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Fragestellung: β-Trikalziumphosphat ( β-TCP) Keramiken werden als Knochenersatzmaterialien eingesetzt. Obwohl diese Materialien als resorbierbar gelten werden sie in grossen Knochendefekten unzureichend durch neugebildeten Knochen ersetzt. Unsere Hypothese war, dass mit einer Beschichtung von β-TCP Keramiken mit Receptor Activator of Nuklear Factor B Ligand (RANKL) die Bildung und die Aktivität von Osteoklasten auf den Keramiken gesteigert werden kann und, dass RANKL langfristig freigesetzt werden muss, um die Materialresorption effektiv zu stimulieren.

Methodik: β-TCP Keramiken wurden mit RANKL (5 μg/ml und 25 μg/ml) beschichtet; RANKL wurde an die Keramiken adsorbiert (kurzfristige, passive Freisetzung) oder in eine kristalline Kalziumphosphatschicht inkorporiert (langfristige, zellvermittelte Freisetzung). Murine Osteoklastenvorläuferzellen wurden unter Zugabe von CSF-1 (30 ng/ml) auf β-TCP Keramiken kultiviert. Nach 12 und 15 Tagen wurde die Formation von Osteoklasten auf den Keramiken mittels TRAP Färbung kontrolliert und über die Messung der TRAP Aktivität quantifiziert. Die mRNA Expression der Osteoklastenmarker Kathepsin K und Osteokalzin Rezeptor wurde mittels real-time PCR bestimmt. Unbeschichtete Keramiken dienten als Negativkontrollen (+ 30 ng/ml CSF-1) und Positivkontrollen (+ 30 ng/ml CSF-1/+ 100 ng/ml RANKL). Um die resorptive Aktivität der gebildeten Osteoklasten zu bestimmen wurde zusätzlich zur Beschichtung mit RANKL Tritium markiertes bovines Serumalbumin (³H-BSA) in die Keramiken inkorporiert und dessen Freisetzung während 15 Tagen gemessen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Mit der Adsorption von RANKL an β-TCP Keramiken konnte keine Bildung von Osteoklasten auf den Keramiken induziert werden. Auf Keramiken, in die RANKL inkorporiert wurde zeigte sich nach 12 und 15 Tagen eine positive TRAP Färbung und eine gesteigerte TRAP Aktivität, die sich nicht von der der Positivkontrollen unterschied (Neg. Kontr. 0.62±0.0 OD; Pos. Kontr. 1.28±0.26 OD; RANKL 1.36±0.14 OD, p<0.05 vs. Neg. Kontr.). Ausserdem zeigte sich eine gesteigerte Expression von Kathepsin K und Osteokalzin Rezeptor. Die gebildeten Osteoklasten besassen eine resorptive Aktivität, wie durch die gesteigerte Freisetzung des zusätzlich inkorporierten ³H-BSA gezeigt wurde (Neg. Kontr. 33±1%; Pos. Kontr. 63±3%; RANKL 71±3%, p<0.05 vs. Neg. Kontr.).

Unsere Studie zeigt, dass die Inkorporation von RANKL in β-TCP Keramiken die Differenzierung von mononuklären Vorläuferzellen zu Osteoklasten auf β-TCP Keramiken induziert und, dass die gebildeten Osteoklasten eine resorptive Aktivität besitzen. Inkorporiertes RANKL wird aus der Kalziumphosphatmatrix durch die gebildeten Osteoklasten freigesetzt, was deren Aktivität im Sinne eines "autokrinen loops" erhält und die zelluläre Resorption von β-TCP Keramiken in vitro stimuliert. In vivo könnte die aktive Resorption zur Expression von osteoklastenabhängigen, osteoinduktiven Faktoren führen und zur Koordination von Materialabbau und Knochenneubildung beitragen.