Noch immer gibt es trotz neuester medizinischer Operationstechniken Patienten, bei denen eine Fraktur zu einer verzögerten Heilung führt oder gar nicht heilt. Indizien häufen sich, dass das Immunsystem, seine Zellen und Zytokine eine wichtige Rolle im Prozess der Heilung einer Fraktur spielen könnten. In dieser Arbeit wurde der Einfluss des adaptiven Immunsystems auf die Fraktur-heilung untersucht. Dazu wurde der Heilungsverlauf in Wildtyp Mäusen mit RAG1-/- Mäusen, Mäusen ohne reife B- und T-Lymphozyten, verglichen. Histologische, immunhistologische sowie Mikroarray Analysen der verschiedenen Tierstämme lassen darauf schließen, dass T-Lymphozyten einerseits der Schlüssel für ein gutes Heilungsergebnis sind, andererseits ihr Fehlen maßgeblich zu einer Veränderung der Heilung führt. Diese resultierte darin, dass die Knorpelphase verkürzt war und eine ungeordnete Bildung von Geflechtknochen einsetzte. / Despite of advanced methods in trauma surgery some patients suffer from a delayed healing or a non-union one. There is more and more evidence that the immune system with its cells and mediators could play an important role in such healing situations. Hence this thesis investigated the role of the adaptive immune system in the process of fracture healing comparing healing in wildtype mice and RAG1-/- mice. RAG1-/- mice do not have mature B- and T-lymphocytes. Histological, immunohistological and microarry analyses of different mice strains reveal that T lymphocytes are the key cell for a normal healing outcome. Their absence leads to a different healing outcome with a diminished cartilage phase and an irregular distribution of woven bone in the whole callus region.

Knochengewebe besitzt die einzigartige Fähigkeit sich nach einem Bruch komplett zu regenerieren. Dennoch zeigen 10-15% der Patienten einen gestörten Heilungsverlauf. Das Immunsystem spielt eine entscheidende Rolle in der Frakturheilung. Im Rahmen der hier präsentierten Doktorarbeit wurde der Einfluss der CD4+ regulatorischen T-Zellen (Treg) auf die Knochenheilung untersucht. In einem Maus-Osteotomie-Modell wurde die zeitliche und räumliche Verteilung ausgewählter Immun- und Knochenzellen im osteotomierten Knochen untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass Immunzellen im gesamten Heilungsverlauf in der Frakturzone zu finden waren und oft eine direkte Kolokalisation mit den Knochenzellen aufwiesen. Diese Ergebnisse zeigen deutlich die starke Interaktion beider Systeme. Ein adaptiver Transfer muriner Treg vor Setzen der Osteotomie diente als immunmodulatorischer Ansatz zur Verbesserung des Frakturheilungsprozesses. Tiere mit einem unerfahrenen Immunsystem (SPF-Haltung) zeigten eine verbesserte Heilung nach Treg-Transfer. Mäuse mit einem erfahrenen Immunsystem (semi-sterile Haltung) zeigten einen kontroversen Heilungserfolg: eine Hälfte der Mäuse heilte signifikant besser und die andere Hälfte signifikant schlechter. Die Schlechtheiler zeigten eine höhere Ratio von CD8+ Effektoren zu Treg im Vergleich zu den Gutheilern. In einer darauffolgenden Proof-of-concept-Studie konnte gezeigt werden, dass eine prä-OP definierte Ratio von CD8+ Effektoren zu Treg mit dem Heilungserfolg nach Osteotomie korrelierte. Im Rahmen dieser Doktorarbeit konnte ein potentiell positiver Einfluss von CD4+ Treg auf den Frakturheilungsprozess bestätigt werden. Dennoch wurde auch der enorme Einfluss des prä-OP Immunstatus auf den Heilungserfolg deutlich. Für die Klinik ist es also im Rahmen einer Immuntherapie umso wichtiger Patienten-basierte Therapieformen zu entwickeln, bei denen der individuelle Immunstatus eines jeden Patienten vor Anwendung der Therapie berücksichtigt wird. / Bone tissue possesses the remarkable capacity to fully regenerate after injury. However, in 10-15% of patients, unsuccessful bone repair is still a present problem. Components of the adaptive immune system play an indispensable role in bone regeneration. The here presented PhD thesis focused on the interaction of CD4+ regulatory T cells (Treg) during fracture healing. In a murine osteotomy model, the spatiotemporal distribution of immune and bone cells was analyzed within the healing bone. Cells of the immune system were detectable throughout the whole healing cascade in the injured area und showed often a direct co-localization with bone cells. These results highlight the interconnectivity of immune and bone cells during regeneration. By adoptive transfer of murine CD4+ Treg prior to osteotomy, an immunomodulatory approach to improve bone healing was conducted. Mice possessing an unexperienced immune system (SPF housing) showed a consistent improved healing outcome after adoptive Treg transfer. However, mice with a more experienced immune system (semi-sterile housing) receiving an adoptive Treg transfer demonstrated a controversial healing outcome: half of the mice showed a significantly improved and the other half a significantly poorer healing outcome. In the mice with a poorer healing outcome, a higher ratio of CD8+ effector T cells and Treg was observed. In a following proof of concept study, a pre-osteotomy defined ratio of CD8+ effector T cells and Treg could predict the healing outcome after adoptive Treg transfer and osteotomy. A potential positive impact of Treg in bone repair was confirmed in this study. However, the tremendous impact of the environment and thereby of the immune status prior to immunomo-dulation was also clearly demonstrated. Hence, for the clinic, it is even more important to develop and to apply patient based immunomodulatory treatment approaches considering the individual immune status of each patient prior to treatment.