Artikel
Ko-Kultivierung von Osteoblasten und Osteoklasten unter Einfluss mechanischer Stimuli
Suche in Medline nach
Autoren
-
G. Schmidmaier
- Charité-Universitätsmedizin Berlin, Julius Wolff Institut, Centrum f. Muskuloskeletale Chirurgie, Berlin, Germany
-
A. Kadow-Romacker
- Charité-Universitätsmedizin Berlin, Julius Wolff Institut, Centrum f. Muskuloskeletale Chirurgie, Berlin, Germany
-
G.N. Duda
- Charité-Universitätsmedizin Berlin, Julius Wolff Institut, Centrum f. Muskuloskeletale Chirurgie, Berlin, Germany
-
B. Wildemann
- Charité-Universitätsmedizin Berlin, Julius Wolff Institut, Centrum f. Muskuloskeletale Chirurgie, Berlin, Germany
| Veröffentlicht: | 16. Oktober 2008 |
|---|
Gliederung
Text
Einleitung: Die im Knochen ablaufenden Umbau- und Regenerationsprozesse unterliegen verschiedener biologischer und biomechanischer Faktoren. Zur genaueren Untersuchung des Einflusses mechanischer Stimuli auf die daran beteiligten Zellen, Osteoblasten und Osteoklasten, wurde ein Stimulationsaufbau entwickelt, bei dem humane osteoblastäre und osteoklastäre Zellen auf knochenähnlichem Substrat kultiviert mechanisch belastet werden. Nach ersten Untersuchungen zum Einfluss mechanischer Stimuli auf die einzelnen Zelltypen, z.B. eine Beeinflussung der OPG/sRANKL- Synthese durch Osteoblasten, stellte sich die Frage, wie wirken die Reize auf die Interaktion beider Zelltypen bei Zell- Zell- Kontakt. Besonderes Augenmerk gilt in vorliegender Studie der osteoklastären Aktivität in Anwesenheit von Osteoblasten unter mechanischen Einflüssen.
Material und Methoden: Aus humanem trabekulärem Knochen isolierte osteoblastäre und aus humanem Vollblut gewonnene fusionierte osteoklastäre Zellen (Dichtegradient und CD+14-Selektion) wurden auf Dentin-Chips ko- kultiviert. Eine Dreipunktbiegung des mit Zellen beladenen Chips (1100 µstrain) erfolgte über fünf Tage mit 1 min 0,1 Hz/d; 1 min 0,3 Hz/d; 3 min 0,1 Hz/d ; 3 min 0,3 Hz/d 5 min 0,1 Hz/d ; 5 min 0,3 Hz/d und eine unstimulierte Gruppe diente als Kontrolle.
Neben einer Zellzahlbestimmung (Alamar Blue- Test) wurde die osteoklastäre Aktivität anhand der Resorption (Lakunen- Zählung, CTX- ELISA und NTX-ELISA) sowie der TRAP- Aktivität (TRAPiso- 5b ELISA) beurteilt. Zum Nachweis osteoblastärer Aktivitäten wurden die biochemischen Knochenstoffwechselmarker Osteocalcin und Kollagen- 1 mittels ELISA nachgewiesen. Statistik: ANOVA, Dunnett
Ergebnisse: Stimulationen von 3 min 0,3 Hz resultierten in einer signifikanten Erhöhung der osteoklastären Resorption. Dies ergab die Auszählung der tatsächlichen Resorptionslakunen sowie die Bestimmung der Spaltprodukte C-Telopeptide (CTX) und N-Telopeptide (NTX) des Typ-I-Kollagens die beim Knochenabbau durch Osteoklasten entstehen. Bei gleicher Stimulation (3 min 0,3 Hz) wurde eine signifikant verstärkte Kollagen-1 Synthese nachgewiesen.
Eine Stimulation mit sehr geringer Frequenz (0,1 Hz/d) führte, unabhängig von der Dauer, zu einer signifikant verminderten TRAP- Aktivität.
Diskussion: Dass die mechanische Stimulation einen Einfluss auf die Resorption hat, konnte bereits in vorherigen Versuchen mit osteoklastären Zellen in der Mono-Kultur gezeigt werden. Dabei erhöhte die schwächste Stimulation die Resorptionsaktivität, wohingegen die stärkste Stimulation einen hemmenden Einfluss zeigte. Bei der Ko- Kultivierung mit Osteoblasten zeigt sich hingegen bei mittlerer Frequenz und Dauer (0,3 Hz / 3 min) eine signifikant verstärkte Resorption, einhergehend mit einer erhöhten osteoblastären Aktivität. Des weiteren war die TRAP- Aktivität unter schwächsten Reizen (0,1 Hz 1-5 min) signifikant gehemmt. Dies zeigt ein verändertes funktionales Verhalten von Osteoklasten in Anwesenheit von Osteoblasten.
