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Der Unfallchirurg

, Volume 111, Issue 2, pp 79–84 | Cite as

Lokalisation von TGF-β und PDGF und deren Bedeutung für die Pathogenese der Arthrofibrose

  • J. ZeichenEmail author
  • L. Haeder
  • M. Jagodzinski
  • P. Lobenhoffer
  • U. Bosch
  • J. Brand
Originalien

Zusammenfassung

Die Arthrofibrose, eine posttraumatische und postoperative exzessive Bindegewebsvermehrung, ist klinisch durch eine schmerzhafte Einschränkung der Gelenkbeweglichkeit charakterisiert. Im Rahmen immunpathologischer Prozesse kommt es dabei zu einer Proliferation von Fibroblasten mit vermehrter Synthese und in der Zusammensetzung veränderter extrazellulärer Matrix. Die Zytokine „Transforming Growth Factor β“ (TGF-β) und „Platelet Derived Growth Factor“ (PDGF) nehmen im Rahmen von Fibrosierungen eine Schlüsselfunktion ein. Sie stimulieren die Zellproliferation und regulieren die zelluläre Synthese- und Sekretionsaktivität von Matrixbestandteilen. Bei 7 Patienten (Alter 18–49 Jahre) mit symptomatischer Arthrofibrose untersuchten wir Gewebeproben histomorphologisch. Die Gewebeproben wurden im Mittel 14,3 Monate nach dem Trauma entnommen. Von allen Präparaten wurde eine HE-Färbung angefertigt. TGF-β und PDGF wurden immunhistochemisch mit einem entsprechenden monoklonalen und polyklonalen Antikörper dargestellt. Neben einer semiquantitativen Auswertung wurde der prozentuale Anteil von positiven Immunreaktionen beider Zytokine im Arthrofibrosegewebe nach Einscannen mittels eines Bildanalysesystems ausgewertet. Als Kontrollgewebe dienten Gewebeproben von 8 Patienten, bei denen das vordere Kreuzband ersetzt wurde, ohne pathologischen Befund am Synovialgewebe. Bei der Arthrofibrose fand sich im Vergleich mit dem Kontrollgewebe subsynovial eine starke Immunreaktion für TGF-β und PDGF. Vornehmlich um lymphoplasmozelluläre Infiltrate zeigten sich vermehrt positive Reaktionen für beide Zytokine. Die vermehrte Expression von TGF-β und PDGF sind für ein verbessertes Verständnis in der Pathogenese der primären Arthrofibrose von Bedeutung.

Schlüsselwörter

Arthrofibrose Zytokine Zellproliferation TGF-β PDGF Immunreaktion 

Localisation of TGF-β and PDGF and their relevance for the pathogenesis of arthrofibrosis

Abstract

Arthrofibrosis is a disabling complication after knee trauma and surgery and is characterised clinically by joint stiffness. Due to an immune response, the proliferation of fibroblasts and synthesis of extracellular matrix proteins are increased. The cytokines transforming growth factor β (TGF-β) and platelet-derived growth factor (PDGF) are critical players in tissue fibrosis, stimulating cell proliferation and the production of various extracellular matrix proteins. Tissue samples from the infrapatellar fat pad and intercondylar synovia of seven patients (age 18–49 years) suffering from arthrofibrosis were taken at surgery. The mean interval between trauma and arthrolysis was 14.3 months. All samples were stained with haematoxylin and eosin, and monoclonal and polyclonal antibodies were applied for immunohistological localisation of TGF-β and PDGF. The percentage of both cytokines was then analysed using an image analysis system. Tissue samples with no macroscopic pathology of the synovial tissue from eight patients for anterior cruciate ligament replacement served as controls. Immunostaining for TGF-β and PDGF was found to be increased in arthrofibrotic tissue. Both cytokines could be detected subsynovially around inflammatory cells. The profibrotic cytokines TGF-β and PDGF play an important role in the pathogenesis of arthrofibrosis. Both cytokines are key mediators of tissue fibrosis.

