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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

26. - 29.10.2010, Berlin

Aktivierung der BMP-Signalkaskade durch die biomechanische Stimulation von Osteoblasten

Meeting Abstract

  • B. Rath - Universität Regensburg, Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Bad Abbach, Germany
  • J. Nam - Ohio State University, BTE-Laboratory, Columbus, United States
  • J. Schaumburger - Universität Regensburg, Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Bad Abbach, Germany
  • J. Beckmann - Universität Regensburg, Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Bad Abbach, Germany
  • J. Grifka - Universität Regensburg, Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Bad Abbach, Germany
  • S. Grässel - Universität Regensburg, Experimentelle Orthopädie, Regensburg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 26.-29.10.2010. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2010. DocEF11-743

DOI: 10.3205/10dkou008, URN: urn:nbn:de:0183-10dkou0081

Veröffentlicht: 21. Oktober 2010

© 2010 Rath et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Ziel dieser Studie war es zu analysieren, ob es durch eine Applikation von dynamischer Kompression zu einer Aktivierung der TGF-(Superfamilie)-Kaskade kommt.

Methodik: Osteoblasten wurden aus Rattenkalvarien isoliert und nachfolgend in 3-D Poly-ε-Caprolacton (PCL)-Scaffolds kultiviert. Nach einer Woche wurden die 3D Zell/Scaffold-Konstrukte mit 10% und einer Frequenz von 0,5 Hz für 10, 30, 60 und 240 Minuten dynamisch komprimert. Im Anschluss an die Belastung wurden RNA und Proteine aus den Zellen isoliert und ein Teil der Zell/Scaffold- Konstrukte fixiert. Die Analyse erfolgte nachfolgend mit PCR, Western Blotting und Immunhistochemie. Als Primer für die PCR wurden BMP-2, BMP-7 und Collagen I verwendet. Für die Western Blot Analyse wurden Smad 1/5, phospho-Smad 1/5, Smad 2/3 und phospho Smad 2/3 Antikörper verwendet. Die oben genannten Smad Antikörper wurden ebenfalls für die Immunfluoreszenzanalyse verwendet. Als Kontrollgruppe wurden Osteoblasten aus unbelasteten PCL-Scaffolds für die jeweiligen Versuche verwendet.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Osteoblasten proliferierten und differenzierten in den PCL-Scaffolds und zeigten eine vermehrte Expression von Osteocalcin und alkalischer Phosphatase im Vergleich zu Osteoblasten-Monolayerkulturen. Nach 10 minütiger Kompression der Zell/Scaffold-Konstrukte zeigte sich eine Zunahme der Smad 1/5 Phosphorylierung im Vergleich zu den unbelasteten Zellen. Es kam zu einer weiteren Zunahme der Smad 1/5 Phosphorylierung nach 30 Minuten und Stagnation der Phosphorylierung nach 60 Minuten. Eine Auswertung der Smad 2/3 Phosphorylierung zeigte keine Zunahme gegenüber den von unbelasteten Osteoblasten nach 10, 30 und 60 Minuten. Die Immumfluoreszenzmikroskopie zeigte eine vermehrte nukleäre Translokation von phospho-Smad 1/5 nach 10, 30 und 60 Minuten Kompression im Vergleich zu den unbelasteten Osteoblasten. Nach 4 stündiger Kompression zeigte sich eine vermehrte Expression von BMP-2, BMP-7 und Collagen I im Vergleich zu der Kontrollgruppe. Die PCL-Scaffolds zeigten sich als ein gutes Kulturträgersystem für Osteoblasten. Des Weiteren sind sie ein geeignetes Kultursystem zur Applikation von dynamischer Kompression. Die Ergebnisse zeigen eine Aktivierung der BMP-Signalkaskade über Smad 1/5 in unserer Studie. Interessanterweise beobachteten wir in unserer Studie keine vermehrte Aktivierung bzw. Phosphorylierung von Smad 2/3, die über die TGF-ß-Signalkaskade aktiviert werden. Weitere Versuche sind notwendig und geplant um die Mechanismen der oben beschriebenen Aktivierung detailierter beschreiben zu können.