Synovial cytokine expression in ankle osteoarthritis depends on age and stage

23
Synovial cytokine expression in ankle osteoarthritis depends on age and stage Hagen Schmal, Ralf Henkelmann, Alexander T. Mehlhorn, Kilian Reising, Gerrit Bode, Norbert P. Südkamp, Philipp Niemeyer Department of Orthopaedic Surgery, University of Freiburg Medical Center, Hugstetter Str. 55, D79106 Freiburg, Germany Corresponding address: Hagen Schmal, M.D. University of Freiburg Medical Center Department of Orthopaedic Surgery Hugstetter Str. 55 D79106 Freiburg i.Br. email: [email protected] Phone: +49 761 270 90160 Fax: +49 761 270 28000 Key words: ankle – osteoarthritis – Ankle Osteoarthritis Scoring System –CD105 – BMP7– aggrecan – biomarker – bFGF – clinical trial Running title: Agerelated biochemistry of ankle osteoarthritis

Transcript of Synovial cytokine expression in ankle osteoarthritis depends on age and stage

Synovial  cytokine  expression  in ankle osteoarthritis depends on age and stage 

Hagen Schmal, Ralf Henkelmann, Alexander T. Mehlhorn, Kilian Reising, Gerrit Bode, Norbert P. 

Südkamp, Philipp Niemeyer 

Department of Orthopaedic Surgery, University of Freiburg Medical Center, Hugstetter Str. 55, D‐

79106 Freiburg, Germany 

 

Corresponding address: 

Hagen Schmal, M.D. 

University of Freiburg Medical Center 

Department of Orthopaedic Surgery 

Hugstetter Str. 55 

D‐79106 Freiburg i.Br. 

e‐mail:    [email protected] 

Phone:    +49 761 270 90160 

Fax:    +49 761 270 28000 

 

 

 

Key words: ankle  –  osteoarthritis  –  Ankle  Osteoarthritis  Scoring  System  –CD105  –  BMP‐7  – 

aggrecan – biomarker – bFGF – clinical trial 

Running title:  Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

Abstract 1 

Purpose 2 

Aim  of  the  study  was  the  analysis  of  cytokine  expression  in  ankle  osteoarthritis  (OA) 3 

hypothesizing age‐dependent regulation patterns. 4 

Methods 5 

Forty‐nine patients undergoing an arthroscopy of the ankle with different stages of chronic OA 6 

were prospectively included  in a clinical trial comparing the group <18 years (n=9, Ø15.1±2.0 years) 7 

with the older patients (≥18 years, n=40, Ø36.5±11.9). Lavage fluids were analyzed by ELISA for levels 8 

of aggrecan, BMP‐2/7,  IGF‐1/R, bFGF, CD105, MMP‐13,  IL‐1β. Additionally, clinical parameters and 9 

scores  (FFI,  CFSS,  AOFAS)  were  evaluated  and  supplemented  by  radiographic  scores  (Kellgren 10 

Lawrence Score (KLS) for conventional X‐rays, Ankle Osteoarthritis Scoring System (AOSS) for MRI). 11 

Results 12 

In contrast to distribution of gender and BMI (p<0.005), parameters characterizing the cartilage 13 

defect as ICRS grading, size and duration of symptoms were not dependent on age. The incidence of 14 

osteochondritis  disscecans  (OCD) was  higher  in  the  group  <18  years  (p<0.006),  but  the  average 15 

degree  of  OCD  grading  was  not  different.  KLS  and  AOSS  were  significantly  higher  in  the  group 16 

≥18years (p<0.02). Correlating with the higher degree of OA in the elderly, clinical function measured 17 

by  FFI  and  AOFAS  was  statistically  significant  worse  (p<0.05).  Intraarticular  concentrations  of 18 

aggrecan (3.1fold), bFGF  (8.7fold), BMP‐7 (2.7fold) and CD105 (1.5fold) were statistically significant 19 

higher in the group ≥18 years (p<0.03). 20 

Conclusions 21 

Confirming the hypothesis, increased synovial levels of aggrecan, bFGF, BMP‐7 and CD105 were 22 

found in patients over 18 years. This correlated with a higher stage of OA determined by radiographic 23 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

changes  or  deteriorated  function  and  may  offer  starting  points  for  new  diagnostics  and 24 

interventional strategies. 25 

Level of Evidence: 2 26 

Introduction 27 

Development of osteoarthritis (OA) is not only accompanied by loss of cartilage, transformation 28 

of  the  subchondral  bone  layer  and  loss  of  function,  but  also  by  a  significant  change  of  the 29 

biochemical joint milieu [12]. Typical markers as collagen‐ [33] or proteoglycan fragments [25] have 30 

been  described  following  OA  or  cartilage  damages  in  different  joints  in  serum  and  urine. 31 

Furthermore,  specific  expression  and  regulation  of  different  proteins  associated  with  cartilage 32 

homeostasis in the joint cavity have been demonstrated in different anatomical regions [13]. E.g. IGF‐33 

1 and bFGF were proteins with elevated concentrations associated  to  focal cartilage  lesions  in  the 34 

knee  [35]. Moreover,  it could be  shown  that  synovial BMP‐2  levels  indicated a  favorable outcome 35 

following  cartilage  regeneration  [37].  Two  important  aspects  seem  to  decisively  influence  the 36 

composition of  synovial cytokines. Firstly,  several publications  suggested a  significant effect of  the 37 

type  of  joint  on  cartilage  biology,  because  different  biomechanics  and  symmetry  [7]  seem  to 38 

determine special cartilage properties and a specific biochemistry  [1, 10]. This  is supported by  the 39 

observation  of  joint  specific  pathologies  as  impingement  syndroms  or  certain  locations  of 40 

osteochondritis dissecans (OCD). Secondly, age is another important factor with significant impact on 41 

the expression pattern of cytokines found in a joint. Not only the biochemical environment, but also 42 

the surface expression of typical markers as collagen type II and aggrecan on chondrocytes used for 43 

implantation has been demonstrated  to be age dependent. This data  indicated  that open physes, 44 

recognized as the typical skeletal aspect usually used for discrimination of children and adults, is not 45 

sufficient describing maturation of cartilage. For this, expression of chondrogenic markers suggested 46 

an  age  boarder  between  18  and  20  years  [38].  Specific  marker  expression  and  a  particular 47 

biochemical milieu have been shown  to have  implications on cartilage regenerating surgery  that  is 48 

more successful in younger patients [34, 38]. 49 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

