Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zum Prozess der Ligamentisation und der Sehnendefektheilung beim Ersatz des vorderen Kreuzbandes im juvenilen Schafmodell

Fritz, Friederike

Tendons that are transplanted as graft adopt partially the characteristics of ligaments after reconstruction. In this study the phases of conversion in the so called process of ligamentization have been examined in an animal model by an accompanying histological investigation and a gene expression study. The aim of this study was to describe the process of ligamentization and tendon defect healing in a juvenile individual. As the incidence of anterior cruciate ligament rupture is increasing in children, the reconstruction as used in adults is discussed as method for adolescent with open physis. In a sheep model with 32 blackheaded mutton, four month old with open physis, we reconstructed the cranial cruciate ligament in an anatomical manner. After a period of 3, 6, 12 and 24 weeks after surgery 8 animals each were euthanised and 2 animals of each group were examined with the methods described within this study. Histologically the process of ligamentization in the graft could be seen in the same phases of necroses, revitalization and remodelling as reported for adult individuals. The tendon defect was healing reparatively, while foetal tendon tissue heals in a regenerative fashion. The hypothesis that the healing in juvenile sheep is progressed in comparison to an adult individual at a higher rate was supported. In a qRT-PCR based gene expression study expression of relevant growth factors (BMP2, FGF2, PDGFB, TGB2, VEGF), central matrix proteins (COL1A1, COL3A1), and the cytoskeleton protein alpha smooth muscle actin (ACTA2) was shown during ligamentization and tendon defect healing. Relative gene expression of the examined growth factors showed the highest activity of cells in the graft after 6 weeks and in the tendon defect 3 weeks after surgery. While the relative expression of ACTA2 did play a decisive role in the beginning of the process, COL3A1 has to be pointed out because of its very high relative expression, in particular in relation to a moderate expression of COL1A1 during the whole study period. The results of the gene expression study could partially be confirmed by electron microscopy and immunohistochemistry.

Werden Sehnen als Bandersatz transplantiert, nehmen sie nach einer Umbauphase teilweise die Eigenschaften des ersetzten Bandes an. Die während diesem als Ligamentisation bezeichnetem Prozess stattfindenden grundlegenden Veränderungen sollten im Rahmen dieser Studie im Tiermodell durch histologische Untersuchungen sowie eine Genexpressionsanalyse untersucht werden. Ziel dieser Arbeit war es, den Prozess der Ligamentisation und Sehnendefektheilung im juvenilen Individuum darzustellen. Auf Grund der steigenden Inzidenz der kindlichen Kreuzbandrupturen wird eine Übertragung der Verfahren zum Ersatz des vorderen Kreuzbandes, wie sie bei Erwachsenen durchgeführt werden, auch für Kinder mit offenen Epiphysenfugen diskutiert. Daher wurde im Schafmodell bei 32 vier Monate alten Schwarzköpfigen Fleischschafen mit offenen Epiphysenfugen ein anatomischer Kreuzbandersatz vorgenommen. Nach einem Zeitraum von 3, 6, 12 und 24 Wochen post operationem wurden jeweils 8 Tiere euthanasiert, wovon jeweils 2 Tiere für die in dieser Studie beschriebenen Verlaufsuntersuchungen eingesetzt worden sind. Im Transplantat konnte histologisch derselbe Prozess der Ligamentisation, mit den Phasen Nekrose, Revitalisierung und Remodellierung, wie zuvor im adulten Individuum beobachtet werden. In der Sehnendefektheilung bestand durch die reparative Heilung ein klarer Unterschied zur regenerativen Heilung in fetalem Sehnengewebe. Im Vergleich zu Studien im adulten Tiermodell ging der Prozess der Ligamentisation insgesamt wesentlich schneller vonstatten. Durch qRT-PCR assays konnte eine Expression von relevanten Wachstumsfaktoren (BMP2, FGF2, PDGFB, TGFB2, VEGF), zentralen Matrixproteinen (COL1A1, COL3A1) und des zytoskelettalen Protein alpha smooth muscle actin (ACTA2) während der Ligamentisation im Transplantat sowie der Sehnendefektheilung nachgewiesen werden. Dabei wurde insgesamt die stärkste Aktivität der Zellen durch die relativ erhöhte Expression der untersuchten Wachstumsfaktoren im Transplantat 6 Wochen und im Sehnendefekt 3 Wochen post operationem beobachtet. Während die ACTA2 Expression zu Beginn des Prozesses relativ am höchsten lag, konnte insbesondere eine besonders stark erhöhte COL3A1 Expression im Gegensatz zur relativ geringen Expressionssteigerung von COL1A1 über den gesamten Verlauf der Studie nachgewiesen werden. Die Hinweise der Expressionsanalyse konnten durch elektronenmikroskopische und immunhistochemische Untersuchungen teilweise bestätigt werden.

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Fritz, Friederike: Untersuchungen zum Prozess der Ligamentisation und der Sehnendefektheilung beim Ersatz des vorderen Kreuzbandes im juvenilen Schafmodell. Hannover 2006. Tierärztliche Hochschule.

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