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Fragestellung: Längerfristig erhöhte IL-1b Konzentrationen können sowohl eine Frakturheilung verzögern als auch lokalen Knochenverlust oder Implantatlockerungen zur Folge haben. Durch IL-1b wird die Osteoklastogenese und damit die Knochenresorption aktiviert. Die Wirkung von IL-1b auf Knochen bildende Zellen wie Osteoblasten (OB) und multipotente mesenchymale Stromazellen (MSC) ist noch nicht abschließend geklärt. In dieser Studie wurde deswegen die Wirkung von IL-1b auf die Migration von MSC und OB untersucht.

Methodik: Primäre humane OB und MSC wurden mit Genehmigung der lokalen Ethikkommission bei chirurgischen Eingriffen gewonnen. Eine modifizierte Multiwell Boyden-Kammer (Polycarbonatfilter mit 8µm Porendurchmesser, Dauer 4h) wurde für die Migrationsexperimente benutzt. IL-1b (0,1 ng/ml) wurde sowohl im Gradienten als auch in equimolarer Konzentration zwischen beiden Kammern eingesetzt. Es wurde die Wirkung von IL-1b auf die Basalmigration und die Migration in Richtung der chemotaktischen Faktoren PDGF-BB (10 ng/ml), IGF-I, VEGF-A und C5a (alle 100 ng/ml) untersucht. Zusätzlich wurde in Migrationsexperimenten der MAPK Signalweg inhibiert. Der IL-1RI Nachweis erfolgte mittels Immuncytochemie. Letztlich wurden mit IL-1b stimulierte und unstimulierte OB lysiert und mit einem Human Phospho-MAPK Array auf phosphorylierte MAPK untersucht. Die Auswertung statistischer Daten erfolgte durch two-way ANOVA.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigten, dass durch IL-1b sowohl die Basalmigration (MW ~ 40 gewanderte OB) als auch die gerichtete Migration von OB in Richtung der chemotaktischen Faktoren PDGF-BB und IGF-I signifikant um 50% verringert wird. Die inhibitorische Wirkung von IL-1b wurde verstärkt, wenn IL-1b als Gradient eingesetzt wurde und resultierte in einer 90%ige Inhibition der Osteoblastenmigration auf PDGF-BB, IGF-1, VEGF-A und den Komplementfaktor C5a. Im Gegensatz dazu wurde die basale Migration und die Migration von MSC auf PDGF-BB durch IL-1b nicht inhibiert. Die Daten belegen, dass IL-1b nur die Migration der OB aber nicht die der MSC hemmt, obwohl in der Immuncytochemie gezeigt werden konnte, dass sowohl MSC als auch OB den IL-1RI exprimieren. Weiterhin konnte im Phophokinase-Array gezeigt werden, dass durch IL-1b Stimulation hauptsächlich ERK1/2 und JNK phosphoryliert wurden und eine Inhibition dieser MAPK stellte in OB die durch die IL-1b hervorgerufene Hemmung der Migration wieder her. Folglich kann angenommen werden, dass IL-1b die OB Migration über eine ERK1/2 und JNK Aktivierung hemmt.

Diese neuen Daten lassen vermuten, dass bei der Frakturheilung, die mit einer initialen IL-1b Sekretion einhergeht, zunächst hauptsächlich MSC rekrutiert werden, möglicherweise um durch ihre immunmodulierende Wirkung bzw. Sekretion tropher Faktoren Prozesse der Geweberegeneration zu unterstützen. Differenzielle Effekte von IL-1b auf die Rekrutierung von MSC und OB könnten zudem an der Pathogenese entzündungsbedingter osteolytischer Erkrankungen beteiligt sein.