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Die In-vitro-Proliferation humaner Knochenzellen ist abhängig von der Anzahl uniaxialer Dehnungszyklen.
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Autoren
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Daniela Kaspar
- Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Helmholtzstr. 14, 89081, Ulm, Phone: 0731-500-33754, Fax: 0731-500-23498
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A. Ignatius
- Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Helmholtzstr. 14, 89081, Ulm, Phone: 0731-500-33754, Fax: 0731-500-23498
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C. Neidlinger-Wilke
- Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Helmholtzstr. 14, 89081, Ulm, Phone: 0731-500-33754, Fax: 0731-500-23498
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L. Claes
- Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Helmholtzstr. 14, 89081, Ulm, Phone: 0731-500-33754, Fax: 0731-500-23498
| Veröffentlicht: | 11. November 2003 |
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Gliederung
Text
Fragestellung
Tierexperimentelle Studien haben gezeigt, dass die Frequenz und die Dauer der mechanischen Belastung bedeutende Parameter sind, die es zu optimieren gilt, um einen maximal osteogenen Stimulus bei der Frakturheilung und beim Knochenumbau zu erhalten. Allerdings wurde in den bisherigen Studien nicht zwischen den Effekten der Frequenz und der Belastungsdauer und der damit verbundenen Veränderung der Anzahl der Lastwechselzyklen unterschieden. Um die Effekte der Frequenz, der Zyklenzahl und der Belastungsdauer voneinander zu trennen, wurden diese Parameter im Zellkulturmodell getestet, wobei humane Knochenzellen zyklischen uniaxialen Dehnungen ausgesetzt und die Veränderung der Zellproliferation gemessen wurde.
Methoden
Monolayer aus subkonfluent wachsenden primären humanen Knochenzellen wurden in rechteckigen Silikonschalen zyklischen uniaxialen Dehnungen mit einer Amplitude von 0,1 % ausgesetzt. Die Dehnungen wurden an zwei aufeinanderfolgenden Tagen appliziert. In Versuchsansatz 1 wurde die Anzahl der Zyklen (4-3600) bzw. die Dauer (4-3600 s) bei konstanter Frequenz (1Hz) verändert. In Versuchsansatz 2 wurde die Frequenz (0,1-30 Hz) bzw. die Dauer (1-300 min) bei konstanter Anzahl von Zyklen (1800) variiert. In Versuchsansatz 3 wurde die Frequenz (0,1-30 Hz) bzw. die Anzahl der Zyklen (30-9000) bei konstanter Dauer (5 min) verändert. Die Zellzahl wurde mit einem Coulter Counter bestimmt. Statistik: ANOVA/Bonferroni-Dunn.
Ergebnisse
Bei einer konstanten Frequenz stieg die Zellproliferation mit der Anzahl der applizierten Zyklen bzw. der Stimulationsdauer (Ansatz 1). Bei 1800 Zyklen (30 min) erreichte die Zellzahl ein Maximum. Der stimulationsabhängige Zellzuwachs sank jedoch bei höheren Zyklenzahlen bzw. Stimulationsdauern. Bei konstanter Zyklenzahl war der Einfluss der verschiedenen Frequenzen bzw. Stimulationsdauern bzgl. der Zellzahl gering (Ansatz 2). Wurden jedoch die Frequenzen bei konstanter Dauer mit verschiedenen Zyklenzahlen kombiniert ergab sich eine optimale Stimulationsfrequenz von1 Hz (Ansatz 3). Höhere Frequenzen und damit entsprechend höhere Zyklenzahlen führten wieder zu einer Reduktion des stimulationsabhängigen Zellzuwachses.
Schlussfolgerungen
Die Ergebnisse zeigen, dass die Proliferation humaner Knochenzellen von der Anzahl applizierter Dehnungszyklen abhängt. Es konnte gezeigt werde, dass die osteogenen Effekte nicht eindeutig der Frequenz oder der Stimulationsdauer zugeordnet werden können ohne die Zyklenzahl zu berücksichtigen.Es ist deshalb notwendig bei der Optimierung mechanischer Parameter in experimentellen Studien zur Frakturheilung und zum Knochenumbau die Frequenz oder Stimulationsdauer immer unter Beachtung der Anzahl der applizierten Lastwechselzyklen festzulegen.
