Molekulare Unfallchirurgie

Die Arbeitsgruppe Molekulare Unfallchirurgie untersucht die molekularen und zellulären Grundlagen klinisch relevanter Fragestellungen in der muskuloskeletalen Chirurgie mit dem Schwerpunt auf pharmakologisch verwertbaren Signalereignissen.

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Schädel-Hirn-Trauma und Frakturheilung

Osteoanabol

Denise Jahn, Paul Köhli, Ellen Otto, Johannes Keller, Serafim Tsitsilonis,

Ein Schädel-Hirn-Trauma (SHT) hat einen enormen Einfluss auf die Zellen von intakten und gebrochenen Knochen. Während das isolierte SHT den intakten Knochen schwächt, zeigt es bei der Fraktur einen entgegengesetzten Effekt. Dort führt es zu einem erhöhten Kallusvolumen und einer früheren Überbrückung des Frakturspaltes. Die Zusammensetzung der extrazellulären Matrix sowie die Regulation der wichtigsten Signalwege ergeben ein Umfeld, das die Knochenheilung fördert. In diesem Projekt sollen die Moleküle identifiziert werden, die die Interaktion zwischen SHT und Fraktur vermitteln. Die genaue Untersuchung der osteogenen Wirkung dieser Targets soll ihre Eignung für pharmakologische Anwendungen zeigen.

Immunreaktion

Ellen Otto, Johannes Keller, Serafim Tsitsilonis

Es deuten zunehmende Erkenntnisse auf eine wichtige Rolle des Immunsystems bei der Knochenregeneration hin. Da sowohl Frakturen als auch ein Schädel-Hirn-Trauma (SHT) starke Immunantworten auslösen, kann das Verständnis des Zusammenspiels der jeweiligen Signalkaskaden helfen, das Phänomen der beschleunigten Frakturheilung nach SHT zu erklären. Dies kann dazu beitragen, Therapeutika und Behandlungsmöglichkeiten nicht nur für die verzögerte oder beeinträchtigte Frakturheilung, sondern auch für Immunodysregulationen nach Polytraumata zu entwickeln. Demzufolge möchten wir mit diesem  Projekt die verletzungsabhängigen Immunantworten nach isolierten und kombinierten Traumata charakterisieren.

Metabolics

Paul Köhli, Johannes Keller, Serafim Tsitsilonis

Veränderungen in der Energienutzung könnten eine Erklärung für das Phänomen der verbesserten Knochenheilung nach Schädel-Hirn-Trauma (SHT) liefern, da metabolische Veränderungen nach SHT möglicherweise durch die selfish-brain Hypothese erklärt werden: In Zeiten mit erhöhtem Stress steigert das Gehirn den Energiebedarf und verändert Stoffwechselprozesse und den Energiefluss im gesamten Organismus einschließlich des Knochengewebes. Darüber hinaus ist der hohe Energiebedarf in den ersten Tagen nach dem Polytrauma nach wie vor eine klinische Herausforderung. Daher ist das Ziel dieses Teilprojektes, Veränderungen in Stoffwechselprozessen bei isolierten oder kombinierten Verletzungen zu charakterisieren.

Neurotransmitter

Ellen Otto, Johannes Keller, Serafim 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 Schädel-Hirn-Trauma (SHT) und Fraktur kombiniert, wollen wir zeigen, dass Veränderungen dieser Neurotransmitter verletzungsabhängig mit dem Knochenstoffwechsel verbunden sind. Unser Ziel ist es, die veränderten Wege zu identifizieren, die an der Regulation des Knochenstoffwechsels und der Knochenregeneration durch das SHT beteiligt sind.

Klinische Studie: morphologische und molekulare Prozesse

Frank Graef, Lawik Revend, Svitlana Steingart, Quin Kuettner, Johannes Keller, Serafim Tsitsilonis

Das Phänomen der verstärkten Kallusbildung während der Frakturheilung durch ein Schädel-Hirn-Trauma (SHT) 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 a) eine isolierte Schaftfraktur eines langen Knochen, b) ein isoliertes SHT oder c) die Kombination von Schaftfraktur und SHT aufweisen. Ausgehend der Ergebnisse unserer Screening-Studie an Mäusen führen wir ELISA- und FACS-Analysen durch, um den Einfluss eines SHT auf metabolische, immunologische und hormonelle Signalwege und letztlich seinen Einfluss auf die Frakturheilung zu verstehen.