Keywords

Arthrofibrosis Cytokines TGF-β PDGF Cell proliferation Immune reaction 

Notes

Interessenkonflikt

Der korrespondierende Autor gibt an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Literatur

  1. 1.
    Allen JB, Manthey CL, Hand AR et al. (1990) Rapid onset synovial inflammation and hyperplasia induced by transforming growth factor beta. J Exp Med 171: 231–247PubMedCrossRefGoogle Scholar
  2. 2.
    Allen JT, Spiteri MA (2002) Growth factors in idiopathic pulmonary fibrosis: relative roles. Respir Res 3: 13PubMedCrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    Bienkowski RS, Gotkin MG (1995) Control of collagen deposition in mammalian lung. Proc Soc Exp Biol Med 209: 118–140PubMedGoogle Scholar
  4. 4.
    Blobe GC Schiemann WP, Lodish HF (2000) Role of transforming growth factor beta in human disease. N Engl J Med 342: 1350–1358PubMedCrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    Border WA, Nole NA (1994) Transforming growth factor beta in tissue fibrosis. N Engl J Med 331: 1286–1292PubMedCrossRefGoogle Scholar
  6. 6.
    Bosch U, Zeichen J, Lobenhoffer P et al. (1999) Ätiologie der Arthrofibrose. Arthroskopie 12: 215–221CrossRefGoogle Scholar
  7. 7.
    Bosch U, Zeichen J, Skutek M et al. (2001) Arthrofibrosis is the result of a T cell mediated immune response. Knee Surg Sports Traumatol 9: 282–289CrossRefGoogle Scholar
  8. 8.
    Duffy FJ, Seiler JG, Gelberman RH (1995) Growth factors and canine flexor tendon healing: initial studies in uninjured and repair models. J Hand Surg 20: 645–649CrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    Elford PR, Graeber M, Ohtsu H et al. (1992) Induction of swelling, synovial hyperplasia and cartilage proteoglycan loss upon intra-articular injection of transforming growth factor beta-2 in the rabbit. Cytokine 4: 232–238PubMedCrossRefGoogle Scholar
  10. 10.
    Fabisiak JP, Kelley J (1993) Plateled derived growth factor. In: Kelley J (ed) Cytokines of the lung. Marcel Dekker, New York, pp 3–39Google Scholar
  11. 11.
    Friedman SL, Arthur MJ (1989) Activation of cultured rat hepatic lipocytes by kupffer cell conditioned medium. Direct enhancement of matrix synthesis and stimulation of cell proliferation via induction of platelet-derived growth factor receptors. J Clin Invest 84: 1780–1785PubMedGoogle Scholar
  12. 12.
    Gauldie J, Sime PJ, Xing Z et al. (1999) Transforming growth factor-beta gene transfer to the lung induces myofibroblast presence and pulmonary fibrosis. Curr Top Pathol 93: 35–45PubMedGoogle Scholar
  13. 13.
    Giri SN, Hyde DM, Hollinger MA (1993) Effect of antibody to transforming growth factor beta on bleomycin induced accumulation of lung collagen in mice. Thorax 48: 959–966PubMedGoogle Scholar
  14. 14.
    Keane MP, Strieter RM (2002) The importance of balanced pro-inflammatory and anti-inflammatory mechanisms in diffuse lung disease. Respir Res 3: 5PubMedCrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    Knittel T, Saila B, Ramadori G (1998) Fibrogenese. Pathophysiologie und therapeutische Ansätze. Internist 39: 238–246PubMedCrossRefGoogle Scholar
  16. 16.
    Kolb M, Margetts PJ, Galt T et al. (2001) Transient transgene expression of decorin in the lung reduces the fibrotic response to bleomycin. Am J Respir Crit Care Med 163: 770–777PubMedGoogle Scholar
  17. 17.
    Kolb M, Schmidt M (2003) Die Bedeutung von Zytokinen und Wachstumsfaktoren bei fibrosierenden Lungenerkrankungen. Pneumologie 57: 91–97PubMedCrossRefGoogle Scholar
  18. 18.
    Kunkel SL (1995) Chemotactic cytokines: the chemokine family. In: Phan S (ed) Pulmonary fibrosis. Marcel Dekker, New York, pp 579–597Google Scholar
  19. 19.
