Dokument: Effekt der Hyperbaren Sauerstofftherapie auf die Differenzierung und Funktion Osteoporose-relevanter Parameter in humanen Osteoblasten
| Titel: | Effekt der Hyperbaren Sauerstofftherapie auf die Differenzierung und Funktion Osteoporose-relevanter Parameter in humanen Osteoblasten | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=67884 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20241212-092745-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Flender, Pia [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Oezel, Lisa [Gutachter] PD Dr. med. Polzin, Amin [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Osteoporose, HBO, Katalase, Knochen, Orthopädie, Unfallchirurgie | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Gemäß der Weltgesundheitsorganisation (WHO) gehört die Osteoporose weltweit zu einer der häufigsten Skeletterkrankungen im höheren Alter. Definitionsgemäß liegt bei der Osteoporose
eine gestörte Knochenhomöostase mit vermehrtem Abbau vor, welche unter anderem durch eine verringerte Aktivität der Osteoblasten und reduzierte Expression des Osteoprotegerins (OPG) entsteht. Ein gestörtes Knochengleichgewicht bedingt eine verminderte Knochendichte, welche zu erhöhtem Frakturgeschehen und höherer Morbidität und Mortalität führen kann. OPG bindet in einer ausgeglichenen Knochenhomöostase an den Receptor Activator of NF-κB (RANK)-Liganden und verhindert die Aktivierung der Osteoklasten. Bei der Osteoporose kommt es durch eine vermehrte Aktivierung von Osteoklasten zu einem knochenabbauenden Prozess. Dieser entsteht immer dann, wenn insgesamt weniger OPG zur Verfügung steht und nicht mehr in einer ausreichenden Anzahl hemmend an RANKL binden kann. RANKL bindet daraufhin vermehrt an RANK und verursacht durch erhöhte Osteoklastenaktivierung einen vermehrten Knochenabbau und somit Knochenbrüchigkeit. Bei der Hyperbaren Oxygenierung (HBO) atmet der Patient 100 %-igen, reinen Sauerstoff bei einem erhöhtem Umgebungsdruck über einen definierten Zeitraum in einer speziell hierfür vorgesehenen Kammer ein. Die HBO konnte in mehreren Studien ihren Nutzen für die Knochenregeneration unter Beweis stellen, aber es fehlen grundlegende Erkenntnisse zum Einfluss der HBO auf die osteogene Differenzierung älterer Patienten, insbesondere Osteoporose-Patienten. Somit stellt sich die Frage, inwiefern die osteogene Differenzierung und Osteoporose-relevante Parameter in Osteoblasten älterer Patienten durch den Einfluss der HBO und ROS-abbauender Substanzen moduliert werden können. Denn im Alter nimmt der Anteil reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) zu, welches die Pathogenese der Osteoporose ebenfalls unterstützt. Osteoblasten von 22 Patienten wurden entsprechend ihrer Knochendichte eingeteilt: Kontrolle (normwertige Knochendichte, Alter ∅ = 68,42), Osteopenie (Alter ∅ = 80) und Osteoporose (Alter ∅ = 79,75). Es folgten Experimente mit Osteoblasten der unterschiedlichen Knochendichten in osteogenem Differenzierungsmedium und die HBO-Behandlung, sowie die zusätzliche Behandlung mit dem Antioxidans Katalase (125 U). Anschließend wurde die osteogene Differenzierung mittels des Alkalischen Phosphatase Assays (AP) und der Alizarinrot-S-Färbung (ALZ, mit Rücklösung) evaluiert und Osteoporose-relevante Parameter durch das OPG-Enzyme linked Immunosorbent Assay (ELISA) und die RANKL-Polymerasekettenreaktion (PCR) quantifiziert. Durch die HBO-Therapie kam es bei den Osteoblasten mit normaler Knochendichte und Osteopenie zu einer Steigerung der osteogenen Differenzierung, gemessen an der AP-Aktivität und der Kapazität, Kalzium in der extrazellulären Matrix zu deponieren. Des Weiteren konnten synergistische Effekte durch die Behandlung der HBO und der Katalase als Antioxidans in Osteoblasten von Patienten mit einer Osteopenie und Osteoporose im Vergleich zu Osteoblasten mit normwertiger Knochendichte detektiert werden. Die osteogene Differenzierung bei Osteoblasten mit normwertiger Knochendichte war durch die HBO, sowohl alleinig als auch in Kombination mit Katalase im Vergleich ohne die HBO, signifikant verdoppelt. Bei der Osteopenie wurde die osteogene Differenzierung durch die HBO auf bis zu 41 % gesteigert. Die AP-Konzentration konnte bei den Osteoporose-Osteoblasten durch die HBO auf bis zu 62 % gesteigert werden. Die OPG- und RANKL-Expression wurde nur tendenziell beeinflusst. Mit Hilfe der vorliegenden Arbeit konnte demonstriert werden, dass sowohl die osteogene Differenzierung als auch Osteoporose-relevante Parameter in Osteoblasten von älteren Patienten vor allem bei normwertiger Knochendichte und bei Osteopenie durch die HBO und Antioxidantien beeinflusst werden und zum Teil signifikante Veränderungen aufweisen konnten. