by G. H. | Feb 3, 2019 | Fuß, Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Integration von nativen Knorpelgewebstransplantaten im Schafsmodell
Gelse K, Pachowsky M, Hennig FF, Trattnig S, Welsch G
Fragestellung: Das Ziel dieser Studie bestand darin, in einem Schafsmodell die Integration von nativen Knorpelgewebstransplantaten mit dem umgebenden Gewebe von Knorpeldefekten zu untersuchen. Hintergrund dieser Arbeit sind Beobachtungen neuerer Studien, welche den Chondrozyten prinzipiell die Fähigkeit zur Migration aus der Knorpelmatrix heraus zubilligen, wodurch der Begriff des sogenannten „integrative cartilage repair“ postuliert wurde.
Methodik: In adulten Schafen (n=12) wurden Knorpeldefekte (5 mm Durchmesser) in der medialen Femurcondyle mit 4 unterschiedlichen Reparaturverfahren behandelt (n=6 je Gruppe). In die Defekte wurden 1 mm dicke native Knorpelgewebe-Chips (Transplantate) eingesetzt, die zuvor aus dem Randbereich der Trochlea isoliert wurden. Die subchondrale Knochenlamelle wurde dabei entweder intakt belassen oder mittels je 5 Mikrofrakturierungen penetriert. Als Kontrollen dienten entweder unbehandelte Defekte mit intakter subchondraler Knochenlamelle oder Defekte, die lediglich mit reiner Mikrofrakturierung behandelt wurden.
Die Analyse der Defekte und der Reparaturgewebe erfolgte nach 6 und 26 Wochen mittels histologischer Methoden (ICRS II Score, modifizierter O’Driscoll Score).
Ergebnisse: In diesem Schafsmodell zeigten unbehandelte und mittels Mikrofrakturierung behandelte Defekte eine durchweg inkomplette Defektauffüllung mit minderwertigem Faserknorpel. Beim Einsetzen von nativen Knorpelgewebstransplantaten kam es in 60% (6 Wochen) bzw. 41% (26 Wochen) der Fälle zu einer Delamination bzw. Dislokation der Transplantate. Ursache hierfür war eine insuffiziente laterale Integration mit dem umgebenden Knorpel und eine komplett ausgebliebene basale Integration mit der darunterliegenden kalzifizierten Knorpelschicht. Eine Zellmigration bzw. ein Auswachsen von Chondrozyten aus der Matrix der Transplantate heraus konnte in dieser in vivo- Studie nicht regelhaft nachgewiesen werden. Die Matrix der Transplantate neigte hingegen während der Untersuchungszeiträume zur Degeneration mit erheblichen Proteoglykanverlust.
Im Gegensatz dazu zeigten die Transplantate in Defekten mit arrodierten Knochenmark und entfernter basaler kalzifizierter Knorpelschicht eine signifikant bessere basale und laterale Integration. Die einsprossende Zellen aus dem Knochenmark fungierten offenbar als Defektfüller und trugen zur besseren Integration bei.
Schlussfolgerung: Ein sogenanntes „integrative cartilage repair“ mit spontanem Auswachsen und Migration von Chondrozyten aus nativen Knorpelgewebstransplantaten heraus konnte in diesem Modell nicht regelhaft nachgewiesen werden. Die Integration konnte hingegen durch einwandernde Zellen nach Arrosion des subchondralen Knochenmarks mittels Mikrofrakturierung verbessert werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR15-932
doi: 10.3205/14dkou499, urn:nbn:de:0183-14dkou4993
Published: October 13, 2014
© 2014 Gelse et al.
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by G. H. | Feb 3, 2019 | Knie + Endoprothetik, News, Rheumatologie + Osteoporose
Untersuchungen zum immunprivilegierten Status von artikulären Chondrozyten in Knorpeldefekten im Großtiermodell
Niemietz T, Zaß G, Hagmann S, Gotterbarm T, Großner T, Richter W
Fragestellung: Die autologe Chondrozytentransplantation zählt heute zu den Standardtherapien für die Behandlung von Gelenkknorpeldefekten. Da autologe Chondrozyten jedoch nur begrenzt zur Verfügung stehen, wird auch die Verwendung von Knorpelzellen aus allogenen oder xenogenen Quellen diskutiert. In Nordamerika werden allogene Knorpeltransplantationen häufig klinisch eingesetzt, weil in experimentellen Studien meist keine Immunreaktionen gegen implantiertes, körperfremdes Knorpelgewebe sowie allogene Chondrozyten beobachtet wurden. Um zu prüfen, ob humanen Chondrozyten immunprivilegierte Eigenschaften zugesprochen werden können, sollte die vorliegende Studie an einem Großtiermodell überprüfen, ob humane Chondrozyten in Knorpeldefekten des Minischweins persistieren und zum Regenerationswebe beitragen können.
Methodik: Vollschichtige Knorpeldefekte der medialen Femurkondylen von Göttinger Minischweinen wurden durch die Matrix-gekoppelte Implantation von expandierten, humanen, artikulären Chondrozyten oder durch die Implantation von zellfreier Matrix behandelt. Als Trägermaterialen wurden zwei klinisch bereits eingesetzte Hydrogele verwendet. Zwei und vier Wochen nach Behandlung wurden die Defekte auf Anzeichen für Entzündungen, Wirtszelleinwanderung und die Persistenz der implantierten Zellen mittels spezies-spezifischer in situ Hybridisierung untersucht sowie die frühe Defektregeneration dem mit modifiziertem O’Driscoll Score bewertet. Parallel zum Großtiermodell wurden zusätzliche Konstrukte ektop in immunsupprimierte Mäuse implantiert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die ektope Implantation belegte die Fähigkeit der verwendeten Chondrozyten in den Hydrogelen in vivo zu Knorpelgewebe zu redifferenzieren. Die Trägermaterialien bewiesen im Großtiermodell eine gute Biokompatibilität ohne signifikante Unterschiede hinsichtlich Wirtszelleinwanderung und zeigten vergleichbare histologische Scores für die frühe Defektregeneration. Bereits zwei Wochen nach der Implantation wurden nur noch wenige humane Chondrozyten nachgewiesen. Die verbliebenen Zellen befanden sich in geschützten Regionen mit geringem Remodelling der subchondralen Platte. Spezifische Färbungen zeigten, dass vor allem Makrophagen mit den humanen Zellen kolokalisiert waren.
Vermutungen zum immunprivilegierten Status von humanen Chondrozyten stützen sich bisher vor allem auf in vitro Versuche. Wir konnten zeigen, dass xenogen implantierte, humane Chondrozyten trotz ihrer Fähigkeit zur erfolgreichen in vivo Redifferenzierung, im orthotopen Großtiermodell nicht persistieren. Die Kolokalisation von Makrophagen und implantierten Chondrozyten legt eine Makrophagen-vermittelte Zellabstoßung nahe. Der erwartete immunprivilegierte Status von humanen, artikulären Knorpelzellen konnte somit im vorliegenden xenogenen Modell nicht belegt werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR15-1033
doi: 10.3205/14dkou498, urn:nbn:de:0183-14dkou4981
Published: October 13, 2014
© 2014 Niemietz et al.
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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.
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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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