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Neustrukturierung der Forschungslandschaft im neuen Fach Orthopädie und Traumatologie am Beispiel einer Universitätsklinik
<p class="article-intro">Mit der Zusammenlegung der früheren Universitätskliniken für Orthopädie sowie Unfallchirurgie der Medizinischen Universität Wien mit 1. Jänner 2018 wurde ein Prozess der Optimierung von Synergien und Interaktionen in allen Bereichen zum Wohle der Patientenversorgung eingeleitet, der sich vor allem im Bereich der Forschung, aber auch der Lehre in effizienter Weise umsetzen hat lassen.</p>
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<p class="article-content"><p>Neben vertrauensbildenden Maßnahmen wie Klausuren sowie gemeinsamen Fortbildungsveranstaltungen und der daraus resultierenden Harmonisierung von Therapie und Projektansätzen, wurde durch die Abstimmung der regelmäßigen Forschungsbesprechungen ein Duktus etabliert, der die Generierung, Umsetzung und Finalisierung von Forschungsprojekten stimulieren und garantieren sollte. <br />Durch Überlappungen im klinischen Bereich und den dadurch bedingten Austausch einer breitgefächerten Expertise resultieren nicht nur Vorteile in der Versorgung von Patienten mit komplexen Krankheitsbildern, sondern auch die Etablierung gemeinsamer Forschungsziele und die Stimulation gemeinsamer Forschungsaktivitäten. <br />Ein Meilenstein in der Harmonisierung der Forschungslandschaft war die Etablierung von Forschungsclustern (Abb. 1), die eine Bündelung der Forschungsaktivitäten aus beiden Bereichen ermöglichten und zu einem sehr ausgeglichenen Anteil von beiden früheren Fächern wahrgenommen werden. Ausnahme hiervon sind supraspezialisierte Bereiche wie Tumororthopädie oder Polytraumaforschung, die weiterhin von den einzelnen Abteilungen betrieben werden. Ein großer Vorteil der Clusterbildung liegt, abgesehen von der personellen Bündelung der Forschungskräfte, vor allem in der Generierung höherer Fallzahlen, die insbesondere für die klinische Forschung sowie für die Akquisition von Gewebe für die Biobank von großer Relevanz sind. Die Cluster werden paritätisch von einem Koordinator/einer Koordinatorin sowie einem Stellvertreter/ einer Stellvertreterin geführt, die für die Abhaltung regelmäßiger Sitzungen zum Gedankenaustausch und die Koordination der Forschungsprojekte verantwortlich sind. Durch die systematische Dokumentation der Projekte in Bezug auf Beginn sowie Durchführung bis hin zur Publikation unter Berücksichtigung sämtlicher Ko-Autoren konnte erstmals das Gesamtausmaß der Forschungsaktivitäten mit über 400 laufenden Projekten dargestellt werden, von denen einige Highlights exemplarisch angeführt seien.</p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2020_Jatros_Ortho_2001_Weblinks_s44_abb1.jpg" alt="" width="780" height="890" /></p> <h2>Forschungscluster „Arthrose & Geweberegeneration“</h2> <p>Degenerative Erkrankungen und Traumata der Gelenke zählen zu den bedeutendsten Krankheitsbildern der Orthopädie und Unfallchirurgie. Im Rahmen des Forschungsclusters „Arthrose & Geweberegeneration“ werden derzeit mehrere klinische Studien zum Thema Knorpelregeneration durchgeführt. Beispielhaft ist dabei die Mitwirkung an einer internationalen Multicenter-Studie („FastTrack“-Studie) zu erwähnen, welche die klinische Anwendung des Biomaterials Hyalofast<sup>®</sup> (Annika Therapeutics, Inc.) in Kombination mit BMAC („bone marrow aspirate concentrate“) prospektiv randomisiert im Vergleich zur Mikrofrakturierung zur Behandlung von Knorpeldefekten des Kniegelenks untersucht. Zudem werden seit 2018 alle Patienten, an denen an der Universitätsklinik für Orthopädie und Unfallchirurgie ein knorpelchirurgischer Eingriff vorgenommen wird, in das Knorpelregister der DGOU (Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und Unfallchirurgie) eingeschlossen. Diese standardisierte Dokumentation ist ein wichtiger Beitrag zur Qualitätssicherung und erlaubt zukünftig optimierte wissenschaftliche Auswertungen. <br />Aus dem Bereich der Grundlagenforschung wurden kürzlich Ergebnisse veröffentlicht, welche erstmalig die Rolle von Galektin-1 und Galektin-3 (zwei Vertretern einer Familie von glykanbindenden Proteinen) in der Degeneration der Bandscheibe beschreiben.