W. Puhl

[Stimulation of primary osteoblast cultures with rh-TGF-beta, rh-bFGF, rh-BMP 2 and rx-BMP 4 in an in vitro model].

ZusammenfassungDer Knochenstoffwechsel wird auf vielfältige Weise von Hormonen und lokal sezernierten Wachstumsfaktoren beeinflusst. Die „bone morphogenetic proteins“ (BMP), als Vertreter der letzteren Gruppe zeichnen sich gegenüber anderen Wachstumsfaktoren durch ihre Fähigkeit zur ektopen Knochenneubildung aus. Ziel unserer Untersuchung war die Überprüfung des Proliferations- und Differenzierungsverhaltens osteoblastenähnlicher Zellen nach Stimulation mit unterschiedlichen Wachstumsfaktoren, die einen Einfluss auf den Knochenstoffwechsel haben. Zu diesem Zweck wurden humane primäre Osteoblastenkulturen mit rekombinant hergestelltem rx-BMP 4 des Frosches (Xenopus laevis), rekombinant hergestelltem humanem rh-BMP 2, transforming growth factor-ß (TGF-ß) und Fibroblastenwachstumsfaktor (b-FGF) jeweils in zwei unterschiedlichen Dosierungen (10 und 50 ng/ml) inkubiert. Die Zellproliferationsrate wurde anhand eines kolorimetrischen MTT [3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromid] Assay bestimmt, das Ausmaß der Zelldifferenzierung wurde anhand der Enzymaktivität der Alkalischen Phosphatase gemessen. Rx-BMP-4 induzierte die Zelldifferenzierung humaner Osteoblasten in gleichem Maße wie rh-BMP 2, wohingegen die Zugabe von rh-b-FGF in gleicher Konzentration keine Wirkung auf die Zelldifferenzierung zeigte. Rh-b-FGF führte jedoch, verglichen mit nichtstimulierten Zellen, zu einer signifikanten Zunahme der Zellproliferation. Weder rx-BMP 4 noch rh-BMP 2 hatten einen proliferationssteigernden Effekt auf primäre humane Osteoblasten. TGF-ß beeinflusste signifikant günstig die Zellproliferation und noch deutlicher die Zelldifferenzierung. Die equipotente Wirkung des rekombinant hergestellten humanen BMP 2 und des rekombinanten BMP 4 des Xenopus laevis auf die Zelldifferenzierung und -proliferation primärer humaner Osteoblastenkulturen legt den Schluss nahe, dass entweder die Zielzellen Rezeptoren für BMP 2 und BMP 4 besitzen oder aber, dass beide BMP mit annähernd der gleichen Affinität an den selben Rezeptor binden.SummaryBone metabolism is influenced by systemic and local acting hormons. Bone morphogenetic proteins (BMPs) as representatives of the latter substances are known to have the ability for ectopic bone formation. Within this study, we investigated the influence of different growth factors on the proliferation- and differentiation rate of osteoblast-like cells. For that purpose, human osteoblast-like cells (HPOC) were incubated in the presence of either recombinant BMP-4 of the genome of xenopus laevis (rxBMP-4), recombinant human BMP 2 (rhBMP-2), transforming growth factor-ß (TGF-ß) or basic fibroblast growth factor (rh-bFGF) in two different concentrations each (10 ng/ml and 50 ng/ml). Cell proliferation was measured within a MTT [3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromid] assay, the amount of cell differentiation by the activity of alcaline phosphatase. Rx-BMP-4 induced a differentiation of HPOC to almost the same extent as rhBMP-2, whereas the addition of rh-bFGF, applied at the same concentration, failed to have any influence on cell differentiation. However, rh-bFGF provoked an increase in cell proliferation when compared with unstimulated HPOC, while rhBMP-2 and rxBMP-4 showed no effect on proliferation. TGF-ß influenced bone proliferation as well as differenciation significantly. The equipotent effect of recombinant human BMP-2 and recombinant BMP-4 obtained from Xenopus laevis with regard to differentiation and proliferation of human primary osteoblast-like cells originates either in the fact that target cells have receptors for BMP 2 as well as BMP 4, or that both BMPs link to the same receptor with almost the same affinity.

