Ein biomolekularer Marker der Osteoarthritis des Kniegelenks

Fragestellung: Die Identifizierung von biomolekularen Markern der Osteoarthritis ist das wesentlichste aktuelle Ziel der internationalen Osteoarthritisforschung. Tiermodelle sind geeignet zur genaueren Charakterisierung der Osteoarthritis, speziell auch um den Nutzen biomolekularer Marker zu testen. Sowohl im Modell der kompletten medialen Meniskektomie wie auch der vorderen Kreuzbanddurchtrennung untersuchten wir das Cartilage Oligomeric Matrix Protein (COMP). Zwar ist die Funktion dieses Moleküls weiterhin unzureichend bekannt, aber es ist aufgrund einer höheren Menge im Knorpel ein potentieller Marker für Serumuntersuchungen, die ein wichtiger Fortschritt in Diagnostik und Therapie der Osteoarthritis sind. Methodik: Als Modell dienten die einseitige komplette mediale Meniskektomie des Kaninchens mittels Arthrotomie bzw. die vordere Kreuzbanddurchtrennung. Jeweils zu den Zeitpunkten 2, 4, 8 und 12 Wochen nach der Operation wurden im jeweiligen Tiermodell je 8 Kaninchen untersucht. Der makroskopische Befund der operierten und nichtoperierten Seite wurde mittels modifizierter Outerbridge-Skala und mittels des Lokalisationsschemas der International Cartilage Repair Society (ICRS) erhoben. Mikroskopisch wurde jeweils der Gelenkknorpel in der Hämatoxylin-Eosin- und der Safranin O-Färbung untersucht. In der Synovialflüssigkeit der Kniegelenke der operierten und kontralateralen Seite wurde COMP mittels Enzymimmunoassay bestimmt. Zudem wurden Serumanalysen mittels Enzymimmunoassay vorgenommen. Die statistische Analyse erfolgte mittels Wilcoxon-Test (SPSS, Chicago, Ill). Die Tierversuche waren von der Ethikommission der Universität und vom Regierungspräsidium genehmigt. Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die operierten Kniegelenke hatten zu allen Zeitpunkten nach kompletter medialer Meniskektomie und nach vorderer Kreuzbanddurchtrennung erhöhte Scorewerte im Vergleich mit der nichtoperierten Seite. Auch histologisch waren erhöhte Scores in beiden Tiermodellen nachweisbar. Bei Vergleich der operierten mit der kontralateralen, nichtoperierten Seite wurde nach der kompletten medialen Meniskektomie 2 Wochen nach der Operation COMP im operierten Kniegelenk signifikant erhöht gemessen. Im vordere Kreuzbanddurchtrennungsmodell war COMP zu allen Zeitpunkten erhöht. Allerdings war COMP im Serum in keinem der beiden Modelle im Verlauf signifikant erhöht. Mit den Untersuchungen wurde gezeigt, dass Cartilage Cartilage Oligomeric Matrix Protein beim Kaninchen sowohl in der Synovialflüssigkeit wie im Serum nachweisbar ist. Diese beiden Tiermodelle sind gut geeignet, Aspekte des Krankheitsprozesses zu imitieren. Die Bestimmung von COMP zur Verlaufsbeurteilung während des osteoarthritischen Prozesses erscheint in mindestens einem der beiden Kaninchenmodelle geeignet. Die speziell auch beim Einsatz am Menschen vorzuziehende Form der Bestimmung im Serum gab allerdings keine Werte, die für die Verlaufsbeurteilung hilfreich sind. Die Ergebnisse haben eine klare Relevanz für die Erforschung beim Menschen

Increase in degraded collagen type II in synovial fluid early in the rabbit meniscectomy model of osteoarthritis

SummaryObjectiveThe objective of this study was to determine whether collagen type II breakdown products in synovial fluid (SF), detected by an enzyme-linked immunoassay, represent a useful marker for early events in osteoarthritis (OA) in the rabbit medial meniscectomy model.DesignComplete medial meniscectomy was performed on the right knee joints of 32 rabbits. Balanced groups of rabbits were then sacrificed at 2, 4, 8, and 12 weeks post-surgery. An additional 8 unoperated and 11 sham-operated animals served as controls. SF lavages were performed on right and left knee joints of the same animals at sacrifice. The proteolytic epitope of type II collagen was monitored using an enzyme-linked immunoassay.ResultsMacroscopically visible surface fibrillation and focal erosions appeared as early as 2 weeks after meniscectomy in the femorotibial joint (P<0.01). OA developed gradually during the later observation period, and then predominantly on the medial tibial plateau and medial femur. Significant histological alterations in cartilage, including a loss of proteoglycans, surface irregularities, and clefts, were detected at 2 weeks after meniscectomy (P<0.01). Collagen type II epitope levels in SF lavage samples were elevated peaking at 2 weeks after meniscectomy (P<0.02). Levels decreased at later time points, but they were still raised at 12 weeks (P≤0.05). Highly significant correlations were found between the SF collagen type II epitope levels and the macroscopic and microscopic scoring results (Spearman rho correlation coefficient, macroscopy—collagen type II epitope r=0.222, P=0.025; microscopy—collagen type II epitope r=0.436, P≤0.01).ConclusionIn this rabbit model of medial meniscectomy, levels of type II collagen fragments in SF appear to provide a useful marker of the early degenerative changes