<sup>1</sup> Ergebnisse der Gruppe um Stefan Tögel legen dabei nahe, dass diese Galektine starke Entzündungsreaktionen und Matrixabbau im Knorpelgewebe hervorrufen, selbst allerdings von Entzündungsfaktoren unabhängige Trigger darstellen. Diese Erkenntnisse sollen in weiteren Schritten in Untersuchungen im Tiermodell und in klinische Studien einfließen, um die Anwendbarkeit der Galektine als Biomarker und therapeutische Targets der Arthrose zu überprüfen. <br />In einer weiteren rezenten Arbeit, welche zur Publikation im „American Journal of Sports Medicine“ angenommen wurde, wurden 12-Monats-Ergebnisse einer biologischen Knorpelregeneration im Großtiermodell (Schaf) präsentiert. Dabei zeigte sich, dass Frühstadien der Arthrose erfolgreich mittels matrixassistierter autologer Chondrozytentransplantation behandelt werden konnten und dass die Qualität des Regeneratknorpels besser was als jene in zellfreien Vergleichsgruppen.<sup>2</sup></p> <p><span style="text-decoration: underline;"><strong>Literatur: </strong></span></p> <p><strong>1</strong> Elshamly M et al.: Galectins-1 and -3 in human intervertebral disc degeneration: non-uniform distribution profiles and activation of disease markers involving NF-κB by galectin-1. J Orthop Res 2019; 37(10): 2204-16 <strong>2</strong> Schinhan M et al.: Biological regeneration of articular cartilage in a compartmentalized early stage of osteoarthritis: 12-month results. Am J Sports Med 2020, in press</p> <h2>Forschungscluster „Neuropathien“</h2> <p>Idiopathische Polyneuropathien treten gehäuft bei Patienten ab dem 50. Lebensjahr auf und gehen mit überwiegend distal betonten sensiblen und gelegentlich auch motorischen Ausfällen einher. Diese Late- Onset-Polyneuropathien haben eine starke hereditäre Komponente und verlaufen oft rasch progredient bis zur Gehunfähigkeit. Der Forschungscluster „Neuropathien“ verfügt über eine der größten Biobanken Europas an Neuropathiepatienten und untersucht damit die genetischen Ursachen dieser seltenen Krankheitsform. Arbeiten der Gruppe haben erstmalig ein neues Gen – die Membran-Metalloendopeptidase MME, welche das Enzym Neprilysin kodiert – identifiziert, welches ursächlich an der Pathogenese beteiligt sein könnte. So wurde im Rahmen einer internationalen Kooperation gezeigt, dass Mutationen im MME-Gen die bei Weitem häufigste Ursache spät beginnender hereditärer Polyneuropathien darstellen. Die reduzierte oder fehlende Produktion des Enzyms Neprilysin könnte dabei mögliche Ansatzpunkte für zukünftige ursächliche Therapien dieser Krankheit liefern. Für Patienten mit bisher noch ungeklärter Pathogenese sind weitere Untersuchungen im Laufen.</p> <p><span style="text-decoration: underline;"><strong>Literatur: </strong></span></p> <ul> <li>Auer-Grumbach M et al.: Rare variants in MME, encoding metalloprotease neprilysin, are linked to late-onset autosomal- dominant axonal polyneuropathies. Am J Human Genet 2016; 99(3): 607-223</li> <li>Senderek J et al.: Genetic causes explain a substantial proportion of axonal neuropathies in the middle aged and elderly. Neurology, in revision</li> </ul> <h2>Forschungscluster „Kinder“</h2> <p>Der Cluster umfasst Forschungsprojekte aus der Kinder- und Jugendorthopädie sowie aus der Kinder- und Jugendtraumatologie. In einer grundlagenwissenschaftlichen Studie des Clusters wurde das Potenzial mesenchymaler Vorläuferzellen aus der Wachstumsfuge genutzt, um eine dreidimensionale Gewebestruktur in vitro aufzubauen, welche der zonalen Organisation der extrazellulären Matrix (ECM) des nativen Gelenksknorpels entspricht. Dabei ist es mit zellbasierten 3D-Modellen gelungen, eine trizonale Organisation von Kollagenfasern in der neu gebildeten ECM nachzuweisen.