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Fragestellung: Die Zunahme von osteoporotisch bedingten Frakturen im klinischen Alltag führt zu einem steigenden Bedarf an lokal wirkenden drug delivery Systemen und Pharmaka, die für die Beladung dieser Systeme geeignet sind. Für Polyelektrolytkomplex-Nanopartikeln (PEK-NP) konnte eine gute zelluläre Verträglichkeit in Zellkulturen mit humanen mesenchymalen Stromazellen (hMSC) nachgewiesen werden. Die Vitalität von hMSC wurde durch die Zugabe des brain derived neurotrophic factors (BDNF) gesteigert. Vor dem Hintergrund des positiven Effektes der PEK-NP und BDNF auf die Progenitoren der Knochenbildung stellt sich die Frage, welchen Einfluss PEK-NP und BDNF auf die Osteoklastogenese ausüben. Eine starke Stimulation der Osteoklastogenese würde den positiven Effekt auf die Knochenbildung aufheben.

Methodik: Monozyten des peripheren Bluts (PBMC) wurden aus buffy coats der örtlichen Blutbank extrahiert, durch die Verwendung des humanen Monocyte Enrichment Cocktails (Stemcell) angereichert und auf Calcium-Hydroxylapatit beschichteten Zellkulturplatten (Corning) für 6 Tage kultiviert. Es wurden 20, 40 und 80 mM PEK-NP und zusätzlich 40 ng/mL BDNF (Pan Biotech) zugegeben. Zur Untersuchung der mRNA Expression wurden real-time RT-PCRs für die Zielgene Cathepsin K und Calcitonin-Rezeptor und Mikroglobulin als Referenzgen durchgeführt. Die Aktivität der Osteoklasten-spezifischen Tartrat-resistenten sauren Phosphatase wurde mit dem TRAP-5b Assay (Quidel) und die resorbierte Fläche der Hydroxylapatit-beschichteten Wells mit dem Pit-Formation Assay bestimmt. Bei der statistischen Auswertung wurde zuerst mittels Kolmogorov-Smirnov-Test die Normalverteilung überprüft und anschließend die Proben untereinander mittels Jonckheere-Terpstra und Mann-Whitney Test (real-time RT-PCR, TRAP-5b) bzw. im Fall der Normalverteilung mittels Student t Test (Pit Formation Assay) verglichen (SPSS, V22).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Durch die Zugabe der PEK-NP wurde Konzentrations-abhängig eine Reduktion der mRNA Expression von Osteoklasten-Markern, der TRAP-5b Enzymausstattung und der resorbierten Hydroxylapatitfläche erreicht, wobei die Reduktion mit steigender Konzentration verstärkt wurde. Die zusätzliche Applikation von BDNF führte bei steigender PEK-NP Konzentration zu einem tendenziellen Anstieg der mRNA Expression von Cathepsin K und dem Calcitonin-Rezeptor.

Zusammenfassend zeigte sich, dass PEK-NP die Osteoklastogenese nicht stimulieren, sondern hohe Konzentrationen sogar einen negativen Effekt ausüben. Die zusätzliche Applikation von BDNF führte bei hohen PEK-NP Konzentrationen zu einer schwachen tendenziellen Stimulation der Osteoklastogenese und Aktivität. Dementsprechend ist beim Einsatz von PEK-NP und BDNF als drug delivery System zur Stimulation der Knochenbildung keine die Knochenformation negativ beeinflussende Regulation der Osteoklastogenese und Osteoklastenaktivität zu erwarten. In zukünftigen Untersuchungen gilt es nun die Beladbarkeit der PEK-NP mit BDNF zu überprüfen.

Gefördert durch die DFG (SFB/TRR 79).