Generative technologies for model animation in the TopCased platform

International audienceDomain Specific Modeling Languages (DSML) are more and more used to handle high level concepts, and thus bring complex software development under control. The increasingly recurring definition of new languages raises the problem of the definition of support tools such as editor, simulator, compiler, etc. In this paper we propose generative technologies that have been designed to ease the development of model animation tools inside the TopCased platform. These tools rely on the automatically generated graphical editors of TopCased and provide additional generators for building model animator graphical interface. We also rely on an architecture for executable metamodel (i.e., the TopCased model execution metamodeling pattern) to bind the behavioral semantics of the modeling language. These tools were designed in a pragmatic manner by abstracting the various model animators that had been hand-coded in the TopCased project, and then validated by refactoring these animators

Functional MRI Readouts From BOLD and Diffusion Measurements Differentially Respond to Optogenetic Activation and Tissue Heating

Functional blood-oxygenation-level-dependent (BOLD) MRI provides a brain-wide readout that depends on the hemodynamic response to neuronal activity. Diffusion fMRI has been proposed as an alternative to BOLD fMRI and has been postulated to directly rely on neuronal activity. These complementary functional readouts are versatile tools to be combined with optogenetic stimulation to investigate networks of the brain. The cell-specificity and temporal precision of optogenetic manipulations promise to enable further investigation of the origin of fMRI signals. The signal characteristics of the diffusion fMRI readout vice versa may better resolve network effects of optogenetic stimulation. However, the light application needed for optogenetic stimulation is accompanied by heat deposition within the tissue. As both diffusion and BOLD are sensitive to temperature changes, light application can lead to apparent activations confounding the interpretation of fMRI data. The degree of tissue heating, the appearance of apparent activation in different fMRI sequences and the origin of these phenomena are not well understood. Here, we disentangled apparent activations in BOLD and diffusion measurements in rats from physiological activation upon sensory or optogenetic stimulation. Both, BOLD and diffusion fMRI revealed similar signal shapes upon sensory stimulation that differed clearly from those upon heating. Apparent activations induced by high-intensity light application were dominated by T2∗-effects and resulted in mainly negative signal changes. We estimated that even low-intensity light application used for optogenetic stimulation reduces the BOLD response close to the fiber by up to 0.4%. The diffusion fMRI signal contained T2, T2∗ and diffusion components. The apparent diffusion coefficient, which reflects the isolated diffusion component, showed negative changes upon both optogenetic and electric forepaw stimulation. In contrast, positive changes were detected upon high-intensity light application and thus ruled out heating as a major contributor to the diffusion fMRI signal

Biochemisches Monitoring nach Meniskektomie

Fragestellung Die Schädigung des Kollagennetzwerks ist ein frühes Ereignis der Arthrose (OA). Wir untersuchten ein Kollagen Typ II -Neoepitop (CTX) in der Synovialflüssigkeit (SF) nach kompletter medialer Meniskektomie (ME). Methoden 32 NZW-Kaninchen hatten eine ME des rechten Kniegelenks. Kontrolle: 11 shamoperierte, 8 unoperierte Kaninchen. Die ME-Kaninchen wurden nach 2 (n = 8), 4 (n = 8) , 8 (n = 8) und 12 (n = 8) Wochen getötet, SF-lavagen beider Kniegelenke durchgeführt. Der ELISA misst ein Kollagen Typ II - Neoepitop, das nach Spaltung der C-telopeptide cross-linking Domaine entsteht. Makroskopisch: Grading beider Kniegelenke mit einem 9 Felder-Schema: Einzelflächen und Gesamtsummen von Tibia, Femur (jeweils medial und lateral) und Patella Histologisch: Grading mit H&E und Safranin O Schnitten (u.a. Proteoglykangehalt, Matrixstruktur, Zellularität, Tidemark und Osteophyten) Statistik: Wilcoxon - und Mann - Whitney U Test. Ergebnisse Makroskopisch: signifikante Veränderungen von medialer Tibia und Femur ab 2 Wochen nach ME, im Vergleich mit Gegenseite und mit nichtoperierten Kaninchen. Histologisch: beginnende OA zu allen Zeitpunkten. ME Knie: CTX Werte in der SF deutlich erhöht, zum kontralateralen Knie für 2, 4, 8 und 12 Wochen signifikant. Nichtoperierte Tiere: keine Unterschiede linkes vs. rechtes Knie, im Vergleich zur ME zu allen Zeitpunkten signifikant niedriger. Schlussfolgerungen Knorpelmarker sind Parameter der OA. Die Metalloproteinasen 1, 8 und 13 erzeugen ein Kollagen Typ II - Neoepitop, das zum Monitoring der arthrotischen Veränderungen geeignet erscheint

Using NMF for analyzing war logs

We investigate a semi-automated identification of technical problems occurred by armed forces weapon systems during mission of war. The proposed methodology is based on a semantic analysis of textual information in reports from soldiers (war logs). Latent semantic indexing (LSI) with non-negative matrix factorization (NMF) as technique from multivariate analysis and linear algebra is used to extract hidden semantic textual patterns from the reports. NMF factorizes the term-by-war log matrix - that consists of weighted term frequencies into two non-negative matrices. This enables natural parts-based representation of the report information and it leads to an easy evaluation by human experts because human brain also uses parts-based representation. For an improved research and technology planning, the identified technical problems are a valuable source of information. A case study extracts technical problems from military logs of the Afghanistan war. Results are compared to a manual analysis written by journalists of 'Der Spiegel'