Taken  these  thoughts  together,  this  study  aimed  to  determine  the  effect  of  age  on  the 50 

expression of  synovial  cytokines  in ankles with different  stages of  chronic OA.  In order  to  cover a 51 

significant spectrum of different cytokines  intraarticular concentrations of BMP‐2, BMP‐7, endoglin 52 

(part  of  the  BMPR‐1A  complex,  CD105),  bFGF  and  IGF‐1  and  its  receptor  as marker  of  intrinsic 53 

cartilage repair, IL‐1β and MMP‐13 as a marker of inflammation, aggrecan as an integral part of the 54 

extracellular matrix (ECM), and the total protein content were determined [35]. Since these proteins 55 

are expected to be  involved  in OA progress, the comparison of synovial  levels allows evaluation of 56 

biochemical joint degeneration. For categorization of the different phases or stages of OA, scoring of 57 

conventional X‐rays and MRIs was used in combination with functional evaluation [29]. The influence 58 

of cartilage defect characteristics was also evaluated, because it has been shown that circumscribed 59 

cartilage lesions influence the amount of certain mediators and proteins in the knee, and data for the 60 

ankle  are  not  available  until  now.  Considering  the  described  biomechanical  and  chondrogenic 61 

distinctiveness results found  in the knee are not simply transferable.  Intention of the paper was to 62 

verify the hypothesis that cytokine regulation during OA development  in the ankle  is dependent on 63 

age. This may offer starting points for new diagnostics and interventional strategies in early OA. 64 

Material and Methods 65 

Forty‐nine patients were enrolled in a prospective clinical trial between November 2009 and May 66 

2011.  Patients  were  included  following  a  performance  of  an  arthroscopy  of  the  ankle,  when 67 

agreement  to participate  in  the study was assigned. Exclusion criteria were alcohol or drug abuse, 68 

mental retardation with incapability to complete the necessary self‐reports and joint infection. 69 

SPECIMEN COLLECTION 70 

Synovial  lavage  fluids  from ankles of patients undergoing an arthroscopy were  intraoperatively 71 

collected. Before starting the arthroscopy, 20 ml of sterile ringer solution was instilled into the joint 72 

cavity.  The  fluid was mixed within  the  joint  by  repeated  passive  flexion‐extension  and  repeated 73 

manipulation of the posterior and anterior ankle regions, and then was aspirated as described before 74 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

[35]. Specimens were centrifuged in order to separate the cells and then stored frozen at ‐80°C until 75 

analyzed. 76 

CHARACTERIZATION OF PATIENTS 77 

The average age was 32.6±13.6 years, the ratio male/female was 31/18 (63%/37%). 15 patients 78 

were  treated operatively before  (31%). 15 patients  (31%) were  smoker, 34 non‐smoker  (69%).The 79 

average  body  mass  index  (BMI)  was  25.4±4.5.  33  patients  had  an  arthroscopy  because  of  an 80 

osteochondritis dissecans (OCD) or long term consequences of OCD, further relevant diagnosis were 81 

tibio‐talar  impingement  and  osteophytes  (11),  ligament  instability  (2),  removement  of  loose  joint 82 

bodies  (3),  chondromalacia  (5),  and  cysts  (1). Multiple  diagnoses were  possible  for  one  patient. 83 

Diagnoses were confirmed by a radiologist and a second orthopedic surgeon. Nine  individuals were 84 

younger than 18 years (average age 15.1±2.0 years), 40 patients were older than 17 years (average 85 

age 36.5±11.9 years). The group separation at 18 years was chosen because cartilage maturation has 86 

been  suggested  to  be  finished  after  18  years  based  on  surface marker  expression  [38].  Smoking 87 

behavior was  included, because  this  has been  shown  to have  influence on  intraarticular  cytokine 88 

expression [36]. 89 

ELISAS FOR BMP­2, BMP­7, ENDOGLIN, bFGF, IGF­1, IGF­1R, IL­1β, MMP­13, 90 

AGGRECAN, BCA (BICINCHONINIC ACID) PROTEIN ASSAY 91 

In order to measure concentrations of the  indicated proteins, commercially available ELISA kits 92 

provided by R&D Systems (Wiesbaden‐Nordenstadt, Germany) for BMP‐2, BMP‐7, Endoglin (CD 105), 93 

bFGF,  IGF‐1,  IGF‐1R,  IL‐1β  and  BioSource  (BioSource  Deutschland  GmbH,  Solingen,  Germany)  for 94 

aggrecan were  used  according  to  the manufacturers’  instructions.  Briefly,  the  assay  employs  the 95 

quantitative  sandwich  enzyme  immunoassay  technique.  A  specific  MAb  was  pre‐coated  onto  a 96 

microplate. Supernatants were applied to the wells and, after washing, an HRP‐conjugated specific 97 

Ab was added to the wells. Following the next wash, color development was proportional to protein 98 

concentration  and  was  calculated  by  comparison  with  a  standard. Measurements  were  done  in 99 

duplicates, and high stability and reproducibility assured by measuring the same samples at different 100 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

time points with concordant results. This confirmed the reliability of the storing procedure as well as 101 

the ELISA method as also reported by the manufacturers. Furthermore, standard controls always had 102 

standard deviations less than 5%. A colorimetric method was used in order to quantify total protein 103 

amount in the lavage fluids. The bicinchoninic acid (BCA) assay was available in kit form from Pierce 104 

(Rockford, Ill., USA) and was used according to the manufacturers’ instructions. Measurements were 105 

done in quadruplicates. 106 

ASSESSMENT OF SCORES 107 

ANKLE OSTEOARTHRITIS SCORING SYSTEM (AOSS) 108 

In order to quantify the OA related changes  in the ankles by MRI the AOSS was developed. The 109 

following criteria were assessed: 110 

1.  Depth of  cartilage damage as described by Yulish  [44]  : grade 0  (0 points): no, grade 1  (1 111 

point):  <50%  of  total  cartilage  depth,  grade  2  (2  points):  >50%,  grade  3  (3  points):  full  thickness 112 

cartilage defects 113 

The depth of cartilage loss was qualitatively rated in relation to the height of the adjacent intact 114 

cartilage or the expected, normal cartilage contour. In doubt, the sagittal T2‐weighted sequence was 115 

used for the final decision. 116 

2.  Defect  of  the  subchondral  bone  [8]:  grade  0  (0  points):  no,  grade  1  (1  point):  minimal 117 

(<2mm), grade 2 (2 points): moderate (2‐5mm), grade 3 (3 points): severe (>5mm) 118 

