Forschung

Herzlich Willkommen auf der Webseite der Forschungsabteilung des Zentrums für Orthopädie, Unfallchirurgie und Rehabilitationsmedizin.

In unserer Forschungsabteilung arbeiten wir an klinisch-orthopädisch relevanten Fragestellungen mit Bezug zu modernen Ansätzen der konservativen und chirurgischen Therapie von Erkrankungen des Bewegungsapparates. Dabei agieren wir innerhalb eines nationalen und internationalen Netzwerkes von Naturwissenschaftler*innen, Ingenieur*innen und Ärzte*innen. Der Schwerpunkt unserer Forschungsarbeit ist die Untersuchung entzündlicher Veränderungen verschiedener periprothetischer Gewebe, die Untersuchung und Weiterentwicklung orthopädischer Implantatmaterialien und die Anwendung komplexer humaner in vitro Modelle des muskuloskelettalen Systems.

Periprothetische Gelenkinfektionen

In sehr seltenen Fällen kommt es in der Endoprothetik zu Entzündungen von periprothetischen Geweben, die durch Infektionen mit Bakterien ausgelöst werden. Diese Infektionen können persistierend sein, da sich ein stabiler bakterieller Biofilm auf den Implantatoberflächen bildet. Bakterielle Infektionen erfordern deshalb meist eine Implantatrevision und eine hochdosierte und langfristige Antibiotikatherapie. Die eindeutige Diagnose der akuten bakteriellen periprothetischen Infektion kann häufig erst im postoperativen Verlauf nach mikrobiologischer und histopathologischer Untersuchung von periprothetischen Geweben gestellt werden. Deshalb entwickeln wir in unserem Forschungslabor Konzepte zur früheren Diagnostik von periprothetischen Infektionen. Weiterhin forschen wir an Konzepten, welche die Häufigkeit von frühen periprothetischen Infektionen zukünftig noch weiter reduzieren sollen. So untersuchen wir im Rahmen einer klinischen Studie den Immunstatus und die Antikörperantwort von Patienten*innen im Verlauf der Infekttherapie. Die genannten Konzepte sollen zukünftig u.a. dabei helfen, Antibiotikatherapien in Abhängigkeit vom individuellen Keimstatus hinsichtlich der Dosierung und Therapiedauer optimal anzupassen.

Orthopädische Implantatmaterialien

Neben keiminduzierten periprothetischen Entzündungen kann es in der Endoprothetik in sehr seltenen Fällen auch zu aseptischen periprothetischen Entzündungen kommen. Diese können durch die Freisetzung von partikulären und gelösten Abrieb- und Korrosionsprodukten aus metallischen Implantatkomponenten induziert werden. Die Ausprägung dieser Entzündungsreaktion hängt dabei stark vom individuellen Expositionsszenario ab. Deshalb ist es uns wichtig, lokal freigesetzte Degradationsprodukte hinsichtlich ihrer physikochemischen Eigenschaften zu charakterisieren und die lokale Expositionshöhe zu quantifizieren. Diese Analysen helfen dabei, die klinisch relevanten Degradationsprodukte zu identifizieren und Anhand von ex vivo Untersuchungen der periprothetischen Gewebe oder mechanistischen in vitro Studien die assoziierten Immunreaktionen besser zu verstehen. Weiterhin werden an unserem Revisionszentrum die systemischen Spiegel aller Endoprothetik-relevanten Metalle analysiert. Mit den gewonnenen Daten möchten wir dazu beitragen, Grenzwerte für systemische Metallspiegel festzulegen, um diagnostische Möglichkeiten zu etablieren, welche bei der Indikationsstellung für eine Revisionsoperation unterstützen. Ein weiteres Ziel unserer Arbeit ist es, metallische Implantatmaterialien hinsichtlich ihrer Oberflächenbeschaffenheit zu optimieren. Diese Modifikationen sollen eine lokale Metallfreisetzung minimieren und damit eine noch bessere Bioverträglichkeit und Langlebigkeit der Implantate ermöglichen.


Humane in vitro Modelle

Weiterhin führen wir in unserem Labor experimentelle Untersuchungen funktioneller Konsequenzen für Zellen des Bewegungsapparates bei septischen und aseptischen periprothetischen Entzündungsprozessen durch. Hierzu entwickeln wir in vitro Modelle auf der Basis von primären humanen Zellen, welche aus humanem Knochen, Knochenmark, Knorpel, Sehne und Muskel isoliert werden. In unserem Labor stehen uns Standardmethoden zur Bestimmung der zellulären Funktionalität wie beispielsweise das Differenzierungs- und Migrationspotential zur Verfügung. Das übergeordnete Ziel ist die Anwendung und Weiterentwicklung der in vitro Methoden im Kontext klinisch relevanter Fragestellungen, wie die Untersuchung der Einflüsse von Implantatmaterialien, Materialdegradationsprodukten, oder einem entzündlichen periprothetischem Milieu auf die zelluläre Funktionalität und Viabilität. Wir möchten zellbasierte in vitro Modelle weiterentwickeln, damit sie zukünftig eine noch aussagekräftigere präklinische Testung von Implantatmaterialien ermöglichen und damit die Patientensicherheit in der Endoprothetik weiter verbessern.