by G. H. | Jän 10, 2019 | Chirurgische Orthopädie, Konservative Orthopädie, News
Glucosaminsulfat reduziert die Matrixmetalloproteinasen-Expression von Osteosarkomzellen in vitro
Ulrich J, Pohlig F, Lenze U, Schauwecker J, Lenze F, von Eisenhart-Rothe R
Fragestellung: Das invasive Wachstum und die schnelle Metastasierung von Osteosarkomen steht in enger Verbindung mit der vermehrten Expression von Matrixmetalloproteinasen (MMPs). In diesem Zusammenhang besonders hervorzuheben sind MMP 2, 3, und 9. Die Hemmung dieser MMPs kann das Metastasierungsrisiko von Osteosarkomen reduzieren. In arthrotischen Gelenken konnte die Hemmung dieser MMPs durch Glucosaminsulfat bereits nachgewiesen werden. Ziel dieser Studie war es, in vitro den Einfluss von Glucosaminsulfat auf die Expression von MMP 2, 3 und 9 in Osteosarkomzellen zu untersuchen.
Methodik: Etablierte Osteosarkomzelllinien (SaOs-2 und MG-63) wurden für 3 Tage nach Herstellerangaben kultiviert und anschließend auf Zellkulturplatten ausgesiedelt. Nach 24 h wurde das Medium gewechselt und Glucosaminsulfat in den Konzentrationen 10, 50 und 100 µg/ml zugegeben. Die Zellen der Kontrollprobe wurden mit normalem Medium kultiviert. Nach 42 h wurden die Zellen mit Trypsin gelöst und die RNA isoliert. Nach Umschreibung in cDNA konnte eine relative Quantifizierung mittels real-time PCR durchgeführt werden. Des Weiteren erfolgte eine zusätzliche Quantifizierung von MMP 3 und 9 aus Zelllysat mittels ELISA. Auf Bestimmung von MMP 2 mittels ELISA wurde aufgrund der nur marginalen Unterschiede in der real-time PCR verzichtet. Zur Beurteilung der Zellviabilität wurde zudem eine colorimetrische Messung mittels WST-Assay durchgeführt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Sowohl bei MG-63- als auch bei SaOs-2-Zellen zeigte sich eine signifikante aber nicht konzentrationsabhängige Downregulaton der Expression von MMP 3 durch Glucosaminsulfat (p<0,05). Ähnliche Ergebnisse konnten wir für MMP 9 erzielen, allerdings ohne statistische Signifikanz. Auch hier zeigte sich keine Abhängigkeit von der Glucosaminsulfatkonzentration. Die Expression von MMP 2 wurde durch Glucosaminsulfat kaum beeinflusst. Im ELISA konnten die PCR-Ergebnisse für MMP 3 und 9 bestätigt werden.
Die Zellviabilität wurde durch Glucosaminsulfat in den von uns verwendeten Konzentrationen nicht beeinflusst.
Die vorliegende Studie zeigt erstmalig eine Downregulation von MMP 3 und 9 in Osteosarkomzellen durch Glucosaminsulfat. Dies konnte sowohl auf RNA- als auch auf Proteinebene nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse lassen auf eine verminderte Invasivität der mit Glucosaminsulfat behandelten Tumorzellen und somit eine mögliche Verminderung des Metastasierungsrisikos von Osteosarkomen schließen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR13-1300
doi: 10.3205/14dkou488, urn:nbn:de:0183-14dkou4887
Published: October 13, 2014
© 2014 Ulrich 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 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.
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.
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