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Erschienen in: Der Unfallchirurg 2/2007

01.02.2007 | Originalien

TGF-β1 als pathophysiologischer Faktor bei der Frakturheilung

verfasst von: Dr. G. Zimmermann, A. Moghaddam, M. Reumann, B. Wangler, L. Breier, A. Wentzensen, P. Henle, S. Weiss

Erschienen in: Die Unfallchirurgie | Ausgabe 2/2007

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Zusammenfassung

Ziel

TGF-β1 ist ein wichtiges lokales und systemisches regulatorisches Molekül bei der Frakturheilung. Verschiedene Autoren wiesen Unterschiede der systemischen Werte von TGF-β1 bei der Knochenheilung nach Kallusdistraktion und Osteotomien nach. Frühere Studien ergaben charakteristische Veränderungen beim Vergleich der physiologischen Werte von Wachstumsfaktoren während der normalen und der verzögerten Frakturheilung. Ziel dieser Studie war daher die Evaluation möglicher Unterschiede bei den Serumwerten von Patienten mit normaler und verzögerter Frakturheilung.

Methode

Patienten mit Schaftfrakturen eines langen Röhrenknochens wurden prospektiv rekrutiert. Ein Jahr lang wurden periphere Blutproben nach einem standardisierten Zeitplan entnommen. Am Ende des individuellen Untersuchungszeitraums wurden die TGF-β1-Werte bestimmt. Um ein homogenes Patientenkollektiv zu erhalten, wurden nur Patienten mit höchstens 2 Frakturen in die Studie aufgenommen. Nach Anpassung hinsichtlich 4 Kriterien wurden die Patienten mit normaler mit den Patienten mit verzögerter Frakturheilung verglichen. Von verzögerter Frakturheilung gingen wir aus, wenn 4 Monate nach Trauma keine Konsolidierung erfolgt war.

Ergebnisse

Während eines Jahres konnten in der prospektiven Studie 15 Patienten mit normaler und 15 mit verzögerter Frakturheilung verglichen werden. Die Bestimmung der absoluten Serumwerte ergaben in beiden Gruppen typischerweise einen Anstieg von TGF-β1 bis zu 2 Wochen nach Fraktur und anschließend einen Abfall bis zur 6. Woche nach Fraktur. Der Abfall der Serumkonzentration trat jedoch bei Patienten mit verzögerter Frakturheilung früher auf und bewirkte, dass 4 Wochen nach Trauma die Serumwerte von TGF-β1 in der Gruppe mit verzögerter Heilung signifikant niedriger waren (p=0,00006).