The depth of the osseous component of the osteochondral defect was scored by estimating the 119 

distance between  the actual osteochondral defect and the extrapolated subchondral cortex mainly 120 

based on evaluation of the coronary or sagittal T1‐weighted sequences. 121 

3.  Osteophytes  [28]:  grade  0  (0  points):  no,  grade  1  (1  point): minimal  (<3mm),  grade  2  (2 122 

points): moderate (3‐5mm), grade 3 (3 points): severe (>5mm) 123 

Size was measured  from  the  base  to  the  tip  of  the  osteophyte,  baseline was  defined  as  the 124 

natural course of the bone. 125 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

4.  Subchondral  cysts  (largest  diameter):  grade  0  (0  points):  no,  grade  1  (1  point): minimal 126 

(<3mm), grade 2 (2 points): moderate (3‐5mm), grade 3 (3 points): severe (>5mm) 127 

Subchondral cysts were defined as structures of high signal  intensity on T2‐weighted  images  in 128 

the cancellous bone underlying the joint cartilage. 129 

5.  Bone marrow  edema  (largest  diameter)  [23]:  grade  0  (0  points):  no,  grade  1  (1  point): 130 

minimal (<5mm), grade 2 (2 points): moderate (5‐20mm), grade 3 (3 points): severe (>20mm) 131 

Bone marrow  edema  was  assessed  as  an  area  of  increased  signal  intensity  on  T2‐weighted 132 

images in the subchondral cancellous bone. 133 

6.  Anterolateral or anteromedial meniscoid [32]: 0 points: no, 1 point: yes 134 

MR  images were  assessed  for  appearance  of  pathological  anterolateral  or  anteromedial  soft 135 

tissue structures. 136 

7.  Effusion [43]: 0 points: no, 1 point: yes 137 

If more  than a small, physiological sliver of synovial  fluid was observed  in  the T2  images,  joint 138 

effusion was assumed to be present. 139 

8.  Loose joint bodies [11]: 0 points: no, 1 point: yes 140 

9.  Synovitis [14]: 0 points: no, 1 point: yes 141 

Synovitis was evaluated on sagittal images and was reflected by thickening and irregularity of the 142 

normally pencil‐thin rim of high signal intensity synovium. 143 

10. Soft tissue cysts (Baker cyst analog) [41]: 0 points: no, 1 point: yes 144 

These structures may be considered as excrescences originating from the joint capsule. They are 145 

depicted as a circumscribed mass with intermediate signal intensity on proton density‐weighted and 146 

high signal intensity on T2‐weighted sequences and are usually observed in the triangle of calcaneus 147 

and Achilles tendon. 148 

There are 5 major (1‐5) and 5 minor (6‐10) criteria. The major criteria are evaluated with up to 3 149 

points, the minor criteria with up to 1 point, respectively. The range of the total score is from 0 to 20 150 

points. The development of the score was done in collaboration with a radiologist. The evaluation for 151 

score  validation was  done  by  three  different  orthopaedic  surgeons  dedicated  to  knee‐  and  ankle 152 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

surgery. All observers were masked  to  the patients’ biometrical data,  and were  trained using  the 153 

scoring form. Training was limited to 40 patients with discussion of results in order to create practical 154 

and  reproducible  conditions.  Evaluation  of  criteria was  instructed  by  a  radiologist.  Intra‐observer 155 

reproducibility was assessed using 2 months  interval between the randomized readings. Evaluation 156 

of  each  point  was  done  based  on  the  view  of  all  image  stacks  using  all  functions  including 157 

magnification or  ‘live sync’  (Impax®, Agfa HealthCare, Bonn, Germany). All patients underwent MR 158 

imaging with a 1.5‐T system (Avanto; Siemens Medical Systems, Erlangen, Germany) with a dedicated 159 

ankle  surface  four‐element  phased‐array  coil. We  applied  a  standard  protocol  consisting  of  the 160 

following  MR  sequences:  coronal  turbo  inversion‐recovery  magnitude,  coronal  spin‐echo  T1‐161 

weighted,  axial  fat‐saturated  fast  spin‐echo  T2‐weighted,  and  sagittal  fat‐saturated  intermediate 162 

weighted.  For  validation of  the  score  the  intra‐observer  variability was determined,  resulting  in  a 163 

weighted κ of 0.74±0.14 (good agreement). Inter‐observer variability was determined, resulting in a 164 

weighted κ of 0.62±0.10 (good agreement). 165 

KELLGREN LAWRENCE SCORE (KLS) 166 

This  score has been assessed as described before  [20] using an anterio‐posterior and a  lateral 167 

view of plane radiographs of the ankle. Mode of evaluation was the same as described for the AOSS. 168 

Intra‐observer evaluation  resulted  in a  κ of 0.64±0.05  (good agreement).  Inter‐observer evaluation 169 

resulted in a κ of 0.58±0.10 (moderate agreement). 170 

CLINICAL SCORES 171 

The following clinical scores describing the function of foot and ankle were evaluated within 14 172 

days before  the operation  in order  to quantify  a  possible  loss  of performance.  The  foot  function 173 

index  (FFI) was  introduced  by  Budiman‐Mak  et  al.  [4]  and  used  in  the  validated  german  version 174 

published  by Naal  et  al.[30].  The  calcaneal  fractures  scoring  system  according  to  Kerr  (CFSS) was 175 

originally published in order to evaluate the function following calcaneal fractures [21]. Since then, it 176 

was used in multiple settings describing function of foot and ankle. Furthermore, the ankle‐hindfoot 177 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

scale  (AOFAS), one of  the most used  scores evaluating  the  function of  foot and ankle with  special 178 

regard  to  the  lower and upper ankle  joint, was used  [26]. Both  last  scores were applied using  the 179 

translated german and validated version [40].  In order to provide comparability with other studies, 180 

three different and region‐specific scores were evaluated. ICRS Score for grading of cartilage damage 181 

was determined as previously described [35] during arthroscopy by the surgeon. 182 

The study was approved by the Ethical board of the University of Freiburg (AN‐EK‐FRBRG‐335/08) 183 

and registered at the German Clinical Trials Register (CORRCYT, DRKS00000365). 184 

Statistical analysis 185 

All values were expressed as mean ± standard deviation if not otherwise indicated. For reasons of 186 

validation, score evaluation was done by at  least  two different orthopaedic  surgeons dedicated  to 187 

knee‐  and  ankle  surgery.  In  case  of  dissents,  a  consensus  decision  was  made  after  discussion. 188 

