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Fragestellung: Durch niederenergetischen, gepulsten Ultraschall konnte klinisch und experimentell eine Beschleunigung der Frakturheilung und knöchernen Regeneratreifung belegt werden. Der Wirkungsmechanismus dieser Therapie ist bis dato noch unvollständig geklärt. Erkenntnisse zur Änderung der Proteinexpression von osteoblastenartigen Zelllinien unter dem Einfluss von niederenergetischem, gepulstem Ultraschall liegen bisher noch nicht vor und sollten daher im Rahmen dieser Studie gewonnen werden.

Methodik: Die Durchführung der Versuche erfolgte nach Subkultivierung und Aussaat von osteoblastenartigen Zellen (SAOS-2 und MG-63) in einer Dichte von 4000 Zellen/cm² in 6-Well-Platten. Die Versuchsreihen wurden im Zustand der Subkonfluenz durchgeführt, wobei die Zellen entweder für 20 Minuten niederenergetischem, gepulstem Ultraschall ausgesetzt waren oder einem sham-treatment gleicher Zeitdauer unterzogen wurden. Für die Stimulationsversuche mit niederenergetischem, gepulstem Ultraschall stand ein Experimentalgerät (Sonic Accelerated Fracture Healing System, SAFHS®, Exogen Inc., Piscataway, NJ 08855, USA) mit insgesamt 6 piezoelektrischen Schallgebern zur Verfügung, die auf einer Grundplatte in geeignetem Abstand passgenau zur Verwendung mit 6-Loch-Multititerplatten montiert waren. Das von dem Gerät generierte niederenergetische, gepulste Ultraschallsignal entspricht hinsichtlich der physikalischen Parameter (Frequenz 1,5MHz, gepulst mit 1kHz, Signaldauer 200µs, zeitbezogene Leistung 117mW; Intensität von 30mW/cm², effektiv abstrahlende Fläche des Schallkopfs 3,88cm²) dem in der Klinik eingesetzten Gerätetyp. Nachdem eine Proteinextraktion aus den Zellpellets durchgeführt wurde, erfolgte zur Analyse der Proteinexpression die Durchführung von Proteinarrays unter Verwendung des Testkits BD Antibody Microarray 500 (BD Biosciences - Clontech, Heidelberg). Anschließend wurde eine Tabelle erstellt, die alle Proteine enthält, die in den Experimenten reproduzierbar eine Regulation unter dem Einfluss von Ultraschall gezeigt haben.

Ergebnisse: Unter dem Einfluss von niederenergetischem, gepulstem Ultraschall zeigte sich insbesondere die relative Expressionsrate von Proteinen der Extrazellulärmatrix als signifikant verändert. Es konnte unter anderem ein Anstieg der Expressionsrate von Kollagen Typ-2, TGF-β-1, BMP-2, BMP-4 und BMP-7 beobachtet werden. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass durch die Applikation von Ultraschall eine Signalkaskade induziert wird, die zu einer vermehrten Proteinexpression führt.

Schlussfolgerungen: Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass durch die Anwendung von niederenergetischem, gepulstem Ultraschall eine Steigerung und Veränderung der Expression von spezifischen Faktoren und Proteinen zu beobachten ist. In Zukunft sind weitere Versuche zur Aufklärung der Funktion verschiedener Regulatoren notwendig, um richtungsweisende Erkenntnisse für die klinische Behandlung mit niederenergetischem gepulstem Ultraschall zu gewinnen.