Die klinisch relevantesten Knieverletzungen betreffen Läsionen oder Rupturen der Bänder im Kniegelenk mit einer Häufigkeit von etwa 40%, wobei allein 46% der Verletzungen das vordere Kreuzband (ACL) betreffen. Bei einer Verletzung des ACL kommt es, aufgrund mangelnder Vaskularisierung und verletzter Synovialmembran, nicht zu einer selbst induzierten Regeneration. Deshalb besteht bei einer ausbleibenden Therapie langfristig ein erhöhtes Risiko für Arthrose verbunden mit chronischen Schmerzen und Einschränkungen der Gelenkbeweglichkeit. Der Goldstandard liegt in der Transplantation von patienteneigenem Gewebe der Patellar- oder Semitendinosussehne, wobei die Gründe für das 3-10%-ige Implantatversagen z. B. in der falschen Platzierung und Fixierung des Implantates oder in einer falsch bemessenen Implantatgröße verbunden mit einer verminderten Festigkeit liegen. Ebenso sind die Nachbildung der typischen Gewebestrukturzonen vom Ligament zur knöchernen Integration sowie die damit verbundenen spezifischen mechanischen Eigenschaften nicht umsetzbar. Die genannten Nachteile legen nahe, dass ein anhaltend großer Forschungs- und Entwicklungsbedarf hinsichtlich neuartiger Therapiemethoden besteht. Im Tissue Engineering wird hierbei eine Behandlungsstrategie mit hohem Erfolgspotential gesehen. Dazu ist die Entwicklung eines temporären Zellträgers (Scaffold), der als artifizielle Matrix für die Zellen dient und die spezifischen strukturellen und mechanischen Anforderungen des nativen Gewebes erfüllt, essentiell für das Behandlungsgelingen. Das Ziel muss dabei stets die mechanische und strukturelle Wiederherstellung des ACL bei möglichst komplett vermiedener Entnahmemorbidität sein. Eine angepasste Porosität und zellspezifische Porengrößenverteilung der Scaffolds sind für eine gleichmäßige Zellproliferation in vivo erforderlich. Weiterhin müssen auch die mechanischen Eigenschaften über einen bekannten und im Idealfall definiert einstellbaren Degradationszeitraum stabil sein. Für die Scaffoldherstellung wurden die biokompatiblen und biologisch abbaubaren Materialien Polylactid (PLA) oder Poly(lactic-co-ε-caprolacton) (P(LA-CL)) gewählt. Beide Materialien gelten als medizinisch gut verträglich bzw. sind bereits als Medizinprodukt zugelassen. PLA weist eine langsames Degradationsverhalten auf und wird deshalb als potentiell geeignetes Material für das Tissue Engineering von Bändern und Sehnen gesehen. Aus zellbiologischer Sicht konnte P(LA-CL) als Optimum herausgestellt werden. Es konnte im Rahmen der Arbeit gezeigt werden, dass die Sticktechnik im Vergleich zu anderen textilen Herstellungsverfahren, wie dem Stricken oder Flechten, einen großen Gestaltungsspielraum zur Entwicklung einer mechanisch und strukturell angepassten Scaffoldstruktur für das Tissue Engineering von Ligamentgewebe bietet. Die Sticktechnik ermöglichte somit die Kombination beider Fadenmaterialien in einem Gestick. Ober- und Unterfaden können zudem aus unterschiedlichen Materialklassen sowie –typen bestehen. Neben den mechanischen Eigenschaften wurden damit auch die Porosität der Scaffoldstruktur, das Abbauverhalten und die zellbiologischen Erfordernisse wesentlich beeinflusst. Die Strukturzonen Ligament, Knorpel und Knochen konnten nach dem Vorbild des nativen Gewebeübergangs durch unterschiedliche Stickmuster gestaltet werden. Die Umsetzung war ohne zusätzliche Prozessschritte oder Maschinenmodifikationen möglich. Bei der Gestaltung der Ligamentzone zeigte sich, dass der Stickparameter Duplizierverschiebung die mechanischen Kennwerte Steifigkeit und Toe-Region wesentlich beeinflusst. Weiterhin konnte ein gradueller Musterübergang von Ligament- zu Knochenzone gestaltet sowie eine temporäre Barriere aus kollagenen Materialien in das Scaffold integriert werden. Die Steifigkeit des bereits etablierten Stickmusters für die knöcherne Integration konnte durch eine additive Modifizierung auf das Sechsfache des Ausgangswertes gesteigert werden. Die beiden Methoden „Übereinandersticken“ und „Stapeln/Verriegeln“ zur Herstellung von 3D-Gesticken ermöglichten es sowohl homogene als auch graduelle Porengrößenverteilungen zu generieren. Die