Research projects

Entwicklung eines neuartigen biomechanischen Testaufbaus zusammen mit Knochenstärkensimulationsmodellen zur Verbesserung der Diagnose und Behandlung von Osteoporose
Osteoporose (OP) ist eine stille Knochenerkrankung, die zu einem Verlust der Knochendichte, einer verminderten Knochenstärke und letztendlich zum Bruch führt. Es wird unterschätzt, unterdiagnostiziert und unterbehandelt. Jede dritte Frau und jeder fünfte Mann über 50 ist betroffen. OP ist in der EU jährlich für mehr als 4 Millionen Frakturen verantwortlich, wobei Hüftfraktur der häufigste Typ ist. Das bedeutet mehr als 40 Milliarden Euro an Gesundheitsfürsorgekosten, von denen weniger als 5% für die Prävention ausgegeben werden. Neben Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs ist dies eine der wichtigsten Herausforderungen für die Gesundheitsfürsorge in den nächsten Jahrzehnten. Insbesondere in Niederösterreich belastet dies allein das Gesundheitssystem mit schätzungsweise 200 Millionen Euro pro Jahr. Die frühe Diagnostik des OP ist für die Frakturprävention unerlässlich. Dies wiederum erhöht die Lebensqualität des Patienten und senkt die Gesundheits- und Sozialkosten. Die Knochendichte wird als Prädiktor für das Risiko osteoporotischer Frakturen verwendet. Es wird mit DEXA gemessen und mit einem abgeleiteten T-Score diagnostiziert. Neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass solche Messungen der Densitometrie ungenau und unzureichend sind. Beispielsweise treten mehr als 50% der OP-Frakturen bei Patienten auf, die nach dieser Methode als "geringes Risiko" betrachtet werden, und 15% der Patienten werden wegen ihres "hohen Risikos" falsch behandelt. Eine Verbesserung dieser Situation erfordert (a) bessere Screening-Techniken, (b) mehr Screening und (c) verbesserte Diagnosewerte. Ziel dieses Projektes ist es, die Diagnose-Tools für Osteoporose zu verbessern. Knochenbrüche treten aufgrund von Überlastung und / oder verringerter Belastungsresistenz aufgrund von Knochenverlust auf. Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) -Simulation ist eine nicht-invasive numerische Methode, mit der die individuelle Knochenstärke in vivo basierend auf DEXA- oder Quantitative Computed Tomography-Bildern (QCT) geschätzt werden kann. Geometrische, strukturelle und Materialeigenschaften werden aus Bildern berechnet und mit typischen physiologischen Belastungsbedingungen kombiniert, einschließlich Größe, Richtung und Häufigkeit der Belastung. Die Genauigkeit des Modells ergibt sich aus der guten Kenntnis all dieser Parameter. Die FEM-basierte Knochenstärke kann die Diagnose, Bewertung und Überwachung von Osteoporose effektiv verbessern. Trotz des im letzten Jahrzehnt erzielten erheblichen Fortschritts müssen diese Vorhersagen durch Verbesserungen der Bildgebung, mechanischen Tests und Simulationstechniken noch erheblich verbessert werden, um ihre klinische Verwendung zu rechtfertigen.

Hintergrund:
Das Projekt Alles Clara wurde in Zusammenarbeit der Caritas Pflege der Erzdiözese Wien, dem Ludwig Boltzmann Institut Digital Health and Patient Safety, der ERSTE Stiftung und Two Next inclusion ins Leben gerufen. Ziel des Projektes ist es, eine niederschwellige, digitale Unterstützung pflegender An- und Zugehöriger zu entwickeln. Projektbeginn war im Sommer 2020 und im September 2020 wurde der erste Prototyp entwickelt. Alles Clara verbindet pflegende An- und Zugehörige mit Expert_innen aus verschiedenen Bereichen und ermöglicht zeitlich und örtlich flexible sowie niederschwellige Beratung. Im Frühjahr 2021 hat die Alles Clara-App die Alpha-Phase erfolgreich absolviert.Seit Juli 2022 befindet sich Alles Clara in einer Pilotphase und wird das erste mal in realem Kontext verwendet. Diese Pilotphase soll bereits eine erste Evaluation ermöglichen.

