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Fragestellung: Der Prozess der Frakturheilung führt zur narbenfreien Heilung und Wiederherstellung der ursprünglichen Struktur und Funktion. Neuere Studien lassen einen entscheidenden Einfluss der T-Zellen des adaptativen Immunsystems auf das Ergebnis der Knochenheilung vermuten. In dieser Studie wurde daher der Einfluss der CD8+ T-Zellen auf den Heilungsverlauf bei Tibiakopffrakturen untersucht.

Methodik: 15 Patienten (23-64 Jahre, 8 männlich und 7 weiblich) mit isolierter, geschlossener Tibiakopffraktur wurden nach 1, 2, 4, 6, 12 und 18 Wochen mittels biomechanischen Funktionstests und Blutentnahmen untersucht. Die Einteilung der Patienten in normale (n=8) und verzögerte Heilung (n=7) wurde in einem retrospektiven, verblindeten Verfahren von erfahrenen klinischen Kollegen mittels Röntgen- & CT-Aufnahmen vorgenommen. Desweiteren wurden zell- und molekularbiologische Untersuchungen des lokalen Frakturhämatoms vorgenommen, sowie Co-Kulturexperimenten mit humanen mesenchymalen Stammzellen (BM-MSC) und CD8+ T-Zellen durchgeführt. Durch Depletierungs- bzw. Transferexperimente wurde der Einfluss der CD8+ T-Zellen auf den Heilungsverlauf in vivo (Mausmodel) untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Es konnte gezeigt werden, dass eine verzögerte Frakturheilung mit einer signifikant höheren Anzahl von terminal differenzierten CD8+ TEMRA Zellen im Blut assoziiert ist. Dieser signifikante Unterschied war über die gesamte Studienzeit von 18 bzw. 60 Wochen stabil. Weiterhin konnte eine starke Migration und Akkumulation der CD8+ TEMRA Zellen in das Frakturgebiet (Frakturhämatom) nachgewiesen werden. Die CD8+ TEMRA Zellen produzierten dort sehr hohe Konzentrationen von IFN-gamma und TNF-alpha. In Ko-Kulturexperimenten konnte ein signifikant negativer Einfluss dieser beiden Zytokine auf die osteogene Differenzierung und Vitalität von BM-MSCs nachgewiesen werden. Dieser negative, parakrin vermittelte Effekt von IFN-gamma und TNF-alpha auf das osteogene Differenzierungsverhalten der BM-MSC, konnte durch eine Neutralisierung beider Zytokine komplett aufgehoben werden. Abschließend konnte der kausale Zusammenhang zwischen der CD8+ TEMRA Zell-Konzentration im Blut bzw. Knochenmark und dem Heilungsverlauf im Mausmodell bestätigt werden. Eine temporäre Depletierung der CD8+ T-Zellen führt zu einer signifikanten Verbesserung der Frakturheilung, während Tiere nach einem additiven Transfer von CD8+ T-Zellen eine signifikant schlechtere Heilung gegenüber der unbehandelten Kontrolle aufweisen. Unsere Daten zeigen den großen Einfluss des adaptative Immunsystems auf die endogene (Knochen)Regeneration. Eine Quantifizierung der CD8+ TEMRA Zellen stellt einen potentiellen prognostischen Marker für das Heilungsergebnis dar und bietet gleichzeitig den Ansatzpunkt für neue Interventionsstrategien, wie temporäre Depletierung der Zellen bzw. Antikörper-Neutralisierungstherapie.