Der Weg der Orthopädie ins 21. Jahrhundert o. Univ.Prof. Dr. R. Windhager Univ. Klinik für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie Medizinische Universität Graz Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

ICH DENKE NIE AN DIE ZUKUNFT. SIE KOMMT FRÜH GENUG. Albert Einstein Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Entwicklung der Orthopädie vor dem Hintergrund medizinischer Errungenschaften aktueller medizinischer und technologischer Entwicklungen in den einzelnen Spezialbereichen Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Perioden der Entwicklung der westlichen Medizin Hippokrates Galen A. Vesalius W. Harvey J. Snow J. Lister C.W. Röntgen ? 450 1500 1800 3000 2000 1000 0 1000 2000 Superanaturalismus Theorie Systemat. Technologie (Mystizismus, Religion) Forschung u. Forschung Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

BIOMECHANIK Belastungsorientierte Anordnung von Kompakta und Spongiosa im Skelett Wolff (1892): Das Gesetz der Transformation der Knochen Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

BIOMECHANIK Rationale für operative Korrekturen Aus Atlas zur Biomechanik der gesunden und kranken Hüfte. Prinzipien und Techniken der kausalen Therapie – Pauwels 1973 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

BIOMECHANIK und KNOCHENENTWICKLUNG Embryonales Mesenchym reagiert auf Biomechanik Die Kausale Histogenese der Stützgewebe Kausale Histogenese der Stützgewebe nach der Theorie von Pauwels (nach Kummer 1963) Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Entwicklung der Orthopädie vor dem Hintergrund medizinischer Errungenschaften aktueller medizinischer und technologischer Entwicklungen in den einzelnen Spezialbereichen Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

II. Aktuelle medizinische und technologische Entwicklungen Informationstechnologie Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Medizinische Literatur (Pub Med) 1950 – 19.11.2007 36.487 33.358 34.506 10.656 37.046 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Medizinische Information im World Wide Web 6.560.000 2.100.000 2.210.000 1.660.000 2.140.000 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Auswirkungen der Informationstechnologie Multiplikation von Medizin. Spezialwissen Superspezialisierung Zentralisierung auf Basis einer abgestuften Versorgungspyramide Medizin. Information im www „Direct to Consumer Advertising“ Mündige Unkritische informierte fordende Patienten Patienten Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

DTCA (Direct to Consumer Advertising) Ausgaben der Pharmaindustrie Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Aktuelle medizinische und technologische Entwicklungen Informationstechnologie Visualisierung Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Navigation in der Hüftendoprothetik - 1998 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Navigation in der Knieendoprothetik - 2002 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Intraoperative 3D-Bildgebung BrainSUITE® is “the state-of-the art operating room,” a neurosurgical OR that integrates all the surgical and diagnostic tools – including high-field iMRI or CT scanner- necessary to treat complicated neurosurgical cases. This integration improves the precision, efficiency and standard of care for established procedures and offers excellent research opportunities for creating new approaches BrainSUITE is the next step in neurosurgery: Access to all relevant clinical data and advanced visualization of this data, facilitates an improved surgical decision making process. Designed and tested for the highest standards in usability, compatibility and safety Rapid implementation into the clinical environment at a predictable cost. Brainlab - Siemens Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Intraoperative 3D-Bildgebung Dyna CT Siemens Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

CT assistierte Fusion C1/2 C1/C2 Fusion with cerclage and navigation Placement and position of screw was checked Images and videos courtesy of Dr. Uhl, University Hospital Grosshadern, Munich, Germany Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Aktuelle medizinische und technologische Entwicklungen Informationstechnologie Visualisierung Miniaturisierung Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Auswirkung der Miniaturisierung Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Auswirkungen der Miniaturisierung Verkleinerung des Operationstraumas Minimal oder gering invasive Chirurgie Interventionelle Verfahren Molekulare Orthopädie (Tissue engineering) Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Entwicklung der rekombinanten BMPs für die klinische Applikation Eine molekularbiologische Erfolgsgeschichte Periode Ereignis 1960er Demineralisierter Knochen führt zu ektoper Ossififkation im Muskel 1970er – 1980er Isolierung von kleinen Mengen von BMP späte 1980er – frühe 1990er Klonierung von BMP DNAs 1990er Produktion von rekombinanten BMP in großen Mengen aus genetisch modifizierten Bakterienkulturen 2000er Verwendung der rekombinanten BMPs im klinischen Alltag Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Rekombinantes BMP Bone Morphogenetic Protein 2. Mo. postop 6. Mo. postop. 9. Mo. postop. Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Autologe Chondrocyten Transplantation ACT (Peterson) Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Tissue engineering von Knochen und Knorpel mit mesenchymalen Stammzellen (hMSC) Pountos I et al. JBJS(Br.) Vol.88-B 421-426, 2006 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

HMSC – Abnahme mit dem Alter Caplan A.I Journal of Pathology 2009 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Osteogene Differenzierung von hMSC in porösen Knochenersatzstoffen Quantitative Analyse von Osteocalcin und ALP Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

