L'associazione Tipifarnib-Bortezomib nel trattamento delle leucemie acute mieloidi: risultati di uno studio multicentrico di fase I/II e validazione di un profilo genico predittivo di risposta

Background. Outcome of elderly acute myeloid leukemia (AML) patients is dismal. Targeted-therapies might improve current results by overcoming drug-resistance and reducing toxicity. Aim. We conduced a phase II study aiming to assess efficacy and toxicity of Tipifarnib (Zarnestra®) and Bortezomib (Velcade®) association in AML patients >18 years, unfit for conventional therapy, or >60 years, in relapse. Furthermore, we aimed to evaluated the predictive value of the RASGRP1/APTX ratio, which was previously found to be associated to treatment sensitivity in patients receiving Zarnestra alone. Methods. Velcade (1.0 mg/m2) was administered as weekly infusion for 3 weeks (days 1, 8, 15). Zarnestra was administered at dose of 300-600 mg BID for 21 consecutive days. Real-time quantitative-PCR (q-PCR) was used for RASGRP1/APTX quantification. Results. 50 patients were enrolled. Median age was 71 years (56-89). 3 patients achieved complete remission (CR) and 1 partial response (PR). 2 patients obtained an hematological improvement (HI), and 3 died during marrow aplasia. 10 had progressive disease (PD) and the remaining showed stable disease (SD). RASGRP1/APTX was evaluated before treatment initiation on bone marrow (BM) and/or peripheral blood (PB). The median RASGRP/APTX value on BM was higher in responder (R) patients than in non responders (NR) ones, respectively (p=0.006). Interestingly, no marrow responses were recorded in patients with BM RASGRP1/APTX ratio <12, while the response rate was 50% in patients with ratio >12. Toxicity was overall mild, the most common being febrile neutropenia. Conclusion. We conclude that the clinical efficacy of the combination Zarnestra-Velcade was similar to what reported for Zarnestra alone. However we could confirm that the RASGPR1/APTX level is an effective predictor of response. Though higher RASGRP1/APTX is relatively rare (~10% of cases), Zarnestra (±Velcade) may represent an important option in a subset of high risk/frail AML patients.

Conditional and transgenic mouse models as tools to study the role of TGFbeta, BMP signaling in skeletal development