Klinische Epidemiologie von Hüft- und Kniegelenkarthrosen:Eine Übersicht über Ergebnisse der „Ulmer Osteoarthrose-Studie“

ZusammenfassungHintergrund Mit dieser Übersichtsarbeit soll ein zusammenfassender Überblick über die im Rahmen der Ulmer Osteoarthrose-Studie ermittelten und bereits publizierten Ergebnisse zur Ätiologie und zum Erkrankungsmuster bei Patienten mit fortgeschrittenen Cox- und Gonarthrosen gegeben werden. Material und Methodik Im Rahmen des endoprothetische Gelenkersatzes bei fortgeschrittener Cox- und Gonarthrose wurden bei 420 bzw. 398 Patienten in 4 südwestdeutschen Kliniken standardisierte klinische Erhebungen und Röntgenaufnahmen der betroffenen bzw. kontralateralen Gelenke und beider Hände durchgeführt. Mittels multivarianter logistischer Regression wurde die Assoziation zwischen potentiellen systemischen Risikofaktoren und spezifischen Arthrose-Verteilungsmustern (uni- und bilaterale bzw. generalisierte OA) geprüft. Ergebnisse Gelenkspezifische Risikofaktoren konnten in 41,7% der Coxarthrosepatienten (Hüftdysplasie, Epiphyseolysis capitis femoris etc.) und in 33,4% der Gonarthrosepatienten (v.a. traumatische Vorerkrankung) identifiziert werden. Während sich nach Adjustierung für unterschiedliche Alters- und Geschlechtsverteilung in beiden Patientengruppen keine signifikante Differenz in der Prävalenz generalisierter OA mehr zeigte, bestand ein Zusammenhang zwischen Hypercholesterinämie und generalisierter OA (überwiegend bei Patienten mit Gonarthrose) bzw. erhöhten Serumharnsäurewerten und generalisierter OA (bei Patienten mit Coxarthrose). Übergewicht war mit Gonarthrose, jedoch nicht mit Coxarthrose assoziiert. Schlussfolgerung Das gewählte Design erlaubt systematische Erhebungen zum Verteilungsmuster und ätiologisch möglicherweise relevanten Faktoren bei Patienten mit fortgeschrittener OA. Während sich erneut die erhebliche Bedeutung präarthrotischer Deformitäten vor allem für die Entwicklung einer Coxarthrose belegen ließ, muss auch der Stellenwert systemischer Risikofaktoren in der Ursachenforschung degenerativer Gelenkerkrankungen stärker berücksichtigt werden.SummaryAim of Study To summarize the strategy of patient recruitment, applied methods and published results within the Ulm Osteoarthritis Study, a multicenter cross-sectional survey of patients with advanced hip and knee osteoarthritis. Methods 420 patients with hip OA and 398 patients with knee OA scheduled for unilateral total joint replacement in four hospitals in the southwestern part of Germany underwent detailed clinical investigations and a standardized interview in addition to radiographic analyses of ipsilateral and contralateral hip or knee joint and both hands. Odds ratios and 95% confidence intervals for the association of different possible risk factors with OA patterns (unilateral, bilateral and generalized OA) were calculated with logistic regression, adjusting for potential confounders. Results In 41.7% of patients with hip OA and 33.4% of patients with knee OA, an underlying pathological condition allowed a classification as secondary OA. 82.1% of patients with hip and 87.4% of patients with knee OA had bilateral disease. Generalized OA (GOA) was found in 19.3 and 34.9%, respectively (after adjustment for different age and sex distribution in the two patient groups; however, this difference was not any more significant). A positive association could be observed between hypercholesterolemia and GOA in knee OA patients as well as between serum uric acid and GOA in hip OA patients. Obesity and overweight were associated with bilateral knee OA, but not bilateral hip OA nor GOA. Discussion Our innovative study design allows the non-invasive investigation of patient subgroups with established disease and a testing of relevant hypotheses in an appropriate setting. The data add to the evidence regarding the independant role of different systemic risk factors for OA. In an ongoing study the natural course of the disease of the contralateral, unoperated joint is currently being investigated in all recruited patients.

