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Histologische Merkmale der Knochenheilung im kombinierten Traumamodell bei Wildtyp- und Leptin-defizienter Maus
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Veröffentlicht: | 5. Oktober 2015 |
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Fragestellung: In dem von uns etabliertem Polytrauma-Mausmodell konnte bei gleichzeitig vorliegendem Schädel-Hirn-Trauma (SHT) und Femurfraktur (Fx) eine vermehrte Kallusbildung und bessere Biomechanik des neugebildeten Knochens festgestellt werden. Dies bestätigt empirische Beobachtungen bei polytraumatisierten Patienten in der Klinik. Aufgrund der Schlüsselrolle von Leptin in der Interaktion zwischen ZNS-, Knochen- und Glucosestoffwechsel und dessen bislang unklarer Rolle in der Frakturheilung bei gleichzeitigem SHT war eine histologische Charakterisierung mit Vergleich der Knochenheilung von Wildtyp- und leptindefizienten Mäusen bei Mono- und Kombinationstrauma (Polytrauma-Mausmodell) das Ziel dieser experimentellen Studie.
Methodik: Weibliche 12 Wochen alte C57/Black6N (n=34) und leptindefiziente ob/ob-Mäuse (n=31) wurden in zwei Gruppen unterteilt, wobei Femurosteotomie und SHT als Variablen dienten (Fx-Gruppe: nur Osteotomie / Kombinationsgruppe: SHT+Osteotomie, je n=16). Die Femurosteotomie wurde mittels Fixateur externe stabilisiert und die SHT-Induktion mittels Controlled Cortical Impact Injury durchgeführt. 3 bzw. 4 Wochen postoperativ erfolgte die Tötung der Tiere und die Fixierung der Mausfemora, Einbettung in Kryomedium bei -80°C und Anfertigung von longitudinalen 7µm dicken Schnitten. Nach histochemischer MOVAT-Pentachrom-Färbung erfolgte die PC-gestützte qualitative Auswertung (Überbrückung des Frakturspalts) und quantitative histomorphometrische Analyse der 2D-Knochendichte und mineralisierten Knochenfläche. Außerdem erfolgte eine TRAP-Anfärbung und Auszählung der Osteoklasten am Mikroskop durch 3 unabhängige Untersucher.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei den Wildtyptieren konnte in der Kombinationsgruppe eine höhere Überbrückungsrate (71% vs. 65%) und 2D-Knochendichte nach 4 Wochen im Vergleich zur Fx-Gruppe festgestellt werden (p=0,036). Leptindefiziente Mäuse zeigten sowohl in der Kombinations- als auch Fx-Gruppe eine höhere Pseudarthroserate und weniger Knochenbildung im Frakturspalt (geringere 2D-Knochendichte (p=0,005) und mineralisierte Knochenfläche (p=0,002)) als Wildtyptiere). Leptindefiziente Mäuse in der Fx-Gruppe zeigten histologisch deutlich weniger Kallusbildung als Wildtyptiere, jedoch ein exuberantes Knochenwachstum sowie Knorpelbildung an osteotomie-unabhängigen Stellen. Unsere Ergebnisse bestätigen die Hypothese, dass Leptin eine wichtige Rolle bei der SHT-induzierten Stimulation der Knochenheilung spielt und dass eine vermehrte Kallusbildung bei gleichzeitigem SHT und vorliegender Fraktur ohne den Einfluss von Leptin nicht stattfindet. Die Erklärung der biologischen Basis dieses Phänomens könnte auf neue Wege für die Optimierung der Behandlung von Knochendefekten und delayed union/Pseudarthrosen hinweisen.