Die TGFbeta/BMP Signaltransduktionskaskade ist wichtig für viele Entwicklungsprozesse fast aller embryonaler sowie extraembryonaler Gewebe und sie ist ebenso essentiell bei der Aufrechterhaltung der Homöostase im adulten Organismus. In vielen Mausmodellen und Zellkulturversuchen wurde gezeigt, dass Liganden dieses Signalweges in verschiedene Stadien der Knorpel- und Knochenentwicklung involviert sind. BMPs sind beispielsweise maßgeblich an der frühen Kondensation und Bildung des Knorpels und später an Proliferation und Hypertrophie der Chondrozyten beteiligt. BMPs können ektopisch Knochenbildung auslösen und das Expressionsmuster der Liganden und spezifischen Rezeptoren in der Wachstumsfuge lässt auf eine wichtige Rolle der BMPs in der Wachstumsfuge schließen. Der gezielte knock out der BMP-Rezeptoren Bmpr1a und Bmpr1b in proliferierenden Chondrozyten führt zur Ausbildung einer generellen Chondrodysplasie. Smad1, Smad5 und Smad8 sind die Mediatoren der BMP-Signalkaskade. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Rolle und Funktion der Smad1- und Smad5-Proteine in der Wachstumsfuge untersucht werden. Hierzu wurden konditionale Smad1-knock out-Mäuse mit einer transgenen Mauslinie gekreuzt, die die Cre-Rekombinase spezifisch in proliferierenden Chondrozyten exprimiert. Diese Mäuse wurden mit und ohne heterozygotem Smad5-Hintergrund charakterisiert. Bei einem knock out von Smad1 allein konnte ein leichte Verkürzung der Wachstumsfuge beobachtet werden, wobei prähypertrophe und hypertrophe Zone gleichermaßen betroffen waren. Dieser Phänotyp war verstärkt in Mäusen mit zusätzlichem heterozygotem Smad5-Hintergrund. Eine Verringerung der Proliferationsrate konnte zusammen mit einer verminderten Ihh-Expression nachgewiesen werden. Zusätzlich konnte anhand von Röntgenaufnahmen eine Dysorganisation der nasalen Region und ein fehlendes nasales Septum beobachtet werden. Produktion und Mineralisation der extrazellulären Matrix waren nicht beeinträchtigt. Um die Rolle der BMP- und TGFbeta-Signalkaskaden während der endochondralen Ossifikation zu vergleichen, wurden transgene Mäuse generiert, in denen die TGFbeta-Signalkaskade spezifisch in proliferierenden Chondrozyten gestört war. Zwei Mauslinien, die ähnliche Phänotypen zeigten, wurden untersucht. Esl1 ist ein TGFbeta-bindendes Protein, von dem man annimmt, dass es die TGFbeta-Signalkaskade inhibieren kann. Esl1-knock out-Mäuse sind kleiner als Wildtypmäuse und die Überexpression von Esl1 in proliferierenden Chondrozyten führt zu einer Verlängerung der Wachstumsfuge und einer verstärkten Proliferationsrate. Knorpelmarker, wie Col2a1 und Sox9 sind in diesen Mäusen herunterreguliert, während Col10a1 und Ihh als Marker für die hypertrophe und prähypertrophe Zone herunterreguliert waren. Dies führt zu der Annahme, dass mehr Zellen in die terminale Differenzierung eintreten. Bei transgenen Mäusen, in denen ein dominant-negativer (dn) TGFbeta-Rezeptor in proliferierenden Chondrozyten überexprimiert wurde, konnte eine verlängerte prähypertrophe Zone, eine erhöhte Ihh-Expression, sowie eine verstärkte Proliferationsrate beobachtet werden. Zusätzlich konnte in homozygoten Tieren ein craniofacialer Phänotyp beschrieben werden, der zu Problemen bei der Nahrungsaufnahme und damit zu einer starken Wachstumsbeeinträchtigung führte. Die BMP- und TGFbeta-Signalkaskaden haben möglicherweise antagonistische Effekte in der Wachstumsfuge. Während der Ausfall von BMP in proliferierenden Chondrozyten aufgrund einer gesunkenen Proliferationsrate zu einer Verkürzung der Wachstumsfuge führte, kann man in Mäusen mit einer Störung der TGFbeta-Signalkaskade eine verstärkte Proliferation in einer daher verlängerten Wachstumsfuge beobachten. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Generation einer transgenen Mauslinie, die die Cre-Rekombinase spezifisch in hypertrophen Chondrozyten exprimiert. Promoterstudien mit transgenen Mäusen weisen darauf hin, dass ein putatives AP1-Element, etwa 4 kb vor dem ersten Exon des Col10a1 gelegen, wichtig für die spezifische Expression in hypertrophen Chondrozyten ist. Ein Konstrukt, dass vier Kopien dieses Elements und den basalen Promoter enthält, wurde benutzt, um die Cre-Rekombinase spezifisch zu exprimieren. Diese Mauslinie befindet sich in der Testphase und erste Daten deuten auf eine spezifische Expression der Cre-Rekombinase in hypertrophen Chondrozyten hin.

Die Rolle des Fibronektins im Knochen und in der diabetischen Nephropathie

Diese Arbeit befasst sich mit der Rolle des Fibronektins im Knochen sowie in der diabetischen Nephropathie. Fibronektin im Knochen: Es war bekannt, dass Osteoblasten für ihre Differenzierung in vitro Fibronektin benötigen, dass Fibronektin für die Ausbildung einer Kollagenmatrix erforderlich ist und für die Matrixintegrität eine kontinuierliche Fibronektin-Versorgung gewährleistet sein muss. Um die Rolle des Fibronektins im Knochen, dessen Matrix zu 90% aus Kollagen besteht, näher zu untersuchen, wurde das Fibronektin der Osteoblasten spezifisch über das Cre/loxP-System in Mäusen ausgeschaltet. Dies führte zu einer erhöhten Anzahl an Osteoblasten, deren Fähigkeit die Matrix zu mineralisieren jedoch beeinträchtigt war. Dennoch zeigte sich kein Einfluss auf die Eigenschaften der Knochenmatrix. Insbesondere war der Fibronektingehalt nicht vermindert, entgegen der allgemeinen Annahme, dass die Osteoblasten die Produzenten des Fibronektins der Knochenmatrix seien. Im Gegensatz dazu stellte sich durch Untersuchungen an anderen genetisch veränderten Mäusen heraus, dass eine Ausschaltung des Plasmafibronektins im Blut zu einer deutlichen Verringerung des Fibronektingehalts des Knochens sowie zu einer Verminderung des Mineralgehalts bezogen auf die Proteinmenge führte. Auch die Komposition des Minerals war verändert. Da es jedoch keinen nennenswerten Effekt auf die Knochenzellen gab, lässt sich schlussfolgern, dass die Osteoblasten-spezifische Fibronektin-Isoform für eine regelgerechte Funktion der Osteoblasten notwendig ist, während das von der Leber produzierte Plasmafibronektin die Zusammensetzung der Knochenmatrix beeinflusst. Fibronektin in der diabetischen Niere: Mit der diabetischen Nephropathie geht eine Ausdehnung des Mesangiums in den Glomeruli einher, die mit dem Ausmaß des Nierenschadens korreliert ist. Fibronektin ist ein Bestandteil dieses expandierten Mesangiums. Vorarbeiten hatten gezeigt, dass injiziertes Fibronektin durch die Blutzirkulation in die Niere gelangt und in der Mesangialmatrix der Glomeruli eingelagert wird. Daher wurden in konditionellen Knockout-Mäusen das Plasmafibronektin bzw. das Fibronektin der Mesangialzellen und das Plasmafibronektin zugleich ausgeschaltet. In diesen Mäusen wurde ein Diabetes mellitus induziert und die Tiere für 22 Wochen mit Diabetes gehalten. Die Ausschaltung des Fibronektins hatte eine geringere Ausbreitung der Mesangialmatrix sowie eine geringere Mortalität der Tiere zur Folge. Interessanterweise schien das Plasmafibronektin alleine bereits grob ein Drittel der Ausdehnung des Mesangiums zu verursachen. Die kombinierte Ausschaltung von zirkulierendem und lokalem Fibronektin vermochte die Expansion der Mesangialmatrix sogar beinahe zu halbieren. Zusammengefasst zeigten sich neue Rollen eines traditionellen Proteins der Extrazellulärmatrix in physiologischen und pathologischen Zuständen. Einige dieser Aspekte demonstrieren die große Bedeutung der Fibronektin-Produktion durch die Leber.

