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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2015)

20.10. - 23.10.2015, Berlin

CpG-ODN-Applikation führt zur frühen Aktivierung des Immunsystems in einem Knocheninfektionsmodell bei Ratten

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Volker Alt - Universitätsklimikum Gießen, Klinik für Unfallchirurgie, Gießen, Germany
  • Ulrich Thormann - Universitätsklinikum Giessen, Klinik für Unfallchirurgie, Giessen, Germany
  • Sabine Stötzel - Universitätsklinikum Giessen, Klinik für Unfallchirurgie, Giessen, Germany
  • Walid Mohamed - Labor für Experimentelle Unfallchirurgie, Gießen, Germany
  • Eugen Domann - Medizinische Mikrobiologie, Gießen, Germany
  • Christian Heiß - Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie, Universitätsklinikum Gießen-Marburg, Standort: Giessen, Labor für Experimentelle Unfallchirurgie, Gießen, Germany
  • Reinhard Schnettler - Universitätsklinikum Giessen, Klinik für Unfallchirurgie, Giessen, Germany
  • Shneh Sethi - Medizinische Mikrobiologie, Gießen, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2015). Berlin, 20.-23.10.2015. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2015. DocGR19-1318

doi: 10.3205/15dkou508, urn:nbn:de:0183-15dkou5089

Veröffentlicht: 5. Oktober 2015

© 2015 Alt et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Knochen- und Implant-assoziierte Infektionen mit S. aureus stellen immer noch eine besondere Herausforderung dar. Das Immunsystem des Patienten spielt dabei eine wichtige Rolle. Unmehtylierte bakterielle CpG-DNA führt normalerweise über den Toll-Receptor 9 zu einer proinflammatorischen Reaktion. Die Fragestellung dieser Arbeit ist, ob eine präoperative Verabreichung von CpG-Oligonukleotiden in einem Knochen-Infektionsmodell an Ratten ebenfalls zu einer Stimulation des Immunsystems im Knochen und zu einer Verringerung der Infektionsraten führt.

Methodik: 3 Tage präoperativ erhielten 95 Ratten entweder 500 Mikrogramm CpG-ODN (Gruppe 1; n=25); 500 Mikrogramm neg. CpG-ODN (Gruppe 2; n=25), 0.9% NaCl (Gruppe 3; n=25) oder keine i.m. Injektion in den M. tibials ant. (Gruppe 4; n=20). Am Tage der Operation erfolgte bei allen Tieren eine offene Osteotomie am mittleren Tibiaschaft, die mit einem intrameduläären Implantat stabilisiert wurde. Bei Gruppe 1-3 wurde die Osteotomie mit 10hoch3 keimbildenden Einheiten an S. aureus kontaminiert. Bei Gruppe 4 erfolgte keine bakterielle Kontamination. An post-Tag 1 und post-op Tag 42 wurden die Tiere euthanasiert und jeweils die Bakterienlast am Knochen und am Implantat, sowie pro-inflammatorische Marker, z.B. IL-1alpha, IL-1beta, IL-4, IL-6, IL-10, IL-17, IFN-gamma, Macrophage inflammatory protein 2 (MIP-2), Regulated on activation normal T-cell expressed and secreted (RANTES), TNF-alpha, IL-12p40, Monocyted Chemoattractant Protein-1 (MCP-1) bestimmt. Zusätzlich erfolgten histologische Auswertungen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die CpG-ODN-Gabe führte zu einer signifikanten Reduktion der Bakterienlast im Knochengewebe und am Implantat an Tag 1 im Vergleich zu der neg. CpG-ODN-Gruppe (Gruppe 2) und zu der Positivkontrollgruppe (Gruppe 3) (p<0.05). Die Reduktion der Bakterienlast betrug ca. 67% bzw. 77% in der Knochen- bzw. Implantat-Region. In der Negativ-Kontrollgruppe (Guppe 4) wurden keine Bakterien nachgewiesen.

Diese Reduktion in der Bakterienlast in Gruppe 1 ging einher mit einer signifikanten Erhöhung der Expressionslevel der proinflammatorischen Marker MIP-2, IL-1beta und RANTES.

Nach 42 Tagen kam es zu einer Etablierung einer infizierten Pseudarthrose in allen Tieren der Gruppen 1-3 mit dem Nachweis einer hohen Baktierenlast ohne signifikante Unterschiede zwischen dieser drei Gruppen. Auch bezüglich der Inflammationsmarker waren keine Unterschiede festzustellen. In Gruppe 4 zeigte sich eine fortschreitende Knochenheilung ohne den Nachweis von Bakterien.

Die Applikation von CpG-ODN zeigte in diesem Tiermodell eine Steigerung der frühen Immunreaktion, die anfänglich zu einer Reduktion der Bakterienlast im Knochen und am Implantat führte, konnte jedoch die Etablierung einer Infektion nach 42 Tagen nicht verhindern. Diese Studie zeigt, dass eine Beeinflussung des Immunsystems präoperativ möglich ist und dies eventuell ein klinischen Ansatzpunkt in der Zukunft darstellen kann.