<sup>1</sup> Dieses funktionelle Zellmodell soll künftig dazu dienen, die Mechanismen der hyalinen Knorpelreparatur zu erforschen, um im Rahmen von Tissue- Engineering die Entstehung von fibrösem Reparaturgewebe zu reduzieren.</p> <p><span style="text-decoration: underline;"><strong>Literatur: </strong></span></p> <p><strong>1</strong> Walzer SM et al.: A 3-dimensional in vitro model of zonally organized extracellular matrix. Cartilage 2019; [Epub ahead of print]</p> <h2>Forschungscluster „Infektionen“</h2> <p>Infektionskrankheiten des Knochens und der angrenzenden Weichteile sowie die Bildung bakterieller Biofilme auf Implantatoberflächen sind meist durch lange und komplizierte Verläufe gezennzeichnet. Die Erforschung, Standardisierung und Optimierung der Diagnostik und Therapie von muskuloskelettalen Infektionen ist das Hauptziel dieses Forschungclusters. <br />In einer rezenten Arbeit des Clusters wurde die Multiplex-PCR(mPCR)-Diagnostik der Synovialflüssigkeit von Patienten mit Verdacht auf periprothetische Infektionen mit der bakteriologischen Kultivierung verglichen. Dabei zeigte sich, dass vor allem bei periprothetischen Infektionen mit niedrigvirulenten Keimen wie Cutibakterium-Spezies eine zusätzliche mPCR die Diagnostik verbessert.<sup>1</sup> Bei vergleichbarer Sensitivität der beiden Methoden ist jedoch die stark verkürzte Dauer der mPCR (5 Stunden) gegenüber der mikrobiologischen Kultivierung (14 Tage) zu nennen.</p> <p><span style="text-decoration: underline;"><strong>Literatur: </strong></span></p> <p><strong>1</strong> Sigmund IK et al.: Performance of automated multiplex polymerase chain reaction (mPCR) using synovial fluid in the diagnosis of native joint septic arthritis in adults. Bone Joint J 2019; 101-B(3): 288-96</p> <h2>Rapid Prototyping und intraoperative Volumenbildgebung</h2> <p>„Rapid Prototyping und intraoperative Volumenbildgebung“ stellt eines der jüngsten Cluster der Forschungslandschaft der Klinik dar. Dieses stark interdisziplinäre Cluster hat sich aus dem FFGgeförderten Projekt M3dRES (Additive Manufacturing for Medical Research; Leiter: Francesco Moscato, Ewald Unger), entwickelt, welches darauf abzielt, verschiedene 3D-Druckverfahren in der Medizin zu etablieren. Der Cluster stellt eine Besonderheit dar, da es neben dem medizinisch- wissenschaftlichen Personal Ingenieure und Techniker gleichermaßen engagiert. Gestützt durch die technische Möglichkeit einer intraoperativen Computertomografie (Airo, BrainLab AG) arbeitet das Team an der Erstellung realer anatomischer Modelle für Lehre und Ausbildung, aber auch an prä- und intraoperativer Planung, Schnitt- und Führungsschablonen für komplexe Eingriffe (Abb. 2) und patientenspezifischen medizinischen Geräten. Die technischen Möglichkeiten umfassen mehrere Tausend verschiedene Werkstoffe, inklusive medizinisch zugelassener Werkstoffe, wie Titan und Biomaterialien, sowie Modelle im Submillimeterbereich bis zu ganzen Röhrenknochen. Das Cluster, koordiniert von Emir Benca, dem Leiter des „Adolf Lorenz Lab for Biomechanics“, verleiht somit der zweidimensionalen digitalen Medizin die dritte Dimension und ebnet den Weg zur patientenindividuellen Versorgung orthopädischer und unfallchirurgischer Patienten.</p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2020_Jatros_Ortho_2001_Weblinks_s44_abb2.jpg" alt="" width="650" height="432" /></p> <h2>Klinische Biomechanik</h2> <p>Orthopädie und Unfallchirurgie dringen wie kein anderes klinisches Fachgebiet in die Mechanik, die Lehre von Bewegungen und Kräften, ein. Dieser Schnittpunkt wird als Biomechanik bezeichnet und bildet den Forschungsschwerpunkt des Teams des „Adolf Lorenz Lab for Biomechanics“ (Leiter: Emir Benca), welches Implantate, Prothesen und Orthesen auf Primärstabilität und Dauerfestigkeit testet.