Studio della patogenesi di HIV-1 nel compartimento osseo: effetti della terapia antiretrovirale convenzionale e nuovi approcci all'eradicazione

L’obiettivo della tesi è studiare il virus HIV-1 in relazione alle alterazioni sistemiche, riscontrate nel paziente HIV-infetto, in particolare alterazioni a carico del sistema scheletrico, indotte dal virus o dall’azione dei farmaci utilizzati nella terapia antiretrovirale (HAART). L’incidenza dell’osteoporosi nei pazienti HIV-positivi è drammaticamente elevata rispetto alla popolazione sana. Studi clinici hanno evidenziato come alcuni farmaci, ad esempio inibitori della proteasi virale, portino alla compromissione dell’omeostasi ossea, con aumento del rischio fratturativo. Il nostro studio prevede un follow-up di 12 mesi dall’inizio della HAART in una coorte di pazienti naïve, monitorando diversi markers ossei. I risultati ottenuti mostrano un incremento dei markers metabolici del turnover osseo, confermando l’impatto della HAART sull’omeostasi ossea. Successivamente abbiamo focalizzato la nostra attenzione sugli osteoblasti, il citotipo che regola la sintesi di nuova matrice ossea. Gli esperimenti condotti sulla linea HOBIT mettono in evidenza come il trattamento, in particolare con inibitori della proteasi, porti ad apoptosi nel caso in cui vi sia una concentrazione di farmaco maggiore di quella fisiologica. Tuttavia, anche concentrazioni fisiologiche di farmaci possono regolare negativamente alcuni marker ossei, come ALP e osteocalcina. Infine esiste la problematica dell’eradicazione di HIV-1 dai reservoirs virali. La HAART riesce a controllare i livelli viremici, ciononostante diversi studi propongono alcuni citotipi come potenziali reservoir di infezione, vanificando l’effetto della terapia. Abbiamo, perciò, sviluppato un nuovo approccio molecolare all’eradicazione: sfruttare l’enzima virale integrasi per riconoscere in modo selettivo le sequenze LTR virali per colpire il virus integrato. Fondendo integrasi e l’endonucleasi FokI, abbiamo generato diversi cloni. Questi sono stati transfettati stabilmente in cellule Jurkat, suscettibili all’infezione. Una volta infettate, abbiamo ottenuto una significativa riduzione dei markers di infezione. Successivamente la transfezione nella linea linfoblastica 8E5/LAV, che porta integrata nel genoma una copia di HIV, ha dato risultati molto incoraggianti, come la forte riduzione del DNA virale integrato.

