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Hintergrund: Osteoporose ist eine Skeletterkrankung, von der weltweit Millionen Menschen betroffen sind. Unter physiologischen Bedingungen wird der Knochen von Osteoblasten aufgebaut und von Osteoklasten abgebaut. Doch bei der Osteoporose entsteht ein Ungleichgewicht dieser Zellen, was zu einer erhöhten Knochenbrüchigkeit und zu einem Frakturrisiko führt. In früheren Studien wurde herausgefunden, dass durch die Einnahme von Aminobisphosphonaten die Knochenmineraldichte zunimmt. Die Wirkung des Anti-Osteoporosemedikamentes Alendronat wurde schon an anderen Tieren, wie zum Beispiel Mäusen und Ratten ausgetestet, aber noch nicht am Killifisch Nothobranchius furzeri. Dieser Fisch hat eine Lebensdauer von nur acht bis 20 Wochen und weist trotzdem typische Alterserscheinungen auf. Die jetzige Studie beschäftigt sich damit, ob die Einnahme von Alendronat, welches ein Medikament aus der Gruppe der Aminobisphosphonaten ist, die Zytokin-Expression, Osteoblasten und Osteoklasten im N.furzeri beeinflusst. Methode: Um die Auswirkung von Alendronat auf die Zytokin-Expression und Osteoblasten, sowie Osteoklasten nachzuweisen, wurden 24 Fische in zwei Gruppen eingeteilt, wobei eine Gruppe mit dem Anti-Osteoporose-Medikament Alendronat behandelt wurde, während die andere Gruppe als Kontrollgruppe Aqua dest erhielt. Für den Nachweis der Zytokin-Expression (IL-1, IL-6, TNF-α) von Immunzellen und Osteoblasten wurden immunhistologische Färbungen etabliert. Der Nachweis der Osteoklasten erfolgte über die TRAP-Färbung. Ergebnisse: In der Alendronatgruppe konnte eine erhöhte Produktion von IL-6 in der Niere festgestellt werden. Unabhängig von der Behandlungsgruppe war insgesamt die Zytokin- Expression in der Milz höher als in der Niere. Zudem zeigte das Alendronat eine Wirkung auf den oxidativen Stress im Herzen der Fische. In Bezug auf die Anzahl der Osteoblasten und Osteoklasten konnte keine signifikante Wirkung nachgewiesen werden. Conclusio: In dieser Studie wurde erstmals eine Methode zur immunhistologischen Darstellung von Zytokinen bei Nothobranchius furzeri etabliert. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass sich die Zytokin-Expression durch Immunzellen in Niere und Milz unterscheiden und dass Alendronat die IL-6-Expression beeinflusst. Background: Osteoporosis is a skeletal disease that affects millions of people worldwide. Under physiological conditions, bone is built up by osteoblasts and broken down by osteoclasts. But in osteoporosis, an imbalance of these cells occurs, leading to increased bone fragility and fracture risk. Previous studies have found that the intake of aminobisphosphonates increases bone mineral density. The effect of the anti-osteoporosis drug alendronate has been tested on other animals, such as mice and rats, but not yet in the killifish Nothobranchius furzeri. This fish has a lifespan of only eight to 20 weeks and still shows typical signs of ageing. The current study focuses on whether the use of alendronate, which is a drug from the group of aminobisphosphonates, affects cytokine expression, osteoblasts and osteoclasts in N.furzeri. Methods: To detect the effect of alendronate on cytokine expression and osteoblasts and osteoclasts, 24 fish were divided into two groups, one treated with the anti-osteoporosis drug alendronate, while the other group received aqua dest as a control group. Immunohistological staining was established for the detection of cytokine expression (IL-1, IL-6, TNF-α) and osteoblasts. Detection of osteoclasts was done by TRAP staining. Results: An increased production of IL-6 in the kidney was detected in the alendronate group. However, overall cytokine expression was higher in the spleen than in the kidney, regardless of the treatment group. In addition, alendronate showed an effect on oxidative stress in the heart of the fish. No significant effect could be demonstrated on the number of osteoblasts and osteoclasts. Conclusion: In this study, a method for immunohistological imaging of cytokines in Nothobranchius furzeri was established for the first time. Our results suggest that cytokine expression by immune cells differs in kidney and spleen and that alendronate affects IL-6 expression.

Fragestellung: Periprothetische Infektionen (PPI) stellen eine schwerwiegende Komplikation in der Endoprothetik dar. Radiologisch zeigen sich bei betroffenen Patienten im Verlauf Osteolysen mit konsekutiven Implantatlockerungen. Es ist bislang nicht vollständig geklärt, wie diese Osteolysen [zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL]

