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Fragestellung: Vitamin D Mangel wird häufig bei der älteren Bevölkerung beobachtet und ist oft mit Calciummangel, Osteopenie bzw. Osteoporose assoziiert. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass die Differenzierung von primären humanen Osteoblasten in vitro durch die Gabe von 25-Hydroxyvitamin D3 und 1,25-Dihydroxyvitamin D3 gesteigert werden kann. Vor diesem Hintergrund stellten wir die Frage, ob durch Applikation von Vitamin D3 die Funktion von Osteoblasten osteoporotischer Spenderinnen verbessert werden kann.

Methodik: Nach Genehmigung durch die Ethikkommision wurden mesenchymale Stammzellen aus spongiösem Knochen gewonnen, der bei der Endoprothetik oder Marknagelosteosynthese als Abfallmaterial anfiel. Es wurden Zellen von 4 osteoporotischen Spenderinnen (durchschnittliches Alter: 74 Jahre) mit Zellen von 4 knochengesunden männlichen und weiblichen Spendern (durchschnittliches Alter: 56 Jahren) verglichen. Dem Zellkulturmedium wurde 10^-7 M 1,25-Dihydroxyvitamin D3 (D3, Sigma, Taufkirchen, Deutschland) zugesetzt. Der Einfluss auf die osteoblastäre Funktion wurde mittels FACS- und Expressionsanalyse, Osteocalcin-ELISA, Calciummessung, Lebendzellbeobachtung und Alkalischem-Phosphatase (ALP) Assay zum Nachweis der zellulären Differenzierung untersucht. Die Ergebnisse wurden statistisch mit dem Kruskal Wallis und Mann Whitney Test (SPSS Software, V22, Institute Inc, Chicago, USA) analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Nach einer Inkubationszeit von 4 Tagen im D3-Medium war die Osteocalcin Genexpression im Vergleich zu Zellen im Kontrollmedium (p = 0,007) signifikant erhöht. Der Gehalt von Osteocalcin im Medium war bei den Zellen knochengesunder Spender (10,128 ± 1,3739) signifikant geringer als bei den Zellen osteoporotischer Spenderinnen (14,528 ± 2,0772; p = 0.029). Die ALP-Aktivität knochengesunder Zellen steigt nach Zugabe von D3-Medium signifikant an (p = 0,045), während der Anstieg osteoporotischer Zellen wesentlich geringer ist. Beim Vergleich der ALP-Aktivität osteoporotischer und knochengesunder MSC ist eine signifikante Reduktion (p = 0,029) der osteoporotischen MSCs zu verzeichnen. Im D3-Medium weisen die MSC einen erhöhten Calciumverbrauch auf. Nach 35 Tagen in der Zellkultur zeigen die MSC osteoporotischer Spender einen signifikant geringeren Calciumverbrauch als die Zellen knochengesunder Spender (p = 0,029).

Unsere Ergebnisse zeigen, dass durch die Zugabe von Vitamin D3 ins Medium die osteogene Differenzierung und osteoblastäre Aktivität generell verbessert werden kann. Die MSC osteoporotischer Spender weisen im Vergleich zu den knochengesunden MSC jedoch eine deutlich geringere Verbesserung auf. Ziel zukünftiger Arbeiten wird es sein den Vitamin D3 Rezeptor und Signalweg bei osteoporotischen MSC zu untersuchen, um weitere Regenerationsmöglichkeiten osteoporotischer Osteoblasten aufzudecken.