Fazit

Selbst an einer relativ kleinen Patientenzahl konnten wir einen signifikanten Unterschied der Serumkonzentrationen von TGF-β1 zwischen den untersuchten Gruppen zeigen. Sollten sich die Ergebnisse an einem größeren Kollektiv bestätigen, könnte sich das Zytokin TGF-β1 als prädiktiv für die Entstehung einer verzögerten Frakturheilung erweisen.
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Bab I, Gazit D, Muhlrad A, Shteyer A (1988) Regenerating bone marrow produces a potent growth-promoting activity to osteogenic cells. Endocrinology 123: 345–352PubMed Bab I, Gazit D, Muhlrad A, Shteyer A (1988) Regenerating bone marrow produces a potent growth-promoting activity to osteogenic cells. Endocrinology 123: 345–352PubMed
2.
Zurück zum Zitat Bonewald LF, Dallas SL (1994) Role of active and latent transforming growth factor beta in bone formation. J Cell Biochem 55: 350–357CrossRefPubMed Bonewald LF, Dallas SL (1994) Role of active and latent transforming growth factor beta in bone formation. J Cell Biochem 55: 350–357CrossRefPubMed
2a.
Zurück zum Zitat Chujo S, Shirasaki F et al. (2005) Connective tissue growth factor causes peristent proalpha 2 (I) collagen gene expression induced by transforming growth factor-beta in a mouse fibrosis model. J Cell Physiol 203(2): 447–456CrossRefPubMed Chujo S, Shirasaki F et al. (2005) Connective tissue growth factor causes peristent proalpha 2 (I) collagen gene expression induced by transforming growth factor-beta in a mouse fibrosis model. J Cell Physiol 203(2): 447–456CrossRefPubMed
3.
Zurück zum Zitat D’Angelo M, Billings PC, Pacifici M et al. (2001) Authentic matrix vesicles contain active metalloproteases (MMP). A role for matrix vesicle-associated MMP-13 in activation of transforming growth factor-beta. J Biol Chem 276: 11347–11353CrossRefPubMed D’Angelo M, Billings PC, Pacifici M et al. (2001) Authentic matrix vesicles contain active metalloproteases (MMP). A role for matrix vesicle-associated MMP-13 in activation of transforming growth factor-beta. J Biol Chem 276: 11347–11353CrossRefPubMed
4.
Zurück zum Zitat Einhorn TA (1998) The cell and molecular biology of fracture healing. Clin Orthopaed Rel Res 355S: 7–21CrossRef Einhorn TA (1998) The cell and molecular biology of fracture healing. Clin Orthopaed Rel Res 355S: 7–21CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Einhorn TA, Simon G, Devlin VJ et al. (1990) The osteogenic response to distant skeletal injury. J Bone Joint Surg Am 72: 1374–1378PubMed Einhorn TA, Simon G, Devlin VJ et al. (1990) The osteogenic response to distant skeletal injury. J Bone Joint Surg Am 72: 1374–1378PubMed
6.
Zurück zum Zitat Ferguson C, Alpern E, Miclau T, Helms JA (1999) Does adult fracture repair recapitulate embryonic skeletal formation? Mech Dev 87: 57–66CrossRefPubMed Ferguson C, Alpern E, Miclau T, Helms JA (1999) Does adult fracture repair recapitulate embryonic skeletal formation? Mech Dev 87: 57–66CrossRefPubMed
7.
Zurück zum Zitat Gazit D, Karmish M, Holzman L, Bab I (1990) Regenerating marrow induces systemic increase in osteo- and chondrogenesis. Endocrinology 126: 2607–2613PubMed Gazit D, Karmish M, Holzman L, Bab I (1990) Regenerating marrow induces systemic increase in osteo- and chondrogenesis. Endocrinology 126: 2607–2613PubMed
8.
Zurück zum Zitat Gazit D, Zilberman Y, Turgeman G et al. (1999) Recombinant TGF-beta1 stimulates bone marrow osteoprogenitor cell activity and bone matrix synthesis in osteopenic, old male mice. J Cell Biochem 73: 379–389CrossRefPubMed Gazit D, Zilberman Y, Turgeman G et al. (1999) Recombinant TGF-beta1 stimulates bone marrow osteoprogenitor cell activity and bone matrix synthesis in osteopenic, old male mice. J Cell Biochem 73: 379–389CrossRefPubMed
9.