Individual group means of scores were compared with the rank sum U‐test. Power for comparing two 189 

means  was  additionally  calculated.  Correlations  were  determined  by  calculating  the  Spearman 190 

coefficient (ρ) for the predominantly not normally distributed values. Kappa (κ) statistics were used 191 

to assess  inter‐ and  intra‐observer agreement  in grading Kellgren Lawrence Score (KLS). A weighted 192 

kappa was used when evaluating the Ankle Osteoarthritis Scoring System (AOSS). If the grade scores 193 

agreed,  the  weighting  was  1.00  (maximal  agreement).  If  the  scores  differed  by  one  grade,  the 194 

weighting was 0.66;  if  they differed by  two,  the weighting was 0.33;  if  they differed by  three,  the 195 

weighting was 0.00  (no better  than chance agreement). Values between 0 and 1 were  interpreted 196 

according  to modified  published  guidelines  (40):  a  κ  value  of  1.00–0.81  is  considered  very  good 197 

agreement,  0.80–0.61  good,  0.60–0.41 moderate,  0.40–0.21  fair,  and  0.20–0.00  poor  agreement. 198 

Incidences  were  compared  using  the  chi  square  test.  Statistical  significance  was  defined  when 199 

P<0.05. 200 

Results 201 

Epidemiological parameters and defect characteristics 202 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

Distribution of gender, body mass index (BMI) and smoking behavior were clearly age dependent 203 

(table  1).  The  association  of  BMI  and  age  could  be  confirmed  by  a  correlation  analysis  (ρ=0.48, 204 

p=0.0002). The statistically significant difference between the age groups could not be shown for the 205 

parameters characterizing  the defect as duration of  symptoms,  ICRS Score of cartilage  lesions and 206 

cartilage defect size. This could be confirmed by  the correlation analysis  for  ICRS Score and defect 207 

size, in contrast duration of symptoms statistically significant correlated with age (ρ=0.39, p=0.005). 208 

The incidence of osteochondritis disscecans (OCD) was higher in the group <18 years, but the average 209 

degree of OCD grading according to Berndt and Harty [2] was not different. Data are summarized in 210 

table 2. 211 

Functional and radiological parameters characterizing OA of ankles 212 

Both,  the  Kellgren  Lawrence  Score  (KLS)  and  the  Ankle Osteoarthritis  Scoring  System  (AOSS), 213 

quantifying OA related radiomorphometric changes  in the analyzed ankles, were significantly  lower 214 

in  the  group  of  patients  younger  than  18  years.  Correlation  analysis  demonstrated  a  statistically 215 

significant association of KLS and age  (ρ=0.36, p=0.01),  this  significance was missed  in  case of  the 216 

AOSS.  Correlating  with  the  higher  degree  of  radiographic  OA  in  the  elderly,  clinical  function 217 

measured by FFI and AOFAS was statistically significant worse (p<0.05). CFSS showed the same trend, 218 

but missed  statistical  significance. Data are  summarized  in  table 3. Correlation analysis  confirmed 219 

decreasing  function with  increasing age  (ρ=0.41, and p=0.003  for FFI, ρ=‐0.36 and p=0.01  for CFSS, 220 

ρ=‐0.47 and p=0.0006 for AOFAS). 221 

Intraarticular protein expression comparing children/adolescents and adults 222 

In  order  to  minimize  the  bias  made  by  a  possible  dilution  during  the  process  of  specimen 223 

collection and joint lavage, the synovial level of a specific protein was analyzed based on the absolute 224 

concentration and  in relation to the total protein content  (TPC). Since with determination of TPC a 225 

further  variable  was  added,  which  always  offers  the  possibility  for  another  mistake,  both  the 226 

absolute values and the relation were compared between the groups. TPC was higher in the group of 227 

adults, but the difference did not reach statistical significance. Overall, the  levels of IL‐1β were very 228 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

low, characterizing the chronic status of OA in all patients. Intraarticular concentrations of aggrecan 229 

(3.1fold,  power  for  comparing  two means  68.3%,  4.2fold  for  absolute  concentrations)  and  bFGF 230 

(8.7fold, power for comparing two means 79.8%, 21fold for absolute concentrations) related to TPC 231 

were statistically significant higher in the group ≥18 years. These results were confirmed comparing 232 

the absolute concentrations as seen in table 4 (power for comparing two means for aggrecan 97.1%, 233 

for bFGF 63.1%). Not considering  the TPC, also  the  levels of BMP‐7  (2.7fold) and endoglin  (CD105, 234 

1.5fold) were statistically significant elevated in the elderly. Differences are visualized in figure 1. In 235 

case of both proteins  the  relations  to TPC  showed  the  same  tendency without  reaching  statistical 236 

significance. All other cytokines included in this analysis did not show an age dependent expression in 237 

the ankles. The correlation analysis  revealed  the only  statistically  significant association  for BMP‐7 238 

and age (ρ=0.51, p=0.00001), and BMP‐7/TPC and age (ρ=0.26, p=0.03), respectively. 239 

Discussion 240 

The most  important finding of the present study was that the stage of OA was associated with 241 

differential and age‐dependent  intraarticular protein concentrations. This study aimed  to correlate 242 

OA characterizing parameters as radiographic alterations in conventional X‐ray and MRI and impaired 243 

clinical  function measured  by  different  established  scores with  changes  in  the  biochemical  joint 244 

milieu  hypothesizing  age‐dependent  regulation  patterns.  This  hypothesis  could  be  confirmed, 245 

because  increased  synovial  levels of  aggrecan, bFGF, BMP‐7  and CD105  (endoglin) were  found  in 246 

patients over 18 years.  In  the elder group  (≥18 years)  radiographic scores grading OA were higher 247 

and clinical function worse. 248 

Comparing  the  reasons  for OA development, OCD was  identified as  the predominant cause of 249 

osteoarthritic  joint  changes  in  younger patients.  Typical  cartilage defect describing parameters  as 250 

ICRS  Score  of  cartilage  lesions  and  cartilage  defect  size  seemed  not  to  influence  intraarticular 251 

mediator  release with  the  same extent, because no  statistically  significant differences were  found 252 

between the examined age groups. 253 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

