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67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

11. bis 16.11.2003, Messe/ICC Berlin

Effekte mechanischer Reize auf humane osteoblastäre Vorläuferzellen in einer 3-D-Kollagenmatrix

Meeting Abstract (DGU 2003)

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  • corresponding author Heike Blessing - Universität Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Helmholtzstraße 14, 89081, Ulm, Phone: 0731-50023487, Fax: 0731-50023498
  • C. Schmidt - Universität Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Helmholtzstraße 14, 89081, Ulm, Phone: 0731-50023487, Fax: 0731-50023498
  • L. Claes - Universität Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Helmholtzstraße 14, 89081, Ulm, Phone: 0731-50023487, Fax: 0731-50023498
  • A. Ignatius - Universität Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Helmholtzstraße 14, 89081, Ulm, Phone: 0731-50023487, Fax: 0731-50023498

Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie. Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und orthopädische Chirurgie. Berufsverband der Fachärzte für Orthopädie. 67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 11.-16.11.2003. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2003. Doc03dguD2-4

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2003/03dgu0230.shtml

Veröffentlicht: 11. November 2003

© 2003 Blessing et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung

Die Bedeutung mechanischer Reize auf Knochengewebe wurde bereits in vielen in vivo und in vitro Studien gezeigt. Aus in vitro Versuchen ist bekannt, dass zyklische Dehnung zweidimensionaler Osteoblastenkulturen zu einer Zunahme der osteogenen Aktivität führt. Den bisherigen Ergebnissen zufolge kann erwartet werden, dass mechanische Einflüsse auch im 3-D-Kultursystem die Zelldifferenzierung beeinflussen. Solche Effekte könnten für das Tissue Engineering von Kochengewebe genutzt werden, um bereits in vitro funktionellere Zell-Matrixkonstrukte zu erzeugen.

Ziel der Studie war es, die Differenzierung und Zell- und Matrixorientierung osteoblastärer Vorläuferzellen in einer 3-D-Matrix nach Applikation uniaxialer zyklischer Dehnungen zu untersuchen.

Methode

Humane fetale Osteoblasten (hFOB-Zellinie) wurden einem Gel aus Collagen Typ I (Ars Arthro AG, Esslingen, Deutschland) eingebettet und bis zu drei Wochen kultiviert. Die Zell-Material-Konstrukte wurden mit einem speziellen Gerät jeden Tag für 30 Minuten einer zyklisch, uniaxialen Dehnung mit einer Frequenz von 1 Hz und einer Amplitude von 1% stimuliert. Nach 3, 7, 10, 14, 17 und 21 Tagen wurden die Zellen geerntet, gezählt und die Expression von Histon H4, Cbfa1, alkalischer Phosphatase (AP), Osteopontin (OP), Osteocalcin (OC) und Collagen Typ I (Col I) mittels real-time PCR quantifiziert. Außerdem wurde die Zell- und Matrixorientierung mittels Licht- und Elektronmikroskopie untersucht. Dabei wurden immer stimulierte 3-D-Konstrukte mit unstimulierten Kontrollen verglichen.

Ergebnisse

Wir konnten zeigen, dass durch zyklische Dehnung der Zell-Materialkonstrukte die Zellproliferation in der Kollagenmatrix über die gesamte Kultivierungsdauer gesteigert wurde. Außerdem konnte eine erhöhte Expression von H4 vom 3. bis 21. Tag gezeigt werden. Der Transkriptionsfaktor Cbfa1 und das Col I waren am 3. und 7. Tag verstärkt exprimiert. Die AP zeigte eine erhöhte Expression am 7. und 17. Tag. OP war am 3. und 14. Tag erhöht und Osteokalzin am 3. und 21. Kultivierungstag. Die morphologische Auswertung ergab, dass sich die Zellen und Kollagenfibrillen in Richtung des mechanischen Reizes orientierten.

Schlussfolgerung

Die Applikation mechanischer Reize auf dreidimensionale Zell-Materialkonstrukte kann zu einer Verstärkung der Zelldifferenzierung und zur Zell- und Matrixorientierung bei osteoblastären Vorläuferzellen führen. Weitere Untersuchungen mit humanen mesenchymalen Stammzellen sollen Aufschluss darüber geben, ob dies auch bei primär undifferenzierten Zellen möglich ist. Damit könnten möglicherweise funktionellere Konstrukte für das Tissue Engineering von Knochengewebe bereits in vitro erzeugt werden.