Im Rahmen der Osteoporose ist der altersbedingte Knochenverlust mit einer erhöhten Fettinfiltration im Knochenmark assoziiert. Das osteoporotisch veränderte Hartgewebe wird somit direkt von den Adipozyten des Knochenmarks begrenzt. Angesichts der hohen sekretorischen Aktivitäten der Adipozyten liegt die Hypothese nahe, dass adipozytäre Sekretionsfaktoren wie Adipokine (Visfatin, Leptin und Resistin) die Differenzierung der im Knochenmark befindenden MSC beeinflussen und so zum fortschreitenden Knochenverlust im Rahmen der Osteoporose beitragen. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit, die Rolle der Adipokine während der Osteogenese sowie Adipogenese in Standardkultur sowie auf aufgereinigten Spongiosafragmenten mit besonderem Fokus auf Matrixumbau zu analysieren.Durch die Adipokine Leptin und Resistin konnten keine Effekte auf die untersuchten Parameter sowohl während der adipogenen als auch osteogenen Differenzierung nachgewiesen werden. Die Stimulierung mit Visfatin führte dagegen zu einem signifikanten Expressionsanstieg von MMPs während der Adipogenese, wobei das Transkriptionsprofil der TIMPs nicht beeinflusst wurde. Interessanterweise reduzierte Visfatin signifikant die Expression von MMPs und TIMPs in osteogen differenzierten MSCs. Die Visfatin-induzierte Dysregulation der MMP- und TIMP-Expression könnte zum gesteigerten Knochenabbau an den Knochen-Knochenmark-Grenzflächen, insbesondere bei geschwächter Knochenmatrix, wie z.B. bei der Osteoporose, beitragen. Des Weiteren resultierte die Stimulierung mit Visfatin in einer signifikant erhöhten Freisetzung von IL6, IL8 und MCP1 sowohl in osteogen als auch adipogen differenzierenden MSCs. Durch die proinflammatorische Wirkung könnte Visfatin negativ auf die Knochenhomöostase wirken, da der osteoklastäre Knochenabbau durch Visfatin-induzierte proinflammatorische Proteine begünstigt würde. Während Visfatin nicht die Expression von adipogenen Markergenen veränderte, konnte in osteogen differenzierten MSCs eine signifikante Induktion von ALP durch Visfatin an Tag 7 der Osteogenese nachgewiesen werden, was eine Visfatin-induzierte Verstärkung der anorganischen Matrixproduktion zur Folge haben könnte. So konnte mittels Alizarin Rot S-Färbung eine erhöhte Mineralisierung durch Visfatin gezeigt werden. Die organische Komponente der EZM, Kollagen Typ I, eines der zentralen Proteine der Knochenplastizität, wurde durch Visfatin an Tag 21 der Osteogenese herrunterreguliert. Dieser differenzielle Effekt von Visfatin auf zwei Komponenten der EZM könnte auf eine gestörte Matrixproduktion durch Visfatin hindeuten und zu einer erhöhten Knochenbrüchigkeit führen. Die Spongiosa-Transfer Experimente zeigten eine signifikante Reduktion der Visfatin-vermittelten Expression von MMPs sowie der proinflammatorischen Zytokine in 3D-Kultur vs. Standardkultur im Verlauf der Adipogenese. Obwohl während der Osteogenese in 3D-Kultur keine Reduktion der Visfatin-induzierten Freisetzung von Entzündungsmediatoren im Vergleich zu Standardkultur erkennbar war, deuten jedoch die während der Adipogenese in 3D-Kultur erzielten Daten auf einen positiven Einfluss der EZM hin.Zur Identifizierung der Signalwege, die bei den Visfatin-vermittelten Effekten während der adipogenen Differenzierung involviert sind, erfolgte die Kostimulierung mit Visfatin und Inhibitoren von p38-MAPK sowie ERK1/2. Während die Inhibierung von p38-MAPK lediglich zu einer Verringerung der MMP13-Expression führte und nicht von Visfatin-induzierten Entzündungsmediatoren, zeigte die Blockierung des ERK1/2-Signalwegs eine nahezu komplette Suppression von MMP13 sowie IL6, IL8 und MCP1. Somit scheint die Aktivierung dieser beiden Signalwege durch Visfatin während der adipogenen Differenzierung von MSCs naheliegend. Insgesamt konnte ein Einfluss des Adipokins Visfatin sowohl bei der Adipogenese als auch der Osteogenese nachgewiesen werden. Während bei der Osteogenese die Visfatin-vermittelten Effekte zur Fragilität des Knochens beitragen könnten, würden Visfatin-induzierte MMPs sowie proinflammatorische Zytokine bei der Adipogenese, zum Knochenabbau beitragen.
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