In einer alternden Gesellschaft mit zunehmenden negativen Einflüssen auf den Knochenstoffwechsel wächst die Bedeutung eines ständig verfügbaren, sowie ethisch vertretbaren Knochenstoffwechselmodells. Aus diesem Grund war es Ziel dieser Arbeit ein in vitro Modell zu entwickeln, das den menschlichen Knochenstoffwechsel mit Osteoblasten und Osteoklasten sowie deren Interaktion widerspiegelt. Experimentelle Vorversuche und Versuche zur Expression spezifischer Proteine zeigten die Eignung der humanen Zelllinien SaOS-2 und THP-1. Die Entwicklung der Co-Kultur ergab ein optimales Zell-Zell-Verhältnis von 2:1 - THP-1 Zellen: SaOS-2 Zellen. Die Differenzierung unter 2 % FCS führte zu einer verbesserten Stoffwechselaktivität und einer Stabilität des Modells von bis zu 14 Tagen. Erste Untersuchungen wiesen die Notwendigkeit einer Zell-Normalisierung zur Evaluation der Messdaten auf. Versuche die beiden Zellarten separat voneinander mittels Zellfärbung bzw. Transfektion mit spezifischen Markern zu quantifizieren, erwiesen sich als ungeeignet. Über geschlechtsspezifische Chromosomen konnten mittels PCR die Zellarten separat quantifiziert werden. Zur Überprüfung der Zell-Zell-Interaktion wurde der Einfluss von Bisphosphonaten (Alendronat, Zoledronat) untersucht. Es bestätigte sich die erwartete Hemmung der Osteoklasten, sowie die angestrebte Interaktion von SaOS-2 und THP-1 Zellen. Jedoch zeigte sich auch eine Beeinflussung der SaOS-2 Zellen durch die Bisphosphonate. Die Beobachtungen werden von Ergebnissen der Literatur unterstützt [177,178]. Parallel durchgeführte Versuche mit SaOS-2 und THP-1 Zellen in Mono-Kultur zeigten abweichende Ergebnisse. Dies hob die Bedeutung des Co-Kultur-Modells für zukünftige Untersuchungen hervor. Untersuchungen über den Einfluss von Metformin auf das Co-Kultur Modell zeigten keine Toxizität von Metformin, sondern eine vermehrte Proliferation der SaOS-2 Zellen sowie Hinweise auf eine Hemmung der osteogenen Differenzierung trotz konstanter Matrixmineralisierung. THP-1 Zellen wiesen bei höheren Metformin-Konzentrationen eine reduzierte osteoklastäre Aktivität auf. Um die in vitro Kultivierungsbedingungen den in vivo Gegebenheiten weiter anzugleichen, wurde die in 2D kultivierte Co-Kultur auf eine 3D-Matrix transferiert. Auch die 3D-Matrix sollte möglichst kostengünstig und einfach herzustellen und ständig verfügbar sein. Die Vielfalt möglicher Inhaltsstoffe, Flexibilität der Parameter und ein einfacher Herstellungsprozess unterstützten die Entwicklung einer 3D-Matrix auf Basis von Cryo-Gelen. Eine Anpassung des Verhältnisses von pHEMA und BAA steigerte die Steifigkeit der Matrix. Eine Optimierung des Herstellungsprozesses vergrößerte die Porenweite, erhöhte somit die Steifigkeit, Permeabilität und Reproduzierbarkeit der Matrix. Die Zugabe von humanen Plasmalysat steigerte die Zell-Adhärenz und durch externe Kristallisation mit Kalziumchlorid und einem Phosphatpuffer statt direkter Zugabe von Hydroxylapatit optimierte Porendurchmesser und Steifigkeit weiter. Als abschließender Schritt wurde die Co-Kultur auf die entwickelte 3D-Matrix transferiert und der Einfluss diabetischer Bedingungen (mit/ohne Metformin) untersucht. Die Wahl fiel auf DM Typ II, da Patienten mit DM Typ II oftmals Wund- und Knochenheilungsstörungen aufweisen [31]. Mit einer stetig steigenden Inzidenz von DM Typ II gewinnt dies an Relevanz für die Unfallchirurgie. DM Typ II-Patienten weisen trotz erhöhter Knochendichte eine verringerte Knochensteifigkeit und somit ein erhöhtes Frakturrisiko auf [197,198]. Dieser Effekt konnte bisher in 2D Mono-Kultur Versuchen nicht nachgewiesen werden. Osteoblasten und Osteoklasten zeigten unter 2D Hyperglykämie und Hyperinsulinämie und deren Kombination eine reduzierte spezifische Aktivität auf. So konnte trotz Verwendung einer Co-Kultur eine erhöhte Knochendichte bei DM Typ II im Modell nicht nachgewiesen werden. Dies weist auf komplexere Zusammenhänge jenseits der einfachen Zell-Zell-Interaktion hin. Diese sollen mit Hilfe einer 3D-Umgebung, die realistischer die Knochenstruktur abbildet, weiter untersucht werden. Die Co-Kultur wurde parallel unter den gleichen Bedingungen in 2D und 3D differenziert. Dabei zeigten sich Unterschiede in der mitochondrialen-Aktivität (2D: erhöht, 3D: reduziert) und DNA-Gehalt (2D: rückläufig, 3D: konstant). Das Zell-Zell-Verhältnis verschob sich unter 2D zugunsten der Osteoklasten, blieb jedoch in 3D konstant. Somit zeigte sich ein positiver Einfluss der 3D Matrix auf Viabilität und Stabilität, wie auch eine Beeinflussung des Zell-Metabolismus, das sich mit der aktuellen Literatur deckt [75,76]. Der Einfluss diabetischer Bedingungen unter 3D führte zu Veränderungen der Osteoblasten- und Osteoklastenaktivität, die mit vermehrter Matrix-Mineralisierung bei reduzierter Steifigkeit einhergehen. Somit konnte im 3D Co-Kultur Modell der Einfluss von DM Typ II auf den Knochen in vitro nachgebildet werden. Auch zeigten sich Hinweise, dass Metformin dem Einfluss von Hyperglykämie und Hyperinsulinämie entgegenwirkt, was sich im 3D Modell ausgeprägter zeigte. Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen die Notwendigkeit einer direkten Co-Kultur und Bedeutung einer 3D-Umgebung. Das hier entwickelte Modell eröffnet die Grundlage Knochenpathologien sowie den Einfluss von Umwelteinflüssen und Medikamenten auf den Knochenstoffwechsel sowie neue Therapieansätze in vitro zu erforschen [21].

