wurden die Tiere getötet und die Femora biomechanisch, mikro-computertomographisch und histologisch analysiert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: OVX führte zu einer signifikant verschlechterten Frakturheilung mit Abnahme der biomechanischen und strukturellen Kalluseigenschaften im Vergleich zu nicht-ovarektomierten Tieren (Biegesteifigkeit: 46 vs. 901 Nmm2; µCT: BV/TV: 2 vs. 23%; Histomorphometrie: Knochenanteil im Kallus: 7 vs. 44%). Durch die Applikation von LMHFV konnte diese beeinträchtigte Frakturheilung signifikant verbessert werden (Biegesteifigkeit: 689 vs. 47 Nmm2; BV/TV: 36 vs. 9%; Knochenanteil im Kallus: 49 vs. 7%). Demgegenüber führte LMHFV in nicht ovarektomierten Tieren gleichen Alters zu einer signifikant verschlechterten Frakturheilung (Biegesteifigkeit: 174 vs. 901 Nmm2; BV/TV: 16 vs. 47%; Knochenanteil im Kallus: 14 vs. 44%). Die Vibration bewirkte unterschiedliche Effekte auf die Frakturheilung in Abhängigkeit von OVX. Während LMHFV den gestörten Frakturheilungsprozess bei den alten OVX Tieren signifikant verbesserte, führte die Vibration bei gleichaltrigen nicht ovarektomierten Tieren zu einer signifikant verschlechterten Frakturheilung. Dies deutet auf eine mögliche entscheidende Rolle von Östrogen für die Mechanobiologie der Frakturheilung hin. Die vorliegende Studie zeigt ein therapeutisches Potential von LMHFV für die osteoporotische Frakturheilung auf. Aufgrund der beobachteten gegensätzlichen Effekte von LMHFV auf die Frakturheilung in Abhängigkeit von OVX sollten mögliche klinische Anwendungen jedoch kritisch geprüft werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR12-724
doi: 10.3205/14dkou475, urn:nbn:de:0183-14dkou4754
Published: October 13, 2014
© 2014 Wehrle et al.
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by G. H. | Nov 12, 2018 | Anti Aging, News, Rheumatologie + Osteoporose
Vertikale Vibration erhöht den positiven Effekt von Östrogen und Raloxifen auf die Frakturheilung des osteopenischen Knochens der Ratte
Stürmer EK, Komrakova M, Sehmisch S, Tezval M, Schäfer N, Hallecker J, Stürmer KM
Fragestellung: Osteoporose wird aufgrund des demographischen Wandels ein zunehmendes Problem unserer Gesellschaft. Heute existieren verschiedene anti-osteoporotische Therapien, die in erster Linie das Ziel haben, die Knochendestruktion zu verzögern. Teilweise haben sie auch einen anabolen Effekt auf den Knochenstoffwechsel und damit auch auf die Frakturheilung des osteoporotischen Knochens. Ihre Auswirkung lässt jedoch Raum für weitere Optimierung der Heilung; diesem könnte eine biomechanische Stimulation füllen.
Methodik: In der vorliegenden Studie werden anhand des Modells der ovarektomierten Ratte die beiden Anti-Osteoporosepharmaka der I. Wahl Östrogen (E) und Raloxifen (R) in ihrer Wirkung mit und ohne additive biomechanischer Stimulation (WBV; 70 Hz, 2x täglich für 6 Wochen) auf den heilenden metaphysären Knochen untersucht. Zweiundsiebzig 3 Monate alte weibliche Sprague-Dawley Ratten wurden bilateral ovarektomiert, um innerhalb von 8 Wochen ein manifeste Osteoporose zu entwickeln; 12 wurden intakt belassen. Im Folgenden wurden die metaphysären Tibiae osteotomiert und die Tiere randomisiert den Gruppen (n=12) OVX, OVX+WBV, OVX+E, OVX+E+WBV, OVX+R und OVX+R+WBV zugeordnet. Nach 6 Wochen wurden die Tibiae biomechanisch, histomorphometrisch, computertomographisch (µCT) und genanalytisch untersucht.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: E und R- Applikation führt zur signifikanten Verbesserung der BMD und der trabekulären Dichte (p<0,05); die WBV allein hatte nur selten einen signifikanten Einfluss auf den osteoporotischen Knochen. Die Kombination aus Hormonen und WBV zeigte eine signifikante Verbesserung der Qualität (p<0,05), des endostalen Kallus (R+WBV; p<0,01) und der Trabekeldichte (E+WBV, R+WBV; beide p<0,05)). Auch die Genexpression der Osteoklasten-spezifischen TRAP war signifikant durch Applikation von E, R oder kombiniert mit biomechanischer Stimulation(E+WBV und R+WBV; p<0,01), erniedrigt.
