It Takes Two to Tang: Coupling of Angiogenesis and Osteogenesis for Bone Regeneration

Bone regeneration is a complex process requiring highly orchestrated interactions between different cells and signals to form new mineralized tissue. Blood vessels serve as a structural template, around which bone development takes place, and also bring together the key elements for bone homeostasis into the osteogenic microenvironment, including minerals, growth factors and osteogenic progenitor cells. Vascular endothelial growth factor (VEGF) is the master regulator of vascular growth and it is required for effective coupling of angiogenesis and osteogenesis during both skeletal development and postnatal bone repair. Here, we will review the current state of knowledge on the molecular cross-talk between angiogenesis and osteogenesis. In particular, we will focus on the role of VEGF in coupling these two processes and how VEGF dose can control the outcome, addressing in particular: (1) the direct influence of VEGF on osteogenic differentiation of mesenchymal progenitors; (2) the angiocrine functions of endothelium to regulate osteoprogenitors; (3) the role of immune cells, e.g., myeloid cells and osteoclast precursors, recruited by VEGF to the osteogenic microenvironment. Finally, we will discuss emerging strategies, based on the current biological understanding, to ensure rapid vascularization and efficient bone formation in regenerative medicine

Rabenschwarz

Ein einsamer Krähenschrei lässt Filmkonsumenten schon ahnen, dass Gefahr in der Luft liegt. Woher diese Verbindung von Krähen / Raben und negativen Stimmungen bzw. Ereignissen in Film und TV-Serien kommt, lässt sich bei einem kulturhistorischen Vergleich herausfinden. Von keltisch, nordischer Mythologie bis zu Beobachtungen der Verhaltensforschung in der Biologie findet sich eine Verbindung der Vögel mit dem Tod. Der Aasfresser wird in der menschlichen Interpretation zum Todesomen, -boten, Visionsüberbringer und Begleiter von Hexen oder gar Göttern. Im Film werden diese Interpretationen wieder aufgegriffen bzw. zitiert und vorwiegend zur Stimmungsbildung eingesetzt. Besonders in Genres wie Horror und Fantasy kommen diese Vögel zum Einsatz, jedoch auch in Comedy-Filmen, wobei hier deren Funktionen (Stimmungsbildung, Begleiter des Übernatürlichen, von Magie und dem Tod, ... ) sogar entlarvt und zum komischen Element umfunktioniert wird. Die genaue Analyse mehrerer Filme (Corpse Bride, Die Vögel, Brothers Grimm, ...) bildet die Grundlage der Untersuchung, wobei ein Film The Crow (1994) besonders heraussticht. Hier ist die Krähe sowohl Namensgeber als auch Protagonist. Diverse Bedeutungen und Funktionen der Vögel sind in diesem Film zu finden, dessen Handlung daher als Struktur der Arbeit dient. Das Ergebnis der Analysen ist eine unerwartete Bestätigung traditioneller Interpretationen und Funktionen von Krähen / Raben im Film. Die für das Medium besonders praktikable Plakativität der Vögel als Symbol wird durch häufige und eindeutige Verwendung belegt. Geändert hat sich nur, dass das blutige Schlachtfeld zum urbanen Tatort wurde.A lonely cry of a crow makes the watcher of a film suspect some kind of upcoming danger. Where this connection between crows / ravens and negative atmospheres or happenings in films and TV-sequels comes from, may be discovered by the comparison of historic and modern cultural phenomena. From Celtic and Nordic mythology to biological research these birds and death go together. The scavenger becomes an omen and companion of death, magic, witches and even gods, as well as a bringer of visions and supernatural knowledge. In films these roles are quoted and used, most of the time for the creation of ambience. These birds are mainly used in genres like Horror and Fantasy, but also in Comedy. Although here the revealing of their functions (ambience creation, companion of the supernatural and or death, etc.) is used as a funny element. Accurate analysis of several films (Corpse Bride, The Birds, Brothers Grimm, etc.) is the basis of this research. In one film the crow is both protagonist and name-giver: The Crow (1994). Several meanings and functions of the birds can be found in this film, consequently its plot is used as structure of this thesis. The result of the analysis is an unexpected affirmation of the traditional use and interpretation of crows / ravens in films. For this medium especially, the feasible usage of the birds as a symbol is proved by many apparent examples. The only thing which has changed is that the blood-soaked battlefield became an urban crime-scene