Zurück zum Zitat Gerstenfeld LC, Cullinane DM, Barnes GL et al. (2003) Fracture healing as a post-natal developmental process: molecular, spatial, and temporal aspects of its regulation. J Cell Biochem 88: 873–884CrossRefPubMed Gerstenfeld LC, Cullinane DM, Barnes GL et al. (2003) Fracture healing as a post-natal developmental process: molecular, spatial, and temporal aspects of its regulation. J Cell Biochem 88: 873–884CrossRefPubMed
10.
Zurück zum Zitat Groeneveld EH, Burger EH (2000) Bone morphogenetic proteins in human bone regeneration. Eur J Endocrinol 142: 9–21CrossRefPubMed Groeneveld EH, Burger EH (2000) Bone morphogenetic proteins in human bone regeneration. Eur J Endocrinol 142: 9–21CrossRefPubMed
11.
Zurück zum Zitat Gustilo RB, Anderson JT (1976) Prevention of infection in the treatment of one thousand and twenty-five open fractures of long bones: retrospective and prospective analyses. J Bone Joint Surg Am 58: 453–458PubMed Gustilo RB, Anderson JT (1976) Prevention of infection in the treatment of one thousand and twenty-five open fractures of long bones: retrospective and prospective analyses. J Bone Joint Surg Am 58: 453–458PubMed
12.
Zurück zum Zitat Gustilo RB, Mendoza RM, Williams DN (1984) Problems in the management of type III (severe) open fractures: a new classification of type III open fractures. J Trauma 24: 742–746PubMed Gustilo RB, Mendoza RM, Williams DN (1984) Problems in the management of type III (severe) open fractures: a new classification of type III open fractures. J Trauma 24: 742–746PubMed
13.
Zurück zum Zitat He XB, Lu WZ, Tang KL et al. (2003) Effects of bone morphogenetic protein and transforming growth fractor-beta on biomechanical property for fracture healing in rabbit ulna. Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi 17: 185–188PubMed He XB, Lu WZ, Tang KL et al. (2003) Effects of bone morphogenetic protein and transforming growth fractor-beta on biomechanical property for fracture healing in rabbit ulna. Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi 17: 185–188PubMed
14.
Zurück zum Zitat Joyce ME, Roberts AB, Sporn MB, Bolander ME (1990) Transforming growth factor-beta and the initiation of chondrogenesis and osteogenesis in the rat femur. J Cell Biol 110: 2195–2207CrossRefPubMed Joyce ME, Roberts AB, Sporn MB, Bolander ME (1990) Transforming growth factor-beta and the initiation of chondrogenesis and osteogenesis in the rat femur. J Cell Biol 110: 2195–2207CrossRefPubMed
14a.
Zurück zum Zitat Kandziora F, Pflugmacher R, Scholz M et al. (2002) Comparison of BMP-2 and combined IGF-I/TGF-ss1 application in a sheep cervical spine fusion model. Eur Spine J 11(5). 482–493 Kandziora F, Pflugmacher R, Scholz M et al. (2002) Comparison of BMP-2 and combined IGF-I/TGF-ss1 application in a sheep cervical spine fusion model. Eur Spine J 11(5). 482–493
15.
Zurück zum Zitat Kaspar D, Neidlinger-Wilke C, Holbein O et al. (2003) Mitogens are increased in the systemic circulation during bone callus healing. J Orthop Res 21: 320–325CrossRefPubMed Kaspar D, Neidlinger-Wilke C, Holbein O et al. (2003) Mitogens are increased in the systemic circulation during bone callus healing. J Orthop Res 21: 320–325CrossRefPubMed
16.
Zurück zum Zitat Lammens J, Liu Z, Aerssens J et al. (1998) Distraction bone healing versus osteotomy healing: a comparative biochemical analysis. J Bone Miner Res 13: 279–286CrossRefPubMed Lammens J, Liu Z, Aerssens J et al. (1998) Distraction bone healing versus osteotomy healing: a comparative biochemical analysis. J Bone Miner Res 13: 279–286CrossRefPubMed
17.
Zurück zum Zitat Liu Z, Luyten FP, Lammens J, Dequeker J (1999) Molecular signaling in bone fracture healing and distraction osteogenesis. Histol Histopathol 14: 587–595PubMed Liu Z, Luyten FP, Lammens J, Dequeker J (1999) Molecular signaling in bone fracture healing and distraction osteogenesis. Histol Histopathol 14: 587–595PubMed
