title: Austestung von Komponenten aus Biomaterialien auf Osteoklasten- und Osteoblastendifferenzierung
Creators: name: Kleiner, Melanie
Publisher: name: :none
Year: 2015

description: Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit den Einflüssen von Gelatine als Bestandteil von Biomaterialien auf die Zellen des Knochens. Gelatine eignet sich sowohl aufgrund ihrer chemisch-physikalischen Eigenschaften, als auch durch ihre hohe Biokompatibilität gut als eine Grundkomponente von potentiellen Biomaterialien. Gemeinsam mit anderen Polymeren oder mineralischen Bestandteilen lassen sich aus Gelatine poröse Kompositmaterialien herstellen, die zur Implantation in Knochen genutzt werden können. Es wurden mehrere verschiedene Gelatinetypen und ihre Mischungen diversen Versuchen unterzogen, um die Materialien hinsichtlich ihrer Wirkungen auf Maus-Osteoblasten und -Osteoklasten zu charakterisieren. Maus-Kokultur-Experimente mit Osteoblasten und Osteoklasten auf quervernetzter und nicht-quervernetzter Gelatine wurden durchgeführt. Das Ziel war es, die Anzahl und Morphologie der auf den Gelatinen gebildeten reifen Osteoklasten nach selektiver Färbung zu ermitteln. Die Anzahl der auf den nicht-quervernetzten Gelatinebeschichtungen gebildeten Osteoklasten war in allen Gruppen nur wenig geringer als in der unbeschichteten Kontrollgruppe. Auf quervernetzten Gelatinebeschichtungen hingegen war die Reduktion der Osteoklastenanzahl deutlicher ausgeprägt, möglicherweise aufgrund von cytotoxischen Effekten des Crosslinkers Glutaraldehyd. Auch war die Zellmorphologie, besonders die Größe der Zellen und Anzahl der Zellkerne, gegenüber der Kontrollgruppe stark verändert. Zur Untersuchung der Genexpression mithilfe von quantitativer Real Time-PCR in primären Maus-Osteoblasten auf Glutaraldehyd-quervernetzten Gelatinen wurden zwei Versuche mit unterschiedlicher Zielsetzung durchgeführt. In einem Experiment wurden die Zellen mit differenzierungsförderndem Medium kultiviert und die Expression der Osteoblasten-Markergene Runx2 und Col1a1 zu vier Zeitpunkten quantifiziert. So konnten die Differenzierung und die Matrixproduktion der Zellen über drei Wochen hinweg dokumentiert werden. Es zeigte sich, dass die Expressionsniveaus von Col1a1 in den Gelatinegruppen gegenüber der Kontrollgruppe anfangs deutlich vermindert und zu den weiteren Zeitpunkten erhöht waren. Auch die Werte für Runx2 waren im Vergleich mit der Kontrollgruppe erhöht. Ein weiteres Experiment diente dazu, die Expression der Cytokine M-CSF und RANKL zu untersuchen, die beide für die Bildung und Aktivierung von Osteoklasten notwendig sind. Zum ersten der beiden Zeitpunkte, 24 Stunden nach Beginn der Kultur, zeigte sich eine deutliche Verminderung der M-CSF-Expression in den Gelatinegruppen, zum zweiten untersuchten Zeitpunkt nach 48 Stunden jedoch unterschied sich die M-CSF-Expression nicht mehr signifikant von jener in der Kontrollgruppe. Die RANKL-Expression zeigte in einigen Gelatinegruppen einen signifikanten Anstieg vom ersten zum zweiten Zeitpunkt. Im Laufe dieser Arbeit konnten gewisse Veränderungen der Zellmorphologie und Genexpression in Osteoklasten und Osteoblasten durch Gelatinematerialien festgestellt werden. Bei Verwendung von quervernetzter Gelatine wurden eine veränderte Osteoklastenmorphologie und –anzahl beobachtet. Die Kultur von Osteoblasten auf Gelatinebeschichtungen scheint vor allem zu frühen Zeitpunkten der Zellkultur einen bedeutenden Einfluss auf die Genexpression und Zelldifferenzierung zu haben. Zwischen den verschiedenen Gelatinetypen konnten keine signifikanten Unterschiede aufgezeigt werden. Weitere Forschung auf diesem Gebiet kann die Mechanismen hinter den beobachteten Effekten von unterschiedlichen Gelatinearten auf Knochenzellen aufklären und somit zur Entwicklung von neuen Gelatine-basierten Knochenersatzmaterialien führen.