Biomechanische Testung anatomischer Refixation der distalen Bizepssehne

Mit zunehmender Inzidenz gewinnt die distale Bizepssehnenruptur und somit auch deren Therapie an Bedeutung. Die Ruptur betrifft überwiegend Männer im mittleren Lebensalter und resultiert in einem merklichen, bleibenden Kraftverlust in der Flexion und Supination des Unterarmes. Als Therapie hat sich die operative Therapie mittels anatomischer Refixation der Sehne an der Tuberositas radii etabliert. Hierzu sind in der Vergangenheit eine Reihe von operativen Techniken beschrieben worden. Das Ziel aller Versorgungen ist, eine frühzeitige postoperative Beweglichkeit und Belastung der betroffenen Extremität zu erlauben sowie eine geringe Komplikationsrate zu erzielen. Durch bessere Implantate und kleinere Zugangswege sollen die Komplikationen niedrig gehalten werden. Die neueren Techniken verwenden die initial aus der Schulterchirurgie stammenden, resorbierbaren oder aus Titan bestehenden Fadenanker. Aufgrund der Vielzahl der publizierten Techniken und der steigenden Bedeutung dieser Erkrankung liegt das Ziel der vorliegenden Arbeit darin, die verschiedenen verwendeten Refixationstechniken hinsichtlich ihrer mechanischen Stabilität zu vergleichen. Ebenso sollte ein Vergleich der Festigkeiten zwischen den refixierten Sehnen und der Festigkeit der unbeschädigten, Sehnen gezogen werden. Da die knöcherne Befestigung an der Tuberositas radii allen Refixationstechniken gemeinsam ist, stellte sich zusätzlich die Frage, welche Parameter der Knochenqualität Einfluss auf die Ruptur selbst wie auch auf die Haltekraft der einzelnen Refixationsmethoden haben könnte. Für die Untersuchung wurden 130 formalinfixierte anatomische Präparate des proximalen Radius mit einer intakten distalen Bizepssehne verwendet. Zunächst wurden die intakten distalen Bizepssehnen mechanisch auf ihre jeweils maximale Haltekraft getestet. Weiter erfolgten die Bestimmung von wesentlichen Parametern der Knochenqualität in einem pQCTTM und die Einteilung der Präparate nach der trabekulären Dichte in verschiedene Gruppen zur weiteren Refixation mit dreizehn verschiedenen Techniken. Nach Vorversuchen zur Nahttechnik, die die Verlässlichkeit der Sehnennaht nach Krackow für die Sehnenfixation zeigten, wurden acht Titananker, vier bioresorbierbare Anker sowie die transossäre Refixation nach Boyd&Anderson getestet. Die Haltekraft der refixierten distalen Bizepssehnen wurden mechanisch im Ausrissversuch getestet und die Ergebnisse zusammen mit der Versagensart statistisch ausgewertet. Hierfür wurde eine Signifikanz für Ergebnisse mit p<0.05 festgesetzt. Die kortikale Dichte an der Tuberositas radii nahm mit zunehmendem Alter ab. Die trabekuläre Dichte hatte weder einen Einfluss auf die Ausrisskraft der intakten noch der refixierten distalen Bizepssehnen. Es ließ sich kein signifikanter Zusammenhang der Versagenslasten aller Refixationsmethoden zu Parametern der Knochenqualität darstellen. Es bestanden jedoch in den einzelnen Gruppen Zusammenhänge mit einzelnen Parametern wie Gesamtdichte des Knochens (trabekulär und kortikal), kortikale Fläche und mineraler Gehalt des Knochens. Die mittlere Ausrisskraft der intakten, nicht rupturierten formalinfixierten distalen Bizepssehne betrug 274 ±109 N und lag deutlich über 112 N, die nach Nordin und al. wirken, um den Ellenbogen mit einem Gewicht von 1kg gegen die Schwerkraft in neunzig Grad zu flektieren. Die Ausrisskraft der intakten distalen Bizepssehne stieg mit höherem kortikalem Mineralgehalt. Die mittlere Versagenskraft der getesteten Ankeröhre betrug 160 ±19 N und bewegte sich nahe dem Bereich der mittleren Versagenskräfte aller untersuchten Refixationstechniken (178 ± 90 N). Die höchsten Haltekräfte erzielte der EndoButton. Sowohl die meisten bioresorbierbaren als auch die meisten Titananker erzielten zusammen mit der transossären Refixation vergleichbar gute Haltekräfte im Bereich von ca. 200 N. Bei der Versorgung mittels BioCuff Schraube und dem einfach verwendeten Twin Fix QiuckT® Anker wurden nur niedrige Kräfte, nahe der Kraft der physiologisch notwendigen Haltekraft der unbelasteten Extremität von 52 N (Nordin 2001). Somit erscheinen alle derzeitig empfohlenen und verwendeten Refixationsverfahren bis auf die Versorgung mit alleiniger BioCuff® Schraube und dem einfach verwendeten Twin Fix Quick T® Anker zur operativen Versorgung gleichermaßen gut geeignet. Aus mechanischer Sicht kann ebenso die operative Versorgung durch die preisgünstige transossäre Fadenfixierung empfohlen werden. Zusätzlich sollte jedoch bezüglich der Versagenskraft die Rolle der Scherkräfte am Ankeröhr und die Fadenfestigkeit berücksichtigt werden

