Forschungslabor

Die Mitarbeiter der Klinik für Unfallchirurgie betreiben intensiv neben ihrer klinischen Tätigkeit auch klinische Forschung. In interdisziplinären Teams aus Ärzten und Wissenschaftlern werden sowohl klinische Studien wie auch Grundlagenforschung durchgeführt. Hierzu verfügt die Klinik für Unfallchirurgie über ein eigenes Forschungslabor: die Experimentelle Unfallchirurgie - Labor für muskulo-skelettales Trauma und regenerative Therapien. Schwerpunktmäßig werden folgende Themengebiete untersucht: Allograft-Transplantation, mesenchymale Stammzellen, Frakturheilung sowie Polytraumaforschung.

Forschungsbereiche

Allograft - Transplantation

Allograft - Transplantation: Natürlicher biologischer Gelenkersatz als Alternative zur Metallprothese

Die Allograft Transplantation ist eine biologische Option zum künstlichen Gelenk. Hierbei werden lebende Knorpel-Knochen-Konstrukte (z.B. das Knie oder das Sprunggelenk), die von einem genetisch fremden Gewebespender (z.B. Multiorganspender) stammen, in den Patienten transplantiert. Diese Methode wird in den USA schon seit 10 Jahren erfolgreich genutzt. Allerdings gab es in der Vergangenheit immer wieder größere Probleme, wie Abstoßungsreaktionen und ein nicht Anwachsen des Allografts an das Patientengelenk bis hin zum Absterben des Allografts. Die Vermeidung dieser Probleme ist Grundlage unserer aktuellen Forschung. Nähere klinische Informationen finden Sie unter BioKnee.

Stammzellforschung

Stammzellforschung: hBMSC-Bank

Humane mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark (hBMSCs) weisen spenderabhängig starke Unterschiede auf. Diese Unterschiede finden sich in der Differenzierbarkeit der Zellen in die adipogene (Fett), chondrogene (Knorpel) und osteogene (Knochen) Richtung, sowie im Selbsterneuerungspotential und der Proliferationsfähigkeit der hBMSCs.

In unseren aktuellen Forschungsansätzen versuchen wir herauszufinden, was die Ursache dieser Patienten-abhängigen Unterschiede ist. Werden die Eigenschaften der hBMSCs durch das Alter, das Geschlecht oder auch die Lebensweise und (Vor-)Erkrankungen des Patienten beeinflusst?

Dazu nutzen wir unsere hBMSC-Bank, die stetig erweitert wird. Die hBMSCs stammen von freiwilligen Spendern unserer Klinik, die nach ausführlicher Aufklärung in die Knochenmarkspende unter Anästhesie mittels Beckenkammpunktion während einer anstehenden Routineoperation eingewilligt haben. Die Zellen werden anschließend in unserem Labor unter standardisierten Bedingungen aufgereinigt und charakterisiert (Selbsterneuerungspotential (Colony-Forming Unit-Assay), Analyse von Oberflächenantigenen (FACS), Differenzierbarkeit in die adipogene, chondrogene und osteogene Richtung). Die Lagerung der hBMSCs in kryokonservierter Form erfolgt unter kontrollierten standardisierten Bedingungen in der Hannover Unified Biobank.

In einer Datenbank werden neben den vorher genannten hBMSC-Charakteristika differenzierte anonymisierte Spenderdaten erhoben. Hierzu gehören: Alter, Geschlecht, ASA-Score, Grund des Krankenhausaufenthaltes (ICD), differenzierte Begleiterkrankungsliste (ICD) und ein kleines prä-operatives Blutbild. Weiterhin werden Angaben zur Lebensweise, wie Raucherstatus, Alkoholkonsum, Ernährung, BMI und die sportliche Aktivität des Spenders dokumentiert.

Frakturheilungsforschung

Frakturheilungsforschung - Mechanismen der Frakturheilung

Eine Frakturheilungsstörung oder eine verzögerten Frakturheilung („delayed union“) liegt vor, wenn eine Fraktur nach vier Monaten nicht knöchern überbrückt ist. Findet auch nach sechs Monaten keine Frakturheilung statt, spricht man von einer Pseudarthrose („non-union“).

