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Fragestellung: Es ist hinlänglich bekannt, dass der regelmäßige Konsum von Zigaretten zu einer Verschlechterung der Knochensubstanz und -stabilität führt, was die Frakturheilung negativ beeinflusst. Durch die vermehrte Bildung von Sauerstoffradikalen sowie dem damit verbundenen oxidativen Stress werden Osteoblasten massiv geschädigt. Quercetin ist ein natürliches Polyphenol welches in hohen Konzentrationen in verschiedenen Gemüsearten und Rotwein vorkommt. Es wurde bereits gezeigt, dass es den zellulären Gehalt anti-oxidativer Enzyme (z.B. Heme-Oxygenase (HO)-1, Superoxyd-Dismutase (SOD)-1) in verschiedenen Zellen erhöht. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es den Einfluss von Zigarettenrauch, in An- bzw. Abwesenheit von Quercetin, auf primäre humane Osteoblasten zu untersuchen.

Methodik: Humane Osteoblasten wurden aus Femurköpfen von Patienten, welche eine Femurkopfprothese erhalten haben, isoliert. Die Einverständniserklärungen der Patienten sowie ein Ethikvotum liegen vor. Zigarettenrauchextrakt wurde nach ISO Norm durch Begasung des Mediums mit Zigarettenrauch für 16* 2 Sekunden hergestellt. Die Normierung des Extrakts erfolgte über die Messung der optischen Dichte bei λ=320 nm (OD₃₂₀). Die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) wurde nach Gabe von 10 µM 2'7'-dichlorofluorescein diacetate (DCFH-DA) mittel FACS ermittelt. Die Viabilität der Osteoblasten wurde durch Metabolisierung von Resazurin bestimmt. Die Expression von HO-1 und SOD-1 wurde mittels Western Blot nachgewiesen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Durch Stimulation mit Zigarettenrauchextrakt steigt die Bildung von ROS in primären humanen Osteoblasten rapide an. Bereits nach 15 min hat sich der Wert vervierfacht (OD₃₂₀=0,7-1,0). Bereits nach 4 Stunden Inkubationszeit mit dieser Konzentration sinkt die Viabilität auf 50-60 %. Für alle weiteren Versuche wurde der Zigarettenrauchextrakt deshalb auf OD₃₂₀=0,8 eingestellt (EC_{50 / 4h}). Die Ko-stimulation mit subtoxischen Konzentrationen von Quercetin (25, 50 und 100 µM / EC_{50 / 24h}=280.1±1.1 µM) konnte die durch Zigarettenrauchextrakt hervorgerufene Schädigung dosisabhängig reduzieren (50 auf 100% Viabilität). Ein vergleichbares Ergebnis wurde durch Prä- und Post-Inkubation mit Quercetin (45 auf 80% und 20 auf 80%) erzielt. Bereits nach 4 Stunden Inkubation mit Quercetin konnten wir einen signifikanten Anstieg von HO-1 und SOD-1 auf Proteinebene nachweisen. So konnte die zigarettenrauchextrakt-induzierte Bildung von ROS durch Gabe von Quercetin dosisabhängig reduziert werden. Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse, das primäre Osteoblasten durch Inkubation mit Zigarettenrauchextrakt eine massive Schädigung erfahren. Das Polyphenol Quercetin war in der Lage die Bildung der ROS und der damit verbundenen Zellschäden, nicht nur bei Ko-inkubation sondern auch bei Prä- und Post-Inkubation, zu reduzieren. Damit könnte die Gabe von Quercetin die Frakturheilung bei Patienten mit erhöhtem oxidativen Stress (z.B. Raucher) verbessern.