In-vivo-Tumorbiologie mittels 68 Ga-PET: Beurteilung der p-Glykoprotein-Aktivität in Weichgewebe-Tumoren sowie Diagnose und Therapie von Knochenmetastasen

Krebs ist eine der häufigsten Krankheiten und stellt eine der wichtigsten medizinischen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar. Eine frühzeitige Diagnose ist dabei essentiell für eine individuell angepasste Therapie zur Verbesserung der Lebensqualität und -erwartung der Patienten. Hierbei kommen der 68Ge/68Ga-Generator und das daraus resultierende PET-Nuklid 68Ga immer stärker in den Fokus von Wissenschaft und Medizin. rnrnFür eine erfolgreiche Therapie stellt die Chemoresistenz (Multi-Drug-Resistance) zahlreicher Tumore eine schwerwiegende Komplikation dar. Für das Therapieversagen ist die Aktivierung des Transportproteins p-Glykoprotein (pGP) maßgeblich mit verantwortlich. Mit Hilfe der Schiff’schen Base [68Ga]MFL6.MZ konnte die Aktivitätsänderung von pGP unter verschiedener Beeinflussung erstmals in vivo beobachtet werden. So zeigte sich, dass sich unter azidotischen Bedingungen in Tumoren die Aktivität des pGP erhöht und somit vermehrt auch Zytostatika, die pGP-Substrate sind, aus den Tumoren transportiert werden. Durch Aufklärung der Abhängigkeit der pGP-Aktivität von dessen Signalkaskade konnte gezeigt werden, dass durch eine Blockade der MAP-Kinase p38 eine Erniedrigung der pGP-Aktivität zu verzeichnen ist. Die ebenfalls in der Signalkaskade eingebundene MAP-Kinase ERK1/2 hingegen spielt hier nur eine untergeordnete Rolle.rnrnNeben dem Versagen der Chemotherapie stellt auch die Metastasierung eines Malignoms massive Einschnitte in die Lebensqualität von Erkrankten dar. Befallen die Metastasen das Skelett eines Menschen, wird dies zumeist erst spät registriert. 68Ga-markierte Bisphosphonate bieten nun die Möglichkeit, Patienten quantitativ auf Knochenmetastasen hin untersuchen zu können. So konnten zu Beginn einfache Phosphonate wie EDTMP und DOTP nicht die nötige in vivo Stabilität bzw. hohe radiochemische Ausbeuten liefern und sind damit für die Anwendung am Menschen uninteressant. Jedoch die DOTA-basierten Bisphosphonate allen voran der Ligand BPAMD zeigen ein großes Potential. In vivo-Versuche an Ratten mit Knochenmetastasen zeigten, dass sich [68Ga]BPAMD an den Metastasen anreichert und einen sehr guten Kontrast zum gesunden Knochen darstellt. Der Tracer konnte erstmals am Menschen angewendet werden und zeigte in ausgewählten Regionen eine höhere Anreicherung als eine zuvor durchgeführte PET-Aufnahme mit [18F]Fluorid. Der Ligand BPAMD bietet außerdem den Vorteil, neben 68Ga auch andere dreiwertige Radionuklide wie das therapeutische 177Lu komplexieren zu können. Durch Studien zur Komplexbildung und Stabilität konnte auch [177Lu]BPAMD in der klinischen Anwendung erprobt werden und zeigte eine Anreicherung an den Knochenmetastasen. So ist es nun möglich, Knochenmetastasen mittels 68Ga-PET zu diagnostizieren, eine entsprechende Dosisberechnung anzustellen und anschließend mit dem gleichen Liganden eine Therapie mit [177Lu]BPAMD durchzuführen.

Modifizierungen des Enzyms Silicatein alpha zur direkten Immobilisierung auf verschiedenen Oberflächen : neuartige Herstellung von Kompositmaterialien unter physiologischen Bedingungen

