Thesis (doctoral)--Köln, 1987.

Freiburg i. Br., Univ., Diss., 2009.

Zugl.: Bayreuth, Universiẗat, Diss., 2009.

Tübingen, Univ., Diss., 2002.

Hohenheim, Univ., Diss., 2008.

Hintergrund: Heterotope Ossifikation (HO) stellt, mit einer Inzidenz von bis zu 90 %, eine häufige Komplikation nach Hüfttotalendoprothetik dar. Für höhergradige HO mit klinischer Relevanz (schwere HO) wird eine Inzidenz von bis zu 20 % berichtet. Durch eine Prophylaxe, mit nichtsteroidalen Antirheumatika (NSAID) oder Strahlentherapie, kann die Inzidenz für schwere HO auf 1 bis 5 % gesenkt werden. Aus ökonomischen und logistischen Gesichtspunkten erfolgt bevorzugt eine Prophylaxe mit NSAID. Es liegen jedoch nur wenige Informationen zur Auswahl des Wirkstoffes, der Therapiedauer und der Dosierung vor. Methoden: Ziel war die Bewertung der Wirksamkeit und Sicherheit verschiedener Interventionen mit NSAID, für die primären Endpunkte schwere HO und unerwünschte Arzneimittelwirkung (UAW). Hierzu war eine systematische Übersichtsarbeit mit Netzwerk-Metaanalyse geplant. Es wurden 31 Studien mit 5128 Patienten eingeschlossen. Hieraus wurde ein Netzwerk aus 15 Knotenpunkten mit 44 Vergleichen erstellt. Die Studien wiesen eine ausgeprägte Heterogenität auf. Das Biasrisiko wurde häufig als unklar oder hoch bewertet. Eine Netzwerk-Metaanalyse konnte aufgrund der festgestellten Inkohärenz mit schwachen Verbindungen nicht durchgeführt werden. Es erfolgten ausschließlich Analysen der direkten Vergleiche. Ergebnisse: Die Analysen zeigten, dass bereits eine kurze Interventionsdauer (bis 7 Tage) mit geringer Tagesdosis einen signifikanten Effekt zur Prophylaxe vor schwerer HO, bei nicht erhöhtem Risiko für schwere UAW aufweist. Ein überlegener Wirkstoff konnte nicht identifiziert werden. Zusammenfassung: Die Evidenz dieser Dissertation wird als gering eingestuft, da aufgrund der spezifischeren Fragestellung als in den eingeschlossenen Studien, eine unzureichende Power bei den Analysen vorlag. Weitere qualitativ hochwertige RCT mit klinisch orientierter Fragestellung sind erforderlich, um die Frage nach einer optimalen Prophylaxe vor schwerer HO zu beantworten. / Background: Heterotopic ossification (HO) is a frequent complication after total hip arthroplasty by an incidence up to 90%. For high-grade HO with clinically relevance (severe HO) an incidence up to 20% has been reported. Non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID) administration or radiotherapy reduce the risk of severe HO to 1 to 5%. By economic and organizational reasons, prophylaxis with NSAIDs will be preferred. However, information about drug selection, duration of intervention and dosage are rare. Methods: We planned a systematic review with network meta-analysis, to evaluate the efficacy and safety of NSAID. Primary outcomes were severe HO and adverse drug reactions (ADRs). 31 studies with 5128 patients were included. We formed a network with 15 nodes based on 44 comparisons. The studies showed a pronounced heterogeneity and risk of bias was often rated as unclear or high. A network meta-analysis couldn´t be performed due to incoherence and weak connections. Only direct comparisons were analyzed. Results: An intervention with short duration (up to 7 days) and low daily dose is able to reduce the risk of severe HO significant, without an increased risk of severe ADRs. A superior drug couldn't be identified. Summary: The evidence for this dissertation is classified as low. The more specific questions of our analysis leads to an insufficient power our results than in the single studies. To answer the question of optimal prophylaxis against severe HO, further high-quality RCTs with clinically specificity questions are required.