Suturen fungieren als Wachstumszentren des Schädels und ermöglichen auch nach der Geburt ein fortwährendes Wachstum der Schädelknochen. Voraussetzung ist, dass sie für eine bestimmte Zeit in einem unverknöcherten, offenen Zustand bleiben. In der Humanmedizin ist bekannt, dass zeitliche Abweichungen im Schluss der Schädelsuturen zu Deformationen der normalen Schädelform führen. Studien geben Hinweise darauf, dass der brachyzephale Schädeltyp von Hunden ebenfalls auf eine frühzeitige Verknöcherung verschiedener Schädelwachstumszonen zurückzuführen ist. Wichtig erscheinen in dem Zusammenhang auch Veränderungen auf zellulärer Ebene, die histologisch und immunhistochemisch gezeigt werden können. Kollagenfasern, Blutgefäße, Osteoklasten und Apoptose beeinflussen die Entwicklung von Suturen. Ziel dieser Studie ist eine morphologisch histologische Beschreibung der Schädelwachstumsfugen des Hundes um die Morphologie und Entwicklung der Schädelwachstumsfugen bei Hunden unterschiedlicher Schädeltypen zu beschreiben und zu definieren. Die Darstellung von Osteoklasten, Kollagenfasern, Blutgefäßen und apoptotischen Zellen soll eine Deskription auf zellulärer Ebene ermöglichen. Die Suturen von 14 Hunden im Alter von 1 bis 4 Monaten wurden untersucht. Dabei lag der Fokus auf 5 Suturen: Sutura interfrontalis, Sutura sagittalis, Sutura coronalis, Sutura squamosa und Sutura lambdoidea. Die Schnittpräparate wurden histologisch, enzym- und immunhistochemisch untersucht. Es gelang eine umfassende Beschreibung der Suturen des Hundeschädels im Alter von 1 bis 4 Monaten. Sowohl erhobene morphologische Daten (Suturverlauf) als auch morphometrische Daten (Breite des Suturspaltes) weisen auf positionstypische und vom Schädeltyp abhängige Charakteristika hin. Die Kollagenfasern innerhalb der Sutur scheinen an die Zugrichtung der Kräfte, die auf die Sutur wirken, angepasst zu sein. Je stärker die Verzahnung, umso schräger sind die Fasern zu den Knochenfronten angeordnet. Mithilfe der Pikro-Siriusrot-Färbung wurde eine Verwebung der Kollagenfasern in alle drei Raumrichtungen ersichtlich. Bei 5 von 14 Hunden konnte in jeweils zwei der fünf untersuchten Suturen keine osteoklastische Aktivität verzeichnet werden. In der Sutura lambdoidea und Sutura squamosa waren immer Osteoklasten zu finden. Die Anzahl der Osteoklasten innerhalb der Suturen war sehr inhomogen. Osteoklasten sind insbesondere im konkaven Kurvenverlauf an den osteogenen Fronten und in Ausbuchtungen, welche mit einem Blutgefäß assoziiert sind, lokalisiert. Blutgefäße liegen in der Sutur hauptsächlich zentral und sind überwiegend kleinlumig. Bei verzahnten Suturen sind die Blutgefäße in Kurven jedoch vermehrt randständig und im konkaven Kurvenbereich angeordnet. Ausbuchtungen sind stets mit einem oder mehreren großlumigeren Blutgefäßen assoziiert. Bei brachyzephalen Rassen waren die Blutgefäße auffallend weitlumiger und erstreckten sich teilweise über die gesamte Breite der Sutur. Apoptotische Zellen häuften sich bei 30 von 51 ausgewerteten Suturen an einem oder an beiden Enden der Sutur an. Innerhalb der Sutur konnten vor allem randständige Osteoblasten als apoptotisch angesprochen werden. Insbesondere in Ausbuchtungen und konkaven Kurvenbereichen war eine vermehrte Anzahl apoptotischer Zellen vorhanden. Mit der vorliegenden Arbeit ist es gelungen eine systematische Beschreibung von Schädelsuturen des Hundes auf morphologischer wie auch auf geweblicher und zellulärer Ebene zu etablieren. Die erarbeiteten Resultate dienen als methodische Basis für weiterführende, vergleichende Studien zur caninen Schädelentwicklung an ausgewählten Altersgruppen und Rassen.