Although  different  pathologies  impair  either  biomechanics  or  biochemistry  of  the  ankle  a 254 

common final path seems to develop during OA  independent of the  initiating event. These changes 255 

include  loss  of  cartilage,  narrowing  of  the  joint  space,  sclerosis  of  the  subchondral  bone  layer, 256 

formation of cysts and osteophytes. This is associated with a deterioration of motion range, function 257 

and pain development  [5]. At  the  same  time  the biochemical milieu of  the affected  joint  changes 258 

[15]. This paper analyzed the concordant transformation of all these parameters  in OA of the ankle 259 

with special regard to cytokines and proteins that play significant roles  in cartilage metabolism and 260 

age. The  increase of proteoglycan  fragments  in synovial  fluid during OA has been described earlier 261 

[25] in the knee. This is in line with our findings of increased intraarticular aggrecan levels associated 262 

with  progress  of  OA  reflected  by  radiographic  and  functional  changes.  The  simple  presence  of 263 

cartilage  lesions  without  advanced  clinical  and  radiographic  signs  of  OA  did  not  influence 264 

intraarticular aggrecan  levels [35]. This again correlates with our findings that the characteristics of 265 

the cartilage defect had no or at  least a  less penetrating effect within  the general development of 266 

OA. bFGF has been described as a typical catabolic cytokine  in cartilage metabolism, which  is often 267 

involved  in  repair  processes  inducing  a  shift  towards  proliferation  by  decreasing  chondrogenic 268 

differentiation at  the same  time  [39]. Similar effects have been described after gene  transfer with 269 

bFGF [27]. Furthermore, increased bFGF concentrations were found in human knee joints with focal 270 

cartilage defects [35]. This is confirmed by the data of this analysis; here bFGF levels correlated with 271 

impaired  function  and  disturbed  radiomorphometry  during  OA  development  in  ankles.  Different 272 

effects  of  BMP‐7  on  chondrocytes  and  cartilage  metabolism  have  been  shown,  describing  this 273 

cytokine as anabolic by enhancing production of extracellular matrix and promoting  chondrogenic 274 

differentiation [6]. Furthermore, it was demonstrated that BMP‐7 may possibly serve as an indicating 275 

parameter for determining OA severity, because levels were increased with OA stage in primary knee 276 

OA  [17]. On  the other hand, synovial BMP‐7 concentrations were not  increased  in case of  isolated 277 

cartilage lesions in the knee [35]. Although data about BMP‐7 regulation in the ankle are missing, the 278 

results found  in knees pretty much mirror the data presented  in this study for the ankle. Endoglin, 279 

part of  the BMP‐receptor complex, has been used as one marker  for synovia cells with progenitor 280 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

quality [24] and was elevated in serum and synovial fluid during knee OA [18]. This is in line with our 281 

findings  for  the  ankle.  For  the majority of different proteins no  statistically  significant differences 282 

could be found between the different examined age groups. This also adds important aspects to the 283 

interpretation of  the data  gathered. Pro‐inflammatory  cytokines  are  supposed  to be up‐regulated 284 

during  initial events of OA as  trauma or acute  inflammation. Overall,  levels of analyzed  IL‐1β were 285 

relatively low in the whole population indicating a chronic state of OA. This correlates with relevant 286 

periods of time between onset of symptoms and operation, during which the  lavage was collected. 287 

This is further confirmed by the missing differential regulation of cytokines downstream of the IL‐1β 288 

triggered signaling as MMP‐13. Similarly, in a study looking for TNFα levels in knees with chronic OA a 289 

correlation to KLS was missing [31]. 290 

Although characteristics of chondrocytes of different origins show significant discrepancies [10], 291 

similar regulation patterns could be found comparing knee and ankle. Age‐dependent expression of 292 

synovial cytokines [36] and specific age‐related expression of surface markers on chondrocytes [38] 293 

have been described before. But  the presented data suggest  that  the  influence of age on synovial 294 

cytokine  expression  is  less  than  the  joint  alterations  caused  by OA.  The  differences  between  the 295 

investigated age groups are very likely caused by the increasing stage of OA with age. The authors are 296 

aware of  the  fact  that OA development  is  influenced by numerous  factors  including  a  genetically 297 

predisposition  [16]; and vice versa age  itself has  significant associations  to parameters  interacting 298 

with  OA  progress  as  obesity.  BMI  and  gender  have  been  reported  to  be  OA  determining 299 

characteristics  [42],  and  both  parameters  were  different  in  our  groups,  which  indicates  the 300 

difficulties  for  definition  of  independent  risk  factors  for  OA  development,  even  considering 301 

application of  statistical  logistic  regression models.  For  this  approach  the  limited  case  number  as 302 

collected  for  the  presented  study  becomes  a  problem.  This  is  further  complicated  by  the 303 

heterogeneous clinical indications for ankle arthroscopy in the investigated collective. Despite of the 304 

mentioned  limitations,  the question may be  raised, what  the clinical  implications of  these  findings 305 

are. There  are  two major  aspects  associated with  the  knowledge of different  cytokine expression 306 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

comparing  adolescents  and  adults.  Firstly,  determination  of  proteins  in  the  lavage  fluid  offers  a 307 

possibility  for  new  diagnostic  procedures.  Secondly,  differential  regulation  of  intraarticular 308 

biochemistry potentially  indicates a  starting point  for biological  interventions as  it has been done 309 

before  by  application  of  anabolic  BMP‐7  [19].  Considering  that  circumscribed  cartilage  lesions  or 310 

early OA usually appear as  indications  for microfracturing or autologous chondrocyte  implantation, 311 

the  importance  of  knowledge  about  cytokine  regulation  during  this  pathology  becomes  evident, 312 

because  it  has  influence  on  the  outcome.  Although  advanced  OA  has  a  common  final  path 313 

characterized by matrix degrading enzymes and pro‐inflammatory mediators [13], early OA may be 314 

associated with differential biochemical regulation patterns determined by the triggering pathology. 315 

Although some scores exist to measure changes in ankles with MRI following injury [45], OCD [3] 316 

or hemophilia [9], there is no validated score evaluating OA related changes. This lead us to develop 317 

and validate an own scoring system based on the majority of published, clinically relevant diagnostic 318 

findings  [23,  28,  43].  The  results  for  intra‐  and  interobserver  reliability were  comparable  to  the 319 

established Kellgren Lawrence Score and reproduce values achieved in semiquantitative MRI scoring 320 

of the knee [22]. The composition of the AOSS takes clinical relevance with specific ankle pathologies 321 

into  account  and  enables  scientific  analysis  of  subgroups.  The  reliability  of  the  AOSS  was 322 

demonstrated by results resembling the analysis with the Kellgren Lawrence Score. Differences seen 323 

may  explained  by  the  fact  that  changes  related  to  early OCD  resulted  in  high  AOSS  scores with 324 

partially low KLS. 325 

The limitations of the study as the number of patients, the heterogeneous indicating pathologies 326 

and  the  differences  in  epidemiological  parameters  characterizing  the  populations  compared may 327 

lead  to new  scientific  studies  in  the  future with adapted design. However,  the  finding of different 328 

regulation patterns of intraarticular cytokines in children and adolescents compared to adults in early 329 