Die kombinierte Applikation von WBV mit E oder R verbessert sowohl die Frakturheilung, als auch die biomechanischen und morphologischen Eigenschaften des osteoporotischen Knochens. Ihre Effekte sind synergistisch und nicht competitiv. Alle in diesem Projekt angewandten Stimuli sind für den Menschen zugelassen, so dass sie auch im Klinischen Alltag Anwendung finden könnten.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR12-681
doi: 10.3205/14dkou474, urn:nbn:de:0183-14dkou4747
Published: October 13, 2014
© 2014 Stürmer et al.
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by G. H. | Nov 5, 2018 | Chirurgische Orthopädie, News
PTH ist bei Stimulation der Frakturheilung bei Osteoporose Strontiumranelat überlegen. Ergebnisse aus dem Tierversuch
Hoffmann DB, Nühnen V, Tezval M, Komrakova M, Stürmer KM, Sehmisch S
Fragestellung: PTH hat unter allen Antiosteoporosemedikamenten den größten osteoanabolen Effekt. In Tierversuchen wurde dargelegt, dass PTH bei osteoporotischen Frakturen zu einer verbesserten Knochenheilung beiträgt. Dies wurde jedoch v.a. bei kortikalem Knochen untersucht, der nur gering von Osteoporose betroffen ist. Daneben wird auch für Strontiumranelat, das sowohl antiresorptiv als auch anabol wirkt, eine verbesserte Knochenheilung bei Osteoporose beschrieben. Neben der medikamentösen Therapie gilt die Ganzkörpervibration als Ergänzung der Osteoporosetherapie. Für die vertikale Ganzkörpervibration wurde ein positiver Effekt in Lendenwirbelkörpern osteoporotischer Ratten bewiesen.
In dieser Studie wird die Kombination von physikalischem Training (Vibrationstraining) und PTH bzw. Strontiumranelat auf die metaphysäre Knochenheilung in der Tibia bei Osteoporose untersucht.
Methodik: Die Experimente wurden mit Spraque-Dawley Ratten durchgeführt. Im Alter von drei Monaten wurden 52 Ratten ovariektomiert (OVX) und 12 schein-operiert (Sham). 8 Wochen nach Ovariektomie wurde in der Metaphyse der Tibia bds. eine Osteotomie mit anschließender Osteosynthese durchgeführt. Nach der Osteosynthese erhielt ein Teil der Tiere für 5 Wochen einmal tgl. 5x/Woche subkutane Injektionen mit PTH (OVX-PTH). Für den gleichen Zeitraum wurde einer anderen Gruppe Strontiumranelat ins Futter beigefügt (OVX-SR). Jeweils die Hälfte der Versuchs-Tiere wurde zweimal täglich für 15 Minuten mit 70 Hertz für 5 Wochen vibriert (OVX-VIB, OVX-PTH-VIB, OVX-SR-VIB). Nach Ablauf der 5 Wochen nach Osteotomie wurde jeweils die Tibia mittels Micro-CT und einem biomechanischen Kompressionstest untersucht. Die Signifikanz wurde mittels one-way ANOVA und Tukey-Kramer post hoc Test ermittelt.
Ergebnisse: Die Elastizität ist bei OVX-PTH-VIB (114 N/mm3) deutlich erhöht gegenüber OVX (88 N/mm3) und signifikant höher als bei Strontiumranelat (OVX-SR-VIB 62 N/mm3). Die Vibration erhöhte zudem bei PTH-Gabe die Elastizität (77 vs. 114 N/mm3). Ebenso zeigte sich beim Yield Load ein signifikant besseres Ergebnis bei OVX-PTH-VIB (84 N/mm3) vs. OVX-SR-VIB (44N/mm3). Der Yield Load war bei OVX-PTH-VIB tendentiell sogar besser als bei Sham-Tieren (57 N/mm3).
Der BMD des Kallus war unter OVX-PTH-VIB (400mg/cm3) signifikant höher als unter OVX-SR-VIB (354mg/cm3) und OVX (364mg/cm3) und auf ähnlichem Niveau wie bei Sham-Tieren (416 mg/cm3). Die Kallusdicke auf der Osteosynthese-abgewandten Seite war in der Tendenz bei PTH höher als bei Strontiumranelat, jedoch nicht statistisch signifikant. Ebenso zeigen sich beim Volumen des harten Kallus bei PTH tendentiell bessere Werte gegenüber Strontium und OVX, jedoch statistisch nicht signifikant.
Schlussfolgerungen: PTH ist bei der Knochenheilung bei Osteoporose dem eher antiresorptiven Strontiumranelat deutlich überlegen. Zusätzlich ergänzt ein physikalisches Training die PTH-Therapie im Heilungsprozess. Weitere Studien sind jedoch erforderlich um die Kombinationstherapie weiter zu evaluieren.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR12-1250
doi: 10.3205/14dkou473 , urn:nbn:de:0183-14dkou4731
Published: October 13, 2014
© 2014 Hoffmann 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.