Den theoretischen Hintergrund der Evaluation bildet zum einen der Gedanke der Personzentrierung. Im Jahr 2021 wurde in einem begleitenden Projekt ein theoretisches Fundament zur Gewährleistung der Personzentrierung im Rahmen des Projekts Alles Clara entwickelt. Zum anderen die inhaltlichen Ziele, die bei der Entwicklung von Alles Clara leitend waren. Da Alles Clara im Sinne von Craig et al. (2013) als komplexes Programm gesehen werden kann, bilden die Grundsätze der theoriegeleiteten Evaluation, im Speziellen die der Realist Evaluation, den methodischen Hintergrund.

Zielsetzung:
Ziel ist die Evaluation der Applikation Alles Clara im Rahmen der Pilotphase. Dabei soll vor allem der Aspekt der Komplexität, der diesem Programm zugrunde liegt, berücksichtigt werden. Die Fragestellung, die für dieses Evaluationsprojekt herangezogen wird, lehnt sich dabei an der Grundsatzfrage der Realist Evaluation nach Pawson und Tilley (1997) an: Was funktioniert für wen, unter welchen Umständen und in welcher Hinsicht, und wie?

Trabekuläres Knochengewebe kann als elasto-visko-plastisches Material sinnvoll modelliert werden. Belastungs-Entlastungs-Experimente an Einzeltrabekeln zeigten jedoch eine Abnahme des Elastizitätsmoduls mit zunehmender Dehnung. Um dieses Verhalten zu modellieren soll in der gegenwärtigen Studie der elastische Anteil eines zuvor entwickelten 2-Ebenen elasto-visko-plastischen rheologischen Modells mit einer von der plastischen Dehnung abhängigen Schadensvariable (von 0 bis 1) skaliert werden. Diese Anpassung soll eine verbesserte Beschreibung der Materialeigenschaften von Knochengewebe ermöglichen. Darüber hinaus werden neue Zugversuche an kortikalen Knochenproben durchgeführt, die aus dem Schaft menschlicher Oberschenkelknochen gewonnen wurden, um die Verwendung des vorgeschlagenen Modells für kortikales und trabekuläres Knochengewebe zu vergleichen. Zusätzliche Proben werden aus dem Oberschenkelhals von gesunden und osteoporotischen Spendern entnommen werden, um festzustellen, ob sich die Materialeigenschaften des Knochengewebes in Bezug auf Osteoporose ändern. In einer vorhergehenden Studie konnte gezeigt werden, dass sich die Materialeigenschaften von Einzeltrabekel bei Osteoporose nicht signifikant verändern. Ziel der aktuellen Studie ist es zu untersuchen, ob dies auch für kortikales Knochengewebe im Schenkelhals gilt. Die Kenntnis dieser Informationen ist nicht nur für Computersimulationen, die zuverlässige Materialeingabeparameter erfordern, unerlässlich, sondern auch für ein besseres Verständnis der Auswirkungen der Osteoporose auf das Material selbst.

Entwicklung eines Tissue Engineering Modells der endochondralen Ossifikation für die Knochenregenerierung
Techniken zum Einfügen eines neuen Knochenstücks um große Knochendefekte zu behandeln beinhalten oft die Implantation eines allogenen Knochentransplantats um das beschädigte Gewebe zu ersetzen. Häufig kommt es aber zu einer schlechten Integration des Transplantats und zu keiner funktionierenden Anastomose, die zur Einwanderung von Blutgefäßen des vorhandenen Gewebes in das Transplantat benötigt werden. Deshalb müssen viele ungeklärte Fragen untersucht werden, um klinische Ergebnisse die Knochenbrüche, Osteonekrose und Osteoporose betreffen, zu verbessern. Vielverspechende Tissue Engineering Strategien wurden bereits entwickelt, die die Knochenregeneration fördern. Die häufigste Methode beinhaltet die Stimulierung der Knochenentwicklung um den Knochen neu zu bilden, jedoch ist diese Strategie bis jetzt noch wirkungslos. Schon am Beginn der Forschung im Bereich Knochen Tissue Engineering hatte man die Vorstellung, natürliche Prozesse der Knochenbildung durch die Entwicklung von Mechanismen zur Bildung der Röhrenknochen (= endochondrale Ossifikation) nachzuahmen. In diesem Projekt möchten wir Strategien zur Knochenregenerierung entwickeln, welche natürliche Biomaterialien mit eingebauter extrazelluläre Matrix des Knorpels beinhalten (= cartilage derived extracellular matrix; CD-ECM). Wir nehmen an, dass eine knorpelähnliche Vorlage auf einem festen Biomaterial ein neues Gewebe bildet, das dem nativen Knochen in Struktur und Funktionalität ähnelt. Um diese Hypothese zu testen, werden wir die Knochenneubildung an Hand unseres vorgeschlagenen Modells mit den in der Klinik verwendeten Knochentransplantaten vergleichen. In die mit CD-ECM versehenen Biomaterialien werden hypertrophe Chondrozyten, d.h. Chondrozyten die auf dem Weg zur Knochenbildung sind, eingebettet und die Bildung einer mineralisierten Matrix wird an Hand von biochemischen Analysen und histologischen Methoden untersucht. Des Weiteren wird durch Mikro-Computertomographie (μCT), eine Methode bei dem das Konstrukt nicht zerstört wird, mehrteilige dreidimensionale Bilder erzeugt, um die Kalzifizierung und die Knochenformung darzustellen. Dies erlaubt eine Computermodulation und –Simulation, wodurch über eine Finite-Elemente-Analyse die Steifigkeit und die Widerstandsfähigkeit dieser gebildeten Konstrukte beschrieben werden kann. Die mit CD-ECM versehenen Biomaterialien werden dann mit oder ohne hypertrophe Chondrozyten subkutan in Ratten implantiert um die de novo Mineralisierung der Matrix zu untersuchen. Des Weiteren wird die Knochenbildung durch μCT sowie mit biochemischen, biomechanischen und rechenbetonten Methoden untersucht. Dieser interdisziplinäre Ansatz würde helfen bioempfängliche Materialien dazu zu bringen den natürlichen Mechanismus nativer Knochenheilung zu rekapitulieren.

