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Das Zelladhäsionsmolekül Syndecan-4 beeinflusst die frühe Frakturheilung
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M. Timmen
- Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
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H. Hidding
- Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
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F. Echtermeyer
- Medizinische Hochschule Hannover, Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin, Hannover, Germany
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T. Pap
- Universitätsklinikum Münster, Zentrum für Muskuloskelettale Medizin, Münster, Germany
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M.J. Raschke
- Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
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R. Stange
- Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
| Published: | October 18, 2011 |
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Fragestellung: Syndecan-4 (Sdc4) gehört zur Familie der Heparansulfatproteoglykane, die als Rezeptoren für Matrix-Moleküle wie z.B. Wachstumsfaktoren und Zytokine dienen. Erste eigene Untersuchungen zur Knochenstruktur adulter Sdc4 defizienter Mäuse ergaben eine biomechanisch verminderte Knochenstabilität sowie eine Rarefizierung der trabekulären Knochenstruktur. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Sdc4 am Knorpelabbau im Rahmen einer Osteoarthritis beteiligt ist (Echtermeyer et al., 2009). Untersuchung der Osteogenese und der Frakturheilung sollten Einblicke in den Einfluss dieses Proteins für den Knochenstoffwechsel, und insbesondere der Knorpelbildung sowie des Umbaus von Knorpel zu Knochen erbringen.
Methodik: Frakturmodel: Verwendet wurden weibliche C57BL/6 (WT) und sdc4-/- Mäuse (Echtermeyer et al., 2001). Bei 3 Monate alten Tieren wurde am linken Femur eine standardisierte diaphysäre Querfraktur erzeugt.
Histomorphometrie/Immunhistologie: Nach 7, 14 bzw. 28 Tagen wurde jeweils der linke Femur präpariert, fixiert, in Metylmetacrylat bzw, entkalkt in Paraffin eingebettet. Nach Alcian Blau und Masson-Goldner-Färbung der Schnitte wurde der Anteil des Knorpel- und Knochengewebes am Gesamtkallus bestimmt. Mittels eines Antikörpers wurden KollagenII- und KollagenX-positive Zellen markiert.
Biomechanik: Nach 28 Tagen wurden die Femura (rechts als Kontrolle) einer biomechanischen Testung (torsionale Belastung) unterzogen. Das max. Drehmoment, der max. Torsionswinkel und die Steifigkeit wurden bestimmt.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Analyse der Gewebezusammensetzung im Frakturkallus ergab eine signifikante Steigerung der Kallusbildung in den Sdc4-defizienten Tieren im Vergleich zu Wildtyp nach 14 Tagen Heilung. Der Knorpelanteil im Gesamtkallus war zudem 2,5mal höher im Sdc4-defizienten Kallus als im Wildtyp-Kallus. (WT: 10,7%±6,7; Sdc4: 27,7%±7,1, p=0,006).
Nach 28 Tagen hingegen konnten keine signifikanten Unterschiede in Hinblick auf die Kallusgröße festgestellt werden. Die Analyse der biomechanischen Testung der frakturierten Femura nach 28 Tagen Heilung ergab keinen signifikanten Unterschied zwischen den Syndecan-4 defizienten Tieren und Wildtyp.
Eine Deletion von Syndecan-4 führt zu einer vermehrten Kallusbildung im Rahmen der frühen Frakturheilung mit einer erhöhten Knorpelbildung. Möglicherweise deutet dies auf eine Beeinträchtigung der Stabilität des entstehenden Kallus im Vergleich zu Wildtyp hin, die mit einer vermehrten Kallusbildung kompensiert werden soll. Endscheidend für die Stabilität des Kallusgewebes ist die Zusammensetzung und Wechselwirkung der Zellen der verschiedenen Gewebe, die die komplexen Mechanismen der Knochenheilung beeinflussen. Die Ergebnisse dieser Studie deuten auf eine wichtige Rolle von Syndecan-4 für die Interaktion der Zellen untereinander und mit der Umgebung im Rahmen von Entwicklungs- und akuten Heilungsprozessen hin.