OA  offers  new  clinical  aspects  for  differential  diagnostics  using  the  analysis  of  synovial  effusions. 330 

Furthermore, the conceptual design for possible intervention studies may be worked out on the basis 331 

of the identified differential regulated proteins. 332 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

Conclusion 333 

Summarizing, data of this study  indicate that OA of the ankle  leads besides  loss of function and 334 

radiographic  alterations  to  a  distinct  intraarticular  composition  of  proteins  related  to  cartilage 335 

metabolism.  Statistically  significant  differences  could  be  described  for  synovial  expression  of 336 

aggrecan, bFGF, BMP‐7 and CD105. Both, levels of these proteins and OA characterizing parameters, 337 

correlated with age but not with properties of cartilage lesions. 338 

Legend 339 

Figure 1 340 

The proteins bFGF (A), BMP‐7 (B), CD105 (endoglin) (C) and aggrecan (D) were found to be 341 

differentially expressed in the age groups ≥18 years and <18 years. 342 

Table 1: 343 

Comparison of epidemiological parameters and defect characteristics between 344 

children/adolescents and adults, m – male, f – female, y – yes, n ‐ no, *t‐test, #chi square test, + U‐test 345 

Mann‐Whitney 346 

Table 2: 347 

Comparison of defect characteristics between children/adolescents and adults, m – male, f – 348 

female, y – yes, n ‐ no, *t‐test, #chi square test, + U‐test Mann‐Whitney 349 

Table 3: 350 

Comparison of functional and radiological parameters between children/adolescents and adults, 351 

FFI ‐ foot function index (reverse scale), CFSS ‐ calcaneal fractures scoring system according to Kerr, 352 

AOFAS ‐ ankle‐hindfoot scale, KLS ‐ Kellgren Lawrence Score, AOSS ‐ ankle osteoarthritis scoring 353 

system, n.s. – not significant, + U‐test Mann‐Whitney 354 

Table 4: 355 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

Comparison of intraarticular protein expression between children/adolescents and adults, TP – 356 

total protein content, MMP‐13 ‐ matrix metalloproteinase‐13, Il‐1β – interleukin‐1 β, bFGF – basic 357 

fibroblast growth factor, BMP‐2 and BMP‐7 ‐ bone morphogenetic protein‐2 and 7, IGF‐1 ‐ insulin‐like 358 

growth factor 1, IGF‐1R ‐ insulin‐like growth factor 1 receptor, CD105 ‐ endoglin, n.s. – not significant, 359 

*t‐test for unequal variances (Aspin‐Welch) 360 

Acknowledgements 361 

The study was funded by the AO Foundation Germany and the Department of Education and 362 

Research Germany (01EC1001D). We thank Prof. Christian Lohrmann, Department of Radiology, 363 

University of Freiburg Medical Center, for instructions and recommendations regarding the Ankle 364 

Osteoarthritis Scoring System. 365 

References 366 

1.   Aurich M, Eger W, Rolauffs B, Margulis A, Kuettner KE, Mollenhauer JA, Cole AA (2006) [Ankle 367 chondrocytes are more resistant to Interleukin‐1 than chondrocytes derived from the knee]. 368 Orthopade 35:784–790 369 

2.   Berndt AL, Harty M (1959) Transchondral fractures (osteochondritis dissecans) of the talus. J 370 Bone Joint Surg Am 41‐A:988–1020 371 

3.   Bohndorf K (1998) Osteochondritis (osteochondrosis) dissecans: a review and new MRI 372 classification. Eur Radiol 8:103–112 373 

4.   Budiman‐Mak E, Conrad KJ, Mazza J, Stuck RM (2013) A review of the Foot Function Index and 374 the Foot Function Index ‐‐ revised. J Foot Ankle Res 6:5 375 

5.   Choi WJ, Choi GW, Kwon H‐M, Lee JW (2013) Arthroscopic treatment in mild to moderate 376 osteoarthritis of the ankle. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 21:1338‐44 377 

6.   Chubinskaya S, Hurtig M, Rueger DC (2007) OP‐1/BMP‐7 in cartilage repair. Int Orthop 31:773–378 81 379 

7.   Van Dijk CN, Reilingh ML, Zengerink M, van Bergen CJA (2010) Osteochondral defects in the 380 ankle: why painful? Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 18:570–580 381 

8.   Doria AS, Babyn PS, Lundin B, Kilcoyne RF, Miller S, Rivard GE, Moineddin R, Pettersson H 382 (2006) Reliability and construct validity of the compatible MRI scoring system for evaluation of 383 haemophilic knees and ankles of haemophilic children. Expert MRI working group of the 384 international prophylaxis study group. Haemophilia 12:503–513 385 

9.   Doria AS, Lundin B, Miller S, Kilcoyne R, Dunn A, Thomas S, Rivard G, Moineddin R, Babyn PS 386 (2008) Reliability and construct validity of the compatible MRI scoring system for evaluation of 387 elbows in haemophilic children. Haemophilia 14:303–314 388 

10.   Eger W, Aurich M, Schumacher BL, Mollenhauer J, Kuettner KE, Cole AA (2003) [Differences in 389 metabolism of chondrocytes of the knee and ankle joint]. Z Orthop Ihre Grenzgeb 141:18–20 390 

11.   Galat DD, Ackerman DB, Spoon D, Turner NS, Shives TC (2008) Synovial chondromatosis of the 391 foot and ankle. Foot Ankle Int 29:312–317 392 

12.   Goldring MB, Otero M (2011) Inflammation in osteoarthritis. Curr Opin Rheumatol 23:471–478 393 13.   Goldring MB, Otero M, Tsuchimochi K, Ijiri K, Li Y (2008) Defining the roles of inflammatory and 394 

anabolic cytokines in cartilage metabolism. Ann Rheum Dis 67 Suppl 3:75–82 395 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