Das Silicatein α ist ein 24 kDa großes Enzym, welches im Schwamm Suberites domuncula für die Synthese von Biosilikat verantwortlich ist. Vorhergehende Studien haben gezeigt, dass Silicatein auch die Synthese anderer Metalloxide wie Titandioxid, Galliumoxid und Zirkoniumdioxid katalysieren kann. Diese Fähigkeiten machen das Silicatein α für biomedizinische und biotechnologische Anwendungen interessant, da die Synthese unter nahezu physiologischen Bedingungen ablaufen kann, was die Herstellung neuartiger Kompositmaterialien mit einzigartigen Eigenschaften erleichtern würde. Zur Immobilisierung des Silicatein α auf verschiedenen Oberflächen wurde bislang ein Nickel-NTA-Kopolymer eingesetzt. Diese Art der Immobilisierung bietet eine Reihe von Möglichkeiten in der Nanobiotechnologie, stößt aber in der Biomedizin an ihre Grenzen, da sich nicht alle Oberflächen für ein solches Coating eignen. Zudem können die zur Aktivierung des Polymers nötigen Lösungsmittel und die über die Zeit freigesetzten Monomere aus dem Polymergerüst toxische oder mutagene Wirkung auf das umliegende Gewebe haben. Deshalb wurde das Silicatein α in dieser Arbeit mit zwei Affinitäts-Tags so modifiziert, dass es an verschiedene Oberflächen immobilisiert werden kann und dabei seine Aktivität beibehält. Zuerst wurde das Silicatein mit einem Glu-tag am N-terminalen Ende modifiziert. Dadurch gelang die direkte Immobilisierung an Hydroxyapatit und die folgende, enzymkatalysierte Synthese von Biosilikat-Beschichtungen auf diesem Träger. Die Eigenschaften eines solchen HA-Kompositmaterials können zum Beispiel zu einem verbesserten, schnelleren und stabileren Einwachsen von Knochenimplantaten führen, da Biosilikat die Reifung und Differenzierung von Osteoblasten beschleunigt. rnMit dem an Hydroxyapatit-Plättchen immobilisierten Glu-tag-Silicatein wurde ein modifizierter Pull-down Assay etabliert, wodurch bekannte, aber auch bis dahin noch unbekannte Protein-Interaktionspartner identifiziert werden konnten. rnUm zu zeigen, dass der entwickelte Glu-tag an präformierte, calciumhaltige Oberflächen binden kann, wurden die Nadeln des Kalkschwammes Paraleucilla magna als Modellorganismus verwendet. Die Nadeln konnten durch das immobilisierte Silicatein mit einer Titandioxid-Schicht überzogen werden und unter Verwendung des Interaktionspartners Silintaphin-1 konnte diese Beschichtung noch verstärkt werden. Solche CaCO3-Kompositmaterialien könnten sowohl in der Biomedizin als auch in der Biotechnologie zum Einsatz kommen. Neben den erwähnten calciumhaltigen Materialien finden auch andere Stoffe wie TiO2-Nanodrähte Verwendung in der Forschung. In weiterführenden Experimenten konnte gezeigt werden, dass der entwickelte Glu-tag auch Affinität zu Titandioxid-Oberflächen vermittelt. Auch hier konnte durch das oberflächenimmobilisierte Enzym eine Biosilikatbeschichtung synthetisiert werden. rnMit der zweiten Modifikation - einem Cys-tag - konnte Silicatein direkt auf Goldoberflächen immobilisiert werden. Durch die Verwendung eines Polydimethylsiloxan (PDMS)-Stempels wurde das Cys-getaggte Silicatein in einem linienförmigen Muster auf das Gold übertragen und die Synthese von Titandioxid dort nachgewiesen.rnDie Experimente und Ergebnisse dieser Arbeit haben gezeigt, dass Silicatein α durch einfache Modifikationen an verschiedene Oberflächen immobilisiert werden kann und dabei immer noch seine Aktivität behält. rnHierdurch ergibt sich die Möglichkeit, unter Normalbedingungen verschiedenste Kompositmaterialien herzustellen.rn

The reconstruction of skeletal movement: the soft tissue artefact issue

In 3D human movement analysis performed using stereophotogrammetric systems and skin markers, bone pose can only be estimated in an indirect fashion. During a movement, soft tissue deformations make the markers move with respect to the underlying bone generating soft tissue artefact (STA). STA has devastating effects on bone pose estimation and its compensation remains an open question. The aim of this PhD thesis was to contribute to the solution of this crucial issue. Modelling STA using measurable trial-specific variables is a fundamental prerequisite for its removal from marker trajectories. Two STA model architectures are proposed. Initially, a thigh marker-level artefact model is presented. STA was modelled as a linear combination of joint angles involved in the movement. This model was calibrated using ex-vivo and in-vivo STA invasive measures. The considerable number of model parameters led to defining STA approximations. Three definitions were proposed to represent STA as a series of modes: individual marker displacements, marker-cluster geometrical transformations (MCGT), and skin envelope shape variations. Modes were selected using two criteria: one based on modal energy and another on the selection of modes chosen a priori. The MCGT allows to select either rigid or non-rigid STA components. It was also empirically demonstrated that only the rigid component affects joint kinematics, regardless of the non-rigid amplitude. Therefore, a model of thigh and shank STA rigid component at cluster-level was then defined. An acceptable trade-off between STA compensation effectiveness and number of parameters can be obtained, improving joint kinematics accuracy. The obtained results lead to two main potential applications: the proposed models can generate realistic STAs for simulation purposes to compare different skeletal kinematics estimators; and, more importantly, focusing only on the STA rigid component, the model attains a satisfactory STA reconstruction with less parameters, facilitating its incorporation in an pose estimator.

