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Einfluss von Nickelionen auf Viabilität, Aktivierung, Differenzierung und das chemotaktische Verhalten humaner multipotenter mesenchymaler Stromazellen
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Autoren
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T. Habijan
- BG Kliniken Bergmannsheil, Universitätsklinik, Chirurgische Klinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany
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O. Bremm
- BG Kliniken Bergmannsheil, Universitätsklinik, Chirurgische Klinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany
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S.A. Esenwein
- BG Kliniken Bergmannsheil, Universitätsklinik, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Bochum, Germany
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G. Muhr
- BG Kliniken Bergmannsheil, Universitätsklinik, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Bochum, Germany
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M. Köller
- BG Kliniken Bergmannsheil, Universitätsklinik, Chirurgische Klinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany
| Veröffentlicht: | 9. Oktober 2007 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen (NiTi-FGL) sind aufgrund ihrer herausragenden mechanischen Eigenschaften (Formgedächtniseffekt und Superelastizität) von hohem biomedizinischem Interesse. Aktuell werden poröse NiTi-FGL Probekörper für einen Einsatz als Knochenersatzmaterial entwickelt. Im Rahmen eines Tissue Engineerings könnten derartige Implantate mit humanen multipotenten mesenchymalen Stromazellen (hMSCs) zur Verbesserung der Osteointegration besiedelt werden. Für die Biokompatibilität von NiTi-FGL spielt dann der besonders hohe Nickel-Gehalt (50% at) eine kritische Rolle. Daher war zu klären, wie verschiedene Ni2+-Konzentrationen Viabilität, Aktivierung, Differenzierung und die Migration von hMSCs beeinflussen.
Methodik: HMSCs wurden für 24h und 7 Tage mit NiCl2 behandelt. NiCl2 (0–1000 µg/mL) wurde entweder direkt bei Aussaat oder nach 24h zu den dann adherenten Zellen gegeben. Die Stoffwechselaktivität und Zellzahl wurde fluoreszenzspektroskopisch (alamarBlueTM) quantifiziert. Die Morphologie der Zellen wurde mittels differentieller Fluoreszenzmarkierung mikroskopisch analysiert (CalceinAM/Propidiumiodid). Die Zytokinfreisetzung (IL-6, 8, 11) wurde über ELISA quantifiziert. Die Chemotaxis von hMSCs wurde in einer Chemotaxis-Kammer (HTS FluoroBlockTM, FALCON) untersucht und phasenanalytisch quantifiziert. Die Zell-Migration und osteogene Differenzierung wurden durch Leukozyten-Konditionierte Medien induziert. Das Signifikanzniveau (p<0,05) und die Verteilung der Daten wurde mittels Student´s T-test, bzw. Kolmogorov-Smirnov-Test bestimmt.
Ergebnisse: NiCl2-Konzentrationen unter 25 µg/mL führten zu keinerlei Beeinträchtigung der Viabilität. Schwellenkonzentrationen von 200 µg/mL (24h), bzw. 25 µg/mL NiCl2 (7 Tage) induzierten eine signifikante Reduktion der Proliferation. Die Kultivierung von hMSCs in Anwesenheit hoher (25-100 µg/mL, 24h), aber nicht toxischer NiCl2 Konzentrationen führte zu einem signifikanten, dosisabhängigen Anstieg der IL-8 Freisetzung und zu einer Reduktion der Chemotaxis. Die osteogene Differenzierung wurde nicht beeinflusst.
Schlussfolgerungen: In dieser Studie wurde gezeigt, dass hohe, aber nicht toxische NiCl2 Konzentrationen hMSCs aktivieren können. Dies könnte in vivo in der Umgebung eines NiTi-FGL Implantates, zu Entzündungsreaktionen - unabhängig von allergischen oder Partikel-Induzierten Mechanismen - und so zum Versagen des Implantates führen.