18.
Zurück zum Zitat Manolagas SC, Jilka RL (1995) Bone marrow, cytokines, and bone remodeling. Emerging insights into the pathophysiology of osteoporosis. N Engl J Med 332: 305–311CrossRefPubMed Manolagas SC, Jilka RL (1995) Bone marrow, cytokines, and bone remodeling. Emerging insights into the pathophysiology of osteoporosis. N Engl J Med 332: 305–311CrossRefPubMed
19.
Zurück zum Zitat Miyazono K (2000) Positive and negative regulation of TGF-beta signaling. J Cell Sci 113 ( Pt 7): 1101–1109PubMed Miyazono K (2000) Positive and negative regulation of TGF-beta signaling. J Cell Sci 113 ( Pt 7): 1101–1109PubMed
20.
Zurück zum Zitat Nunamaker DM (1998) Experimental models of fracture repair. Clin Orthopaed Rel Res 355S: 56–65CrossRef Nunamaker DM (1998) Experimental models of fracture repair. Clin Orthopaed Rel Res 355S: 56–65CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Nunamaker DM (1998) Experimental models of fracture repair. Clin Orthop Relat Res: S56–65CrossRef Nunamaker DM (1998) Experimental models of fracture repair. Clin Orthop Relat Res: S56–65CrossRef
22.
Zurück zum Zitat Park SH, O’Connor KM, McKellop H (2003) Interaction between active motion and exogenous transforming growth factor Beta during tibial fracture repair. J Orthop Trauma 17: 2–10CrossRefPubMed Park SH, O’Connor KM, McKellop H (2003) Interaction between active motion and exogenous transforming growth factor Beta during tibial fracture repair. J Orthop Trauma 17: 2–10CrossRefPubMed
23.
Zurück zum Zitat Rosier RN, O’Keefe RJ, Hicks DG (1998) The potential role of transforming growth factor beta in fracture healing. Clin Orthop Relat Res: S294–300CrossRef Rosier RN, O’Keefe RJ, Hicks DG (1998) The potential role of transforming growth factor beta in fracture healing. Clin Orthop Relat Res: S294–300CrossRef
23a.
Zurück zum Zitat Schmidmaier G, Herrmann S, Green J et al. (2006) Quantitative assessment of growth factors in reaming aspirate, iliac crest, and platelet preparation. Bone 39(5): 1156–1163CrossRefPubMed Schmidmaier G, Herrmann S, Green J et al. (2006) Quantitative assessment of growth factors in reaming aspirate, iliac crest, and platelet preparation. Bone 39(5): 1156–1163CrossRefPubMed
24.
Zurück zum Zitat Schmidmaier G, Wildemann B, Gabelein T et al. (2003) Synergistic effect of IGF-I and TGF-beta1 on fracture healing in rats: single versus combined application of IGF-I and TGF-beta1. Acta Orthop Scand 74: 604–610CrossRefPubMed Schmidmaier G, Wildemann B, Gabelein T et al. (2003) Synergistic effect of IGF-I and TGF-beta1 on fracture healing in rats: single versus combined application of IGF-I and TGF-beta1. Acta Orthop Scand 74: 604–610CrossRefPubMed
25.
Zurück zum Zitat Schmidmaier G, Wildemann B, Heeger J et al. (2002) Improvement of fracture healing by systemic administration of growth hormone and local application of insulin-like growth factor-1 and transforming growth factor-beta1. Bone 31: 165–172CrossRefPubMed Schmidmaier G, Wildemann B, Heeger J et al. (2002) Improvement of fracture healing by systemic administration of growth hormone and local application of insulin-like growth factor-1 and transforming growth factor-beta1. Bone 31: 165–172CrossRefPubMed
26.
Zurück zum Zitat Schmidmaier G, Wildemann B, Lubberstedt M et al. (2003) IGF-I and TGF-beta 1 incorporated in a poly(D,L-lactide) implant coating stimulates osteoblast differentiation and collagen-1 production but reduces osteoblast proliferation in cell culture. J Biomed Mater Res 65B: 157–162CrossRef Schmidmaier G, Wildemann B, Lubberstedt M et al. (2003) IGF-I and TGF-beta 1 incorporated in a poly(D,L-lactide) implant coating stimulates osteoblast differentiation and collagen-1 production but reduces osteoblast proliferation in cell culture. J Biomed Mater Res 65B: 157–162CrossRef