The role of dendritic cells (DC) in Friend retrovirus-induced immunosuppression and immunotherapeutic applications of functionalized nanoparticles

Friend murine leukemia Virus (FV) infection of immunocompetent mice is a well- established model to acquire further knowledge about viral immune suppression mechanisms, with the aim to develop therapeutics against retrovirus-induced diseases. Interestingly, BALB/c mice are infected by low doses of FV and die from FV-induced erythroleukemia, while C57/BL6 mice are infected by FV only at high viral dose, and remain persistently infected for their whole life. Due to the central role of dendritic cells (DC) in the induction of anti-viral responses, we asked for their functional role in the genotype-dependent sensitivity towards FV infection. In my PhD study I showed that bone marrow (BM)-derived DC differentiated from FV-infected BM cells obtained from FV-inoculated BALB/c (FV susceptible) and C57BL/6 (FV resistant) mice showed an increased endocytotic activity and lowered expression of MHCII and of costimulatory receptors as compared with non-infected control BMDC. FV-infected BMDC from either mouse strain were partially resistant towards stimulation-induced upregulation of MHCII and costimulators, and accordingly were poor T cell stimulators in vitro and in vivo. In addition, FV-infected BMDC displayed an altered expression profile of proinflammator cytokines and favoured Th2 polarization. Ongoing work is focussed on elucidating the functional role of proteins identified as differentially expressed in FV-infected DC in a genotype-dependent manner, which therefore may contribute to the differential course of FV infection in vivo in BALB/c versus C57BL/6 mice. So far, more than 300 proteins have been identified which are differently regulated in FV-infected vs. uninfected DC from both mouse strains. One of these proteins, S100A9, was strongly upregulated specifically in BMDC derived from FV-infected C57BL/6 BM cells. S100A9-/- mice were more sensitive towards inoculation with FV than corresponding wild type (WT) mice (both C57BL/6 background), which suggests a decisive role of this factor for anti-viral defense. In addition, FV-infected S100A9-/- BMDC showed lower motility than WT DC. The future work is aimed to further elucidate the functional importance of S100A9 for DC functions. To exploit the potential of DC for immunotherapeutic applications, in another project of this PhD study the usability of different types of functionalized nanoparticles

Femur Specific Polyaffine Model to Regularize the Log-Domain Demons Registration

Osteoarticular allograft transplantation is a popular treatment method in wide surgical resections with large defects. For this reason hospitals are building bone data banks. Performing the optimal allograft selection on bone banks is crucial to the surgical outcome and patient recovery. However, current approaches are very time consuming hindering an efficient selection. We present an automatic method based on registration of femur bones to overcome this limitation. We introduce a new regularization term for the log-domain demons algorithm. This term replaces the standard Gaussian smoothing with a femur specific polyaffine model. The polyaffine femur model is constructed with two affine (femoral head and condyles) and one rigid (shaft) transformation. Our main contribution in this paper is to show that the demons algorithm can be improved in specific cases with an appropriate model. We are not trying to find the most optimal polyaffine model of the femur, but the simplest model with a minimal number of parameters. There is no need to optimize for different number of regions, boundaries and choice of weights, since this fine tuning will be done automatically by a final demons relaxation step with Gaussian smoothing. The newly developed synthesis approach provides a clear anatomically motivated modeling contribution through the specific three component transformation model, and clearly shows a performance improvement (in terms of anatomical meaningful correspondences) on 146 CT images of femurs compared to a standard multiresolution demons. In addition, this simple model improves the robustness of the demons while preserving its accuracy. The ground truth are manual measurements performed by medical experts.

Prevalence and densitometric characteristics of incomplete distal renal tubular acidosis in men with recurrent calcium nephrolithiasis

The aim of this study was to assess the prevalence of incomplete distal renal tubular acidosis (idRTA) in men with recurrent calcium nephrolithiasis and its potential impact on bone mineral density. We conducted a retrospective analysis of 150 consecutive, male idiopathic recurrent calcium stone formers (RCSFs), which had originally been referred to the tertiary care stone center of the University Hospital of Berne for further metabolic evaluation. All RCSFs had been maintained on a free-choice diet while collecting two 24-h urine samples and delivered second morning urine samples after 12 h fasting. Among 12 RCSFs with a fasting urine pH >5.8, a modified 3-day ammonium chloride loading test identified idRTA in 10 patients (urine pH >5.32, idRTA group). We matched to each idRTA subject 5 control subjects from the 150 RCSFs, primary by BMI and then by age, i.e., 50 patients, without any acidification defect (non-RTA group) for comparative biochemistry and dual energy X-ray absorptiometry (DEXA) analyses. The prevalence of primary idRTA among RCSFs was 6.7% (10/150). Patients with idRTA had significantly higher 2-h fasting and 24-h urine pH (2-h urine pH: 6.6 ± 0.4 vs. 5.2 ± 0.1, p = 0.001; 24-h urine pH: 6.1 ± 0.2 vs. 5.3 ± 0.3, p = 0.001), 24-h urinary calcium excretion (7.70 ± 1.75 vs. 5.69 ± 1.73 mmol/d, p = 0.02), but significantly lower 24-h urinary urea excretion (323 ± 53 vs. 399 ± 114 mmol/d, p = 0.01), urinary citrate levels (2.32 ± 0.82 vs. 3.01 ± 0.72 mmol/d, p = 0.04) and renal phosphate threshold normalized for the glomerular filtration rate (TmPO(4)/GFR: 0.66 ± 0.17 vs. 0.82 ± 0.21, p = 0.03) compared to non-RTA patients. No significant difference in bone mineral density (BMD) was found between idRTA and non-RTA patients for the lumbar spine (LS BMD (g/cm(2)): 1.046 ± 0.245 SD vs. 1.005 ± 0.119 SD, p = 0.42) or femoral neck (FN BMD (g/cm(2)): 0.830 ± 0.135 SD vs. 0.852 ± 0.127 SD). Thus, idRTA occurs in 1 in 15 male RCSFs and should be sought in all recurrent calcium nephrolithiasis patients. Bone mineral density, however, does not appear to be significantly affected by idRTA.