14.   Hao D‐P, Zhang J‐Z, Xu W‐J, Wang Z‐C, Wang X‐N (2011) Pigmented villonodular synovitis of the 396 ankle: radiologic characteristics. J Am Podiatr Med Assoc 101:252–258 397 

15.   Haseeb A, Haqqi TM (2013) Immunopathogenesis of osteoarthritis. Clin. Immunol. 146:185–196 398 16.   Hashimoto S, Rai MF, Janiszak KL, Cheverud JM, Sandell LJ (2012) Cartilage and bone changes 399 

during development of post‐traumatic osteoarthritis in selected LGXSM recombinant inbred 400 mice. Osteoarthr Cartil 20:562–571 401 

17.   Honsawek S, Chayanupatkul M, Tanavalee A, Sakdinakiattikoon M, Deepaisarnsakul B, 402 Yuktanandana P, Ngarmukos S (2009) Relationship of plasma and synovial fluid BMP‐7 with 403 disease severity in knee osteoarthritis patients: a pilot study. Int Orthop 33:1171–5 404 

18.   Honsawek S, Tanavalee A, Yuktanandana P (2009) Elevated circulating and synovial fluid 405 endoglin are associated with primary knee osteoarthritis severity. Arch Med Res 40:590–594 406 

19.   Hunter DJ, Pike MC, Jonas BL, Kissin E, Krop J, McAlindon T (2010) Phase 1 safety and 407 tolerability study of BMP‐7 in symptomatic knee osteoarthritis. BMC Musculoskelet Disord 408 11:232 409 

20.   Kellgren JH, Lawrence JS (1957) Radiological assessment of osteo‐arthrosis. Ann Rheum Dis 410 16:494–502 411 

21.   Kerr PS, Prothero DL, Atkins RM (1996) Assessing outcome following calcaneal fracture: a 412 rational scoring system. Injury 27:35–38 413 

22.   Kornaat PR, Ceulemans RYT, Kroon HM, Riyazi N, Kloppenburg M, Carter WO, Woodworth TG, 414 Bloem JL (2005) MRI assessment of knee osteoarthritis: Knee Osteoarthritis Scoring System 415 (KOSS)‐‐inter‐observer and intra‐observer reproducibility of a compartment‐based scoring 416 system. Skeletal Radiol 34:95–102 417 

23.   Korompilias AV, Karantanas AH, Lykissas MG, Beris AE (2009) Bone marrow edema syndrome. 418 Skeletal Radiol 38:425–436 419 

24.   Kurose R, Ichinohe S, Tajima G, Horiuchi S, Kurose A, Sawai T, Shimamura T (2010) 420 Characterization of human synovial fluid cells of 26 patients with osteoarthritis knee for 421 cartilage repair therapy. Int J Rheum Dis 13:68–74 422 

25.   Lohmander LS, Dahlberg L, Ryd L, Heinegård D (1989) Increased levels of proteoglycan 423 fragments in knee joint fluid after injury. Arthritis Rheum 32:1434–42 424 

26.   Madeley NJ, Wing KJ, Topliss C, Penner MJ, Glazebrook MA, Younger AS (2012) Responsiveness 425 and validity of the SF‐36, Ankle Osteoarthritis Scale, AOFAS Ankle Hindfoot Score, and Foot 426 Function Index in end stage ankle arthritis. Foot Ankle Int 33:57–63 427 

27.   Madry H, Orth P, Kaul G, Zurakowski D, Menger MD, Kohn D, Cucchiarini M (2010) Acceleration 428 of articular cartilage repair by combined gene transfer of human insulin‐like growth factor I and 429 fibroblast growth factor‐2 in vivo. Arch Orthop Trauma Surg 130:1311–1322 430 

28.   McCauley TR, Kornaat PR, Jee WH (2001) Central osteophytes in the knee: prevalence and 431 association with cartilage defects on MR imaging. AJR Am J Roentgenol 176:359–364 432 

29.   Moon J‐S, Shim J‐C, Suh J‐S, Lee W‐C (2010) Radiographic predictability of cartilage damage in 433 medial ankle osteoarthritis. Clin Orthop Relat Res 468:2188–2197 434 

30.   Naal FD, Impellizzeri FM, Huber M, Rippstein PF (2008) Cross‐cultural adaptation and validation 435 of the Foot Function Index for use in German‐speaking patients with foot complaints. Foot 436 Ankle Int 29:1222–1228 437 

31.   Orita S, Koshi T, Mitsuka T, Miyagi M, Inoue G, Arai G, Ishikawa T, Hanaoka E, Yamashita K, 438 Yamashita M, Eguchi Y, Toyone T, Takahashi K, Ohtori S (2011) Associations between 439 proinflammatory cytokines in the synovial fluid and radiographic grading and pain‐related 440 scores in 47 consecutive patients with osteoarthritis of the knee. BMC Musculoskelet Disord 441 12:144 442 

32.   Robinson P, White LM, Salonen DC, Daniels TR, Ogilvie‐Harris D (2001) Anterolateral ankle 443 impingement: mr arthrographic assessment of the anterolateral recess. Radiology 221:186–190 444 

33.   Rousseau JC, Garnero P (2012) Biological markers in osteoarthritis. Bone 51:265–277 445 34.   Salzmann GM, Sah B‐R, Schmal H, Niemeyer P, Sudkamp NP (2012) Microfracture for treatment 446 

of knee cartilage defects in children and adolescents. Pediatr Rep 4:e21 447 

Age‐related biochemistry of ankle osteoarthritis 

35.   Schmal H, Mehlhorn A, Stoffel F, Köstler W, Südkamp NP, Niemeyer P (2009) In vivo 448 quantification of intraarticular cytokines in knees during natural and surgically induced cartilage 449 repair. Cytotherapy 11:1065–1075 450 

36.   Schmal H, Niemeyer P, Südkamp NP, Gerlach U, Dovi‐Akue D, Mehlhorn AT (2011) Pain 451 perception in knees with circumscribed cartilage lesions is associated with intra‐articular IGF‐1 452 expression. Am J Sports Med 39:1989–1996 453 

37.   Schmal H, Niemeyer P, Zwingmann J, Stoffel F, Südkamp NP, Mehlhorn AT (2010) Association 454 between expression of the bone morphogenetic proteins 2 and 7 in the repair of circumscribed 455 cartilage lesions with clinical outcome. BMC Musculoskelet Disord 11:170 456 

38.   Schmal H, Pestka JM, Salzmann G, Strohm PC, Südkamp NP, Niemeyer P (2013) Autologous 457 chondrocyte implantation in children and adolescents. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 458 21:671–677 459 