Fragestellung: Die Versorgung osteochondraler Defekte, welche u. a. im Rahmen von Sportverletzungen entstehen, stellen eine Herausforderung in der Orthopädie und Unfallchirurgie dar. Biodegradierbare, zellulär sehr gut verträgliche, biphasische Implantate könnten als geeignetes Ersatzmaterial [zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL]

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Etablierung eines indirekten Kokultursystems zur Überprüfung der Biokompatibilität und Materialeigenschaften von Knochenersatzmaterialien (KEMs). Dazu wurden im Rahmen von drei Vorversuchen zunächst optimale Kultivierungsbedingungen für die aus Kalvarien von Wistarratten abgeleiteten mesenchymalen Stromazellen (SCs) und für osteoklastäre Vorläuferzellen (OCVs) – isoliert aus Femora und Tibiae von Wistarratten – etabliert. Im Anschluss wurde das indirekte Kokultursystem im Rahmen des Hauptversuchs hinsichtlich seiner Tauglichkeit überprüft, indem die Zellantworten nach Kokultivierung der Zellen mit KEMs unterschiedlicher chemischer Zusammensetzungen auf morphologischer und molekularbiologischer Ebene überprüft wurden. Das konzipierte indirekte Kokultursystem auf Kompartimentbasis bestand aus drei räumlich getrennten Kompartimenten, die über das Medium in Verbindung standen, um den Austausch löslicher Faktoren zu ermöglichen. Hinsichtlich der osteogenen Differenzierungskapazität der SCs wurden im Anschluss an die Kokultivierung mittels quantitativer real-time polymerase chain reaction (qPCR) die Genexpressionen von Runt-related transcription factor 2 (Runx2) und Connexin 43 (Cx43) ermittelt. Darüber hinaus wurden die Expressionen der Pannexine 1–3 (Panx1–3) untersucht. Bei den OCVs dienten die Expressionen der Tartrat-resistenten sauren Phosphatase (TRAP) und von Cathepsin K (CTSK) als Indikatoren der osteoklastären Aktivität. Die Berechnung der statistischen Signifikanz erfolgte mittels einfaktorieller Varianzanalyse (ANOVA) mit anschließendem Tukey-Test als post-hoc-Test. Morphologisch zeigten sich in Gegenwart aller KEMs vitale Zellen in den Kulturen. Die relativen Genexpressionen von Runx2, Cx43 sowie von Panx1-3 der SCs sowie der TRAP und von CTSK der OCVs unterschieden sich signifikant im Hinblick auf die chemisch unterschiedlich zusammengesetzten KEMs. So wiesen insbesondere Zellen, die in Gegenwart von Strontium-basierten KEMs kultiviert wurden, vergleichsweise hoch bis höchst signifikant niedrigere Expressionen aller untersuchten Gene auf. Mit Blick auf die Expression von Runx2 und Cx43 war dies vermutlich der fortgeschrittenen osteogenen Differenzierung der SCs geschuldet, während die TRAP- und CTSK-Expressionsmuster mit der supprimierten osteoklastären Aktivität einhergingen. Die festgestellten Profile von Panx1–3 der SCs legen eine funktionelle Bedeutung dieser Gene im Rahmen der osteogenen Differenzierung nahe.

Die autosomal-rezessive Osteopetrose (ARO) ist eine schwere, erblich bedingte Knochenerkrankung, die auf den Verlust der osteoklastenvermittelten Knochenresorption zurückzuführen ist. Eine Ursache dieses Osteoklastendefekts sind Mutationen im CLCN7-Gen, das für den Cl-/H+-Austauscher ClC-7 codiert. Da Osteoklasten von hämatopoetischen Stamm- und Progenitorzellen (HSPCs) abstammen, kann ARO mittels allogener Stammzelltransplantation geheilt werden. Jedoch ist diese Therapie mit einer hohen Mortalitätsrate assoziiert und oftmals sind keine passenden Spender verfügbar. Die autologe Transplantation von mittels Genomeditierung korrigierten HSPCs könnte die Therapie der ARO verbessern. Für die Etablierung eines solchen Behandlungsansatzes wurde hier zunächst ein ARO-Krankheitsmodell entwickelt, da aufgrund der Seltenheit der Erkrankung und des jungen Alters der Patienten die HSPCs nicht in ausreichendem Maß für Forschungszwecke zur Verfügung stehen. Hierfür wurden mononukläre Zellen des peripheren Blutes eines Patienten mit CLCN7-bedingter ARO zu induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) reprogrammiert, die anschließend zu Osteoklasten differenziert wurden. Diese waren nicht in der Lage Knochen zu resorbieren und spiegelten so den zellulären Phänotyp der Osteopetrose wider. Mithilfe dieses iPS-basierten Krankheitsmodells als auch mit HSPCs gesunder Kontrollspender wurden neue CRISPR/Cas9-basierte gentherapeutische Strategien für ARO entwickelt und getestet. Durch die Anwendung optimierter Protokolle zur CRISPR/Cas9-Genomeditierung konnten sowohl iPS als auch HSPCs selektionsfrei hocheffizient gezielt genetisch verändert werden. Darüber hinaus konnte durch die heterozygote Korrektur der pathogenen Mutation der Patienten-iPS die Knochenresorptionsfunktion der Osteoklasten partiell wiederhergestellt werden. In dieser Arbeit wurden die Grundlagen für eine somatische Gentherapie der CLCN7-bedingten ARO geschaffen, die es in Zukunft weiterzuentwickeln gilt., Autosomal recessive osteopetrosis (ARO) is a severe hereditary bone disease caused by lacking osteoclast-mediated bone resorption. One reason for this osteoclast defect are mutations in the CLCN7 gene coding for the Cl-/H+-exchanger ClC-7. Since osteoclasts develop from hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs), allogeneic HSPC transplantation is a curative treatment for ARO. However, HSPC transplantation is associated with high mortality and often no suitable donors are available. Autologous transplantation of HSPCs corrected by genome editing could improve the treatment of ARO. Due to the rarity of the disease and the patient’s young age, HSPCs are not sufficiently available for research. Therefore, an ARO disease model was developed. Peripheral blood mononuclear cells of a patient with CLCN7-related ARO were reprogrammed into induced-pluripotent stem cells (iPSCs) and differentiated into osteoclasts. These patient osteoclasts lost their bone resorption capacity, thus recapitulating the cellular ARO phenotype. Patient-derived iPSCs and HSPCs from healthy control donors were used to develop and test novel CRISPR/Cas9-based gene therapeutic approaches for ARO. Highly efficient targeted genome editing was achieved in both iPSCs and HSPCs using optimized protocols for CRISPR/Cas9-based genome editing. Heterozygous correction of the pathogenic mutation in patient-derived iPSCs partially restored bone resorption of the iPSC-derived osteoclasts. Taken together, this work lays the foundation for a somatic gene therapy for CLCN7-related ARO, which is to be developed further in future.

