Der Einfluss von Bioglas auf die Osteoklastogenese und Osteoklasten - Eine in vitro Untersuchung

Abstract

Bioglas hat aufgrund seiner osteoinduktiven Wirkung als Knochenersatzmaterial zunehmend an Bedeutung gewonnen. Ziel dieser Studie ist es, die Wirkung von Bioglas auf die Entwicklung humaner Osteoklasten zu untersuchen. Hierfür wurde neben dem bekannten Bioglas 45S5, die bislang wenig untersuchten Biogläser 1393, 1393 mit Borsilikat (1393 BS) und eine gesinterte Variante von Bioglas1393 (1393 ges) einander gegenübergestellt. Dieser Vergleich dient der Suche nach einem möglicherweise noch besser geeigneten Bioglas. In der Zellkultur wurden mononukleäre Zellen des peripheren Blutes (PBMC) im Beisein der Biogläser innerhalb von 8 Tagen unter regelmäßiger pH Kontrolle im Osteoklastendifferenzierungsmedium inkubiert. Es wurden Zellen von sechs verschiedenen Spendern untersucht. Im Anschluss wurden mittels Reverser Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (Real-time PCR) die Zelldifferenzierung und die Expression osteoklastenspezifischer Gene untersucht. Mittels Carboanhydrase II- und TRAP 5b Assay wurden Aktivität der Zellen überprüft. Die morphologische Begutachtung erfolgte mittels Lebendzellbeobachtung sowie immunfluoreszenzmikroskopischen Darstellung der Materialoberfläche. Für einen standardisierten Vergleich wurden vier Entwicklungsstadien definiert. Mittels Rasterelektronenmikroskopie wurde der Effekt auf die Biogläser untersucht. Die Biogläser 45S5, 1393 und 1393 BS zeigten an Tag 2, 4, 6 und 8 jeweils signifikant höhere pH-Werte als Zellen ohne Fremdmaterial – z. B. ist der pH-Wert von Bioglas 45S5 an Tag 6 mit p = 0,001 signifikant höher als der pH-Wert der Kultur ohne Bioglas. Das lysosomalen Enzyms Cathepsin K (p = 0,003) sowie der für Differenzierung multinukleärer Zellen fungierenden Mannose Rezeptor C Typ 1 (p = 0,014) wurde nach 8 Tagen Inkubation in Zellen ohne Fremdmaterial signifikant stärker exprimiert. Die Kontrollgruppe (p = 0,032) zeigte eine signifikant höhere TRAP 5b Aktivität. Die morphologische Auswertung zeigte, eine Differenzierung in mehrkernige Riesenzellen, welche bei direktem Kontakt zum Material jedoch langsamer erfolgt. Auch in der Immunfluoreszenz zeigte sich auf den Biogläsern eine reduzierte Zelldichte mit weniger differenzierten Zellen. Insgesamt konnte eine erfolgreiche, jedoch langsamere Osteoklastogenese bei Kontakt mit Bioglas nachgewiesen werden. Dies zeigt sich bei Bioglas 1393 ges am wenigsten stark ausgeprägt, was auf die geringere alkalisierende Wirkung zurückgeführt wird. Die Biokompatibilität von Bioglas 45S5, 1393 und 1393 BS ist dabei als ähnlich einzustufen. Je nach gewünschtem Effekt, können nun verschiedene Biogläser zum Einsatz kommen.