<sup>1</sup> In Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe um Dieter Pahr an der TU Wien werden derzeit mehrere QCT-basierte Modelle entwickelt, welche die Simulation des biomechanischen Verhaltens von Knochen und Implantaten nicht invasiv ermitteln können. Initial sollen Patienten mit Knochenmetastasen davon profitieren. Derzeit können pathologische Frakturen anhand von klinischen Scores nur sehr unspezifisch vorhergesagt werden, wobei die meisten Patienten, welche eine prophylaktische Stabilisierung erhalten, gar nicht frakturgefährdet sind. Das entwickelte Simulationsmodell (Abb. 3) erlaubt die Berechnung der Belastbarkeit von metastasierenden Knochen und kann somit objektiv in der Wahl der optimalen Behandlungsmethode eingesetzt werden.<sup>2</sup> Diese erfolgreiche Kooperation wurde rezent für ihre Interdisziplinarität und die klinische Anwendbarkeit der Ergebnisse vom ViCEM (Vienna Center for Engineering in Medicine) mit dem „ViCEM Award for Best PhD Thesis in Engineering in Medicine“ gewürdigt.</p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2020_Jatros_Ortho_2001_Weblinks_s44_abb3.jpg" alt="" width="650" height="418" /></p> <p><span style="text-decoration: underline;"><strong>Literatur: </strong></span></p> <p><strong>1</strong> Benca E et al.: Biomechanical evaluation of different ankle orthoses in a simulated lateral ankle sprain in two different modes. Scand J Med Sci Sports 2019; 29(8): 1174-80 <strong>2</strong> Benca E et al.: QCT-based finite element prediction of pathologic fractures in proximal femora with metastatic lesions. Scientific Reports 2019; 9: 10305</p> <h2>Forschungscluster „Poly- und Schädelhirntrauma“</h2> <p>Akutes Lungenversagen (ARDS) ist bei Polytraumapatienten, insbesondere bei jenen mit begleitendem Thoraxtrauma, eine häufige Komplikation mit hoher Letalität und Morbidität. Doz. Negrin und sein Team haben es sich daher zum Ziel gesetzt, zur Entwicklung von Strategien, die das Entstehen von ARDS verhindern oder zumindest seine Ausprägung abschwächen können, beizutragen, indem sie die Erforschung von Biomarkern im Blut (als Basis einer personifizierten unfallchirurgischen Versorgung) in den Fokus ihrer wissenschaftlichen Tätigkeit stellten. Der erste Teil des Langzeitprojektes, der darauf ausgerichtet war, Biomarker in Hinblick auf die Identifizierung von Risikopatienten unmittelbar nach Krankenhausaufnahme aufzuspüren, wurde bereits erfolgreich abgeschlossen und die Ergebnisse wurden in mehreren renommierten Journals publiziert. Im zweiten Projektabschnitt, der gegenwärtig durchgeführt wird, werden Biomarkerspiegel im zeitlichen Verlauf von zwei Wochen erhoben, mit dem Ziel, inflammatorische und fibrinolytische Signalwege aufzuzeigen, die Hinweise auf eine potenzielle Therapie geben könnten. Die dritte und letzte Phase des Projekts wird der Suche nach einem Biomarker-Panel für einen Bedside-Test gewidmet sein, mit dem ARDS bei Polytraumapatienten zeitnah zu seiner Entwicklung diagnostiziert und gleichzeitig als „direkt“ oder „indirekt“ klassifiziert werden kann. Weitere Biomarkerprojekte zur Früherkennung anderer Komplikationen nach Polytrauma sowie zur Optimierung ihrer Behandlungsstrategien sind geplant.</p> <p><span style="text-decoration: underline;"><strong>Literatur: </strong></span></p> <ul> <li>Halát G et al.: IL-33 and its increased serum levels as an alarmin for imminent pulmonary complications in polytraumatized patients. World J Emerg Surg 2019; 14:36</li> <li>Negrin LL et al.: The impact of polytrauma on sRAGE levels: evidence and statistical analysis of temporal variations. World J Emerg Surg 2019; 14: 13</li> </ul></p>
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