26a.
Zurück zum Zitat Terell TG, Working PK et al. (1993) Pathology of recombinant human transforming growth factor-beta 1 in rats and rabbits. Int Rev Exp Pathol 34 Pt B: 43–67 Terell TG, Working PK et al. (1993) Pathology of recombinant human transforming growth factor-beta 1 in rats and rabbits. Int Rev Exp Pathol 34 Pt B: 43–67
27.
Zurück zum Zitat Tieline L, Puolakkainen P, Pohjonen T et al. (2002) The effect of transforming growth factor-beta1, released from a bioabsorbable self-reinforced polylactide pin, on a bone defect. Biomaterials 23: 3817–3823CrossRefPubMed Tieline L, Puolakkainen P, Pohjonen T et al. (2002) The effect of transforming growth factor-beta1, released from a bioabsorbable self-reinforced polylactide pin, on a bone defect. Biomaterials 23: 3817–3823CrossRefPubMed
28.
Zurück zum Zitat Tielinen L, Manninen M, Puolakkainen P et al. (2001) Inability of transforming growth factor-beta 1, combined with a bioabsorbable polymer paste, to promote healing of bone defects in the rat distal femur. Arch Orthop Trauma Surg 121: 191–196CrossRefPubMed Tielinen L, Manninen M, Puolakkainen P et al. (2001) Inability of transforming growth factor-beta 1, combined with a bioabsorbable polymer paste, to promote healing of bone defects in the rat distal femur. Arch Orthop Trauma Surg 121: 191–196CrossRefPubMed
29.
Zurück zum Zitat Tscherne H, Oestern HJ (1982) Die Klassifizierung des Weichteilschadens bei offenen und geschlossenen Frakturen. H. z. Unfallheilk 85 Tscherne H, Oestern HJ (1982) Die Klassifizierung des Weichteilschadens bei offenen und geschlossenen Frakturen. H. z. Unfallheilk 85
30.
Zurück zum Zitat Vortkamp A, Pathi S, Peretti GM et al. (1998) Recapitulation of signals regulating embryonic bone formation during postnatal growth and in fracture repair. Mech Dev 71: 65–76CrossRefPubMed Vortkamp A, Pathi S, Peretti GM et al. (1998) Recapitulation of signals regulating embryonic bone formation during postnatal growth and in fracture repair. Mech Dev 71: 65–76CrossRefPubMed
31.
Zurück zum Zitat Wang Y, Middleton F, Horton JA et al. (2004) Microarray analysis of proliferative and hypertrophic growth plate zones identifies differentiation markers and signal pathways. Bone 35: 1273–1293CrossRefPubMed Wang Y, Middleton F, Horton JA et al. (2004) Microarray analysis of proliferative and hypertrophic growth plate zones identifies differentiation markers and signal pathways. Bone 35: 1273–1293CrossRefPubMed
32.
Zurück zum Zitat Weiss S, Baumgart R, Jochum M et al. (2002) Systemic regulation of distraction osteogenesis: a cascade of biochemical factors. J Bone Miner Res 17: 1280–1289CrossRefPubMed Weiss S, Baumgart R, Jochum M et al. (2002) Systemic regulation of distraction osteogenesis: a cascade of biochemical factors. J Bone Miner Res 17: 1280–1289CrossRefPubMed
33.
Zurück zum Zitat Zimmermann G, Henle P, Kusswetter M et al. (2005) TGF-beta1 as a marker of delayed fracture healing. Bone 36: 779–785CrossRefPubMed Zimmermann G, Henle P, Kusswetter M et al. (2005) TGF-beta1 as a marker of delayed fracture healing. Bone 36: 779–785CrossRefPubMed
Metadaten
Titel
TGF-β1 als pathophysiologischer Faktor bei der Frakturheilung
verfasst von
Dr. G. Zimmermann
A. Moghaddam
M. Reumann
B. Wangler
L. Breier
A. Wentzensen
P. Henle
S. Weiss
Publikationsdatum
01.02.2007
Verlag
Springer-Verlag
Erschienen in
Die Unfallchirurgie / Ausgabe 2/2007
Print ISSN: 2731-7021
Elektronische ISSN: 2731-703X
DOI
https://doi.org/10.1007/s00113-006-1199-x

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