damit hergestellten Gesticke in lapinem und humanem Maßstab wurden zudem den mechanischen Ansprüchen nativer ACL durch das Nachempfinden des spezifischen Kraft-Dehnungsverhaltens gerecht. Die umfangreiche Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften konnte bei statischen und dynamischen Belastungszuständen realisiert werden, sodass durch die ermittelten Daten nicht nur Aussagen zum Versagensverhalten, sondern auch zu typischen alltäglichen Bewegungsvorgängen, wie Gehen oder Treppen steigen, getroffen werden können. Unter zyklischer Belastung wurden signifikante Unterschiede der Verlustarbeit zwischen den Gesticken und den lapinen ACL deutlich, die durch die Strukturbesonderheiten der Gesticke erklärt sowie durch eine passend gewählte Vorkonditionierung verringert werden können. Das Relaxationsverhalten der Gesticke war hingegen mit dem nativer ACL-Gewebe vergleichbar. Aufgrund der eingeschränkten mitotischen Aktivität des ACL-Gewebes wird mehrheitlich eine Gerüststruktur aus langsam degradierenden Materialien gefordert. Über einen Zeitraum von 168 Tagen wurde das hydrolytische Abbauverhalten untersucht. Die erzielten Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass eine ausreichende Stabilität der Scaffolds vorliegt. Auf dieser Grundlage wurde ein die Arbeit abschließender in vitro Versuch mit funktionalisierten und zellbesiedelten Gesticken über 28 Tage durchgeführt. Die Ausrichtung des Zellwachstums geschah dabei entlang der Fadenmaterialien und somit in die für das Gestick vorgesehene Belastungsrichtung. Es ist deshalb davon auszugehen, dass die entwickelte Stickmusterstruktur einen essentiellen Einfluss auf das Zellverhalten hat. Aus wissenschaftlicher Sicht wurde mit der Arbeit ein wesentlicher Beitrag zur Charakterisierung gestickter 3D-Strukturen, die als Scaffolds für Tissue Engineering Anwendungen im Bereich mechanisch stark belasteter Weichgewebe dienen könnten, geleistet. Die Ergebnisse bieten den Anreiz für fortführende Arbeiten in ersten in vivo Studien.

IntroduktionFrämre korsbandsskador (ACL-skador) leder till nedsatt knäfunktion och är en stor bidragande orsak till att de ACL-skadade slutar med sin idrott. Detta kan delvis förklaras av nya rörelsestrategiser som används för att minska belastning på den skadade knäleden. Få studier har dock undersökt fotisättningens betydelse för rörelsestrategier vid hopptester. Syftet med denna studie var att undersöka fotisättning vid enbenslängdhopp efter ACL-skada i jämförelse med elitatleter och kontroller. Sekundärt syfte var att undersöka samband mellan fotisättning och självskattad knäfunktion samt rörelserädsla. MetodStudipopulationen bestod av kvinnliga deltagare i åldrarna 17-34år (medel 22.8, SD 3.87) uppdelat i tre grupper, ACL-grupp (n=28), knäfriska elitatleter (n=19) samt knäfriska kontroller (n=19). Data bestod av kinematik för fotleden, knäleden och bålen under landningsfasen vid ett enbenslängdhopp samt svar från Tampa scale for kinesiophobia och Lysholm knee scoring scale. Rörelser registrerades med ett 3D-motion capture system med åtta kameror (Oqus 300, Qualisys AB, Göteborg, Sverige). Data processerades och kalkylerades med programvaran Qualisys Track Manager (v.2.2, Qualisys AB, Göteborg, Sverige) och Visual3D. ResultatStudien fann inga signifikanta skillnader mellan grupperna i fotisättningens gradantal (p=0.653). Däremot sågs en signifikant skillnad i frekvens av hälisättning, helfot eller framfot där användning av framfot som landningsstrategi var dominerande hos samtliga grupper (p<0.001). Ett signifikant samband fanns mellan längre hopplängd och en mer dorsalflekterad fotisättning. (p=0.005, r=0.327). Inget samband sågs mellan självskattad rörelserädsla/knäfunktion och fotisättning efter ett enbenslängdhopp. KonklusionStudien fann inga kompensatoriska rörelsestrategier hos personer med skadat ACL i jämförelse med elitatleter och kontroller med friska knän. Framfot var dominerande landningsstrategi hos alla grupper vid enbenslängdhopp med en tendens till mindre vinkel i plantarflexion hos ACL-skadade. Rörelserädsla och knäfunktion verkar inte påverka fotisättning vid enbenslängdhopp.