3D Migration and Verteilung von hMSC in porösen Knochenersatzstoffen BioOss®: pore size: 300-1500µm high porosity (70-75%) BioOss 50x 200x Vitoss®: pore size: 100-1000µm high porosity 70-75% Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Genexpressionsprofil von hMSC nach ex-vivo Expansion Kulterer B et al. Genomics 2007 Nach 10 Passagen 26 Zellverdoppelungen Oberflächenmarker (undiff. Phänotyp) idem Differenzierung osteo- oder adipogen idem Microarray mit 30.000 Elementen 12 Genecluster isoliert Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Genexpression während osteogener Differenzierung von hMSC Kulterer B et al. Genomics 2007 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Genexpression während osteogener Differenzierung von hMSC Kulterer B et al. Genomics 2007 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Genexpression während osteogener Differenzierung von hMSC Kulterer B et al. Genomics 2007 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Undifferenzierte hMSC sind hoch sensitiv auf mechanische Belastung Friedl et. al. Osteoarthritis and Cartilage 2007 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Undifferenzierte hMSC sind hoch sensitiv auf mechanische Belastung Expression von Genen assoziiert mit osteogener Differenzierung chondrogener RUNX2 – Transcription factor für osteogene Diff ALPL – Alkalische Phosphatase COL – Collagen Typ I SPARC – =Osteonectin SPP1 - =Osteopontin Alle sign erhöht Friedl et. al. Osteoarthritis and Cartilage 2007 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Entwicklung der Orthopädie vor dem Hintergrund medizinischer Errungenschaften aktueller medizinischer und technologischer Entwicklungen in den einzelnen Spezialbereichen Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) 2003 – www. aaos.org Expertengruppen Genetische und erworbene Störungen im Kindesalter Trauma und Frakturen Hand, obere Extremität, mikrovaskuläre Chirurgie und Sehnen Knorpelstruktur und Funktion (Alterung, Verletzung und Behinderung) Tissue-Engineering Gentherapie Statistik und Ergebnisforschung Knochenstruktur und Funktion (Alterung und Behinderung) Forschung im Gesundheitswesen Frauengesundheit Wirbelsäulenprobleme Neoplasie Infektionen Sport, Fitness und Bänder Bioengineering und Biomaterialien Gelenksersatz Verletzungen am Arbeitsplatz und Ergonomie Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) 2003 www. aaos.org Forschungsgebiet Nennungen in den 17 Gruppen Tissue-Engineering 11 Zellbiologie (Grundlagenforschung) 9 Biomarker-Gentherapie 8 Verletzung (Epidemiologie und Prävention) 8 Alterung 8 Infektion 8 Biomechanik Biophysik (Kinematik u. Modelling) 7 Klinische Ergebnisse: Untersuchungsmodelle, klinische Studien, Ergebnis Parameter 7 Biomaterialien (Fixation, Verletzung, Reparatur) 7 Schmerzforschung (inkl. Effizienz der Pharmakotherapie) 7 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Total Health R&D Spending Industry vs. Government 1985-1994 Okike K. et al., Injury, 2008 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

U.S. Clinical Research Sites sponsored by Industry 1994 - 2004 Okike K. et al., Injury, 2008 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

PubMed Citations on Conflict of Interest Okike K. et al., Injury, 2008 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Funding for Biomedical Research by Source 1994 - 2003 Okike K. et al., Injury, 2008 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Zukünftige Schwerpunkte unserer wissenschaftlichen Gesellschaft Erfassung und Objektivierung von medizinischen Bedürfnissen der Gesellschaft und der einzelnen Individuen. Kontrolle und Objektivierung medizinischer Information und Aufbereitung derselben für die Öffentlichkeit. Mitarbeit bei der Etablierung von Qualitätsstandards und Festlegen von Richtlinien für die Einführung neuer Methoden, sowie Transparenz der Information für alle Mitglieder. Homogenisierung der Ausbildung auf nationaler und internationaler Ebene. Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Präsident d. Max-Planck-Gesellschaft 1996 - 2002 DIE FIGUREN UND NICHT DIE STRUKTUREN BESTIMMEN DEN MEDIZINISCHEN FORTSCHRITT Herbert Markl Präsident d. DFG 1986 -1991 Präsident d. Max-Planck-Gesellschaft 1996 - 2002 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

ISOLS goes Vienna Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

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Entwicklung der Orthopädischen Chirurgie Maximierte Präzision (Navigation) Minimierte Traumatisierung (MIS) Molekulare Orthopädie Konzept Klin. Abt. f. Orthopädie – Univ. Graz R. Windhager, 1996 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

NICHT DIE FIGUREN, SONDERN DIE STRUKTUREN WERDEN DEN MEDIZINISCHEN FORTSCHRITT BESTIMMEN. Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

DIE FIGUREN UND NICHT DIE STRUKTUREN BESTIMMEN DEN MEDIZINISCHEN FORTSCHRITT. Herbert Markl Präsident d. DFG 1986 -1991 Präsident d. Max-Planck-Gesellschaft 1996 - 2002 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Figure 1a Figure 1b 1a 1b 1c 1d Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

1f 1e 1g 1h Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

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2b Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

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4b Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

5a 5b 5d 5c Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

KATEGORIEN VON VEKTOREN IN DER GENTHERAPIE VIRALE Nicht-Integrierende Adenovirus Herpes Simplex Virus (HSV) Integrierende Retrovirus Oncoretrovirus (MoMLV) Lentivirus Adenoassozierter Virus (AAV) ? NICHT-VIRALE Nackte DNA DNA + Träger (Liposome, Polymere etc.) Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Gentherapie bei osteochondralen Defekt Pascher et al, Gene Therapy 2003 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Implantation eines autologen Plug in einen osteochondralen Defekt eines Kaninchen. Pascher et al, Gene Therapy 2003 Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org

Mit Ad.TGF-b1 modifizierte Knochenmarkkoagel zeigen Zeichen einer Knorpelreparation Ad.TGF-b1 Knochenmarkkoagel H&E H&E 10x 25x TB TB Sechs Wochen nach OP Entwicklung der Orthopädie in den einzelnen Spezialbereichen - American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) – www. aaos.org