Dokument: Funktionelle Charakterisierung von Osteoblasten mit einer normalen Knochendichte (BMD), einer Osteopenie oder einer Osteoporose

Titel:	Funktionelle Charakterisierung von Osteoblasten mit einer normalen Knochendichte (BMD), einer Osteopenie oder einer Osteoporose
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=65585
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20240426-084124-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Benölken, Nele [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,43 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 23.04.2024 / geändert 23.04.2024
Beitragende:	PD Dr. med. Grassmann, Jan [Gutachter] Slotty, Philipp Jörg [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Die Osteoporose gehört weltweit zu den häufigsten Knochenerkrankungen und ist eines der führenden Krankheitsbilder im hohen Lebensalter. Zu den zugrunde liegenden Mechanismen zählen eine verminderte Aktivität knochenaufbauender Osteoblasten (OB). Bekannt ist, dass im Rahmen von Alterungsprozessen der Anteil reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) zunimmt, in deren Folge oxidativer Stress entstehen kann. Dieser wiederum unterstützt die Pathogenese der Osteoporose. Ziel der Arbeit war es zu evaluieren, inwiefern Antioxidantien die Differenzierung und Funktion von OB von älteren Patienten modulieren können. Weiterhin wollten wir untersuchen, ob es Unterschiede zwischen den OB gesunder Probanden und den OB von an Osteoporose erkrankten Personen gibt. Humane OB wurden aus operativ entnommenen Hüftköpfen von Patienten mit einer Schenkelhalsfraktur isoliert und proliferiert (n = 29; Ø = 77 Jahre). Mit Hilfe der dual-energy X-ray-absorptiometry (DEXA)-Messung wurde die Knochendichte bei diesen Patienten bestimmt. Aufgrund dieser Messungen wurden die OB in drei Gruppen eingeteilt: OB von Patienten mit einer normalen Knochendichte, einer Osteopenie oder einer Osteoporose. Die OB wurden über 21 Tage osteogen differenziert. Um den Einfluss von Antioxidantien auf die Differenzierung und Funktion der OB zu analysieren, erfolgte die Differenzierung additiv zum osteogenen Differenzierungsmedium (OM) mit dem Antioxidans Katalase (62,5 U/ml), inaktivierter Katalase (ia Kat, 62,5 U/ml) oder MnTBAP (einem Mimetikum der Mangan-Superoxiddismutase, 25 μM). Alternativ wurden die OB mit Fe2SO4 (Eisen(II)-Sulfat, 50 μM), als Bestandteil des aktiven Zentrums der Katalase oder H2O2 (50 μM) als relativ langlebiges ROS, kultiviert. Der Effekt der Antioxidantien auf die OB wurde unter anderem mittels Färbung der OB mit Alizarinrot-S-Lösung und anschließender Rücklösung als Maß für die osteogene Differenzierung sowie Messung der Alkalischen Phosphatase (AP) als Maß für die osteoblastäre Aktivität gemessen. Analysiert wurde auch die Expression weiterer, den Knochenmetabolismus beeinflussenden Proteine, wie Osteoprotegerin (OPG), das als Decoy-Rezeptor das osteoklasten-aktivierende RANKL (Receptor Activator of NF-κB Ligand) abfängt, sowie der Vitamin D-Rezeptor (vdr). Daneben wurden Versuche zu Markern zellulärer Seneszenz durchgeführt und das Potential von OB zur Adipogenese evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass das Antioxidans Katalase die osteogene Differenzierung in OB aller drei Versuchsgruppen steigern kann (in der Osteoporose-Gruppe in etwa verdoppelt). Zudem war in den OB von Osteoporose-Patienten wie erwartet im Vergleich zu den OB von Patienten mit normaler Knochendichte, eine bis zu 50 % erniedrigte OPG-Konzentration zu detektieren. Auch konnte tendenziell eine verstärkte Seneszenz und Adipogenese in den OB von Patienten mit einer Osteopenie oder Osteoporose (nach DEXA-Messung) detektiert werden. Antioxidantien wie die Katalase oder MnTBAP können die osteogene Differenzierung und osteoporose-relevante Parameter in OB von älteren Patienten verbessern bzw. modulieren. Somit könnten Antioxidantien zukünftig ein weiterer Ansatzpunkt sein, um die Therapie der Osteoporose zu verbessern. Die durchgeführten Experimente dienten zudem der erfolgreichen Etablierung, um am Forschungsstandort standardisierte Methoden für die Erforschung von Knochenstoffwechselerkrankungen wie der Osteoporose zu etablieren. Osteoporosis is one of the most common bone diseases worldwide and one of the leading disease profiles in old age. Underlying mechanisms include decreased activity of bone-building osteoblasts (OB). It is known that in the context of aging processes, the percentage of reactive oxygen species (ROS) increases, and as a result oxidative stress can occur. This in turn supports the pathogenesis of osteoporosis. The aim of this thesis is to evaluate to what extent antioxidants can modulate the differentiation and function of OB of elderly patients. Furthermore, we wanted to investigate whether there are differences between the OB of healthy subjects and the OB of subjects suffering from osteoporosis. Human OB of surgically removed femoral heads of patients with femoral neck fracture were isolated and proliferated (n = 29; Ø = 77 years). Dual-energy X-ray absorptiometry (DEXA) measurements were used to determine bone density of these patients. Based on these measurements, OB were divided into three groups: OB of patients with normal bone density, osteopenia, or osteoporosis. OB were osteogenically differentiated for 21 days. To analyze the influence of antioxidants on OB differentiation and function, differentiation was performed additively to osteogenic differentiation medium (OM) with the antioxidant catalase (62.5 U/ml), inactivated catalase (ia Kat, 62.5 U/ml), or MnTBAP (a mimetic of manganese superoxide dismutase, 25 μM). Alternatively, OB were cultured with Fe2SO4 (iron(II)-sulfate, 50 μM), as a component of the active site of catalase, or H2O2 (50 μM) as a relatively long-lived ROS. The effect of antioxidants on OB was measured, among other things, by staining the OB with Alizarin-Red S Solution and subsequent redissolution as a measure of osteogenic differentiation and measurement of alkaline phosphatase (AP) as a measure of osteoblast activity. The expression of other proteins affecting bone metabolism was also analyzed, such as osteoprotegerin (OPG), which acts as a decoy receptor to scavenge the osteoclast-activating RANKL (Receptor Activator of NF-κB Ligand), and the vitamin D-receptor (vdr). In addition, experiments on markers of cellular senescence were performed and the potential of OB for adipogenesis was evaluated. The antioxidant catalase was shown to increase osteogenic differentiation in OB of all three experimental groups (approximately doubled in the osteoporosis group). In addition, as expected, an up to 50% decreased OPG concentration was detected in the OB of osteoporosis patients compared to the OB of patients with normal bone density. Also, increased senescence and adipogenesis were more likely to be detected in the OB of patients with osteopenia or osteoporosis (after DEXA measurement). Antioxidants such as catalase or MnTBAP may enhance or modulate osteogenic differentiation and osteoporosis-related parameters in OB of elderly patients. Thus, antioxidants could be another target to improve osteoporosis therapy in the future. The experiments performed have also served to successfully establish standardized methods for research of bone metabolic diseases such as osteoporosis at the research location.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	26.04.2024
Dateien geändert am:	26.04.2024
Promotionsantrag am:	07.09.2023
Datum der Promotion:	16.04.2024