Riskieren wir durch den Einsatz von Tranexamsäure eine Pseudarthrose bei Fusionsoperationen der Wirbelsäule? Eine in-vitro Untersuchung des Effekts auf humane Osteoblasten

Abstract-Text deutsch

Einleitung: Tranexamsäure (TXA) wird zunehmend systemisch und lokal zur Blutstillung und Blutungsprophylaxe im Rahmen von orthopädischen Eingriffen eingesetzt. Ob TXA Auswirkungen auf den humanen Knochenumsatz/ die Knochenregeneration hat, ist nicht untersucht. Bei spinalen Fusionsoperationen würde ein negativer Einfluss von TXA auf die knöcherne Konsolidierung potenziell die Pseudarthroserate erhöhen. Die Hypothese der Studie war, dass TXA konzentrationsabhängig einen negativen Einfluss auf Vitalität, alkalische Phosphatase (AP) Aktivität und die knochenregenerationsrelevante Genexpression von humanen Osteoblasten (Ob) hat.

Methoden: In einem standardisierten Zellkulturexperiment wurde der Einfluss von TXA auf humane Ob untersucht. Diese wurden aus Proben menschlicher Knochenschnitte gewonnen, die jeweils bei einem endoprothetischem Gelenkersatz am Kniegelenk erfolgten (n=10). Die Zellen wurden in einer 24-Well Zellkulturplatte für bis zu 21 Tage kultiviert und mit verschiedenen TXA Konzentrationen (0,001 mg/ml, 0,01 mg/ml, 0,1 mg/ml, 1 mg/ml, 10 mg/ml) über die gesamte Kultivierungsdauer (Langzeitbehandlung) oder initial für 48 h (Kurzzeitbehandlung) behandelt. Als Kontrolle dienten unbehandelte Ob. Nach 1, 7, 14 und 21 d erfolgte die Analyse der Zellen mittels qRT-PCR (Delta-Delta Ct Methode), alkalische Phosphatase (AP) Aktivität und Zellvitalität (PrestoBlue). Die statistischen Daten wurden mithilfe eines Wilcoxon Tests oder eines Mann-Whitney-U Tests verglichen und analysiert.

Ergebnisse: Die Zellvitalität war unabhängig von der TXA Konzentration über die gesamte Kultivierungsdauer (Kurz- und Langzeitbehandlung) nicht negativ beeinträchtigt. TXA hatte bis zu einer Konzentration von 0,1 mg/ml keinen negativen Einfluss auf die Expression der für die Knochenregeneration wichtigen Gene (AP, Kollagen 1, Osteopontin, Osteocalcin, Osteonectin, RUNX 2). Hohe TXA Konzentration (1 und 10 mg/ml) bis zum Tag 7 führten zu einer vorwiegend verstärkten Genexpression, während nach 21 Tagen eine geminderte Genexpression zu beobachten war. Dabei war die verstärkte Expression von Osteonectin am eindrücklichsten bis zum 14. Tag (p <0,05). Bei der Aktivität der AP war nach 21 Tagen ein negativer Effekt bei hohen TXA Konzentrationen zu beobachten (0,1 mg/ml vs. 10 mg/ml, p < 0,05).

Schlussfolgerung: Entgegen der Hypothese zeigte sich im therapeutisch relevanten Zeitfenster bis zu 14d ein positiver Effekt auf die knochenregenerationsrelevante Genexpression humaner Ob unter hochkonzentrierter TXA-Behandlung. Somit scheint der kurzzeitige perioperative Einsatz von TXA während einer Fusionsoperation keinen unmittelbar negativen Effekt auf die angestrebte Knochenregeneration zu haben. Im Gegenteil könnte sich der kurzzeitige perioperative Einsatz von TXA sogar positiv auf die angestrebte Fusion auswirken. Um die vorliegenden Daten zu verifizieren, sind weitere in-vitro/in-vivo Untersuchungen (z.B. Osteoklasten/Ob Co-Kulturen, Tiermodelle etc.) von Bedeutung.

Abstract-Text englisch

Introduction:Tranexamic acid (TXA) is increasingly used systemically and locally to control bleeding in the context of orthopedic emergency and elective surgery. Partially, administration is continued systemically postoperatively to minimize the risk of rebleeding. However, no studies have been conducted to date to determine whether TXA has effects on human bone turnover and regeneration. Specifically, during spinal fusion surgery, a negative effect of TXA on bony consolidation would potentially increase the rate of pseudarthrosis. Therefore, the hypothesis of the present study was that TXA would have a concentration-dependent negative effect on vitality, alkaline phosphatase (AP) activity, and bone regeneration-related gene expression of human osteoblasts (Ob).

Material and Methods: To study this, the effect of TXA on human Ob was investigated in a standardized cell culture experiment. Ob were obtained from samples of human bone sections, each performed during endoprosthetic joint replacement at the knee joint (n=10) Cells were cultured in a 24-well cell culture plate for up to 21 days and treated with different TXA concentrations (0.001 mg/ml, 0.01 mg/ml, 0.1 mg/ml, 1 mg/ml, 10 mg/ml) for the entire cultivation period (long-term treatment) or initially for 48 h (short-term treatment). Untreated osteoblasts served as controls. After 1, 7, 14 and 21 d, cells were analyzed by qRT-PCR (Delta-Delta Ct method), alkaline phosphatase (AP) activity and cell viability (PrestoBlue ). Statistical data were compared and analyzed using a Wilcoxon test or a Mann-Whitney-U test.

Results: Cell viability was not negatively affected regardless of TXA concentration throughout the cultivation period (short- and long-term treatment). Until a concentration of 0.1 mg/ml, TXA had no negative effect on the expression of genes important for bone regeneration (AP, collagen 1, osteopontin, osteocalcin, osteonectin, RUNX 2). High TXA concentration (1 and 10 mg/ml) up to day 7 resulted in predominantly enhanced gene expression, while decreased gene expression was observed after 21 days. Thereby, the enhanced expression of osteonectin was most impressive until day 14 (p <0.05).For AP activity, a negative effect was observed at high TXA concentrations after 21 days (0.1 mg/ml vs. 10 mg/ml, p < 0.05).

Conclusion: Contrary to the hypothesis, a positive effect on bone regeneration-related gene expression of human Ob under high-concentration TXA treatment was seen in the therapeutically relevant time window up to 14d. Thus, short-term perioperative use of TXA during fusion surgery does not seem to have a direct negative effect on the targeted bone regeneration. On the contrary, short-term perioperative use of TXA might even have a positive effect on the targeted fusion. To verify the present data, further in vitro/in vivo studies (e.g., osteoclast/Ob co-cultures, protein analyses, animal models, etc.) are required.