Effekt von BDNF auf die Angiogenese im humanen Kokultursystem aus Endothelzellen und osteoporotischen Osteoblasten

Abstract

Die Bildung und Stabilisierung von Blutgefäßen ist für die Frakturheilung von entscheidender Bedeutung. Im Herz konnte gezeigt werden, dass das Signalmolekül brain-derived neurotrophic factor (BDNF) die Angiogenese fördert. Vor diesem Hintergrund stellte sich die Frage, ob durch eine Applikation von BDNF die Bildung von Blutgefäßen stimuliert wird und ob die Osteoblasten osteoporotischer Spender hierbei regulierend wirken. Angelehnt an die gestellte Hypothese konnte kürzlich aufgezeigt werden, dass mesenchymale Stammzellen (MSC) und Osteoblasten bei Osteoporose phänotypische Veränderungen im Vergleich zu knochengesunden Zellen aufweisen. Zur Beantwortung der Frage wurden humane Osteoblasten und Endothelzellen im Kokultursystem untersucht. MSC wurden aus humaner Spongiosa isoliert, die bei der Endoprothetik als Restmaterial anfiel. Es wurden MSC von n = 5 knochengesunden und n = 5 osteoporotischen Spendern verwendet. Für das Kokultursystem wurden die MSC 10 Tage osteogen differenziert. Anschließend wurden immortalisierte humane dermale mikrovaskuläre Endothelzellen (HMEC), in einem Verhältnis von 1:4, sowie BDNF (20 ng/mL Medium) hinzugefügt. Nach 3 und 5 Tagen wurde der von-Willebrand-Faktor (vWF) im Zellkulturmedium mittels ELISA bestimmt. Die Zellen wurden ebenfalls nach 3 und 5 Tagen geerntet und zur Bestimmung der relativen alkalischen Phosphatase (ALP) Aktivität verwendet. Abschließend erfolgte eine statistische Analyse und graphische Darstellung. Die Konzentration des sezernierten vWF im Zellkulturmedium stieg von Tag 3 zu Tag 5 signifikant in Kokulturen mit humanen Osteoblasten von osteoporotischen Spendern nach Zugabe von BDNF an. In Kokulturen knochengesunder Osteoblasten konnte ein vergleichbarer Anstieg der vWF Konzentration auch ohne die zusätzliche Applikation von BDNF gemessen werden. Die Differenzierung und Aktivität der Osteoblasten wurde durch die relative Aktivität der ALP ermittelt. Es waren keine signifikanten Unterschiede in der ALP Aktivität in den Kokulturen knochengesunder und osteoporotische Osteoblasten, sowie nach Applikation von BDNF zu verzeichnen. Die Ergebnisse zeigen, dass Osteoblasten osteoporotischer Spender nach Zugabe von BDNF keinen negativen Einfluss auf die Bildung des vWF und somit auf die Angiogenese ausüben. Diese stimulierende Wirkung von BDNF ist in Kokulturen knochengesunder Osteoblasten nicht notwendig. BDNF zeigte im Kokultursystem mit humanen Endothelzellen keinen Einfluss auf die ALP Aktivität, die als Zeichen für die Aktivität der Osteoblasten verwendet wurde. Zusammenfassend zeigte sich durch BDNF eine positive Beeinflussung der osteoporotischen Kokultur in Bezug auf die Angiogenese, womit ein zukünftiger Ansatz im Umgang mit Osteoporose aufgezeigt werden konnte.