Erste Ergebnisse der Therapie der Psoriasisarthritis mit Mycophenolatmofetil

Zusammenfassung.Hintergrund: Die Psoriasisarthritis betrifft sowohl die Haut als auch die Gelenke. Therapeutische Interventionen sollten deshalb idealerweise beide Krankheitserscheinungen positiv beeinflussen. Die bisher verfügbaren Basistherapeutika sind zwar effektiv, jedoch beschränkt sich dies meist entweder auf die Haut- oder die Gelenkerscheinungen. Ziel der Studie: Ziel der Studie war es, in einer ersten Pilotstudie die therapeutischen Effekte eines neuen Immunsuppressivums (Mycophenolatmofetil) in der Therapie der Psoriasisarthritis sowohl auf die Gelenkbeschwerden als auch die Hauteffloureszenzen zu dokumentieren. Methoden: 6 Patienten mit Psoriasisarthritis wurden im Rahmen einer Therapiebeobachtung über 3 Monate mit Mycophenolatmofetil behandelt und in 14-tägigen Abständen klinisch-orthopädisch und dermatologisch untersucht (Ganzkörperstatus mit Bewegungsausmaß nach Neutral-Null, Gelenkdeformierung, Gelenkschwellung, PASI-Score (Psoriasis Area and Severity Index) und bezüglich ihrer Lebensqualität vor, während und nach der Therapie befragt (SF-36 Health Survey). Die radiologische Diagnostik wurde vor Therapie durchgeführt (betroffene Gelenke, ISG a.p., Szintigraphie), Blutbild und Entzündungsparameter wurden 14-tägig kontrolliert. Ergebnisse: 6 Patienten konnten kontinuierlich betreut werden (5 Männer, 1 Frau, Durchschnittsalter 50,3 Jahre, durchschnittliche Krankheitsdauer der Psoriasis 8,3 Jahre, der Arthritis 5,7 Jahre). 4 von 6 Patienten zeigten signifikante Verbesserungen der Schmerzen und Beweglichkeit der initial betroffenen Gelenke, eine Verbesserung der psoriatischen Hauterscheinungen zeigten ebenfalls 4 von 6 Patienten. Bei nur 3 von 6 Patienten kam es zu einer signifikanten Verbesserung der Lebensqualität. Schlussfolgerung: Erstmals liegen Ergebnisse eines Patientenkollektivs mit Psoriasisarthritis unter Therapie von Mycophenolatmofetil vor, das konsekutiv klinisch, laborchemisch und bezüglich der Lebensqualität untersucht wurde. Die Ergebnisse zeigen eine positive Beeinflussung sowohl der Arthritis als auch der Psoriasis.Summary.Background: Psoriatic arthritis concerns both the skin and the joints. Therapeutic interventions should therefore ideally improve both symptoms. Current disease modifying drugs are effective; however, they are usually limited to either psoriasis or arthritis. Aim of the study: The aim of this study was to analyze the therapeutic effects of a new immunosuppressive drug (Mycophenolate mofetil) in the treatment of psoriatic arthritis. Methods: Six patients with psoriatic arthritis were treated with Mycophenolate mofetil for a period of 12 weeks and examined every 14 days (range of motion, joint swelling, joint deformity, PASI score (Psoriasis Area and Severity Index). In addition, a life quality assessment (SF-36 Health Survey) was performed. White and red blood count as well as inflammation parameter were controlled regularly. Results: 6 patients could be included in a complete follow-up (5 men, 1 woman, average age 50.3 years, average duration of psoriasis 8.3 years, avarage duration of arthritis 5.7 years). Four of 6 patients showed relevant improvement in pain, mobility and degree of psoriatic skin effluorescences. Only 3 of 6 showed relevant improvement in life quality. Conclusion: For the first time results of treatment of psoriatic arthritis with a new immunosuppressive drug (Mycophenolate mofetil) were presented. A positive influence on both, the arthritis and the psoriasis could be shown. These first observations warrant controlled, randomized clinical trials.

