gms | German Medical Science

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2015)

20.10. - 23.10.2015, Berlin

Der Einfluss von Hypoxie auf mesenchymale Progenitorzellen in der Ätiologie Heterotoper Ossifikationen

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Sebastian Winkler - Orthopädische Klinik für die Universität Regensburg, Asklepios Klinikum Bad Abbach, Bad Abbach, Germany
  • Ferdinand Wagner - Orthopädische Klinik für die Universität Regensburg, Asklepios Klinikum Bad Abbach, Bad Abbach, Germany
  • Markus Weber - Orthopädische Klinik für die Universität Regensburg, Asklepios Klinikum Bad Abbach, Bad Abbach, Germany
  • Joachim Grifka - Orthopädische Klinik für die Universität Regensburg, Asklepios Klinikum Bad Abbach, Bad Abbach, Germany
  • Hans-Robert Springorum - Orthopädische Klinik für die Universität Regensburg, Asklepios Klinikum Bad Abbach, Bad Abbach, Germany
  • Susanne Grässel - Orthopädische Klinik der Universität Regensburg, Experimentelle Orthopädie, ZMB im BioPark 1, Regensburg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2015). Berlin, 20.-23.10.2015. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2015. DocPO11-862

doi: 10.3205/15dkou556, urn:nbn:de:0183-15dkou5569

Veröffentlicht: 5. Oktober 2015

© 2015 Winkler et al.
Dieser Artikel ist ein Open-Access-Artikel und steht unter den Lizenzbedingungen der Creative Commons Attribution 4.0 License (Namensnennung). Lizenz-Angaben siehe http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.


Gliederung

Text

Fragestellung: Die Heterotope Ossifikation (HO) ist ein Phänomen, das in der Muskulatur am gesamten Bewegungsapparat auftreten kann. Nach einem Gewebetrauma (Unfall, Schussverletzungen, Operationen) kommt es am Ort der Verletzung zu einer lokalen Entzündungsreaktion. Die genaue Ätiologie der HO ist weitestgehend unbekannt. Mesenchymale Progenitorzellen (MPCs) scheinen jedoch eine zentrale Rolle zu spielen. Im Rahmen der lokalen Entzündungsreaktion kommt es zu einer pathologischen Aktivierung u. Differenzierung der MPCs zu Osteoblasten bzw. Osteoblasten-ähnlichen Zellen. Diese bilden dann im Verlauf heterotopes Knochengewebe in der Muskulatur. Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss von Hypoxie auf MPCs in diesem „Aktivierungsprozess“.

Methodik: Untersucht wurde humanes Skelettmuskelgewebe von gesunden Patienten (n=6; M:W=3:3; mittl. Alter 54,3J) und humanes Skelettmuskelgewebe, das bei der operativen Entfernung von HOs gewonnen wurde (n=5; M:W 2:3; mittl. Alter 43,6J). Aus diesen Geweben wurden die MPCs isoliert und unter Normoxie u. Hypoxie kultiviert. Zur Charakterisierung der Oberflächenmarker wurden die Zellen mittels Durchflusszytometrie (FACS) analysiert. Die Messung des Genexpressionsprofils der MPCs erfolgte durch real-time PCR. Von Interesse waren die Genexpression von Faktoren, die bei der Entstehung und auch Prophylaxe der HOs eine entscheidende Rolle spielen: BMP-1, -2, -4 u. COX-1 und COX-2, sowie, SOX-9 u. HIF (hypoxia inducible factor) 1 u. -2. Die statistische Analyse erfolgte mit dem Wilcoxon-Rangsummentest.

Ergebnisse: Die isolierten MPCs waren in der Durchflusszytometrie positiv für CD-44, -73, -90 u. -105 und erfüllten die in der Literatur beschriebenen Charakteristika mesenchymaler Stammzellen. Sie waren negativ für CD 34 als Marker hämatopoetischer Stammzellen.

Vergleichend zeigt sich in der real-time PCR unter Hypoxie eine signifikante Hochregulation von BMP-1 bei gesunder u. BMP-4 bei ossifizierter Muskulatur. COX-2 war unter Hypoxie signifikant erhöht in gesunder u. COX-1 u. -2 signifikant erhöht in ossifizierter Muskulatur. SOX-9 war in beiden Muskelgruppen unter Hypoxie signifikant hochreguliert, HIF-1 u.-2 hingegen in beiden Gruppen signifikant runter reguliert.

MPCs aus ossifizierter Muskulatur weisen sowohl unter normoxischen wie auch unter hypoxischen Zellkulturbedingungen eine signifikant erhöhte Expression von BMP-2 und eine reduzierte Expression von BMP-4 im Vergleich zu MPCs aus gesunder Muskulatur auf.

Schlussfolgerungen: Die vorliegende Arbeit zeigt, dass Hypoxie einen Einfluss auf die Genexpression von MPCs aus humaner Skelettmuskulatur hat. Dabei kommt es zu einer vermehrten Expression von Faktoren, die in der Ätiologie der Heterotopen Ossifikationen eine zentrale Rolle spielen. Diese Erkenntnisse könnten das Verständnis des genauen Pathomechanismus der HOs weiter voranbringen und helfen für die klinisch Anwendung eine noch effizientere Prophylaxe von HO zu entwickeln.