Die Osteoporose ist eine systemische Skeletterkrankung, die aufgrund eines Verlusts an Knochenfestigkeit zu spontanen Frakturen, die ohne adäquate Traumata entstehen, führen kann. Aufgrund der zunehmenden Lebenserwartung ist in den nächsten Jahren mit einem deutlichen Anstieg dieses Krankheitsbildes und ihren Folgeerscheinungen zu rechnen. Die Versorgung der Frakturen mit heutigen Knochenersatzmaterialien und Implantaten gestaltet sich nicht immer einfach, da sie in der geschwächten Knochenstruktur nur schlecht Halt finden. Mit dieser Studie sollte ein geeignetes Großtiermodell für die Erforschung der Osteoporose gefunden werden, dass sowohl ein menschenähnlicher Knochenmetabolismus als auch eine für die Erprobung von Knochenersatzmaterialien und Implantaten geeigneten Knochenstatus aufweist. Der Knochenverlust sollte mit einer alleinigen bilateralen Ovariektomie (n=8), einer Ovariektomie in Kombination mit einer kalzium- und phosphatarmen sowie Vitamin-D-freien Diät (n=7) oder mit einer Injektion von 500 mg/kg KG Methylprednisolon alle 14 Tage zusätzlich zur Ovariektomie und der defizitären (n=8) induziert werden. Um die Auswirkungen auf den Knochenstatus zu quantifizieren wurden zu Beginn, nach drei und nach acht Monaten via Dual–energy–X–Ray absorptiometry (DEXA) die Knochenmineraldichte an der Lendenwirbelsäule, dem distalen Radius und am Femur gemessen. Mittels verschiedener histomorphometrischen Analysen wurden die Veränderungen der Knochenstruktur und die Veränderungen auf zellulärer Ebene analysiert. In dieser Studie konnte aufgrund der erzielten Ergebnisse nachgewiesen werden, dass eine alleinige Ovariektomie und deren Kombination mit einer defizitären Diät über einen Zeitraum von acht Monaten zwar einen Einfluss auf den Knochenmetabolismus haben, jedoch keine Osteoporose induzieren. Der Knochenstatus verschlechterte sich jeweils in den ersten drei Monaten, erholte sich aber nach acht Monaten weitestgehend. Die additive Glukokortikoidbehandlung konnte ein osteoporotischen Knochenstatus erzeugen. Zum Ende der Studie zeigten sich signifikante Unterschiede zu den anderen Untersuchungsgruppen. Dabei kam es an der Lendenwirbelsäule zu einem Knochendichteverlust von circa 35 %. Beeinflusst wurden auch die Knochenstruktur und der zelluläre Metabolismus in Bezug auf den Knochenumbau. Die Anzahl der Osteoklasten bezogen auf das Knochenvolumen (N.Oc/BV) und die Knochenoberfläche (N.Oc/BS) waren signifikant erhöht, ebenfalls vergrößerte sich die Osteoklastenoberfläche im Vergleich zur Knochenoberfläche. Gleichzeitig steigerte sich auch die Osteoblastenaktivität. Die Trabekel wirkten dünn sowie brüchig und verloren ihre Vernetzung untereinander. Diese Ergebnisse ließen darauf schließen, dass neben der Knochenresorption auch der Knochenaufbau stimuliert wurde, dass sich das Gleichgewicht jedoch zu Gunsten des Knochenabbaus verschob. Hieraus konnte bewiesen werden, dass durch die dreifache Behandlung der Tiere mit der bilateralen Ovariektomie, defizitären Diät und der Glukokortikoidinjektionen, ein geeignetes Modell für die Osteoporose im Schaf zu induzieren war.

