Steigerung der osteogenen Differenzierung und zellulären Verträglichkeit nach Zugabe von 3-Phasen-Kompositmaterialien in vitro durch Applikation von neurogenen Pharmaka
Böttner P, Hartmann S, Schleicher I, Heinemann S, Kruppke B, Hanke T, Schnettler R, Lips KS
Fragestellung: Die zunehmende Inzidenz osteoporotischer Frakturen führt zu einer verstärkten Nachfrage an Ätiologie-adaptierten Osteosynthesematerialien für den Einsatz in der Orthopädie und Unfallchirurgie. In einer in vitro Untersuchung wird die stimulierende Wirkung von neurogenen Pharmaka auf die Verträglichkeit von Kompositen bestehend aus Silikat, Kollagen und einer Calciumphase untersucht.
Methodik: Als in vitro Systeme wurden humane mesenchymale Stammzellen (MSC) aus dem Bohrmehl von osteoporotischen und knochengesunden Spendern sowie eine Endothelzelllinie, welche ursprünglich aus dem Knochenmark stammt (HBMEC), verwendet. Die Zellen wurden mit granuliertem Xerogel-Komposit unter Zugabe von brain derived neurotrophic factor (BDNF), Acetylcholin (ACh), Nikotin, dem Parasympathomimetika Carbachol und dem Insektizid Chlorpyrifos inkubiert. Neben der lichtmikroskopischen Kontrolle wurde nach 1, 3 und 5 Tagen die Vitalität mittels MTT-Test bzw. nach 1, 14 und 21 Tagen die Zellzahl mittels Picogreen-Assay, die Differenzierung mittels Alkalischer Phosphatase Assay und der Calciumverbrauch im Medium bestimmt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Vitalität der Endothelzellen nach Zugabe von zwei Xerogel-Granulaten mit unterschiedlicher Calciumphosphatphase zeigten keine signifikanten Unterschiede untereinander. Die Kontrolle ohne Zugabe von Material wies jedoch eine deutlich gesteigerte Vitalität im MTT-Test auf. Die lichtmikroskopische Evaluation wies eine Adhäsion der Endothelzellen an die Materialien nach. Durch die Applikation von Nikotin (10-6 M, p<0,000) und ACh (10-4 M, p<0,000) erfolgte eine Stimulation der Endothelzellen, während das Insektizid Chlorpyrifos einen negativen Einfluss aufwies (10-3 M, p<0,000).
Bei der Differenzierung von MSC zu aktiven Osteoblasten wurden die Zellen von osteoporotischen und knochengesunden Spenderinnen verglichen. Im ALP-Assay zeigte sich ein signifikanter Anstieg der Differenzierung der osteoporotischen Zellen im Vergleich zu den knochengesunden Zellen (p<0,000). Diese Steigerung war unabhängig von den eingesetzten Materialien und Pharmaka. Der Calciumverbrauch im Medium wies keine signifikante Regulation auf.
Die humanen osteoporotischen MSC wiesen eine überraschend gute Differenzierungskapazität auf, die weder durch die Xerogel-Granulate noch durch die Pharmaka beeinflusst wurde, sodass aufgrund unserer Ergebnisse vermutet werden kann, dass die untersuchten Ersatzmaterialien für eine weitere Evaluation in vivo in einem osteoporotischen Tiermodell geeignet sind.
Gefördert durch DFG (SFB/TRR 79)
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocPO11-315
doi: 10.3205/14dkou581, urn:nbn:de:0183-14dkou5811
Published: October 13, 2014
© 2014 Böttner et al.
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