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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

24. - 27.10.2007, Berlin

Differenzierung humaner Blutmonozyten zu Osteoklasten durch bakterielle Lipopolysaccharide (LPS) als möglicher Mechanismus der Infektions-assoziierten Knochenresorption

Meeting Abstract

  • C. Wagner - Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik Ludwigshafen, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Ludwigshafen, Germany
  • M. Mörmann - Universität Heidelberg, Institut für Immunologie, Heidelberg, Germany
  • M. Thederan - Universität Heidelberg, Institut für Immunologie, Heidelberg, Germany
  • G. Zimmermann - Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik Ludwigshafen, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Ludwigshafen, Germany
  • A. Wentzensen - Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik Ludwigshafen, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Ludwigshafen, Germany
  • G.M. Hänsch - Universität Heidelberg, Institut für Immunologie, Heidelberg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 24.-27.10.2007. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2007. DocE18-1513

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dkou2007/07dkou069.shtml

Veröffentlicht: 9. Oktober 2007

© 2007 Wagner et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Persistierende bakterielle Infektionen sind eine möglicher Ursache verzögerter oder ausbleibender Frakturheilung langer Röhrenknochen, z.B. der Infekt-Pseudarthrose. Das Auftreten von Osteolysen in unmittelbarer Nähe des Infektionsherdes weist auf ein lokales Geschehen sowie auf einen unmittelbaren Zusammenhang zwischen der Infektion und der Osteolyse hin. Die Pathogenese und die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen sind jedoch noch weitgehend ungeklärt. Wir verfolgen die Hypothese, dass es im Rahmen der bakteriellen Infektion zu einer pathologischen Resorption des Knochens durch eine infektbedingte vermehrte Bildung von Osteoklasten oder einer erhöhten funktionellen Osteoklasten-Aktivität kommt. In diesem Kontext untersuchten wir daher in dieser Studie den Effekt bakterieller Lipopolysaccharide (LPS) auf die Differenzierung von Monozyten zu Osteoklasten in vitro.

Methodik: Human Monozyten wurden für unterschiedliche Zeiten mit LPS oder den bona fide Zytokinen Tumor Nekrose Faktor α (TNFα) und Interleukin (IL-) 4. Die Differenzierung der Zellen wurde mikroskopisch und an Hand des Genprofils untersucht.

Ergebnisse: Zellen einer promonozytischen Zell-Linie, U937, wurden mit Phorbolester zu Monozyten differenziert. Während des Differenzierungsprozesses erwerben diese Zellen den LPS-Rezeptor CD14, erkennbar an der Aufregulation spezifischer RNA. Diese Zellen wurden dann bis zu 28 Tage mit LPS inkubiert. Mit zunehmender Kulturdauer war eine Induktion verschiedener Monozyten-typischer Gene nachweisbar, einschließlich CD11b, MHC class II und CD86. Desweiteren zeigte sich eine Aufregulation von Genen, spezifisch für Osteoklastenproteine, wie Tartrat-resistente saure Phosphatase (TRAP) und Kathepsin K. Nach 10 bis 14 Tagen Kultur zeigte sich lichtmikroskopisch eine massive Aggregation der Zellen mit nachfolgender Fusion. Nach 20 Tagen waren mehrkernige Zellen mit der charakteristischen Morphologie von Osteoklasten nachweisbar. Diese Zellen waren TRAP-positiv und degradierten Calciumphosphat und Dentin. Zusammenfassend waren die phänotypischen und funktionellen Eigenschaften dieser in vitro-differenzierten Osteoklasten vergleichbar mit den Osteoklasten, die durch Differenzierung mit klassischen Zytokinen wie TNFα und IL-4 induziert wurden. Bei Stimulation mit LPS war jedoch der zeitliche Verlauf der Differenzierung um 10 bis 15 Tage beschleunigt.

Schlussfolgerungen: Lokale bakterielle Infektionen könnten durch Anfall bakterieller Produkte, wie z.B. LPS, ein Mikromilieu schaffen, dass die Generierung Knochen-resorbierender Osteoklasten fördert, die dann zur Entstehung der infektassoziierten verzögerten oder ausbleibenden Frakturheilung beitragen könnten. Über diesen Pathomechanismus könnte die lokale bakterielle Infektion zur Knochenresorption mit konsekutiver Pseudarthrose führen.