The effect of 3 versus 6 years of zoledronic acid treatment of osteoporosis: a randomized extension to the HORIZON-Pivotal Fracture Trial (PFT)

Zoledronic acid 5 mg (ZOL) annually for 3 years reduces fracture risk in postmenopausal women with osteoporosis. To investigate long-term effects of ZOL on bone mineral density (BMD) and fracture risk, the Health Outcomes and Reduced Incidence with Zoledronic acid Once Yearly-Pivotal Fracture Trial (HORIZON-PFT) was extended to 6 years. In this international, multicenter, double-blind, placebo-controlled extension trial, 1233 postmenopausal women who received ZOL for 3 years in the core study were randomized to 3 additional years of ZOL (Z6, n = 616) or placebo (Z3P3, n = 617). The primary endpoint was femoral neck (FN) BMD percentage change from year 3 to 6 in the intent-to-treat (ITT) population. Secondary endpoints included other BMD sites, fractures, biochemical bone turnover markers, and safety. In years 3 to 6, FN-BMD remained constant in Z6 and dropped slightly in Z3P3 (between-treatment difference = 1.04%; 95% confidence interval 0.4 to 1.7; p = 0.0009) but remained above pretreatment levels. Other BMD sites showed similar differences. Biochemical markers remained constant in Z6 but rose slightly in Z3P3, remaining well below pretreatment levels in both. New morphometric vertebral fractures were lower in the Z6 (n = 14) versus Z3P3 (n = 30) group (odds ratio = 0.51; p = 0.035), whereas other fractures were not different. Significantly more Z6 patients had a transient increase in serum creatinine >0.5 mg/dL (0.65% versus 2.94% in Z3P3). Nonsignificant increases in Z6 of atrial fibrillation serious adverse events (2.0% versus 1.1% in Z3P3; p = 0.26) and stroke (3.1% versus 1.5% in Z3P3; p = 0.06) were seen. Postdose symptoms were similar in both groups. Reports of hypertension were significantly lower in Z6 versus Z3P3 (7.8% versus 15.1%, p < 0.001). Small differences in bone density and markers in those who continued versus those who stopped treatment suggest residual effects, and therefore, after 3 years of annual ZOL, many patients may discontinue therapy up to 3 years. However, vertebral fracture reductions suggest that those at high fracture risk, particularly vertebral fracture, may benefit by continued treatment.

Evaluation of chemically modified SLA implants (modSLA) biofunctionalized with integrin (RGD)- and heparin (KRSR)-binding peptides

Enhancing osseointegration through surface immobilization of multiple short peptide sequences that mimic extracellular matrix (ECM) proteins, such as arginine-glycine-aspartic acid (RGD) and lysine-arginine-serine-arginine (KRSR), has not yet been extensively explored. Additionally, the effect of biofunctionalizing chemically modified sandblasted and acid-etched surfaces (modSLA) is unknown. The present study evaluated modSLA implant surfaces modified with RGD and KRSR for potentially enhanced effects on bone apposition and interfacial shear strength during early stages of bone regeneration. Two sets of experimental implants were placed in the maxillae of eight miniature pigs, known for their rapid wound healing kinetics: bone chamber implants creating two circular bone defects for histomorphometric analysis on one side and standard thread configuration implants for removal torque testing on the other side. Three different biofunctionalized modSLA surfaces using poly-L-lysine-graft-poly(ethylene glycol) (PLL-g-PEG) as a carrier minimizing nonspecific protein adsorption [(i) 20 pmol cm⁻² KRSR alone (KRSR); or in combination with RGD in two different concentrations; (ii) 0.05 pmol cm⁻² RGD (KRSR/RGD-1); (iii) 1.26 pmol cm⁻² RGD (KRSR/RGD-2)] were compared with (iv) control modSLA. Animals were sacrificed at 2 weeks. Removal torque values (701.48-780.28 N mm), bone-to-implant contact (BIC) (35.22%-41.49%), and new bone fill (28.58%-30.62%) demonstrated no significant differences among treatments. It may be concluded that biofunctionalizing modSLA surfaces with KRSR and RGD derivatives of PLL-g-PEG polymer does not increase BIC, bone fill, or interfacial shear strength.

