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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013)

22.10. - 25.10.2013, Berlin

Der Einfluss von Calcitonin und CGRP auf die Expression von Biomarkern der Partikel-induzierten Osteolyse – Untersuchungen am Makrophagen-Modell

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Heidrun Jablonski - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Orthopädie, Essen, Germany
  • Max D. Kauther - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Unfallchirurgie, Essen, Germany
  • Stefanie Rost - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Orthopädie, Essen, Germany
  • Rüdiger Schlepper - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Orthopädie, Essen, Germany
  • Hagen Bachmann - Universitätsklinikum Essen, Institut für Pharmakogenetik, Essen, Germany
  • Marcus Jäger - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Orthopädie, Essen, Germany
  • Christian Wedemeyer - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Orthopädie, Essen, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013). Berlin, 22.-25.10.2013. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2013. DocPO17-676

doi: 10.3205/13dkou689, urn:nbn:de:0183-13dkou6895

Published: October 23, 2013

© 2013 Jablonski et al.
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Fragestellung: Die Partikel-induzierte Osteolyse ist die häufigste Ursache der aseptischen Prothesenlockerung in der Endoprothetik. Hierbei werden Abriebpartikel des Implantatmaterials von Makrophagen phagocytiert und lösen eine inflammatorische Reaktion aus, in welcher die Cytokin-gesteuerte Rekrutierung von Osteoklasten zu einer erhöhten Knochenresorption führt. Ein osteoprotektiver Einfluss der Neuropeptide Calcitonin Gene Related Peptide (CGRP) und Calcitonin auf die Partikel-induzierte Osteolyse ist bekannt. In dieser Arbeit wurde der Effekt von CGRP und Calcitonin auf den katabolen Einfluss von ultrahochmolekularen Polyethylenpartikeln (UHMWPE-Partikel) in humanen Makrophagen-ähnlichen Zellen untersucht.

Methodik: Monocytäre Zellen der Linie THP-1 wurden durch Stimulation mit Phorbol-12-myristat-13-acetat (PMA) zu Makrophagen-ähnlichen Zellen differenziert. Anschließend wurden die Zellen zur Simulation Osteolyse-ähnlicher Bedingungen über unterschiedliche Zeiträume (6 / 24 / 48 h) mit UHMWPE-Partikeln (Zell-Partikel-Verhältnis 1:100 und 1:500) bzw. mit Lipopolysacchariden (LPS, 1 µg/ml) inkubiert. Zeitgleich wurden die Neuropeptide CGRP (10-8 M) bzw. Calcitonin (10-9 M) appliziert. Die mRNA-Expression von Receptor activator of nuclear factor-κB (RANK), RANK-Ligand (RANKL) und Tumornekrosefaktor α (TNF-α) im Verhältnis zum Referenzgen β-Actin wurde mittels quantitativer RT-PCR gemessen. Der Proteinnachweis von RANK erfolgte im Western Blot. Die Cytokin-Expression bezüglich der Interleukine IL-1β, IL-6, IL-8 und IL-10, von Interferon γ (IFN-γ) und TNF-α wurde im Zellkulturüberstand mit Hilfe eines Bio-Plex Cytokin-Assays quantifiziert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die relative mRNA-Expression von RANK zeigte keine signifikante Veränderung (p > 0,05) nach LPS-Stimulation (RANK ≤ 2,5 ± 0,433 %) im Vergleich zur Negativkontrolle (RANK ≤ 2,35 ± 0,230 %). Bei Stimulation mit unterschiedlichen Partikel-Konzentrationen nahm die RANK-Expression hingegen ab (RANK ≤ 1,13 ± 0,277 %; p < 0,05). Partikel-Stimulation führte zu einem zeit- und konzentrationsabhängigen Anstieg von TNF-α mRNA (TNF-α ≥ 2,55 ± 0,567 %) und Protein (TNF-α: 85,3 ± 7,104 - 311,86 ± 10,512 pg/ml) (p < 0,01). Calcitonin inhibierte die Produktion von TNF-α bei geringer Partikelkonzentration (TNF-α ≤ 120,35 ± 47,402 pg/ml; p < 0,01) in zeitabhängiger Weise. CGRP hingegen hemmte ebenfalls zeitabhängig die TNF-α Sekretion sowohl bei geringer (TNF-α ≤ 154,64 pg/ml; p < 0,001) als auch bei hoher Partikelkonzentration (TNF-α ≤ 125,82 ± 15,915 pg/ml; p < 0,05).

Makrophagen sind am Prozess der Partikel-induzierten Osteolyse über die Sekretion pro-inflammatorischer Cytokine beteiligt [1]. CGRP und Calcitonin zeigen einen zeitabhängigen inhibitorischen Effekt auf die Partikel-induzierte TNF-α Sekretion und unterstreichen die im Tierversuch gewonnenen Erkenntnisse eines möglicherweise osteoprotektiven Einflusses dieser Neuropeptide [2].


Literatur

1.
Hallab, Jacobs. Bull NYU Hosp Jt Dis. 2009;67:182.
2.
Kauther, et al. BMC Musculoskelt Disord. 2011;12:186.