Untersuchungen zum Knochenstoffwechsel und zur Zytokin-Expression im spongiösen Knochen des Menschen nach Fragilitätsfraktur des Schenkelhalses
Lade...
Datum
Autor:innen
Betreuer/Gutachter
Weitere Beteiligte
Beteiligte Institutionen
Herausgeber
Zeitschriftentitel
ISSN der Zeitschrift
Bandtitel
Verlag
Lizenz
Zitierlink
Zusammenfassung
Ziel dieser Arbeit war es, die Expressionen verschiedener lokaler Faktoren des Knochenmikromilieus zu evaluieren, um differenzierte Informationen über die Zytokin- und Stoffwechselsituation des durch Fragilitätsfrakturen charakterisierten Knochens zu erhalten. Hierzu wurde humane Hüftkopfspongiosa mittels RealTime-PCR auf die Expressionsprofile ausgewählter Zytokine und Mediatoren des Knochenstoffwechsels untersucht. Die insgesamt 39 Spongiosaproben entstammten Frauen (n = 21) und Männern (n = 18) mit einem Lebensalter von mindestens 60 Jahren, die sich auf Grund einer Schenkelhalsfraktur oder einer Coxarthrose einer Resektion des Oberschenkelkopfes unterziehen mussten. Die Untersuchungen erfolgten im Rahmen des Sonderforschungsbereich/Transregio 79 Werkstoffe für die Geweberegeneration im systemisch erkrankten Knochen , Teilprojekt B2 Charakterisierung des Kallus im systemisch erkrankten Knochen am Institut für Veterinär-Anatomie, -Histologie und -Embryologie der Justus-Liebig-Universität Gießen. Ziel dieses interdisziplinären Forschungsprojektes ist es, neue Ätiologie-adaptierte Knochenersatzmaterialien und Implantatwerkstoffe für den systemisch erkrankten Knochen des Menschen zu generieren (Sonderforschungsbereich/Transregio 79, 2010-2014).Das Erkenntnisinteresse der vorliegenden Arbeit lag in der Ermittlung von Expressionsprofilen der pro-inflammatorischen und die Osteoklastengenese stimulierenden Interleukine 1 und 6, der anti-inflammatorischen knochenprotektiven Interleukine 4, 10 und 13 sowie der den Knochenstoffwechsel regulierenden Faktoren RANKL und OPG. Die aus den Proben extrahierte mRNA wurde mittels RT-qPCR quantifiziert, um die Expressionen der genannten Zytokine und Mediatoren zu bestimmen.Die Ergebnisse legen auf Grund geschlechtsunspezifischer, niedriger Expressionsprofile und dem Durchschnittsalter der Patientenpopulation eine Low-Turnover-Osteoporose bei den untersuchten Patienten nahe. Diese Annahme fand durch morphologische Untersuchungen histologischer Schnitte der beprobten Hüftköpfe ihre Bestätigung. Des Weiteren weisen die signifikant höheren IL-Expressionen (IL 1, 6 und 10) in der Frakturgruppe, entsprechend dem Ablauf einer Frakturheilung, auf einen bedeutenden Einfluss des Frakturgeschehens im Rahmen der Hochregulation dieser Zytokine hin. Im Gegensatz dazu scheint die Bedeutung der IL 4 und 13 im skelletalen Mikromilieu eine untergeordnete Rolle zu spielen. So waren diese anti-inflammatorischen IL, die in das Studiendesign auf Grund ihrer Beteiligung an Fremdkörperreaktionen und der damit verbundenen Fusion einkerniger Makrophagen zu mehrkernigen Biomaterial-adhärenten foreign body giant cells aufgenommen wurden, in keiner der untersuchten Knochenproben in detektierbaren mRNA-Mengen exprimiert.Um einen Hinweis auf die Knochenstoffwechselsituation der Patienten zu erhalten, wurde aus den Expressionswerten von RANKL und OPG ihre Ratio (RANKL/OPG) ermittelt und dadurch zwischen ausgewogenen (RANKL/OPG kleiner gleich 1, n = 15) und unausgeglichenen (RANKL/OPG > 1, n = 24) Knochenumbauraten unterschieden. Auffällig hierbei war insbesondere, dass lediglich 3 der 17 Patienten mit einer Fraktur einen ausgeglichenen Knochenstatus und somit die Mehrzahl der Frakturpatienten einen potenziellen Status des Knochenverlustes aufwiesen. Da RANKL/OPG im Rahmen der einfaktoriellen nichtparametrischen Datenanalyse keine Korrelation zu den hoch-signifikant mit einem Frakturgeschehen korrelierten pro-inflammatorischen IL 1 und 6 zeigte, konnte eine rein frakturbedingte Kausalität hoher RANKL/OPG-Quotienten (> 1) ausgeschlossen werden. Dementsprechend ergab die explorative dreifaktorielle Varianzanalyse keine Wechselwirkung von RANKL/OPG mit der Frakturgruppe. Entsprechend bekannter Mechanismen der Knochenheilung des fragilen Knochens, waren die pro-inflammatorischen IL 1 und 6 dennoch im Rahmen explorativer mehrfaktorieller Varianzanalysen positiv signifikant und IL 6 zusätzlich in der einfaktoriellen nichtparametrischen Analyse statistisch auffällig mit RANKL/OPG korreliert. Auch zeigte das anti-inflammatorische IL 10 bei der einfaktoriellen nichtparametrischen Analyse, im Sinne eines möglichen kompensatorischen Effektes, eine positive Signifikanz mit RANKL/OPG.Zusammenfassend konnte die vorliegende Arbeit zeigen, dass die pro-inflammatorischen IL 1und 6 sowie das anti-inflammatorische IL 10 im Mikromilieu des frakturierten und von Knochenverlust gekennzeichneten Knochens älterer Menschen vermehrt exprimiert sind, während IL 4 und 13 prae implantationem keine relevante Rolle spielen. Da die ermittelten Expressionsprofile der Interleukine 1, 6 und 10 prinzipiell mit den während der Heilung im gesunden Knochen dokumentierten mRNA-Mustern übereinstimmen, ist von einer konservierten Heilungskaskade im fragilen spongiösen Knochen auszugehen. Für die Entwicklung neuer Knochenersatzmaterialien und Implantatwerkstoffe für den systemisch erkrankten und von Fragilitätsfrakturen betroffenen Knochen sind genaue Kenntnisse über die lokale Zytokin- und Stoffwechselsituation des Zielgewebes von großer Bedeutung. Hierzu leisten die Ergebnisse dieser Arbeit einen wichtigen Beitrag.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : http://www.dvg.net/ DVG Service