Osteoporose ist eine weit verbreitete Alterserkrankung des Knochens. Die Ursache für eine Osteoporose Erkrankung liegt meist in einer hormonellen Veränderung. Vorwiegend betroffen sind ältere Frauen, aber auch Männer leiden zunehmend an dieser Krankheit. Die Volkskrankheit Osteoporose wird allmählich zu einem gesundheitsökonomischen Problem. Durch die Osteoporose wird nach und nach die Knochendichte verringert. Dadurch wird das gesamte Skelett biomechanisch geschwächt und es kommt mit erhöhter Wahrscheinlichkeit zu Knochenbrüchen. Im klinischen Alltag erfolgt die Diagnose von Osteoporose bzw. generell die Abschätzung eines Frakturrisikos auf Basis von Knochendichtemessung (BMD-Messung). Laut WHO gilt ein T < –2,5 Standardabweichung als kritischer Schwellenwert für die Diagnose einer Osteoporose. Leider zeigen Ergebnisse von Studien (zB. Rotterdam-Studie3), dass bei einer Gruppe mit nichtvertebralen Frakturen lediglich 44 Prozent der Frauen und 21 Prozent der Männer einen TWert kleiner –2,5 aufwiesen. Das finale Ziel ist es, beide Befundungen – Osteoporose und Osteoarthrose - zu kombinieren und mit neuen, validierten Bewertungsmodellen primär eine Osteoporose Differenzierung vorzunehmen, welche bessere Ergebnisse als der T-Score gibt. Als Sekundärziel werden Zusammenhänge und allfällige Wechselwirkungen beider Krankheiten aufgezeigt. Dies soll durch vier Kernforschungsaufgaben erreicht werden: neue Osteoporose-Bewertungsmodelle, Standardisierung von Röntgenaufnahmen, kombinierte Befundung - Zusammenhänge Osteoporose und Osteoarthrose, Validierung der neuen Osteoporose Bewertungsmodelle.

Die vorliegende Leitlinie S1 fasst den Stand der Kenntnis zu Long COVID zum Zeitpunkt des Redaktionsschlusses zusammen. Aufgund der starken Dynamik der Wissensentwicklung versteht sie sich als „living guideline“. Der Schwerpunkt liegt auf der praktischen Anwendbarkeit auf der Ebene der hausärztlichen Primärversorgung, die als geeignete Stelle für den Erstzutritt und für die primäre Betreuung und Behandlung verstanden wird. Die Leitlinie gibt Empfehlungen zur Differenzialdiagnostik der häufigsten Symptome, die in der Folge einer Infektion mit SARS-CoV‑2 auftreten können, zu therapeutischen Optionen, zu Patient:innenführung und -betreuung, sowie zu Wiedereingliederung in den Alltag, und die Rehabilitation. Entsprechend des Krankheitsbildes ist die Leitlinie in einem interdisziplinären Prozess entstanden und gibt Empfehlungen zu Schnittstellen und Kooperationsmöglichkeiten.