Fragestellung: Biologisch aktive Metallionen in geringen Konzentrationen haben das Potenzial, die Knochendefektheilung zu beschleunigen. In der vorliegenden Studie wollten wir der Frage nachgehen, ob die Modifikation von Bruschitzementen mit Co2+, Cu2+ und Cr3+ Ionen die Resorption dieser[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017)

Fragestellung: Die Osteoporose ist die häufigste Knochenerkrankung im hohen Alter und zählt laut WHO zu den größten Gesundheitsproblemen in unserer Gesellschaft. Die Osteoporose ist definiert durch eine reduzierte Knochendichte, die mit einem erhöhten Frakturrisiko verbunden[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017)

Fragestellung: Knochenauf- und Abbau sind komplex reguliert, dabei spielt der Crosstalk, die Interaktion zwischen Osteoblasten und Osteoklasten, eine wichtige Rolle. Die Mechanismen dabei sind bisher weitgehend unbekannt, und die Rolle einer gestörten Zell-Zell-Interaktion in der Pathogenese von[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017)

Fragestellung: BMP-2 und BMP-7 werden zur Stimulation der Knochenheilung eingesetzt. Allerdings sind hohe BMP Konzentration nötig, um die gewünschten osteoinduktiven Effekte zu erzielen. Diese hohen Konzentrationen werden mit Nebenwirkungen wie Osteolysen und der Bildung von zystischen Knochenläsionen[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2016)

Fragestellung: Die Zunahme von osteoporotisch bedingten Frakturen im klinischen Alltag führt zu einem steigenden Bedarf an lokal wirkenden drug delivery Systemen und Pharmaka, die für die Beladung dieser Systeme geeignet sind. Für Polyelektrolytkomplex-Nanopartikeln (PEK-NP) konnte eine[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2016)

Einleitung: Aufgrund des demographischen Wandels, spielt Osteoporose eine immer größere Rolle in der Orthopädie. Diese Studie zielt darauf ab, ein Schafmodel mit osteoporotischem Knochenstatus zu entwickeln, um neue, biokompatible Knochenimplantate zu erforschen. Dafür wurden die[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], 44. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Rheumatologie (DGRh); 30. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädische Rheumatologie (DGORh); 26. Jahrestagung der Gesellschaft für Kinder- und Jugendrheumatologie (GKJR)

Fragestellung: Das Verhindern von Infektionen in Verbindung mit Osteosynthesematerialien ist ein wichtiges Thema in der medizinischen Forschung. Im klinischen Alltag wird zunehmend ein Versagen der herkömmlichen Antibiotika in Bezug auf Biofilmpenetration und Inhibition Multiresistenter Stämme[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013)

Fragestellung: Bei Skeletterkrankungen wie Osteoporose spielen Osteoklasten eine große Rolle. Zugrunde liegende Prozesse könnten durch gezielte Adressierung von Osteoklasten aufgeklärt und Therapieansätze entwickelt werden. Clostridium botulinum C3-Toxin, das nach bisherigem Kenntnisstand[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013)

Fragestellung: Die aseptische Lockerung ist die Hauptkomplikation nach einem endoprothetischen Gelenkersatz. Die radiologische und szintigraphische Lockerungsdiagnostik sind sehr unpräzise und zeigen die Lockerungsreaktion erst in einem späten Stadium, wo meistens nur noch eine Revisionsoperation[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013)

Fragestellung: Die Osteoporose zählt laut WHO zu den 10 häufigsten Erkrankungen der Welt. Eine verschlechterte Knochenqualität und -quantität geht einher mit einer erhöhten Anfälligkeit für Frakturen, einer erschwerten Knochenheilung und einer erhöhten Rate an[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013)

Fragestellung: Beim polytraumatisierten Patienten kann eine verzögerte Frakturheilung bis hin zur Entstehung einer Pseudarthrose vermehrt beobachtet werden. Dabei sind die zugrundeliegenden Pathomechanismen aktuell nur unzureichend geklärt. Eine wichtige Rolle können hierbei die Vorläuferzellen[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013)

Fragestellung: β-Trikalziumphosphat ( β-TCP) Keramiken werden als Knochenersatzmaterialien eingesetzt. Obwohl diese Materialien als resorbierbar gelten werden sie in grossen Knochendefekten unzureichend durch neugebildeten Knochen ersetzt. Unsere Hypothese war, dass mit einer Beschichtung[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

Fragestellung: Klinische Studien zeigen, dass die Frakturheilung mehrfachverletzter Patienten gestört ist. Diese klinische Beobachtung konnten wir erst kürzlich im Tiermodell bestätigen: So führte ein stumpfes Thoraxtrauma, was eine starke systemische Inflammation induzierte, zu [for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

