gms | German Medical Science

Fragestellung: Osteoporose und osteoporotische Frakturen gehören schon jetzt zu häufigen Krankheitsbildern, sodass neue Behandlungsmöglichkeiten, zum Beispiel durch Knochenersatzmaterialien oder Pharmaka, geschaffen werden müssen. Die Studie soll die Nekrose und Apoptose von humanen primären mesenchymalen Stammzellen (MSCs) osteoporotischer und knochengesunder Spenderinnen im Kontakt mit Knochenersatzmaterialien auf der Basis von gelatinemodifizierter Calcium- / Strontiumphosphate (PPGCS) untersuchen. Zusätzlich soll der Einfluss von brain-derived neurotrophic factor (BDNF) auf die Nekrose und Apoptose der MSC untersucht werden.

Methodik: Im 7-tägigen Zellkulturversuch mit MSC knochengesunder und osteoporotischer Spenderinnen wurden die 3 Knochenersatzstoffe PPGCS 5:5, PPGCS 3:7 und PPGS 0:10 mit unterschiedlichen Verhältnissen von Calcium- und Strontiumphosphaten (PPGC/S x:y) getestet. Zusätzlich wurde geprüft, ob die BDNF-Zugabe (40 ng/ml) zum Zellkulturmedium zu veränderten Nekrose- und Apoptoseraten führte. Die MSC wurden aus Operationspräparaten gewonnen und im Anschluss mittels FACS charakterisiert. Gelagert wurden die MSC in flüssigem Stickstoff. Analysiert wurden die Versuche mit dem Cell Death Detection ELISA Kit von Roche (Mannheim, Deutschland). Die Nekrose wurde an 3 Zeitpunkten (d 1, 4, 7) bestimmt, die Apoptose an einem Zeitpunkt (d 7). Als statistische Tests wurde bei Normalverteilung der T-Test mit folgender Bonferroni-Holm Korrektur und ohne Normalverteilung der Mann-Whitney-U-Test, der Friedmann-Test oder der Wilcoxon-Test (SPSS, V. 24, IBM) genutzt.

Ergebnisse: Bei Verwendung des PPGCS 5:5 wurde eine signifikant geringere Nekroserate der MSC im Vergleich zu den Materialien PPGCS 3:7 und PPGCS 0:10 ermittelt (p < 0,05). Das Material PPGCS 3:7 löste bei den MSC eine geringere Apoptoserate im Vergleich zu PPGS 0:10 (p < 0,05) aus. Durch die zusätzliche Applikation von BDNF zu knochengesunden MSC auf PPGCS 5:5 konnte die Nekroserate an allen Versuchstagen signifikant gesenkt werden (p < 0,05). Wurden osteoporotische MSC eingesetzt so konnte durch Zugabe von BDNF eine signifikante Reduktion der Apoptose im Kontakt mit den Knochenersatzmaterialien PPGCS 5:5 und PPGCS 3:7 (p < 0,05) erreicht werden. Zusätzlich nahm die Nekroserate beim Einsatz osteoporotischer MSC im Kontakt mit dem Knochenersatzmaterial PPGCS 3:7 an den ersten zwei Versuchstagen durch die Zugabe von BDNF signifikant ab (p < 0,05). Zwischen knochengesunden und osteoporotischen MSC wurden keine relevanten Unterschiede gemessen.

Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse bezüglich Apoptose und Nekrose zeigen, dass von den 3 verglichenen Knochenersatzmaterialien, das Material PPGCS 5:5 mit dem geringsten Strontiumanteil die beste Biokompatibilität aufwies. Der Wachstumsfaktor BDNF wirkte auf die MSC zytoprotektiv und soll in einer nachfolgenden Studie in Kombination mit PPGCS 5:5 in einem Kleintiermodell analysiert werden.

Gefördert durch DFG SFB/ TRR 79 Teilprojekte B7 und M3.