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Apolipoprotein E-Defizienz führt zu verzögertem Kallusremodeling während der Frakturheilung in der Maus
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Authors
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Steven Herath
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Sarah Götz
- Institut für Klinisch-Experimentelle Chirurgie, Universitätsklinikum des Saarlandes, Homburg, Germany
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Claudia Scheuer
- Institut für Klinisch-Experimentelle Chirurgie, Universitätsklinikum des Saarlandes, Homburg, Germany
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Philipp Mörsdorf
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Tina Histing
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Tim Pohlemann
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Michael Menger
- Institut für Klinisch-Experimentelle Chirurgie, Universitätsklinikum des Saarlandes, Homburg, Germany
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Jörg Holstein
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
| Published: | October 10, 2016 |
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Fragestellung: Die vorgestellte Studie hatte das Ziel, zu untersuchen, ob die Frakturheilung bei generalisiert atherosklerotisch verändertem Gefäßsystem im Vergleich zu einem gesunden Organismus beeinträchtigt ist.
Methodik: In einem murinen Frakturmodell wurde die Knochenheilung nach 14 und 28 Tagen biomechanisch, histomorphometrisch und proteinbiochemisch untersucht. Hierzu wurde nach einem etablierten Modell eine standardisierte Femur-Schaftfraktur erzeugt, die mit einer intramedullären Zugschraube stabilisiert wurde. Nach Entnahme der Knochen wurden zum jeweiligen Zeitpunkt Rotationstestungen, Messungen der Kallusgröße und -zusammensetzung, sowie Western Blot - Analysen durchgeführt.
Verglichen wurde eine Gruppe von Apolipoprotein E (ApoE) - defizienten Mäusen (n=43), die bei Versuchsbeginn eine generalisierte Atherosklerose aufwiesen, mit einer Gruppe von gesunden Kontrolltieren (n=44).
Ergebnisse:
Histomorphometrie: In ApoE-defizienten Mäusen war die periostale Kallusfläche sowohl nach 14 als auch nach 28 Tagen signifikant größer als in gesunden Kontrolltieren, was mit einer verzögerten Heilung, bzw. einem verzögerten Kallus-Remodeling gleichzusetzen ist. Nach 14 Tagen enthielt der Kallus bei ApoE-defizienten Tieren tendenziell weniger Knochen und tendenziell mehr Knorpel als bei Kontrolltieren. Diese Ergebnisse weisen auf eine eine verminderte Osteogenese im atherosklerotisch veränderten Organismus hin. Nach 28 Tagen waren alle Frakturen in beiden Gruppen vollständig knöchern konsolidiert.
Biomechanik: Weder nach 14, noch nach 28 Tagen fanden sich zwischen beiden Versuchsgruppen signifikante Unterschiede hinsichtlich der Torsionssteifigkeit der Knochen. Die Tatsache, dass die Knochen in ApoE-defizienten Tieren trotz größerem Kallus nicht stabiler waren, weist auf eine verminderte strukturelle Qualität des Kallus hin.
Proteinbiochemie (Western Blot):14 Tage nach Fraktur wies Kallusgewebe von ApoE-defizienten Mäusen im Vergleich zur Kontrollgruppe eine signifikant verminderte Expression des angiogenen Wachstumsfaktors CYR61 auf. Auch BMP-2, das die Differenzierung von Osteoblasten fördert, wurde im vergleich zur Kontrollgruppe signifikant vermindert exprimiert. Die Expression des Angiogenesemarkers CD31 war um 30% niedriger als in gesunden Mäusen, hier fand sich jedoch kein signifikanter Unterschied. Nach 28 Tagen war im Kallus von ApoE-defizienten Tieren die Expression von CYR61, BMP-2 und CD31 signifikant niedriger als in gesunden Mäusen.
Schlussfolgerung: Apolipoprotein E - Defizienz und die daraus folgende systemische Atherosklerose sind mit einem verzögerten Kallusremodeling während der Frakturheilung in der Maus assoziiert. Als zugrunde liegender Mechanismus des verzögerten Kallusremodelings konnte eine verminderte Expression der angiogenen bzw. osteogenen Wachstumsfaktoren CYR61, CD31 und BMP-2 identifiziert werden.