The (neo)-intimal calcifications of atherosclerotic lesions in the vascular wall are associated with an enhanced risk of cardiovascular events. Osteoprotegrin (OPG) may represent a crucial link between the skeleton and the vascular system in vascular calcification. The aim of this research project was to study how TH2-cytokines IL-4 and IL-13 modulate the expression of OPG in endothelial cells, and whether endothelial OPG can control differentiation and activation of osteoclasts. IL-4 and IL-13 stimulate OPG production in human endothelial cells via STAT6 activation. Endothelial cell-derived OPG specifically inhibits osteoclast activity. Collectively, these data highlight the importance of OPG as an essential common mediator of vascular and bone biology., Die (neo)-intimale Gefäßkalzifizierung atherosklerotischer Läsionen ist mit einem deutlich erhöhten Risiko kardiovaskulärer Ereignisse assoziiert Der Kalzifizierung des Gefäßsystems liegt ein Mineralisierungsprozess zugrunde, der große Ähnlichkeiten mit dem Knochenstoffwechsel aufweist. Osteoprotegerin (OPG) gilt als zentrales Bindeglied zwischen dem Knochen- und dem Gefäßsystem im Rahmen der vaskulären Kalzifizierung. In dieser Arbeit wurde die Frage untersucht, ob die TH2-Zytokine IL-4 und IL-13 die Expression von OPG in humanen Endothelzellen modulieren, über welche Signalwege diese Regulation abläuft und ob endotheliales OPG imstande ist, die Funktion von Osteoklasten zu kontrollieren. IL-4 und IL-13 stimulieren über eine STAT6-Aktivierung die OPG-Produktion humaner Endothelzellen. OPG aus Endothelzellen stellt einen spezifischen Hemmmechanismus der Osteoklastenaktivität dar. Die Daten dieser Arbeit belegen die Bedeutung von OPG als Bindeglied zwischen Gefäßbiologie und Knochenstoffwechsel.

Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2005 The most common cause of implant failure in joint replacement is aseptic loosening due to particle-induced osteolysis. We investigated the effect of a single subcutaneous dose of zoledronic acid (ZA) on particle-induced osteolysis. We utilized the murine calvaria osteolysis model in C57BL/J6 mice. Bone resorption was measured as resorption within the midline suture using Giemsa staining. Osteoclast numbers were measured per high power field using TRAP-staining. The osteoid tissue area determined. Twenty-eight mice were used, seven per group. For statistical analysis one-way ANOVA and a Student’s t-test used. Bone resorption was 0.26mm2 ± 0.09mm2 in animals with particle implantation, 0.14mm2 ± 0.05 mm2 in animals with particle implantation and ZA treatment directly after surgery (p=0.0047), and 0.15 mm2 ± 0.05 mm2 in animals with particle implantation and ZA treatment on the fourth postoperative day (p=0.006). The osteoclast number was 8.7 ± 2.8 in animals without particle implantation and 20 ± 4 in animals with particle implantation, compared to 9.2 ± 2.5 in animals with particle implantation and ZA treatment directly after surgery (p=0.0001), and 10.3 ± 1.4 in animals with particle implantation and ZA treatment on the fourth postoperative day (p=0.0004). Net bone growth was significantly increased in animals with zoledronic acid treatment: 0.02 mm2 ± 0.03 mm2 in animals with particle implantation only (group 2), 0.25 mm2 ± 0.08 mm2 with particle implantation and zoledronic acid treatment directly after surgery (group 3; p=0.0018), and 0.21 mm2 ± 0.11 mm2 with particle implantation and zoledronic acid treatment on the fourth postoperative day (group 4; p=0.0042). In summary, using the murine calvarial osteolysis model, particle-induced bone resorption was markedly decreased by a single s.c. dose of ZA and Zoledronic acid is a potent anti-resorptive drug and may also stimulate bone apposition locally in the process of particulate-induced osteolysis.

Gegenstand dieser Arbeit war die quantitative Erfassung und Untersuchung der Entzündungszellen, die im Rahmen einer Osteomyelitiserkrankung der Kiefer auftreten. Da die Entzündungszellen und die Vaskularisation bei einer Entzündungsreaktion und ihrer Heilung die zentrale Rolle spielen, wurde in 27 Proben von osteomyelitisch veränderten Unterkieferknochen die Anzahl der Zellen und Kapillaren pro Flächeneinheit gemessen und mit 9 gesunden Knochenproben verglichen. Die Proben wurden formalinfixiert, in Paraffin gebettet, geschnitten und fotografiert. Die Bilder wurden am Computer durch Auszählen der Zellen und Kapillaren pro definierter Fläche quantitativ ausgewertet. Im Ergebnis zeigte sich, dass bei der chronischen Osteomyelitis eine vermehrte Anzahl an Osteozyten, Osteoblasten, Osteoklasten und Immunzellen vorliegen. Die Kapillaranzahl und die Zahn der leeren Osteozytenhöhlen überwiegen jedoch im gesunden Knochen.