Bakgrund: Främre korsbandsskador är en av de vanligaste och svåraste skadorna inom damfotboll. Det finns stark evidens för att skadeförebyggande knäkontrollsträning förebygger främre korsbandsskador om följsamheten till träningen är hög. Syfte: Syftet med studien är att undersöka kvinnliga fotbollsspelares följsamhet till knäkontrollsträning och om det finns ett samband mellan följsamhet och self-efficacy, upplevda fördelar, upplevda hinder, yttre påminnelser, upplevd sårbarhet samt upplevd allvarlighetsgrad.  Metod: En kvantitativ ansats med en icke-experimentell tvärsnittsdesign har använts för att besvara studiens syfte och frågeställningar. Ett ändamålsenligt urval har tillämpats och data samlades in genom en webbenkät där 73 besvarade enkäter inkom. En deskriptiv frekvensanalys och Spearman’s rangkorrelation användes för att analysera resultatet. Resultat: 58,9% av deltagarna utförde knäkontrollsträning >2 ggr/veckan och följer rekommendationerna för knäkontrollsträning. Det fanns ett lågt samband mellan knäkontrollsträning och upplevda hinder, self-efficacy och yttre påminnelser. Mellan resterande variabler, divisioner och knäkontrollsträning förelåg inget signifikant samband.  Slutsatser: Resultatet tyder på en högre följsamhet till knäkontrollsträning än vad tidigare studier påvisat, dock anses följsamheten fortfarande vara för låg. Resultatet visar även på inget eller lågt samband mellan knäkontrollsträning och de centrala begreppen i HBM. Vidare forskning bör göras på ett större antal deltagare, män och ur andra beteendemedicinska perspektiv.

Objective: Anterior cruciate ligament (ACL) injuries are increasing in adolescents and increase the risk for early-onset knee osteoarthritis (OA). Biomarkers can be a non-invasive measure to assess physiological properties following knee injury or trauma. The objective of this thesis was to i) perform a systematic review to determine the most studied biomarkers of knee healing following ACL reconstruction (ACLR), and age of these patients, and ii) explore the feasibility of measuring these biomarkers in adolescents with ACL injuries. Design: Studies were included if i) participants underwent ACLR, and ii) at least one biomarker of healing was measured. Participant age, sample(s) collected, and biomarker(s) studied were recorded. Interleukin-6 (IL-6), c-terminal crosslinking telopeptide of type II collagen (CTX-II) and procollagen type II collagen propeptide (PIICP) were then measured using ELISA in adolescents prior to ACLR in urine (u) and synovial fluid (sf). Spearman’s Rho (rs) coefficients were calculated to determine the association between uCTX-II/sfCTX-II, and uIL-6/sfIL-6. A ratio of PIICP: CTX-II was calculated to represent the ratio of cartilage synthesis to degradation. Results: The review produced six studies evaluating healing following ACLR. IL-6 and CTX-II were the most studied (3/6 studies), and only one study included adolescents (age 19.6±4.5). Due to multiple undetectable biomarker levels, we could only report rs for uCTX-II/sfCTX-II (rs = -.200, p-value = .800, n=4). We also reported a ratio for sfPIICP: sfCTX-II (23.06 ±19.23). Conclusion: Exploring biomarkers in adolescents was motivated by their unique physiology due to puberty, and this was the first study to do so. The findings from this pilot study indicate that further analysis is required to determine optimal sample preparation. This will allow for reliable results while studying the feasibility of these biomarkers during ACLR recovery. This insight can ensure more informed decision making by clinicians clearing patients for return-to-activity.