Osteointegration of different bone substitute materials in an experimental model

SummaryIn order to avoid the potential risks of disease transmission in allograft surgery, numerous substitute materials have been described. As the biological response to implant materials is different, we undertook the following study to assess type and amount of bone ingrowth in CaP-ceramics. 105 cylindrical bone defects with a diameter of 5.4 mm were created surgically in the femoral condyles of 53 sceletal mature NZW rabbits. The defects were filled with crushed coralline hydroxyapatite (HA) implants (n = 21), synthetically produced hydroxyapatite (n = 21) and surface-modified alpha-Tricalciumphosphate (TCP) grains (n = 21). 21 defects were left empty and other drill holes were filled with rabbit cancellous bone cylinders (n = 21) after 3 months of cryopreservation at –78 °C without sterilization. Following observation periods of 2, 4, 6, 8, 12, 26 and 52 weeks the femoral condyles were harvested for histological evaluation and quantitative analysis of bone ingrowth. Woven bone formation at implant periphery can be observed in all substances as early as 2 weeks postoperatively. At 4-week-intervals cryopreserved allografts show new bone apposition on surfaces of necrotic trabeculae and graft-host junctions by a predominantly osteoblastic reaction at the periphery of all cylinders, while in HA- and TCP-grains early bone formation in the center of drill holes is detectable as well. There is a direct contact between HA-/TCP-particles and newly formed bone without fibrous tissue formation at the implant surfaces. Central new bone formation in rabbit allografts can be observed after 6 to 8 weeks together with a secondary osteoclastic resorption of necrotic transplant trabeculae. The result of this remodeling process is a complete degradation of transplant cylinders with reorganization of vital trabeculae oriented in a mature pattern after 12 to 26 weeks. In contrast the HA- and TCP-implants did not show any signs of resorption.ZusammenfassungZiel der Untersuchung ist der Vergleich unterschiedlicher Knochenersatzstoffe hinsichtlich ihres Einwachsverhaltens im standardisierten Defektmodell des Kaninchenfemurkondylus. Bei 53 NZW-Kaninchen wurden insgesamt 105 zylindrische Bohrlöcher mit einem Durchmesser von 5,4 mm in jeweils beide Femurkondylen gesetzt und nach randomisierter Zuordnung mit kryokonservierter allogener Kaninchenspongiosa (n = 21), einer synthetisch hergestellten Hydroxylapatit (HA-)keramik (n = 21), korallinem HA-Granulat (n = 21) und oberflächenmodifiziertem Tricalciumphosphat (TCP) (n = 21) aufgefüllt. Bei der Kontrollgruppe (n = 21) verblieb der Substanzdefekt unaufgefüllt, um die spontane Knochenregeneration im gewählten Modell beurteilen zu können. Nach Tötung der Tiere erfolgte 2, 4, 6, 8, 12, 26 und 52 Wochen postoperativ die histomorphologische Untersuchung des Einwachsverhaltens sowie eine histomorphometrische Analyse an unentkalkten Methylmethacrylatdünnschnitten bzw. -schliffen. Die Ergebnisse zeigen in der Kontrollgruppe bei den meisten Tieren eine ausbleibende Knochenneubildung nach Leerlochbohrungen. Bei Applikation kryokonservierter Transplantate führt die initiale Anlagerung neugebildeten Knochens mit konsekutivem Umbau avitaler Bälkchen im Beobachtungszeitraum zu einem vollständigen Remodelling mit Wiederherstellung einer Spongiosaarchitektur, die dem unbehandelten Femurkondylus sehr ähnlich ist. Auch calciumphosphathaltige Knochenersatzstoffe und Implantate zeigen eine vollständige knöcherne Integration ohne Nebenwirkungen. Infolge der ausbleibenden Resorption kommt es jedoch im Verlauf der Untersuchung zu einer relativ hohen Volumendichte des Verbunds aus Prüfkörper und neugebildeter Spongiosa. Beim ausbleibenden Remodelling auch im ersatzstarken Lager des Kaninchens steht somit die langzeitstabile Keramik dem wünschenswerten Umbau zu einer trabekulären Spongiosaarchitektur, die auf modifizierte biomechanische Belastungen adäquat reagieren kann, im Weg.