Bisphosphonate hemmen den Stoffwechsel der Osteoklasten. Es wurde eine neue Methode entwickelt, um die tartratresistente, saure Phosphatase 5b (TRAP 5b), als Marker der Osteoklastenaktivität in humanen Knochen zu lokalisieren und zu quantifizieren. Patienten (n=12) der Kontroll- und Bisphosphonatgruppe (10mg Alendronat/d, 50d prä-OP) wurde der Hüftkopf durch eine Totalendoprothese ersetzt. Es wurden Proben aus der Kopf- (Z1), der Schenkelhals- (Z2), sowie der intertrochanteren Zone (Z3) entnommen, gemahlen und mittels ELISA die TRAP 5b bestimmt bzw. wurde die Proben in MMA eingebettet, gefärbt und die TRAP 5b-positiven Zellen ausgezählt. In der Bisphosphonatgruppe zeigte der Nachweis der TRAP 5b mittels ELISA sowie in der Histochemie einen Abfall der Enzymaktivität im Vergleich zur Kontrollgruppe: 18% in Z3, 5% in Z2 und 11% in Z1. Bisphosphonate erreichen somit den arthrotischen Knochen und somit möglicherweise in der Lage, osteolytische sowie entzündliche Prozesse des Knochens aufzuhalten. Bisphosphonates inhibit osteoclast activity and induce apoptosis. A method was developed to quantify and localize tartratresistent acid phosphatase as a marker of osteoclast activity. Patients (n=12) of the control- and the bisphosphonate group (10mg alendronate/d, 50d prae-OP) underwent a total joint replacement of the hip. Samples of the femoral head area (A1), the femoral neck area- (A2) and the intertrochanteric area (A3) were harvested, grinded and TRAP 5b was analysed with an ELISA or were embedded in MMA, stained and the TRAP 5b-positive cells were counted. Bisphosphonate treatment leads to a moderate decrease in enzyme activity compared to the controls: 18% in area A3 (p

Im Verlauf der Knochenbildung und Frakturheilung kommt es zu einem Zusammenwirken verschiedener Zell- und Gewebearten. Die beteiligten Zellen unterliegen dabei der Regulation von Wachstumsfaktoren (WF), Zytokinen und Hormonen, die den regelhaften Ablauf kontrollieren und steuernd in Proliferation und Differenzierung von Zellen und deren Matrixsynthese eingreifen. Neben einer optimalen Osteosynthese zur Frakturstabilisation stellt die biologische Beeinflussung der Knochenheilung ein großes Forschungsfeld dar. In Vorarbeiten wurde ein Applikationssystem entwickelt, das mittels einer biodegradierbaren Polymerbeschichtung auf Osteosynthesematerialien die lokale Applikation von WF in biologisch aktiver Form ermöglicht. In vivo wurde an Ratten- und Schweinemodellen erfolgreich die Stimulation der Knochenheilung durch lokal applizierte Wachstumsfaktoren IGF-I, TGF-ß1 und BMP-2 gezeigt. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung zellulärer Prozesse während der beeinflussten und unbeeinflussten Knochenheilung sowie des Effektes der lokalen Applikation von Wachstumsfaktoren von beschichteten Osteosyntheseplatten. Anhand histologischer und immunhistochemischer Untersuchungen, der in situ Hybridisierung an Knochenschnitten und der ELISA-Methode konnte ein früherer Reifungsbeginn des Kallus durch die Wachstumsfaktorenapplikation gezeigt werden, ohne dass es zu Veränderungen der physiologischen Gewebszusammensetzung und der endogenen Wachstumsfaktoren-Expression kam. Durch Zellkulturstudien an primären Osteoblasten und Osteoklasten wurde an isolierten Zelltypen die Wirkung der applizierten WF untersucht und ihr Effekt auf die Zelltypen dargestellt. Die Bildung ektoper Ossifikation im Weichgewebe durch die Wachstumsfaktoren wurde im Schafsmodell ausgeschlossen. Dies stellt einen wichtigen Sicherheitsaspekt beim Einsatz von Wachstumsfaktoren zur Stimulation der Knochenheilung dar. Die lokale Applikation der Wachstumsfaktoren von einer Plattenosteosynthese zur Osteotomiestabilsierung im Rattenmodell zeigte eine signifikante Verbesserung der biomechanischen Stabilität und der Kallusheilung 42 Tage nach Osteotomie Die aus diesen Studien gewonnenen Erkenntnisse liefern Aufschluss zur Weiterentwicklung biologischer Einflussmöglichkeiten auf den Knochenstoffwechsel und die Rolle von WF während der Frakturheilung., In the process of bone formation and healing, different cell- and tissue types are formed. The cells involved are regulated by growth factors (GF), cytokines and hormones, which control the healing and affect the proliferation and differentiation of cells and their matrix synthesis. Besides the use of the optimal osteosynthesis for fracture stabilization, the biological influence of the bone healing represents a large research field. In previous work an application system for local application of GF in biologically active form was developed. In vivo studies revealed a stimulating effect of locally applied IGF-I and TGF-ß1 in a rat and a pig model. Goal of this work was the investigation of cellular processes during the influenced and uninfluenced bone healing. A further aim was the transfer of the local application method to further stabilization systems (plate osteosynthesis). On the basis of the histology, the immunohistology, in situ hybridizing and ELISA methods an earlier beginning of maturing of the callus by the growth factors could be shown, without changes of the physiological callus composition and the endogenous growth factors expression. In further cell culture studies on primary osteoblasts and osteoclasts the effect of the applied growth factors was examined and their effect on the cell types analyzed. The avoidance of ectopic ossification, an important safety aspect with the use of growth factors to stimulate bone healing, was investigated in a sheep model. It was also possible to proof the efficacy of locally applied growth factors delivered extramedullary from plates. The results of these studies provide further explanations for the action of the used growth factors and are necessary for the ongoing development of the application of growth factors for a clinical use.