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Osteoarthritis (OA) is a degenerative condition of articular cartilage that affects more than 25 million people in the US. Joint injuries, like anterior cruciate ligament (ACL) tears, can lead to OA due to a change in articular cartilage loading. Gait analysis combined with knee joint finite element modeling (FEM) has been used to predict the articular cartilage loading. To predict the change of articular cartilage loading during gait due to various ACL injuries, a tibiofemoral FEM was developed from magnetic resonance images (MRIs) of a 33 year male, with no prior history of knee injuries. The FEM was validated for maximum contact pressure and anterior tibial translation using cadaver knee studies. The FEM was used to model gait of knees with an intact ACL, anteromedial (AM) bundle injury, posterolateral (PL) bundle injury, complete ACL injury, AM deficiency, PL deficiency, complete ACL rupture, as well as a bone-patellar tendon-bone (BPTB) graft. Generally, the predicted maximum contact pressure and contact area increased for all the ACL injuries when compared to intact ACLs. While an increase in maximum contact pressure and contact area is an indication of an increased risk of the development of OA, the percent of increase was typically small suggesting that walking is a safe activity for individuals with ACL injuries.

Year 2019, football, rugby, netball and skiing had most occurring ACL injuries, listed by United Kingdom National Ligament Report (NLR). The standard procedure treatment of complete laceration of the ACL, is performed by tissue autograft implantation designed from a patellar tendon, for replacement of damaged tissue using orthopaedic surgery. The aim of this thesis is to design and fabricate an ACL graft, attempting to mimic the natural ACL, for the purpose of tissue reconstruction. The desired graft analogues exhibited properties imitating native connective tissue, reducing pain through drug delivery with great biocompatibility and enhance suture mechanical strength. Various biomaterials were implemented into this study, utilising strategies; polymer solution fabrication, electrospinning, hydrogel synthesis, mechanical braiding and graft assembly to fabricate an ACL graft. The polymeric material poly (E- caprolactone) (PCL) was researched, utilising its ability to fabricate scaffolds. Results showed, three analogue ACL grafts (Braided PCL-BP, Braided PCL + Hydrogel-BPH & Braided PCL + Sutures-BPS) created utilising the properties of braiding, hydrogels and sutures, ultimately improving the versatility of electrospinning for tissue engineering and reconstruction. Graft analogues were tested and compared against patellar tendons producing similar tensile properties. Poly vinyl alcohol (PVA) hydrogels successfully held ibuprofen, revealing drug delivery characteristics, polyester threads improved mechanical properties of electrospun grafts and dry degradation showed that PCL did not lose significant mass over two months. Conclusion, tensile strength of patella tendon was 395x, 790x & 56x of analogue grafts (BP, BPH & BPS) respectively, having potential for improvement of tensile parameters for ligament reconstruction.

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Bakgrund: Skada på främre korsbandet (ACL) är en av de vanligaste skadorna en fotbollsspelare kan drabbas av. Anatomi och fysiologi kan förklara varför kvinnor drabbas i högre grad än män. Vid tillämpning av knäkontroll har incidensen av korsbandsskador setts minska men följsamhet till programmet har setts vara låg. Motivation och följsamhet är viktigt för att vidmakthålla ett hälsorelaterat beteende och med hjälp av en fysioterapeuts kompetenser inom beteendemedicin kan förutsättningarna optimeras för att öka tillämpningen av knäkontrollsträning. Syfte: Undersöka upplevelser av vad som motiverar och hindrar kvinnliga fotbollsspelare till genomförande av knäkontrollsträning. Metod: En kvalitativ beskrivande design med semistrukturerad intervjuguide. Sju kvinnliga fotbollsspelare inom Damallsvenskan och division 1 inkluderades. Manifest innehållsanalys med en induktiv ansats användes. Resultat: 12 underkategorier uppdelade i fyra kategorier presenterades: Spelarens attityd till knäkontrollsträning, tid, kunskap för knäkontroll, förväntningar på effekter av knäkontroll. Slutsats: Uppsatsen påvisar att det finns flera psykosociala motivatorer och hinder för genomförande av knäkontrollsträning. Beteendemedicinsk tillämpning vid implementering av programmet kan optimera förutsättningarna för att fotbollsspelare ska utföra programmet.