Computernavigation bei der dorsalen Instrumentierung der HWS – eine In-vitro-Studie

ZusammenfassungDie dorsale transartikuläre C1/2-Verschraubung ist eine Standardtechnik bei der dorsalen Instrumentierung der oberen HWS. Zervikale Pedikelschrauben dagegen werden bisher noch wenig eingesetzt. In Anbetracht der deutlich besseren biomechanischen Eigenschaften verglichen mit Massalateralis-Schrauben können Pedikelschrauben jedoch bei schlechter Knochenqualität oder zu erwartender hoher biomechanischer Beanspruchung der Instrumentierung sinnvoll eingesetzt werden. Es besteht bei beiden Schraubentechniken das potentielle Risiko einer iatrogenen Schädigung neuraler oder vaskulärer Strukturen bei einer Implantatfehlplatzierung.Ziel der Studie war es zu evaluieren, ob transartikuläre C1/2-Schrauben und zervikale Pedikelschrauben mit Hilfe von Computernavigationssystemen sicher und mit hoher Genauigkeit appliziert werden können.Transartikuläre C1/2-Schrauben und zervikale Pedikelschrauben können sicher und mit hoher Genauigkeit unter Verwendung eines Computernavigationssytems gesetzt werden. Mögliche Fehlerquellen sollten jedoch beachtet werden. Pedikel mit einer Weite <4 mm erscheinen für Pedikelschrauben nur bedingt geeignet.AbstractTransarticular C1/2 screws are widely used in posterior cervical spine instrumentation. Pedicle screws in the cervical spine remain uncommon until now. In view of improved biomechanical stability compared to lateral mass screws, pedicle screws could be used, especially for patients with poor bone quality or defects in the anterior column. Nevertheless, there are potential risks of iatrogenic damage to the spinal cord, nerve roots, or the vertebral artery related to both techniques of posterior cervical spine instrumentation. Therefore, the aim of this study was to evaluate whether C1/2 transarticular screws as well as transpedicular screws in C3 and C4 can be applied safely and with high accuracy using a computer-assisted surgery (CAS) system.C1/2 transarticular screws as well as transpedicular screws in the cervical spine can be applied safely and with high accuracy using a CAS system in vitro. Therefore, this technique may be used in the clinical setup due to improved accuracy and reduced radiation dose for the patient and medical staff. Nevertheless, to prevent iatrogenic damage, users should be aware of known sources of possible errors that cause inaccuracies. Small pedicles with a diameter below 4.0 mm may not be suitable for pedicle screws.

neon– ein neues winkelstabiles Implantatsystem für die dorsale okzipitozervikale Instrumentierung

ZusammenfassungDie dorsale Instrumentierung des okzipitozervikalen Übergangs ist bei einer Vielzahl von Indikationen etabliert.In Anbetracht noch bestehender Nachteile verfügbarer Implantdesigns wurde ein neues modulares winkelstabiles Schrauben-Stab-System mit dem Ziel einer möglichst großen Primärstabilität und universellen Einsetzbarkeit entwickelt. Ziel der vorliegenden biomechanischen In-vitro-Studie war die Überprüfung der biomechanischen Primärstabilität des neu entwickelten Implantatsystems im Vergleich mit etablierten Implantatsystemen.Die biomechanische Primärstabilität war mit neon für alle Lastfälle signifikant verbessert verglichen mit den anderen Implantatsystemen. Die Instrumentierung mit Pedikelschrauben führte ebenfalls zu einer höheren Primärstabilität verglichen mit Massa-lateralis-Schrauben, wobei signifikante Unterschiede nur für Seitneigung erechnet werden konnten. Da das Studiendesign zyklische Testungen unmöglich macht sind nur Aussagen über die Primärstabilität möglich.Zusammengefasst konnte gezeigt werden, dass die dorsale Instrumentierung mit dem neuen modularen System neon die Primärstabilität gegenüber dem CerviFix- und dem Olerud Cervical Rod Spinal System verbessert.AbstractPosterior instrumentation of the occipitocervical spine is well-established for different indications. The aim of this study was to evaluate whether posterior internal fixation of the occipitocervical spine with the new implant system improves primary biomechanical stability.Primary stability was significantly increased in all load cases with the new modular implant system compared to the other implant systems. Pedicle screw instrumentation tended to be stabler compared to lateral mass screws; nevertheless, significant differences could be observed only for lateral bending. As the experimental design precluded any cyclic testing, the data represent only the primary stability of the implants.In summary, this study showed that posterior instrumentation of the cervical spine using the new neon occipito-cervical system improves primary biomechanical stability compared to the CerviFix system and the Olerud cervical rod spinal system.