The impact of bariatric and metabolic surgery on cancer development.

Obesity (BMI ≥ 30 kg/m2) with related comorbidities such as type 2 diabetes mellitus, cardiovascular disease, sleep apnea syndrome, and fatty liver disease is one of the most common preventable risk factors for cancer development worldwide. They are responsible for at least 40% of all newly diagnosed cancers, including colon, ovarian, uterine, breast, pancreatic, and esophageal cancer. Although various efforts are being made to reduce the incidence of obesity, its prevalence continues to spread in the Western world. Weight loss therapies such as lifestyle change, diets, drug therapies (GLP-1-receptor agonists) as well as bariatric and metabolic surgery are associated with an overall risk reduction of cancer. Therefore, these strategies should always be essential in therapeutical concepts in obese patients. This review discusses pre- and post-interventional aspects of bariatric and metabolic surgery and its potential benefit on cancer development in obese patients

Representations of Materials for Machine Learning

High-throughput data generation methods and machine learning (ML) algorithms have given rise to a new era of computational materials science by learning relationships among composition, structure, and properties and by exploiting such relations for design. However, to build these connections, materials data must be translated into a numerical form, called a representation, that can be processed by a machine learning model. Datasets in materials science vary in format (ranging from images to spectra), size, and fidelity. Predictive models vary in scope and property of interests. Here, we review context-dependent strategies for constructing representations that enable the use of materials as inputs or outputs of machine learning models. Furthermore, we discuss how modern ML techniques can learn representations from data and transfer chemical and physical information between tasks. Finally, we outline high-impact questions that have not been fully resolved and thus, require further investigation.Comment: 20 pages, 5 figures, To Appear in Annual Review of Materials Research 5

Orthoplastics in Periprosthetic Joint Infection of the Knee: Treatment Concept for Composite Soft-tissue Defect with Extensor Apparatus Deficiency.

Introduction: Reconstruction of composite soft-tissue defects with extensor apparatus deficiency in patients with periprosthetic joint infection (PJI) of the knee is challenging. We present a single-centre multidisciplinary orthoplastic treatment concept based on a retrospective outcome analysis over 20 years. Methods and Results: One-hundred sixty patients had PJI after total knee arthroplasty. Plastic surgical reconstruction of a concomitant perigenicular soft-tissue defect was indicated in 47 patients. Of these, six presented with extensor apparatus deficiency. One patient underwent primary arthrodesis and five patients underwent reconstruction of the extensor apparatus. The principle to reconstruct missing tissue 'like with like' was thereby favoured: Two patients with a wide soft-tissue defect received a free anterolateral thigh flap with fascia lata; one patient with a smaller soft-tissue defect received a free sensate, extended lateral arm flap with triceps tendon; and two patients who did not qualify for free flap surgery received a pedicled medial sural artery perforator gastrocnemius flap. Despite good functional results 1 year later, long-term follow-up revealed that two patients had to undergo arthrodesis because of recurrent infection and one patient was lost to follow-up. Conclusion: These results show that PJI of the knee and extensor apparatus deficiency is a dreaded combination with a poor long-term outcome. Standardization of surgical techniques for a defined PJI problem and consensus on study variables may facilitate interinstitutional comparisons of outcome data, and hence, improvement of treatment concepts