Kemik defektlerine uygulanan tip ı kollajenin osteogeneze spesifik genlere etkisi ve histopatolojik incelenmesi

Abstract

Günümüzde Ortopedi ve Travmatoloji kliniklerinin başlıca uğraş konularından birisi kemik defektlerinin tedavisi oluşturmaktadır. Bu amaçla pek çok materyal ve tedavi metodu araştırılmış ve araştırılmaya devam etmektedir. Biz de çalışmamızda kemikte ana kollajen olan tip I kollajenin kemik defektlerine ve osteogeneze spesifik genlere olan etkisini rat kemik defekti modelinde araştırdık.Bu amaçla çalışma 56 adet Spraque dawley tipi dişi rat üzerinde yapıldı. Ratların sağ femur şaftının ½ orta medial bölgesinde yaklaşık 2 mm.'lik defek oluşturuldu. Ratlar eşit miktarda olacak şekilde 2 gruba ayrıdı. Deney grubunun defektli bölgesine rat kaynaklı tip I kollajen uygulandı ve kontrol grubunda ise defekt oluşturulan bölge boş bırakıldı.Her gruptan 7 adet rattan cerrahi sonrası 1. saatte, 1. haftada, 3. haftada ve 6. haftada sakrifiye edilmeden önce intrakardiyak olarak 1 cc kan alındı. Ratların femurları histopatolojik inceleme için bütün olarak çıkartıldı. Histopatolojik değerlendirmede Huo sınıflaması, inflamasyon, konnektif doku gelişimi, osteogenez ve yabancı cisim reaksiyonu değerlendirildi. Sadece 1. haftada Huo sınıflamasına göre deney grubunda anlamlı değişiklik tespit edildi (p=0,027). Diğer parametreler ve diğer haftalarda histopatolojik olarak anlamlı değişiklikler saptanmadı.Alınan kanlardan cDNA izolasyonu sonrası mikroarray yöntemi ile 42 adet osteogeneze spesifik gen değerlendirildi. 1. saatte deney grubunda BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, TGF-ßRII, Smad-1, IL-6, BMPR-IA, BMPR-IB, Eng, BMPR-II, c-fos, Cdkn1a, Chrd, Gdf-5, Id-1, PDGF-ß, IGF-1, Serpine-1, TGF-ßRI gen ekspresyonlarında anlamlı artış saptandı. 1. haftadaki karşılaştırmada hiçbir gende anlamlı değişiklik saptanmadı. 3. haftadaki incelemede deney grubunda kontrol grubuna göre BMP-7, BMPR-IA, c-fos genlerinde anlamlı azalma saptandı. 6. haftada yapılan incelemede sadece IGFBP-3 geninde deney grubunda azalma mevcuttu.Bu sonuçlar neticesinde tip I kollajen kemik defektlerini tedavisinde erken dönemde inflamatuvar sitokinler ve BMP gen ekspresyonlarında artış ile etkili olmaktadır. Fakat uzun dönemde (6. haftada) kemik defektlerinin iyileşmesi üzerine etkisi deney grubundan farklı değildir.

Nowadays, treatment of bone defects constitutes one of the main struggling subjects of Orthopaedics and Traumatology clinics. For this purpose, many materials and treatment methods were being investigated and investigations are still continuing. In our study, we investigated the effects of Type I collagen which is main collagen component of bone tissue; on bone defects and on genes spesific for osteogenesis in a rat bone defect model.In this study, 56 female Spraque Dawley type rats were used. About 2 mm bone defect was created in the middle of right femur of rats. Rats were divided into two groups in equal ratio. In experimental group, type I collagen which was derived from rats is applied in bone defects whereas in control group defects were left empty.Seven rats from each group were sacrified at first hour, first week, third week and sixth week after surgery. 1cc blood samples were collected from each rat through intracardiac way. Femurs of rats were removed as a whole for histopathological examination. In histopathological examination; Huo classification, inflamation, development of connective tissue, osteogenesis and foreign body reaction were evaluated. According to Huo classification, significant change was found in the experimental group (p=0,027) only at first week. Histopathologically, no significant changes were found in other parameters at other weeks.Forty two genes that are spesific for osteogenesis were evaluated with microarray method after cDNA isolation of collected blood samples. In the experimental group, significant increase was found in genetic expressions of BMP-1, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, TGF-ßRII, Smad-1, IL-6, BMPR-IA, BMPR-IB, Eng, BMPR-II, c-fos, Cdkn1a, Chrd, Gdf-5, Id-1, PDGF-ß, IGF-1, Serpine-1, and TGF-ßRI at first hour. By the comparison of the genes in the fist week, no significant change was found in any of the genes. By the evaluation at third week; when compared to control group, a significant decrease was found in expressions of BMP-7, BMPR-IA and c-fos genes in the experimental group. By the evalation at sixth week; there was a decrease only in IGFBP-3 gene expression in the experimental group.As a conclusion of these results; Type I collagen is found to be effective on the treatment of bone defects through increasing inflammatoary cytokines and also expression of BMP genes in the early stages of healing. However, it is not found that type I collagen has positive effect on healing of bone defects for long terms.