Einleitung: Das Polytrauma ist eines der häufigsten Todesursachen bei jungen Erwachsenen. Frakturen der Extremitäten repräsentieren das dominierende Verletzungsmuster in diesem Kollektiv. Häufig sind polytraumatisierte Patienten durch einen hämorrhagischen Schock (HS) gefährdet. Extremitätenverletzungen und HS sind als Induktoren des Interleukin-6 (IL-6) bekannt und können zu einer überschießenden systemischen inflammatorischen Reaktion führen. IL-6 bindet normalerweise an seinen membrangebundenen Rezeptor (IL-6R), kann jedoch auch membranungebunden als löslicher IL-6R (sIL-6R) vorliegen und mit IL-6 den agonistischen IL-6/sIL-6-Komplex bilden. Der IL-6/sIL-6-Komplex kann am transmembranären Protein gp130 binden, welches ubiquitär auf den Zellen exprimiert wird. Somit kann das Spektrum der IL-6-Zytokinaktivität erheblich erweitert werden. Dieser Vorgang wird als Transsignaling bezeichnet. Trotz eines pathophysiologisch hochwahrscheinlichen Zusammenhangs zwischen dem Transsignaling und der Frakturheilung gibt es hierzu noch wenige Studien. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss des IL-6-Transsignaling-Mechanismus auf die Frakturheilung standardisiert anhand eines Mono-/ Polytrauma-Mausmodells mit in vivo Immunmodulation zu untersuchen. Methodik: 36 weibliche C57BL/6N Mäuse mit einer Femur- und Tibiafraktur wurden randomisiert auf sechs Interventionsgruppen aufgeteilt (I. Fraktur [Fx], II. Fx+sIL-6R-Applikation, III. Fx+sIL-6R-Ak Applikation, IV. Polytrauma [PT; Fx+HS], V. PT+sIL-6R-Applikation, VI. PT+sIL 6R-Ak-Applikation). Die Euthanasierung der Mäuse erfolgte am 21. postinterventionellen Tag. Anschließend erfolgte die µCT-gestützte Analyse der femoralen Frakturheilung (Parameter: BV, TV, BV/TV, Volumina für Kallus und Kortikalis) sowie die histologische Aufarbeitung mittels TRAP- und Osteocalcin-Färbung zur Quantifizierung der Osteoblasten und Osteoklasten. Ergebnisse: Im direkten Vergleich der Fraktur- und Polytraumagruppe zeigte sich in unserer Arbeit kein signifikanter Unterschied in der Frakturheilung (BV/TV, p=0,699). Beim alleinigen Trauma ohne HS führt eine Steigerung des Transsignaling-Mechanismus zu einer signifikanten Verbesserung der Frakturheilung (BV/TV, p=0,002; Kortikalis, p=0,026) in Konstellation mit einer signifikant geringeren Dichte an Osteoklasten (p=0,041). Eine Blockade ergab einen Trend hin zu einer Verschlechterung der Frakturheilung (TV, p=0,065), ebenfalls in Konstellation mit einer signifikant geringeren Dichte an Osteoklasten (p=0,004). Bei der PT-Gruppe mit HS hatte eine Steigerung des Transsignalings keine (BV/TV, p=0,394), jedoch die Blockung des Transsignaling-Mechanismus eine signifikant bessere (BV/TV, p=0,015) Frakturheilung und einen Trend (p=0,065) zu einer höheren osteoblastären Aktivität zur Folge. Schlussfolgerung: Wir konnten zeigen, dass der Transsignaling-Mechanismus in den Knochenheilungsprozess nach Mono-/ Polytrauma involviert ist. Ein Polytrauma war in unserer Studie nicht grundsätzlich mit einer beeinträchtigten Frakturheilung verbunden. Vielmehr ist das Ausmaß der Transsignaling-Aktivität für eine ungestörte Frakturheilung verantwortlich. Der Transsignaling-Mechanismus stellt ein potentielles Ziel für eine spezifische in vivo-Immunmodulation des Knochenheilungsprozesses dar.
Introduction: Polytrauma is one of the most common causes of death in young adults. Limb fractures represent the dominant pattern of injury in this population. Often, polytraumatised patients are at risk for hemorrhagic shock (HS). Limb injuries and HS are known to induce an interleukin-6 (IL-6) release and may lead to an overwhelming systemic inflammatory response. IL-6 normally binds to its membrane-bound receptor (IL 6R), but may also be membrane-unbound as soluble IL-6R (sIL-6R) to form the agonistic IL 6/sIL 6-complex. The IL-6/sIL-6-complex can bind to gp130, a trans-membrane protein which is ubiquitously expressed on cells and whereby IL-6 activity can be greatly expanded. This process is called transsignaling. Despite a pathophysiologically highly probable interaction between transsignaling and fracture healing, there are still few studies available. The aim of this work was to investigate the influence of the IL-6-transsignaling mechanism on fracture healing with a standardised murine mono-/ polytrauma model and in vivo immunomodulation. Method: 36 female C57BL/6N mice with a femur and tibial fracture were randomized to six groups with different interventions (I. fracture [Fx], II. Fx + sIL-6R, III. Fx + sIL 6R-Ab, IV. Polytrauma [PT; Fx + HS], V. PT + sIL 6R, VI. PT + sIL-6R-Ab), which were euthanized 21 days after intervention. Subsequently μCT-assisted analysis of the femoral bone healing (parameters: BV, TV, BV/TV, volumes for callus and cortex) and histological processing (TRAP, osteocalcin staining) for the quantification of osteoblasts and osteoclasts were performed. Results: Comparing the Fx and PT groups, there was no significant difference in fracture healing (BV/TV, p=0,699). In the case of a trauma without HS, an increase in the transsignaling mechanism leads to a significant improvement in fracture healing (BV/TV, p=0,002, cortex, p=0,026) combined with a significantly lower density of osteoclasts (p=0,041). A blockade showed a trend towards a worsening of fracture healing (TV, p=0,065) also combined with a significantly lower density of osteoclasts (p=0,004). In the PT group, boosting the transsignaling mechanism had no significant effect (BV/TV, p=0,394) however, a blockade resulted in significantly better fracture healing (BV/TV, p=0,015) and a trend toward higher osteoblast activity (p=0,065). Conclusion: We showed that the transsignaling is fundamentally involved in the bone healing process after mono-/ polytrauma. Furthermore, polytrauma is generally not associated with impaired fracture healing. Notably, the extent of transsignaling activity was responsible for undisturbed fracture healing. The transsignaling mechanism poses a potential target for specific in vivo immunomodulation of the bone healing process.
