Molekulare Traumatologie

Die Arbeitsgruppe Molekulare Traumatologie untersucht die molekularen und zellulären Grundlagen klinisch relevanter Fragestellungen in der muskuloskelettalen Chirurgie mit dem Schwerpunkt pharmakologisch verwertbare Signalereignisse.

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Traumatische Hirnverletzung und Frakturheilung

Osteoanabol

Denise Jahn, Paul Köhli, Ellen Otto, Dilara Kaya, Serafeim Tsitsilonis, Johannes Keller

Traumatische Hirnverletzungen (TBI) haben einen enormen Einfluss auf die Zellen von intakten und gebrochenen Knochen. Während der isolierte TBI den Knochen schwächt, zeigt er bei der Fraktur entgegengesetzte Folgen. Dort führt es zu einem erhöhten Kallusvolumen und einer früheren Überbrückung. Die Zusammensetzung der frühen extrazellulären Matrix sowie die Regulation der wichtigsten Signalwege ergeben ein Umfeld, das die Knochenheilung fördert. Dieses Projekt identifiziert Moleküle, die die Interaktion zwischen TBI und Fraktur vermitteln. Die Bewertung der osteogenen Wirkung dieser Targets wird ihre Eignung für pharmakologische Anwendungen zeigen.

Entzündungsreaktion

Ellen Otto, Serafeim Tsitsilonis, Johannes Keller

In jüngster Zeit deuten zunehmende Erkenntnisse auf eine wichtige Rolle des Immunsystems bei der Knochenregeneration hin. Da sowohl Frakturen als auch traumatische Hirnverletzungen (TBI) starke Immunantworten auslösen, kann das Verständnis des Zusammenspiels der jeweiligen Signalkaskaden helfen, das Phänomen der beschleunigten Frakturheilung nach TBI zu erklären. Dies wird direkt dazu beitragen, Therapeutika und Behandlungsmöglichkeiten nicht nur für die verzögerte oder beeinträchtigte Frakturheilung, sondern auch für Immunodysregulationen nach Multitraumata zu entwickeln. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Projekt darauf abzielt, die verletzungsabhängigen Immunantworten nach isolierten und kombinierten Traumata zu charakterisieren.

Metabolics

Paul Köhli, Serafeim Tsitsilonis, Johannes Keller

Veränderungen in der Energienutzung können eine Erklärung für das Phänomen der verbesserten Knochenheilung nach traumatischen Hirnverletzungen liefern, da metabolische Veränderungen nach TBI möglicherweise durch die egoistische Hirnhypothese erklärt werden: In Zeiten erhöhten Stresses erhöht das Gehirn den Energiebedarf und verändert Stoffwechselprozesse und Energiefluss im gesamten Organismus einschließlich des Knochengewebes. Darüber hinaus ist der energiereiche Bedarf in den ersten Tagen nach dem Polytrauma eine noch nicht erfolgreiche klinische Herausforderung. Daher zielt dieses Teilprojekt darauf ab, Veränderungen in Stoffwechselprozessen bei isolierten oder kombinierten Verletzungen zu charakterisieren.

Neurotransmitter

Dilara Kaya, Johannes Keller, Serafeim Tsitsilonis

Neben der peripheren Regulation des Knochenstoffwechsels wird auch eine zentrale Wirkung durch hypothalamische Neurotransmitter beobachtet. Diese Neurotransmitter werden in erster Linie durch Leptin reguliert und beeinflussen das sympathische Nervensystem und regulieren so die Knochenbildung. Mit unserem neuartigen Tierversuchsmodell, das traumatische Hirnverletzungen mit Frakturheilung kombiniert, wollen wir zeigen, dass Veränderungen dieser Neurotransmitter verletzungsabhängig mit dem Knochenstoffwechsel verbunden sind. Derzeit bereiten wir histologische Schnitte der hypothalamischen Hirnregion vor und färben sie immunhistochemisch mit Antikörpern gegen die Neurotransmitter Neuropeptid Y (NPY), Neuromedin U (NMU), Agouti-related protein (AgRP), Cocain and amphetamine regulated transcript (CART) und Proopiomelanocortin (POMC). Bei der Analyse der Signalintensität vergleichen wir deren Expression zwischen den verschiedenen Gruppen von Mäusen (Fraktur, traumatische Hirnverletzung und kombiniertes Trauma). Unser Ziel ist es, die veränderten Wege zu identifizieren, die an der Regulation des Knochenstoffwechsels und der Knochenregeneration während der TBI beteiligt sind.

Klinische Studie: morphologische und molekulare Reaktion

Frank Graef, Tobias Lindner, Johannes Keller, Serafeim Tsitsilonis

Das Phänomen der erhöhten Kallusbildung bei der Frakturheilung nach einer traumatischen Hirnverletzung (TBI) wurde erstmals im 19. Jahrhundert - vor mehr als 130 Jahren - beschrieben. Obwohl es seit langem bekannt ist, konnten die molekularen Mechanismen noch nicht identifiziert werden. Aus klinischer Sicht stellt es einen interessanten Ansatz dar, um pharmazeutische Wirkstoffe zur Verbesserung der Knochenheilung zu finden. In unserem klinischen Teil zur Erforschung dieses Themas führen wir eine prospektive klinische Studie durch, in der wir Patienten einbeziehen, die mit a) einer isolierten Schaftfraktur von langen Knochen, b) einer isolierten TBI oder c) der Kombination von Schaftfraktur und TBI nachweisen. Ausgehend von den Ergebnissen unserer Screening-Studie an Mäusen führen wir ELISA- und FACS-Analysen durch, um den Einfluss von TBI auf metabolische, immunologische und hormonelle Signalwege und letztlich seinen Einfluss auf die Frakturheilung zu verstehen.