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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

21. - 24.10.2009, Berlin

Adhäsion und Proliferation mesenchymaler Zellen auf nano-strukturierten mesoporösem Silica

Meeting Abstract

  • J. Fiedler - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • D. Böcking - Universität Ulm, Institut für Anorganische Chemie I, Ulm, Germany
  • N. Hüsing - Universität Ulm, Institut für Anorganische Chemie I, Ulm, Germany
  • R. Brenner - Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 21.-24.10.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. DocWI21-841

DOI: 10.3205/09dkou194, URN: urn:nbn:de:0183-09dkou1942

Veröffentlicht: 15. Oktober 2009

© 2009 Fiedler et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Die Verwendung nano-strukturierter Oberflächen zur Verbesserung der Integration von Biomaterialien gewinnt in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung. Prospektiv können Beschichtungen aus mesoporösem Slica dafür verwendet werden. Mesoporöse Beschichtungen werden in einem Sol-Gel-Verfahren hergestellt und zeigen je nach eingesetztem Precursor unterschiedliche Material-Eigenschaften bezüglich Zell-Interaktionen und/oder Drug-Release-Fähigkeiten. Während der chemische Herstellungsprozess dieser Oberflächen gut charakterisiert ist, gibt es noch Klärungsbedarf über deren zellbiologischen Einfluss auf differenzierte mesenchymale Zellen oder undifferenzierte mesenchymale Stammzellen (MSC).

Methodik: In dieser Arbeit wurden verschiedene mesoporöse Silica-Filme mit unterschiedlichen Eigenschaften bezüglich Hydrophobizitäten und Schichtdicke hergestellt. Zusätzlich wurde durch Beimischung von Titandioxid (0, 25, 50%) das bio/anorgansiche Interaktionspotential variiert. Eine Kontrolle der Oberflächen-Synthesen erfolgte mittels XRD (Röntgen-Diffraktion), Kontaktwinkel-Messung und Elektronen-Mikroskopie (TEM). Anschließend wurden die Oberflächen mit humanen Zellen (Fibroblasten, Osteoblasten und MSC) besiedelt. Die Zell-Adhäsion wurde in Zeitreihen mikroskopisch beurteilt, Nach sieben Tagen Kultivierung wurde die Zell-Proliferation anhand eines MTT-Tests bestimmt und die Biokompatibilität mit Hilfe des TUNEL-Tests analysiert. Der Einfluss auf das Differenzierungspotential der MSC wurde molekularbiologisch durch die Expression typischer osteogener und adipogener Marker-Gene, als auch durch den Nachweis der alkalischen Phosphatase (AP-Färbung) und Lipid-Synthese ("Oil-red"-Färbung) ausgewertet.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Je nach chemischer Zusammensetzung zeigten die mesoporösen Silica-Filme ein gering differentielles Ergebnis bezüglich Zell-Adhäsion und Proliferationsrate sowohl bei den differenzierten als auch bei den undifferenzierten Zellen. Eine verstärkte Induktion von apoptotischen Prozessen wurde nicht beobachtet. Es zeigte sich, dass eine 25%ige Beimischung von Titandioxid in die Silica-Filme die Zell-Adhäsion und Proliferation positiv beeinflussten.

Die humanen MSC konnten unter Differenzierungsbedingungen auf den Oberflächen osteogen und adipogen differenziert werden. Sie zeigten sowohl ein typisches Genexpressionsprofil als auch auf Protein-Ebene eine für Osteoblasten typische alkalische Phosphatase-Aktivität und für Adipozyten typische Bildung von Liposomen.

Aufgrund der erzielten Ergebnisse kann davon ausgegangen werden, dass die Beschichtung von Implantatmaterialien mit Titandioxid-angereicherten Silica-Filmen prinzipiell ein geeigneter Ansatz ist, den Integrations- und Heilungsprozess positiv zu beeinflussen. Die mesoporösen Eigenschaften bieten die Grundlage für aktuelle weiterführende Studien einer Verwendung als "Drug-Release"-System.