39.   Schmal H, Zwingmann J, Fehrenbach M, Finkenzeller G, Stark GB, Südkamp NP, Hartl D, 460 Mehlhorn AT (2007) bFGF influences human articular chondrocyte differentiation. Cytotherapy 461 9:184–93 462 

40.   Schuh A, Hausel M (2000) [Difficulties in evaluating follow‐up outcome in calcaneus fracture 463 managed with plate osteosynthesis. Is there a reliable score?]. Unfallchirurg 103:295–300 464 

41.   Sit M, Higgs JB (2009) Non‐popliteal synovial rupture. J Clin Rheumatol 15:185–189 465 42.   Spector TD, Hart DJ, Doyle DV (1994) Incidence and progression of osteoarthritis in women with 466 

unilateral knee disease in the general population: the effect of obesity. Ann Rheum Dis 53:565–467 568 468 

43.   Ba‐Ssalamah A, Schibany N, Puig S, Herneth AM, Noebauer‐Huhmann IM, Trattnig S (2002) 469 Imaging articular cartilage defects in the ankle joint with 3D fat‐suppressed echo planar 470 imaging: comparison with conventional 3D fat‐suppressed gradient echo imaging. J Magn 471 Reson Imaging 16:209–216 472 

44.   Yulish BS, Montanez J, Goodfellow DB, Bryan PJ, Mulopulos GP, Modic MT (1987) 473 Chondromalacia patellae: assessment with MR imaging. Radiology 164:763–766 474 

45.   Zanetti M, De Simoni C, Wetz HH, Zollinger H, Hodler J (1997) Magnetic resonance imaging of 475 injuries to the ankle joint: can it predict clinical outcome? Skeletal Radiol. 26:82–88 476 

 477 

  Age<18years  Age≥18years  P Age  15.1±2.0 years   36.5±11.9 years <0.0001*

Gender m/f  2/7  29/11  <0.005# BMI  21.7±1.9  26.3±4.5 <0.0001*

Smoker y/n  0/9 (0%)  15/25 (38%)  <0.03#  

Tab. 1: Comparison of epidemiological parameters and defect characteristics between children/adolescents and adults, m – male, f – female, y – yes, n ‐ no, *t‐test, #chi square test, + U‐test Mann‐Whitney 

  Age<18years  Age≥18years  P Duration of symptoms  15.0±26.1 months 43.4±44.6 months n.s.* ICRS score  1.3±1.1  2.1±1.5  n.s.+ Defect size  0.4±0.4  1.3±2.6 n.s.* OCD grading  1.7±1.0  1.4±1.4 n.s.+ Prevalence OCD   7/9 (78%)  21/40 (52%)  <0.006#

 

Tab. 2: Comparison of defect characteristics between children/adolescents and adults, m – male, f – female, y – yes, n ‐ no, *t‐test, #chi square test, + U‐test Mann‐Whitney 

  Age<18years  Age≥18years  P FFI  25.7±17.9  43.5±24.4 <0.05+ CFSS  73.9±20.1  64.1±22.1  n.s.+ AOFAS  81.7±10.9  63.9±20.1  <0.02+ KLS  0.56±0.53  1.65±1.10  <0.004+

AOSS   7.1±2.6  10.2±3.4  <0.02+  

Tab. 3: Comparison of functional and radiological parameters between children/adolescents and adults, FFI ‐ foot function index (reverse scale), CFSS ‐ calcaneal fractures scoring system according to Kerr, AOFAS ‐ ankle‐hindfoot scale, KLS ‐ Kellgren Lawrence Score, AOSS ‐ ankle osteoarthritis scoring system, n.s. – not significant, + U‐test Mann‐Whitney 

  Age<18years  Age≥18years  P MMP‐13 (pg/ml)  10.5±31.6  8.9±21.2 n.s.* MMP‐13/TP  0.09±0.26 0.06±0.15 n.s.* Il‐1β (pg/ml)  7.8±3.7  10.1±9.5 n.s.* Il‐1β/TP  0.03±0.03  0.04±0.07 n.s.* bFGF (pg/ml)  5.4±6.9  112.4±294.8 <0.03* bFGF/TP  0.03±0.05  0.26±0.51  <0.008*

BMP‐2 (pg/ml)  110.5±83.1  90.8±88.5  n.s.* BMP‐2/TP  0.53±1.09  0.60±1.19  n.s.* BMP‐7 (pg/ml)  17.3±11.3  46.7±44.2  <0.001*

BMP‐7/TP  0.09±0.09  0.20±0.33  n.s.* IGF‐1 (pg/ml)  849.4±1329.2  334.6±202.6  n.s.* IGF‐1/TP  4.02±8.08  1.55±2.20  n.s.* IGF‐1R (pg/ml)  270.9±268.1  395.9±509.0  n.s.* IGF‐1R/TP  1.14±1.46  1.34±1.62  n.s.* CD105 (pg/ml)  773.6±347.7  1177.9±692.4  <0.02* CD105/TP  3.17±2.38  6.12±10.70  n.s.* Aggrecan (pg/ml)  14225.7±10370.6  59762.2±71574.3 <0.001*

Aggrecan/TP  44.7±37.8  139.8±233.7  <0.02* TP (mg/ml)  400.0±317.6  602.7±643.1  n.s.*  

Tab. 4: Comparison of intraarticular protein expression between children/adolescents and adults, TP – total protein content, MMP‐13 ‐ matrix metalloproteinase‐13, Il‐1β – interleukin‐1 β, bFGF – basic fibroblast growth factor, BMP‐2 and BMP‐7 ‐ bone morphogenetic protein‐2 and 7, IGF‐1 ‐ insulin‐like growth factor 1, IGF‐1R ‐ insulin‐like growth factor 1 receptor, CD105 ‐ endoglin, n.s. – not significant, *t‐test for unequal variances (Aspin‐Welch) 

Figure 1:

120

140

)21foldA

50

60

l)

2.7foldB

60

80

100

FGF (pg/ml)

20

30

40

MP‐7 (pg/ml

0

20

40

≥18y <18y

b

0

10

≥18y <18y

BM

≥18y <18yAge

≥18y <18yAge

1600

1.5foldC80000

4.2foldD

1000

1200

1400

 (pg/ml)

50000

60000

70000

an (p

g/ml)

200

400

600

800

Endo

glin

10000

20000

30000

40000

Aggreca

0

≥18y <18yAge

0

≥18y <18yAge