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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie, 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

25. - 28.10.2011, Berlin

Die Rolle sensorischer Neuropeptide und Katecholamine in der Kallusdifferenzierung

Meeting Abstract

  • T. Niedermair - Orthopädische Klinik der Universität Regensburg, Experimentelle Orthopädie, ZMB im BioPark 1, Regensburg, Germany
  • A. Opolka - Universitätsklinikum Regensburg, Klinik für Orthopädie, Asklepios Klinikum Bad Abbach, Bad Abbach, Germany
  • J. Grifka - Universitätsklinikum Regensburg, Klinik für Orthopädie, Asklepios Klinikum Bad Abbach, Bad Abbach, Germany
  • S. Grässel - Orthopädische Klinik der Universität Regensburg, Experimentelle Orthopädie, ZMB im BioPark 1, Regensburg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 25.-28.10.2011. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2011. DocPO15-932

DOI: 10.3205/11dkou615, URN: urn:nbn:de:0183-11dkou6152

Published: October 18, 2011

© 2011 Niedermair et al.
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Fragestellung: Im Verlauf einer Frakturheilung werden Knochen und Frakturkallus sowohl von sensorischen als auch von sympathischen Nervenfasern innerviert. Die Abwesenheit von sensorischen Fasern beeinflusst die Kallusgröße und Knochenbildung und kann zu einer nicht-verheilten Fraktur führen. Der Verlust sympathischer Innervation durch Katecholamine wie Noradrenalin (NA) könnte die proinflammatorische Wirkung des sensorischen Neurotransmitters Substanz P (SP), hervorheben und langfristig zur Entstehung von Autoimmunerkrankungen führen. SP induziert die Zellproliferation in vitro und wird von den Kallus-bildenden Chondrozyten exprimiert. NA dagegen induziert Apoptose in vitro und seine Synthese konnte bislang nicht in Kallusbildenden Chondrozyten nachgewiesen werden. Ziel der Studie ist es, die Effekte von SP und NA auf Kallusbildung und -differenzierung an Chondrozyten in 2D Kultur und an Hand eines Maus-basierten Fraktur-Explantatmodells in vitro zu untersuchen.

Methodik: Murine kostale Chondrozyten wurden aus neugeborenen C57bl/6N Mäusen isoliert und mit IL-1β (5ng/ml), sowie verschiedenen Konzentrationen von SP (10-9-10-11M) oder NA (10-6-10-8M) in 2D-Monolayer- Kulturen für 24 h stimuliert. Um die Effekte von SP und NA in einer in vivo ähnlicheren Situation zu untersuchen, wurde ein Maus-Frakturmodell verwendet, bei dem nahe des distalen Bereichs der Tibia ein Bruch erzeugt wurde. Der entstandene Frakturkallus wurde nach 8 Tagen isoliert und als Explantat für weitere 7 Tage unter stationären Bedingungen in der Kulturschale mit IL-1β (5ng/ml) und verschiedenen Konzentrationen von SP (10-9-10-11M) und NA (10-6-10-8M) stimuliert. Mittels quantitativer RT-PCR wurde die Expression einer Auswahl an Genen (timp-1, -2, -3; mmp-2, -3, -14; IL6, -8; iNos, cox-2) in 2D-Monolayer und 3D-Explantatkultur untersucht, und mit IL-1ß stimulierten Kontrollen verglichen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die qPCRs zeigen, dass die IL-1ß stimulierte Expression einiger Gene (timp-2,-3; mmp-2, -14) durch SP und NA dosisabhängig beeinflusst wird. Die Genexpression von timp-2 wird von 10-9M SP um die Hälfte verringert, während NA eine Verdoppelung der Expression induziert. Die Genexpression von mmp-2 wird sowohl durch die Stimulation mit 10-9M SP als auch durch 10-6M NA um ein Drittel reduziert. Dieser Effekt ist auch noch bei geringeren Konzentrationen 10-10 und 10-11M SP sowie bei 10-7 und 10-8M NA zu sehen, fällt jedoch wesentlich geringer aus. Ebenso verhält es sich bei mmp-14 und timp-3. Eine vergleichbare Tendenz zeigten auch die Ergebnisse der Proben aus dem Maus-Frakturmodell.

Die Stimulation von Chondrozyten in 2D-Monolayer-Kulturen und 3D-Explantatkulturen durch den sensorischen Neurotransmitter SP und das Katecholamin NA beeinflussen im Vergleich zu den mit IL-1ß stimulierten Kontrollen die Genexpression einiger, für die Kallusdifferenzierung wichtiger Gene wie timp-2 und -3, mmp-2 und -14.