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen darauf hin, dass die HBO vor allem bei Patienten mit einer normwertiger Knochendichte sowie bei Osteopenie eine zusätzliche Therapieoption darstellt.According to the World Health Organization (WHO), osteoporosis is one of the most common skeletal diseases of older people worldwide. By definition, osteoporosis is a disturbed bone homeostasis with increased breakdown, which, among other things, is caused by reduced osteoblast activity and reduced expression of osteoprotegerin (OPG). A disturbed bone balance causes reduced bone density, which can lead to increased fractures and higher morbidity and mortality. OPG binds to the Receptor Activator of NF-κB (RANK) ligand in balanced bone homeostasis and prevents osteoclast activation. In osteoporosis, increased activation of osteoclasts leads to a bone-breaking process. This always occurs when there is less OPG available overall and can no longer bind to RANKL in sufficient quantities. RANKL then binds increasingly to RANK and, through increased osteoclast activation, this causes increased bone loss and bone fragility. During hyperbaric oxygenation (HBO), the patient breathes 100% pure oxygen at an increased ambient pressure for a defined period of time in a chamber specifically designed for this purpose. HBO has been able to demonstrate its benefit for bone regeneration in several studies, but fundamental information on the influence of HBO on osteogenic differentiation in older patients, especially osteoporosis patients, is lacking. This raises the question of the extent to which osteogenic differentiation and osteoporosis-relevant parameters in osteoblasts of older patients can be modulated by the influence of HBO and ROS-degrading substances. As we age, the proportion of reactive oxygen species (ROS) increases, which also supports the pathogenesis of osteoporosis. Osteoblasts from 21 patients were classified according to their bone density: control (normal bone density, age ∅ = 68.42), osteopenia (age ∅ = 80) and osteoporosis (age ∅ = 79.75). This was followed by experiments with osteoblasts of different bone densities in osteogenic differentiation medium and HBO treatment, as well as additional treatment with the antioxidant catalase (125 U). Subsequently, osteogenic differentiation was evaluated using the alkaline phosphatase assay (AP) and alizarin red S staining (ALZ, with redissolution), and osteoporosis-relevant parameters were determined using the OPG enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and the RANKL polymerase chain reaction (PCR) quantified. HBO therapy led to an increase in osteogenic differentiation in osteoblasts with normal bone density and osteopenia, measured by AP activity and the capacity to deposit calcium into the extracellular matrix. Furthermore, synergistic effects could be detected by treating HBO and catalase as an antioxidant in osteoblasts from patients with osteopenia and osteoporosis compared to osteoblasts with normal bone density. Osteogenic differentiation in osteoblasts with normal bone density was significantly doubled by HBO, both alone and in combination with catalase, compared to without HBO. In osteopenia, osteogenic differentiation was increased up to 41% by HBO. The AP concentration in the osteoporosis osteoblasts could be increased up to 62% by HBO. OPG and RANKL expression were only tendentially affected. With the help of the present work, it was demonstrated that both osteogenic differentiation and osteoporosis-relevant parameters in osteoblasts from older patients are influenced by HBO and antioxidants, especially in the case of normal bone density and in osteopenia, and in some cases show significant changes. The results of this work indicate that HBO is an additional therapeutic option, especially in patients with normal bone density and osteopenia. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 12.12.2024 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.12.2024 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 15.07.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 03.12.2024 |