Tumor necrosis factor-alpha: alternative role as an inhibitor of osteoclast formation in vitro

TNFalpha is known to stimulate the development and activity of osteoclasts and of bone resorption. The cytokine was found to mediate bone loss in conjunction with inflammatory diseases such as rheumatoid arthritis or chronic aseptic inflammation induced by wear particles from implants and was suggested to be a prerequisite for the loss of bone mass under estrogen deficiency. In the present study, the regulation of osteoclastogenesis by TNFalpha was investigated in co-cultures of osteoblasts and bone marrow or spleen cells and in cultures of bone marrow and spleen cells grown with CSF-1 and RANKL. Low concentrations of TNFalpha (1 ng/ml) caused a >90% decrease in the number of osteoclasts in co-cultures, but did not affect the development of osteoclasts from bone marrow cells. In cultures with p55TNFR(-/-) osteoblasts and wt BMC, the inhibitory effect was abrogated and TNFalpha induced an increase in the number of osteoclasts in a dose-dependent manner. Osteoblasts were found to release the inhibitory factor(s) into the culture supernatant after simultaneous treatment with 1,25(OH)(2)D(3) and TNFalpha, this activity, but not its release, being resistant to treatment with anti-TNFalpha antibodies. Dexamethasone blocked the secretion of the TNFalpha-dependent inhibitor by osteoblasts, while stimulating the development of osteoclasts. The data suggest that the effects of TNFalpha on the differentiation of osteoclast lineage cells and on bone metabolism may be more complex than hitherto assumed and that these effects may play a role in vivo during therapies for inflammatory diseases.

Cbfa-1 (Runx-2) and osteocalcin expression by human osteoblasts in heparin osteoporosis in vitro

Heparin may cause adverse effects on bone formation following long-term application. The exact pathomechanism is unclear, but in vitro data suggest an impaired osteoblast function. The transcription axis of Cbfa-1 (Runx-2) and osteocalcin is crucial in maintaining an equilibrium of bone formation and resorption in vivo. We used a human osteoblast cell culture model to further investigate the effect of heparin (low-molecular-weight heparin, dalteparin) on the expression of these two regulators of osteoblast differentiation. At high doses, dalteparin caused a significant inhibition of both osteocalcin and Cbfa-1 expression in vitro. Our data support the hypothesis of a direct inhibition of osteoblast function underlying heparin osteoporosis.

A systematic review of the survival and complication rates of implant supported fixed dental prostheses with cantilever extensions after an observation period of at least 5 years

OBJECTIVE: The aim of this systematic review was to assess the survival rates of short-span implant-supported cantilever fixed dental prostheses (ICFDPs) and the incidence of technical and biological complications after an observation period of at least 5 years. MATERIAL AND METHODS: An electronic MEDLINE search supplemented by manual searching was conducted to identify prospective or retrospective cohort studies reporting data of at least 5 years on ICFDPs. Five- and 10-year estimates for failure and complication rates were calculated using standard or random-effect Poisson regression analysis. RESULTS: The five studies eligible for the meta-analysis yielded an estimated 5- and 10-year ICFDP cumulative survival rate of 94.3% [95 percent confidence interval (95% CI): 84.1-98%] and 88.9% (95% CI: 70.8-96.1%), respectively. Five-year estimates for peri-implantitis were 5.4% (95% CI: 2-14.2%) and 9.4% (95% CI: 3.3-25.4%) at implant and prosthesis levels, respectively. Veneer fracture (5-year estimate: 10.3%; 95% CI: 3.9-26.6%) and screw loosening (5-year estimate: 8.2%; 95% CI: 3.9-17%) represented the most common complications, followed by loss of retention (5-year estimate: 5.7%; 95% CI: 1.9-16.5%) and abutment/screw fracture (5-year estimate: 2.1%; 95% CI: 0.9-5.1%). Implant fracture was rare (5-year estimate: 1.3%; 95% CI: 0.2-8.3%); no framework fracture was reported. Radiographic bone level changes did not yield statistically significant differences either at the prosthesis or at the implant levels when comparing ICFDPs with short-span implant-supported end-abutment fixed dental prostheses. CONCLUSIONS: ICFDPs represent a valid treatment modality; no detrimental effects can be expected on bone levels due to the presence of a cantilever extension per se.