Zeitschrift für Stammzellforschung und -therapie

Abstrakt

Eine klinische Studie über zirkulierende zelluläre und humorale Biomarker, die an der Knochenregeneration nach traumatischen Verletzungen beteiligt sind

Hans Gottlieb, Tobias W. Klausen, Martin Boegsted, Bo S. Olsen, Gunnar S. Lausten, Jens Kastrup, Julia S. Johansen, Mette Nyegaard, Karen Dybkaer und Hans E. Johnsen

Hintergrund: Die Frakturheilung umfasst die Bildung von Knorpel, Blutgefäßen und Knochen, was zirkulierende Progenitorzellen, Zytokine und Wachstumsfaktoren in einer komplexen Homöostase der Geweberegeneration einschließt. Hier beschreiben wir eine klinische Studie über zirkulierende zelluläre und humorale Variablen durch einen zeitabhängigen multiparametrischen Ansatz nach traumatischen Verletzungen. Materialien und Methoden: Zwei prospektive Kohorten von 50 Patienten mit Knöchel- oder Hüftfrakturen (Kohorte 1) oder geplanten Hüftgelenkersatzoperationen (Kohorte 2) wurden untersucht, ebenso wie altersentsprechende gesunde Kontrollpersonen. Blutproben wurden rechtzeitig während der posttraumatischen Phase gesammelt und auf i) nicht-hämatopoetische (CD45neg) mesenchymale Subsets mittels multiparametrischer Durchflusszytometrie ( MFC), ii) globales Genexpressionsprofiling (GEP) mittels Mikroarray und iii) Serum-Entzündungsmarker einschließlich des Wachstumsfaktors YKL-40 mittels Immunassays (ELISA) analysiert. Es wurden integrierte Analysen durchgeführt, um zelluläre und humorale Muster mit potenzieller Auswirkung auf die Geweberegeneration zu identifizieren. Ergebnisse: Posttraumatische Konzentrationen zirkulierender weißer Blutkörperchen, unreifer Progenitorsubsets und Thrombozyten sowie YKL-40, IL-6 und CRP variierten biphasisch und korrelierten mit der Art des Traumas. Analytische MFC identifizierte zwei kleinere CD45neg-Blutkompartimente, die gleichzeitig unterschiedliche Konzentrationen von CD105, CD133, CD73, VEGF-R, CD144 bzw. CD31, CD34, CD166, CXCR4 exprimierten, was die Annahme stützt, dass mesenchymale Subsets an der Frakturheilung beteiligt sind. Eine Analyse mittels Microarray identifizierte posttraumatische signifikante Veränderungen in der Genexpression spezifischer Gene mit bekannter Beziehung zu Entzündung, Knochenregeneration und Angiogenese in zirkulierenden mononukleären Zellen (MNC). Die ELISA-Quantifizierung von YKL-40 ergab posttraumatische Veränderungen, die bei Hüfttraumata höher waren als bei Patienten mit Knöchelfrakturen (MNC: p=0,0006; YKL-40: p=0,0004). YKL-40 korrelierte auch mit der Art des Knochentraumas, das in unterschiedlichem Ausmaß bei Patienten mit geplantem chirurgischem Hüftgelenkersatz und traumatischen Hüftfrakturen dokumentiert wurde (p=0,005). Schlussfolgerungen: Die vorliegende Studie beschreibt eine posttraumatische zeitabhängige zelluläre und humorale Reaktion nach geplantem Hüftgelenkersatz, Knöchel- und Hüftfrakturen. Die Daten identifizieren und zählen potenzielle mesenchymale Vorläuferzellen auf, die eine regenerative Rolle spielen. Schließlich dokumentierte die Analyse eine Korrelation zwischen dem Wachstumsfaktor YKL-40 und Knochentraumata, die ihn von IL-6 und CRP trennt. Diese Beobachtungen können zur zukünftigen Identifizierung, Isolierung und Charakterisierung zirkulierender Zellen mit Auswirkungen auf die Knochenregeneration verwendet werden.