Das Zytokin Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) gehört als Mitglied der Transforming Growth Factor ß-Superfamilie zu einer großen Gruppe eng verwandter Wachstums- und Differenzierungsfaktoren. Es spielt eine entscheidende Rolle bei Bildung und Regeneration von Knorpel und Knochen und während verschiedener Prozesse der embryonalen Entwicklung. Durch Sezernierung des Proteins und anschließende Diffusion in der extrazellulären Matrix (EZM) ausgehend vom Ort der Sekretion unterliegt sein Wirkungsgrad einem abnehmenden Konzentrationsgradienten. BMP-2 bindet neben der hochaffinen Bindung an seinen spezifischen Rezeptor unter anderem auch an die extrazelluläre Matrix. So konnte in Vorarbeiten bereits durch Deletion der basischen Heparinbindungsstelle des BMP-2, die sich im N-terminalen Bereich befindet, eine Wirkungsverstärkung des Proteins in einem in vitro- Experiment, dem Hühnergliedmaßentest, erreicht werden, da die konkurrierende Bindung an Heparinbindungsstellen der EZM wegfällt. Im Tiermodell konnte jedoch ein genau umgekehrter Effekt dieser Mutante im Vergleich mit dem Wildtyp gezeigt werden, da in vivo die Diffusion des Moleküls durch Bindung an die EZM begrenzt und es so lokal an seinem Wirkungsort konzentriert wird. Von diesen Vorbefunden ausgehend war das Ziel der Arbeit die Klonierung und Expression von Mutanten des BMP-2, bei denen durch schrittweise Modifizierung der Heparinbindungsstelle die Bindung des Proteins an Heparin und deren Einfluß auf die Rezeptorbindung charakterisiert werden sollte. Dazu wurden zwei Mutanten des BMP-2 mit Verdopplung eines bzw. beider basischer Aminosäuretripletts kloniert, da diesem basischen Bereich im N-Terminus die eigentliche Bindung an Heparin zugeschrieben wird. Nach Expression, Renaturierung und säulenchromatographischer Aufreinigung der Proteine konnte in dieser Arbeit in drei verschiedenen funktionellen in vitro-Tests eine abnehmende Wirkung der Mutanten gezeigt werden. Neben dem biophysikalischen Nachweis der apparenten Affinitäten der Mutanten zu Rezeptor und Matrix in Biacore-Messungen konnte die Änderung des Wirkungsgrades auch in einem Zellkulturassay mit einer Maus-Fibroblasten-Zellinie durch Messung der Alkalischen Phosphatase und im Hühnergliedmaßentest gezeigt werden. In in vivo Experimenten bleibt eine entsprechende zu erwartende Wirkungsverstärkung dieser beiden Mutanten nachzuweisen, die im Hinblick auf einen therapeutischen Einsatz bei gewünschtem Ersatz zerstörten Knochens relevant werden könnte. / Bone morphogenetic protein-2 is a cytokine belonging to the TGFß-superfamily. We performed a modification of its heparin binding site in order to investigate a possible correlation between the basic acids of the heparin binding site and the function of the protein in vitro.

Thesis (doctoral)--Freie Universiẗat, Berlin, 2008.