L’objectif général du mémoire est de développer un protocole d’évaluation de l’impact d’une orthèse optimisée sur la biomécanique intra-articulaire afin de prévenir une re déchirure du LCA lors du retour au jeu. La rupture du ligament croisé antérieur (LCA) est l’une des blessures les plus fréquentes au genou. Une déchirure de LCA implique généralement à court terme une reconstruction chirurgicale suivie d’une réadaptation d’au moins 6 mois avant de considérer un retour au jeu. Dans la population pédiatrique, jusqu’à un patient sur quatre subira une rupture du greffon au moment du retour au jeu. Cela a un impact catastrophique chez les jeunes athlètes qui abandonnent souvent le sport et développent une gonarthrose à plus long terme. La littérature est contradictoire concernant la prescription et l’utilisation d’une orthèse fonctionnelle lors du retour au jeu pour prévenir la déchirure du greffon chez les athlètes à haut risque. Une orthèse optimisée pédiatrique de genou pourrait s’avérer une avenue innovante afin de réduire le taux de re-déchirures chez cette population à risque. Pour répondre à l’objectif général, deux objectifs spécifiques ont été déterminés: 1) Développer une revue systématique pour évaluer l’utilisation d’orthèses fonctionnelles lors du retour au jeu et leur efficacité dans la prévention des re blessures, 2) Évaluer l’effet du port d’une orthèse optimisée lors de la réalisation de mouvements athlétiques. Cet objectif s’articule suivant deux sous objectifs : 2.1 Mettre au point un protocole d’évaluation, 2.2 évaluer l’impact du port de l’orthèse sur l’alignement articulaire du genou. À cet effet, nous avons publié une revue systématique qui a permis de démontrer une tendance quant à l’effet préventif de l’utilisation d’une orthèse fonctionnelle lors du retour au jeu sur le taux de re-déchirures chez certaines populations, dont les adolescents de moins de 17 ans. Un protocole expérimental a été développé afin d’évaluer l’effet d’une orthèse pédiatrique optimisée du genou sur la biomécanique 3D lors de gestes sportifs. / The overall objective of the thesis is to develop a protocol to evaluate the impact of an optimized knee brace on intra-articular biomechanics to prevent ACL reinjury when returning to play. An anterior cruciate ligament (ACL) rupture is one of the most common knee injuries. An ACL tear usually involves short-term surgical reconstruction followed by at least six months of rehabilitation before considering a return to play. Nearly one in four patients will experience a graft rupture upon return to play. This injury has a catastrophic impact on young athletes who often drop out of sport and develop knee osteoarthritis in the longer term, thus disrupting their quality of life. The problem lies in the prevention of ACL injury when identifying patients at high risk. The prescription and use of a functional knee brace upon return to play to prevent graft tear in high-risk athletes is inconsistent in the literature. An optimized pediatric knee brace may be an innovative avenue to reduce the rate of re-tears in at-risk populations. In addition to the main objective, two more specific goals were determined to answer the general objective. First, the development of a systematic review to evaluate the effect of wearing an optimized knee brace when return to play and their effectiveness in preventing reinjury. Second, to evaluate the effect of wearing a knee brace when performing athletic movement. This objective is structures according to two sub-objectives: 2.1 Develop an evaluation protocol, 2.2 evaluate the impact of wearing the knee brace on the biomechanics of the knee. To address the research objectives, we have published a systematic review that demonstrated a trend in the preventive effect of the use of a knee brace when returning to play on the reinjury rate in certain populations, including adolescents (< 17 years old). An experimental protocol has been developed to evaluate the effect of an optimized pediatric knee orthosis on 3D biomechanics during sport movements.