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Fragestellung: Das initial von Hench entwickelte 45S5-bioaktive Glas (BG) weist trotz seiner herausragenden bioaktiven Eigenschaften einige Limitationen auf. Daher wird nach alternativen Glaskompositionen für die Gewährleistung einer optimalen Regeneration von knöchernen Defekten gesucht. Ein vielversprechender Kandidat ist das Borosilikatglas 0106B1-BG, das basierend auf der gut untersuchten 1393-BG-Komposition durch Zusatz von pro-angiogenem Bor zur Glaszusammensetzung entwickelt wurde. Bisher fehlen vergleichende Untersuchungen zur Auswirkung dieser unterschiedlichen BG-Kompositionen auf deren osteogenen und angiogenen Eigenschaften. Daher wurde in der vorliegenden Studie der Einfluss der BGs auf humane Stammzellen aus dem Knochenmark (BMSCs) vergleichend in-vitro untersucht.

Methodik: BMSCs wurden mit 45S5-BG, 1393-BG oder 0106B1-BG (1 mg/ml) kokultiviert. Nach 7 und 21 Tagen (d) wurde die Zellzahl mit 4,6-Diamidin-2-Phenylindol (DAPI) und die Viabilität mittels Fluorescein (FDA)-Färbung und Quantifizierung bestimmt. Die osteogene Kapazität der BGs wurde zu den genannten Zeitpunkten über die Aktivität der Alkalischen Phosphatase (ALP), die Produktion von Osteopontin (OPN; ELISA) und Collagen (SiriusRot-Quantifizierung) und die Calziumablagerung (AlizarinRot-Färbung) gemessen. Die angiogenen Faktoren VEGF, PLGF und Endothelin1 (EDN1) wurden in den Überständen der BG-behandelten Zellen mit spezifischen ELISAs bestimmt. Als Kontrolle dienten BMSCs in Medium, 10% FCS, kultiviert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Zellzahl und Viabilität von 1393-BG bzw. 0106B1-BG inkubierten BMSCs war signifikant erhöht zur Kontrolle und der 45S5-BG Gruppe (d7, d21). Die Viabilität von BMSCs wurde durch 45S5 BG signifikant verringert. Die Analyse der osteogener Marker zeigte, dass die ALP-Aktivität in den 1393-BG bzw. 0106B1-BG Gruppen signifikant höher war als in der Kontrolle (d7). Diese war in 45S5-BG BMSCs signifikant niedriger zu den drei anderen Gruppen (d7, d21). OPN war in der 1393-BG Gruppe signifikant höher zu jeweils zwei Gruppen (d7: Kontrolle und 45S5-BG Gruppe; d21: Kontrolle und 0106B1-BG Gruppe). Collagen und Calciumablagerungen waren in der 1939-BG Gruppe höher als in den restlichen untersuchten Gruppen. Der angiogene Faktor VEGF war in den Überständen der 45S5-BG und der 0106B1-BG Gruppe signifikant höher zur Kontrolle und der 1393-BG Gruppe (d7, d21). PLGF und EDN1 waren an d7 in den BG-behandelten Gruppen signifikant niedriger (PLGF) oder unbeeinflusst (EDN1) zur Kontrolle. An d21 waren diese angiogenen Proteine in der 0106B1-BG Gruppe in den Überständen signifikant höher zu den anderen Gruppen.

Das 1393-BG war den anderen beiden BGs in der Induktion von osteogenen Markern überlegen. Dagegen wurde die Bildung von angiogenen Faktoren durch das 0106B1-BG gefördert. Diese differentielle Wirkung der in dieser Studie untersuchten BGs sollte in einem relevanten in-vivo Knochendefekt-Modell für eine bessere Beurteilung die Relevanz dieser Gläser für einen klinischen Einsatz weiter untersucht werden.