    Lafyatis R, Remmers EF, Roberts AB et al. (1989) Anchorage-independent growth of synoviocytes from arthritic and normal joints: stimulation by exogenous platelet-derived growth factor and inhibition by transforming growth factor-beta and retinoids. J Clin Invest 83: 1267–1276PubMedCrossRefGoogle Scholar
  20. 20.
    Lafyatis R, Thompson NL, Remmers EF et al. (1989) Transforming growth factor-beta production by synovial tissues from rheumatoid patients and streptococcal cell wall arthritic rats: studies on secretion by synovial fibroblast-like cells and immunohistologic localization. J Immunol 143: 1142–1148PubMedGoogle Scholar
  21. 21.
    Lasky JA, Brody AR (2000) Interstitial fibrosis and growth factors. Environ Health Perspect 108 (Suppl 4): 751–762PubMedCrossRefGoogle Scholar
  22. 22.
    Letterio JJ, Roberts AB (1997) TGF-β: a critical modulator of immune cell function. Clin Immunol Immunopathol 84: 244–250PubMedCrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    Lobenhoffer P, Tausendfreund J, Zeichen J, Bosch U (1999) Operative Therapie der Arthrofibrose. Arthroskopie 12: 252–259CrossRefGoogle Scholar
  24. 24.
    Murakami S, Muneta T, Furuya K et al. (1995) Immunhistologic analysis of synovium in infrapatellar fat pad after anterior cruciate ligament surgery. Am J Sports Med 23: 763–768PubMedCrossRefGoogle Scholar
  25. 25.
    Mutsaers SE, Bishop JE, McGrouther G, Laurent GJ (1997) Mechanisms of tissue repair: from wound healing to fibrosis. Int J Biochem Cell Biol 29: 5–17PubMedCrossRefGoogle Scholar
  26. 26.
    O’Kane S, Ferguson MW (1997) Transforming growth factor beta and wound healing. Int J Biochem Cell Biol 29: 63–78CrossRefGoogle Scholar
  27. 27.
    Pierce GF, Tarpley JE, Tseng J (1995) Detection of platelet-derived growth factor (PDGF)-aain actively healing human wounds treated with recombinant PDGF-β and absence of PDGF in chronic nonhealing wounds. J Clin Invest 96: 1336–1350PubMedGoogle Scholar
  28. 28.
    Remick D (1995) Cytokines and pulmonary fibrosis. In: Pulmonary fibrosis. Dekker, New York, pp 599–626Google Scholar
  29. 29.
    Selman M, King TE, Pardo A (2001) Idiopathic pulmonary fibrosis: prevailing and evolving hypotheses about its pathogenesis and implications for therapy. Ann Intern Med 134: 136–151PubMedGoogle Scholar
  30. 30.
    Unterhauser FN, Bosch U, Zeichen J et al. (2001) Nachweis a-smooth-muscle Actin exprimierender Fibroblasten im Arthrofibrosegewebe des Kniegelenkes. Abstract-Bd., 66. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, Berlin, S 475–476Google Scholar
  31. 31.
    Yoshida M, Sakuma-Mochizuki J, Abe K et al. (1999) In vivo gene transfer of an extracellular domain of plateled-derived growth factor beta receptor by the HVJ-liposome method ameliorates bleomycin-induced pulmonary fibrosis. Biochem Biophys Res Commun 265: 503–508PubMedCrossRefGoogle Scholar
  32. 32.
    Ziesche R, Block LH (2000) Neuer Therapieansatz bei Lungenfibrose. Pneumologie 54: 431–433PubMedCrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer Medizin Verlag 2008

Authors and Affiliations

  • J. Zeichen
    • 1
  • L. Haeder
    • 2
  • M. Jagodzinski
    • 1
  • P. Lobenhoffer
    • 3
  • U. Bosch
    • 4
  • J. Brand
    • 5
  1. 1.Medizinische Hochschule HannoverUnfallchirurgische KlinikHannoverDeutschland
  2. 2.Klinik für Allgemein- und VisceralchirurgieHenriettenstiftung HannoverHannoverDeutschland
  3. 3.Klinik für Unfall- und WiederherstellungschirurgieHenriettenstiftung HannoverHannoverDeutschland
  4. 4.Zentrum für Orthopädische Chirurgie und SporttraumatologieINI HannoverHannoverDeutschland
  5. 5.Praxisklinik und Chirurgische PraxisUelzenDeutschland

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