Zugl.: Berlin, Freie Univ., Diss., 2008

Adult human skeletal stem cells are considered to give rise to the bone marrow stromal compartment, including bone-forming osteoblasts and marrow adipocytes. Reduced osteogenesis and enhanced adipogenesis of these skeletal progenitors may contribute to the bone loss and marrow fat accumulation observed during aging and osteoporosis, the main disorder of bone remodeling. Concordantly, in vitro evidence indicates that adipogenic and osteogenic differentiation of human bone marrow stromal cells (hBMSCs) display an inverse relationship under numerous conditions. Hence, the identification of factors modulating inversely both differentiation pathways is of great therapeutic interest. Based on mRNA expression analysis of inversely regulated genes after switching differentiation conditions, our group had previously proposed that fibroblast growth factor 1 (FGF1) might play such a modulator role in hBMSC differentiation. The main aim of this work was, therefore, to investigate the role of FGF1 signaling in the adipogenic and osteogenic differentiation of hBMSCs using a three-dimensional (3D) culture system based on collagen type I hydrogels in order to better mimic the natural microenvironment. Adipogenic and osteogenic differentiation of hBMSCs embedded in collagen gels was successfully established. Treatment with recombinant human FGF1 (rhFGF1), as well as rhFGF2, throughout differentiation induction was found to exert a dose-dependent inhibitory effect on adipogenesis in hBMSCs. This inhibitory effect was found to be reversible and dependent on FGF receptors (FGFR) signaling, given that simultaneous pharmacological blockage of FGFRs rescued adipogenic differentiation. Additionally, matrix mineralization under osteogenic induction was also inhibited by rhFGF1 and rhFGF2 in a dose-dependent manner. A transient treatment with rhFGF1 and rhFGF2 during an expansion phase, however, enhanced proliferation of hBMSCs without affecting the differentiation capacity, although matrix mineralization under osteogenic conditions was hindered. Additionally, rhFGF1 and rhFGF2 treatments affected the matrix remodeling ability of hBMSCs, which displayed alterations in the cytoskeletal phenotype and the expression patterns of matrix metalloproteinases (MMPs) and tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs). On the other hand, inhibition of FGFR signaling throughout differentiation induction elicited a strong enhancement of matrix mineralization under osteogenic conditions but had no significant effect on adipocyte formation under adipogenic induction. IX In conclusion, FGF1 and FGF2 signaling was found to support the expansion of bone marrow stromal precursors with adipogenic and osteogenic capacities, to hinder adipogenic and osteogenic differentiation if continuously present during differentiation induction and to alter the matrix remodeling ability of hBMSCs within a 3D collagenous microenvironment. / Es wird angenommen, dass humane adulte skelettale Stammzellen das Knochenmarkstroma, einschliesslich der knochenbildenden Osteoblasten und den Knochenmark-Adipozyten bilden. Eine verringerte Osteogenese und eine erhöhte Adipogenese dieser skelettalen Vorläufer kann zu einem Knochenverlust und zu einer Verfettung des Knochenmarks beitragen, was während der Alterung und der Osteoporose, der Hauptstörung des Knochenumbaus, beobachtet wird. Übereinstimmend dazu konnte in einem in vitro Nachweis gezeigt werden, dass sich die adipogene und osteogene Differenzierung von humanen Knochenmarkstromazellen (hBMSCs) unter einer Vielzahl von Bedingungen invers verhält. Somit ist die Identifikation von Faktoren, welche beide Differenzierungssignalwege invers regulieren, von großem therapeutischem Interesse. Basierend auf mRNA Expressionsanalysen von Genen, die nach Änderung der Differenzierungsbedingungen invers reguliert wurden, hat unsere Gruppe bereits seit längerem angenommen, dass der Fibroblasten-Wachstumsfaktor 1 (FGF1) eine solche Regulatorfunktion in der hBMSC Differenzierung einnehmen könnte. Das Hauptziel dieser Arbeit war deshalb die Rolle der FGF1 Signalgebung in der adipogenen und osteogenen Differenzierung von hBMSCs zu untersuchen. Dies erfolgte unter Einsatz von einem dreidimensionalen (3D) Kultursystem basierend auf Kollagen-Typ I-Hydrogelen um die natürliche Mikroumgebung besser imitieren zu können. Die adipogene und osteogene Differenzierung von in Kollagengelen eingebetteten hBMSCs konnte erfolgreich etabliert werden. Die Behandlung mit rekombinantem humanen FGF1 (rhFGF1), sowie mit rhFGF2, während der Differenzierungsinduktion führte zu einem dosisabhängigen hemmenden Effekt auf die Adipogenese in den hBMSCs. Dieser inhibierende Effekt ist reversibel und abhängig von Signalgebung der FGF Rezeptoren (FGFRs), da die gleichzeitige pharmakologische Blockierung von FGFRs die adipogene Differenzierung wiederhergestellt hatte. Zusätzlich wurde auch die Matrixmineralisierung durch rhFGF1 und rhFGF2 Gabe während der osteogenen Induktion in dosisabhängiger Weise inhibiert. Eine vorrübergehende Behandlung mit rhFGF1 und rhFGF2 während der Expansionsphase jedoch erhöhte die Proliferation von hBMSCs ohne die Differenzierungskapazität zu beeinflussen, obwohl die Matrixmineralisierung unter osteogenen Bedingungen verhindert wurde. Zudem beinflussten die Behandlungen mit rhFGF1 und rhFGF2 die Fähigkeit von hBMSCs die Matrix umzubauen, was sich durch phänotypische Veränderungen des Zytoskeletts und in einem veränderten Expressionsmuster von Metalloproteinasen (MMPs) und Gewebeinhibitoren von Metalloproteinasen (TIMPs) zeigte. XI Andererseits löste die Inhibition der FGFR Signalgebung während der Differenzierungsinduktion eine deutliche Zunahme der Matrixmineralisierung unter osteogenen Bedingungen aus, zeigte aber keinen signifikanten Effekt auf die Bildung von Adipozyten bei adipogener Induktion. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die FGF1 und FGF2 Signalgebung die Expansion von Vorläufern des Knochenmarkstroma mit adipogenen und osteogenen Kapazitäten unterstützt, deren Differenzierung hemmt bei kontinuierlicher Gabe während der Differenzierungsinduktion gegeben wird und die Fähigkeit des Matrixumbaus von hBMSCs innerhalb einer kollagenen 3D Mikroumgebung verändert.