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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013)

22.10. - 25.10.2013, Berlin

Der Effekt von Silbernanopartikeln und Nanosilber-funktionalisierten Implantaten auf die Zellen des Knochenstoffwechsels

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Linda Pauksch - Labor für experimentelle Unfallchirurgie, JLU Gießen, Gießen, Germany
  • Sonja Hartmann - Labor für experimentelle Unfallchirurgie, JLU Gießen, Gießen, Germany
  • Volker Alt - Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie, UKGM, Gießen, Germany
  • Reinhard Schnettler - Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie, UKGM, Gießen, Germany
  • Katrin S. Lips - Labor für experimentelle Unfallchirurgie, JLU Gießen, Gießen, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013). Berlin, 22.-25.10.2013. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2013. DocPO13-397

doi: 10.3205/13dkou612, urn:nbn:de:0183-13dkou6124

Published: October 23, 2013

© 2013 Pauksch et al.
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Fragestellung: Das Verhindern von Infektionen in Verbindung mit Osteosynthesematerialien ist ein wichtiges Thema in der medizinischen Forschung. Im klinischen Alltag wird zunehmend ein Versagen der herkömmlichen Antibiotika in Bezug auf Biofilmpenetration und Inhibition Multiresistenter Stämme beobachtet. Dies macht die Entwicklung neuer antimikrobieller Wirkstoffe für den Einsatz im klinischen Alltag notwendig. Die stark antibakterielle Wirkungsweise von Silbernanopartikeln konnte bereits in vielen Studien bestätigt werden. Jedoch fehlen Studien, die eine mögliche Zytotoxizität von Silbernanopartikeln auf humane Knochenzellen untersuchen. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Studie der Einfluss von Nanosilber auf die Bioaktivität von humanen Zellen des Knochenstoffwechsels untersucht.

Methodik: Der Einfluss von Silbernanopartikeln und Nanosilber-funktionalisierten Implantaten auf die Bioaktivität von primären humanen mesenchymalen Stammzellen, Osteoblasten und Osteoklasten wird anhand der Zellproliferation, Zellvitalität und Zelldifferenzierungskapazität auf Proteinebene bestimmt. Weiterhin werden Endozytose, Zellstress, -wachstum und -differenzierung auf mRNA-Ebene untersucht. Morphologische Veränderungen der Knochenzellen werden anhand von Transmissionselektronenmikroskopie und Lichtmikroskopie bestimmt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bis zu einer Konzentration von 30 µg/g konnte kein zytotoxischer Effekt der Silbernanopartikel nach 24 h nachgewiesen werden. Nach 21 Tagen senkte sich die mittlere letale Dosis für die hMSC und Osteoblasten auf 5-10 µg/g. Einschränkungen in der Zellproliferation wurden ab Konzentrationen von 3 µg/g nach 35 Tagen beobachtet. Ein Einfluss der Silbernanopartikel auf die osteogene Zelldifferenzierung konnte in subletalen Konzentrationen nicht gefunden werden.

Auf mRNA-Ebene wurde ein Anstieg von oxidativem Stress und ER-Stress nach Zugabe von Silbernanopartikeln beobachtet. Weiterhin wurde eine erhöhte Expression an Caveolae- und Clathrin-Vesikel Markern festgestellt. Diese Induktion des Endozytosesignalwegs konnte mittels Transmissionselektronenmikroskopie bestätigt werden.

Die Nanosilber-funktionalisierten Implantatproben zeigten keine Hemmung in der Zellvitalität, -proliferation und -differenzierung.

Unsere Ergebnisse zeigen auf, dass die Silbernanopartikel zu keiner Hemmung der Bioaktivität der hMSCs und Osteoblasten in antibakteriellen Konzentrationen führen. Die Nanosilber-funktionalisierten Implantatproben bestätigen ebenfalls eine sehr gute Biokompatibilität gegenüber den Zellen des Knochenstoffwechsels.

Somit sind die untersuchten Nanosilber-funktionalisierten Implantate sehr gut geeignet für den Einsatz in der Knochendefektheilung.