title: Wirkung von Silizium und Strontium dotierten Hydroxylapatitnanopartikel auf Mauszellen in vitro
Creators: name: Lackner, Nina
Publisher: name: :none
Year: 2018

description: Beim Knochen-Tissue Engineering werden dreidimensionale Matrices (Scaffolds) zusammen mit osteogenen Zellen und bioaktiven Substanzen entwickelt, die zur Regeneration von Knochendefekten eingesetzt werden sollen. Die im Knochen-Tissue Engineering verwendeten Biomaterialien bestehen meist aus Keramik, Polymeren oder Metallen und sie sollten osteoinduktive und osteokonduktive Eigenschaften besitzen. Um die Osseointegration sowie die knochenaufbauende Wirkung der Biomaterialien zu verbessern, können Hydroxylapatitnanopartikel integriert werden oder als Überzugsmaterial eingesetzt werden. Bei Nanopartikel handelt es sich um Partikel, die kleiner als 100 nm sind. Sie können aufgrund ihrer hohen Bioaktivität und -affinität oder aufgrund der Bildung nanotopographischer Muster die osteoinduktiven und osteokonduktiven Eigenschaften des Biomaterials verbessern. Außerdem kann durch eine Dotierung der Nanopartikel mit bioaktiven Ionen das Knochenregenerationspotenzial der Biomaterialien weiter gesteigert werden. Die vorliegende Diplomarbeit untersucht die Effekte von Silizium und Strontium dotierten Hydroxylapatitnanopartikel auf primäre Mausosteoblasten. Zunächst wurde die Wirkung der Nanopartikel auf die Zellviabilität überprüft. Anschließend wurde geprüft, ob sie einen induzierenden Effekt auf die Differenzierung sowie die Aktivität der OB haben. Zuletzt wurden Veränderungen in der Genexpression der Zellen untersucht. Dabei wurden die beiden Nanopartikelsorten in vier unterschiedlichen Konzentrationen - nämlich 250 g/ml, 100 g/ml, 50 g/ml und 20 g/ml - getestet. Selbst in der höchsten Konzentration beeinträchtigten die Nanopartikel die Zellviabilität nicht. Im Gegenteil wurde die Zellproliferation durch den Zusatz der Nanopartikel erhöht. Die Zelldifferenzierung wurde durch beide Nanopartikelsorten gefördert. Das Ausmaß der Mineralablagerung und die Expression von Genen, die an der Zelldifferenzierung beteiligt sind wurde durch die siHA-NP stärker erhöht als durch srHA-NP. Folglich besitzen beide Nanopartikelpräparationen das Potenzial zu Knochenersatzmaterialien weiterverarbeitet zu werden. In Bezug auf die Wirkung auf OB zeigten sich die siHA-NP von Vorteil. Da allerdings der Erfolg eines Knochenersatzmaterials nicht nur von einer fördernden Wirkung auf OB, sondern auch von einer hemmenden Wirkung auf knochenabbauende OC abhängt, wären weitere Untersuchungen der Nanopartikel für eine endgültige Bewertung erforderlich.
description: Bone-Tissue Engineering is a scientific field that deals with the production of scaffolds in combination with osteogenic cells and bioactive substances for the purpose of regenerating bone defects. Biomaterials used for Bone-Tissue Engineering are made of ceramics, polymers or metals and should possess osteoinductive and osteoconductive properties. Hydroxyapatite nanoparticles can be integrated or used as a bioactive coating in order to enhance osseointegration and bone formation. Nanoparticles are smaller than 100 nm. The particles' high bioactivity and bioaffinity or their ability to form nanotopographic patterns facilitate the improvement of the osteoinductive and osteoconductive properties of a biomaterial. Moreover, ion doping can be used as a strategy to improve the bone regeneration potential of biomaterials. This diploma thesis examines the effects of silicon or strontium doped hydroxyapatite nanoparticles on primary mouse osteoblasts. First the particles` effect on cell viability was analyzed. Subsequently, their influence on the differentiation and activity of osteoblasts was tested. Finally, changes in the gene expression of the cells were analyzed. The nanoparticles were tested in four concentrations (250 g/ml, 100 g/ml, 50 g/ml und 20 g/ml). Even in the most potent concentration the nanoparticles did not reduce the cell viability. On the contrary, the cell proliferation was promoted. Additionally, both kinds of nanoparticles enhanced the cell differentiation. Under the influence of silicon-doped hydroxyapatite nanoparticles the mineral deposition as well as the expression of proteins which are important for the cell differentiation increased at a higher extend. As a consequence, both of the nanoparticles have the potential to be used as bone replacement material. The silicon doped nanoparticles proved to be more efficient regarding the positive effects on OB. Nevertheless, a successful bone replacement requires not only a stimulation of bone forming OB, but also an inhibition of bone resorbing OC. Therefore, more studies on nanoparticles are essential for a final assessment.