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Fragestellung: Die Osteoporose ist einer der führenden Krankheitsbilder im hohen Lebensalter und zählt laut WHO zu einer der häufigsten Knochenerkrankungen der heutigen Gesellschaft. Ursache dafür ist auch eine verminderte Expression von Osteoprotegerin (OPG) in Osteoblasten. Da OPG die Aktivierung der Osteoklasten über die Interaktion mit dem Receptor Activator of Nuclear Factor kappa-B Ligand (RANK-L) hemmt, führt eine verminderte OPG-Expression zu einer vermehrten Aktivierung von Osteoklasten.

Darüber hinaus konnte in der Literatur gezeigt werden, dass im Rahmen von Alterungsprozessen der Anteil reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) zunimmt und oxidativer Stress folglich Osteoporose fördert. Um die spezifischen Einflüsse von ROS auf die osteogene Differenzierung von Osteoblasten und die Expression von OPG zu untersuchen, haben wir die Wirkung von Katalase, Eisen(II)sulfat (Fe2SO4) und Wasserstoffperoxid (H2O2) auf humane Osteoblasten getestet.

Methodik: Untersucht wurden humane Osteoblasten von Patienten, die an einer Osteopenie (n = 4) oder Osteoporose (n = 3) leiden. Die Knochendichte bzw. der Osteoporosestatus wurde mit Hilfe der Knochendichtemessung (Dual-Energy X-Ray Absorptiometry) evaluiert. Die Osteoblasten wurden ausgesät, osteogen differenziert und additiv mit der (eisenhaltigen) Katalase (125 U/ml), H2O2 (50 µM) und Fe2S04 (50 µM) behandelt (DMEM, Glucose 4,5 g/l, 2 mM alpha-Glutamin, 10% fötales Kälberserum, 100 U/ml Penicillin, 100 µg/ml Streptomycin), Dexamethason (500 nM), FBS (10%), alpha-Ascorbin-2-Phosphat (50 µM), ß-Glycerophosphat (10 mM). Der Einfluss der ROS-modulierenden Substanzen auf die osteogene Differenzierung wurde nach 0, 7, 14, 21 Tagen mit Hilfe der Alizarinrot-S-Färbung und anschließender Quantifizierung mittels Absorption (OD 600) evaluiert. Darüber hinaus wurde durch ELISA-Analysen die Expression von OPG gemessen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Insgesamt konnte die erfolgreiche Differenzierung von humanen Osteoblasten demonstriert werden. Es konnte gezeigt werden, dass die additive Behandlung mit Katalase und Fe2SO4 die osteogene Differenzierung in Osteoblasten von Patienten mit einer Osteopenie und Osteoporose deutlich steigern konnte. In osteoporotischen Zellen zeigte sich eine 3,9-fache Steigerung der osteogenen Differenzierung, in osteopenen Zellen konnte eine 3,16-fache Steigerung festgestellt werden. Darüber hinaus konnte evaluiert werden, dass die Katalase ebenfalls die Expression von OPG in Osteoblasten beider Patientengruppen fördert. Im direkten Vergleich zeigte sich insbesondere eine vermehrte Expression von OPG in den Osteoblasten von Osteoporosepatienten.

Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass Katalase als anti-oxidatives Protein sowohl die Osteoblastendifferenzierung als auch die OPG-Expression in beiden Gruppen fördert. Unsere Ergebnisse zeigen damit, dass der Einfluss der Katalase einen wichtigen Ansatzpunkt für die Erarbeitung weiterer Therapiemöglichkeiten der Osteoporose darstellen könnte.