Hierbei sind die Gründe für eine verzögerte oder nicht stattfindende Frakturheilung vielfältig. Die häufigsten Gründe sind:

  • eine fehlende Gefäßversorgung, wodurch eine Knochennekrose entsteht,
  • eine nicht ausreichende Stabilisierung der Fraktur, wodurch eine zu große Beweglichkeit im Frakturspalt herrscht,
  • ein mangelnder Kontakt der Knochenfragmente
  • oder Komorbiditäten, wie Infektionen, Alter, Rauchen, Osteoporose, Steroideinnahme, Brandverletzungen oder ein Polytrauma.

Daher untersuchen wir in unserer Arbeitsgruppe die Ursache für Frakturheilungsstörungen und Pseudarthrosen im klinischen Kontext, sowie in Tiermodellen mit dem Ziel Frakturheilungsstörungen besser verstehen zu lernen, um Risikopatienten frühzeitig erkennen und neue Therapien entwickeln zu können.

Polytrauma und Schockforschung

Polytrauma und Schockforschung

In der Medizin bezeichnet man als Polytrauma mehrere, gleichzeitig entstandene Verletzungen verschiedener Körperregionen, von denen eine Verletzung oder deren Kombination lebensbedrohlich ist (Definition nach Prof. Dr. med. Harald Tscherne). Ein Polytrauma wird in Deutschland im Wesentlichen durch Verkehrsunfälle und durch Unfälle bei der Arbeit oder in der Freizeit verursacht. Schwerverletzte Patienten sind überwiegend männlich und im Durchschnitt ca. 40 Jahre alt.

An den durchschnittlichen Klinikaufenthalt von 3 Wochen schließt sich eine lange Phase der gesundheitlichen, sozialen und beruflichen Rehabilitation an, so dass eine vollständige Wiedereingliederung von Schwerverletzten durchschnittlich erst nach 49 Wochen erreicht ist.

Durch eine Verbesserung der präklinischen und klinischen Versorgung (z.B. Schockraumversorgung nach dem Advanced Trauma Life Support® [ATLS®]) von Schwerverletzten konnte in den letzten Jahrzehnten die Sterblichkeit um 60% gesenkt werden. Nichtsdestotrotz stellt das Polytrauma weiterhin die häufigste Todesursache unter 45 Jahren dar. Nach Angaben der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie (DGU) verstirbt jeder achte Schwerverletzte. Dementsprechend haben aus sozioökonomischer Sicht unfallbedingte Todesfälle eine höhere Relevanz als bösartige Neubildungen oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen, da sie mit einem größeren Verlust an Lebensjahren assoziiert sind. Etwa die Hälfte der versterbenden Patienten erliegt in den ersten 24 Stunden nach dem Unfall ihren Verletzungen infolge eines schweren Schädel-Hirn-Traumas oder unstillbarer Blutungen. Die restlichen 50% der Versterbenden erliegen im weiteren klinischen Verlauf einem Multiorganversagen oder einer generalisierten Infektion (Sepsis). Beiden Krankheitsbildern liegt eine komplexe Entzündungsreaktion des gesamten Organismus zu Grunde. Somit sucht unsere Forschungsgruppe nach Möglichkeiten, den klinischen Verlauf von Schwerverletzten positiv zu beeinflussen. Eine mögliche Beeinflussung der systemischen Entzündungsreaktion könnte in der aktiven Abkühlung (Hypothermie) und der Gabe Hormon-ähnlicher Substanzen beim Polytrauma bestehen. Zur Vorbereitung eines möglichen klinischen Einsatzes werden hierzu in unserer Forschungsgruppe aktuell verschiedene experimentelle Studien durchgeführt.

In weiteren klinischen Studien werden sämtliche Aspekte der Schwerverletztenversorgung von der Unfallstelle bis zur Rehabilitation untersucht. Beispiele hierfür sind Studien zur Identifizierung von Hochrisikopatienten nach Polytrauma. Diesbezüglich werden Erbgutanalysen zur Risikobeurteilung sowie Nachuntersuchungen von schwerverletzen Patienten mit Analyse der Lebensqualität über 10 Jahre nach Polytrauma durchgeführt.