Dokument: In vitro Untersuchung des Einflusses von Myokinen auf die osteogene Differenzierung humaner Knochenmarkstromazellen
| Titel: | In vitro Untersuchung des Einflusses von Myokinen auf die osteogene Differenzierung humaner Knochenmarkstromazellen | |||||||
| Weiterer Titel: | In vitro investigation of the influence of myokines on the osteogenic differentiation of human bone marrow stromal cells | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=72028 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20260128-133803-8 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Alispahic, Kenan [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. rer. nat Christoph V. Suschek [Gutachter] PD Dr. rer. nat. Csaba Mahotka [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Myokine, Osteogenesis, Cytokine, hBMSC, Stromazellen, osteogene Differenzierung, Bone-Muscle-Crosstalk, Bone, Muscle | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Chronisch entzündliche Erkrankungen des Knochens, insbesondere Osteoporose, stellen
mit zunehmender Alterung der Bevölkerung eine wachsende medizinische Herausforderung dar. Dabei spielen nicht nur hormonelle und mechanische Faktoren eine Rolle, sondern zunehmend auch immunologische Prozesse. Im Fokus aktueller Forschung stehen sogenannte Myokine - Botenstoffe, die von Skelettmuskeln freigesetzt werden. Diese Moleküle vermitteln den Muskel-Knochen-Crosstalk und haben das Potenzial, sowohl entzündliche als auch regenerative Prozesse im Knochenstoffwechsel zu beeinflussen. Ziel dieser In-vitro-Studie war es, den Einfluss ausgewählter Myokine und proinflammatorischer Zytokine auf die osteogene Differenzierung humaner Knochenmarkstromazellen (hBMSCs) zu untersuchen. Im Mittelpunkt standen die Faktoren FGF-2, IL-6, IL-1β, TNF-α, IFN-γ sowie das muskelassoziierte Zytokin Myostatin. Die hBMSCs wurden über einen Zeitraum von 14 Tagen in osteogenem Differenzierungsmedium kultiviert, teils unter gleichzeitiger Gabe der genannten Faktoren, teils nach einer zehntägigen Vorstimulation mit FGF-2 oder IL-6, um eine akute Entzündung zu simulieren. Die Wirkung dieser Vorstimulationen wurde mit einer anschließenden Nachbehandlung kombiniert, um die Effekte einer chronischen Entzündung zu analysieren. Die Versuchsgruppen wurden hinsichtlich Zellzahl, extrazellulärer Matrixmineralisierung und ALP-Aktivität untersucht. Die Zellzahl wurde mittels CellTiterBlue-Assay, die Matrixmineralisierung über Alizarin-Rot-Färbung und die ALP-Aktivität enzymatisch quantifiziert. Zur Standardisierung wurden alle Ergebnisse auf die Zellzahl normiert. Die Ergebnisse zeigten, dass FGF-2 einen stark proliferationsfördernden Effekt hatte. Die Zellzahl war in allen Gruppen mit FGF-2 signifikant erhöht, insbesondere bei kombinierter Vor- und Nachbehandlung. IL-6 hatte allein keine signifikante Wirkung, verstärkte jedoch die Wirkung von FGF-2, wenn IL-6 nach der Vorstimulation verabreicht wurde. IL-1β und TNF-α führten unabhängig von der Vorstimulation zu einer signifikanten Steigerung der Mineralisierung. IFN-γ reduzierte die Zellzahl signifikant, erhöhte jedoch gleichzeitig die normierten Differenzierungsmarker, was auf eine selektive Förderung der Differenzierung trotz Zellverlust hindeutet. Myostatin zeigte keine signifikanten Effekte auf die Zellzahl oder die Differenzierungsmarker. Hinsichtlich der ALP-Aktivität wurde festgestellt, dass FGF-2 bei Vor- und Nachbehandlung, zu einem Rückgang der ALP-Aktivität führte. IL-1β steigerte die ALP-Aktivität signifikant nach FGF-2-Vorbehandlung. IL-6, TNF-α und Myostatin zeigten keine relevanten Effekte auf die ALP-Aktivität. Besonders auffällig war die starke Reduktion der normierten Differenzierungsmarker unter FGF-2, was auf den starken Einfluss dieses Faktors auf die Zellzahl, aber nicht auf die Differenzierung hindeutet. Die normierte Auswertung ergab, dass FGF-2 zwar die Zellzahl deutlich steigert, aber aufgrund fehlender Wirkung auf Differenzierungsprozesse zu niedrigen normierten Differenzierungswerten führt. Diese Diskrepanz zeigt, wie wichtig eine getrennte Analyse von Zellvermehrung und Differenzierung ist. IFN-γ wirkte trotz zelltoxischer Wirkung förderlich auf die Differenzierung, was therapeutisch relevant sein könnte. Die Kombination aus FGF-2-Vorstimulation und IL-1β -Nachbehandlung zeigte die stärkste ALP-Aktivierung, was auf synergistische Effekte hinweist. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass Myokine eine differenzielle Wirkung auf Zellproliferation und Differenzierung haben. Dies eröffnet neue Ansätze für das Tissue Engineering und die regenerative Medizin. Die gezielte Modulation durch Kombination verschiedener Myokine könnte genutzt werden, um Knochendefekte gezielt zu therapieren. Weitere Studien sollten sich der zeitlichen Dynamik, der Dosisabhängigkeit und der zelltypspezifischen Wirkung dieser Moleküle widmen, um ihr volles therapeutisches Potenzial zu erschließen.Chronic inflammatory bone diseases, particularly osteoporosis, represent a growing medical challenge as the population continues to age. In this context, not only hormonal and mechanical factors play a role, but increasingly also immunological processes. Current research is focusing on so-called myokines – signaling molecules released by skeletal muscles. These molecules mediate muscle-bone crosstalk and have the potential to influence both inflammatory and regenerative processes in bone metabolism. The aim of this in vitro study was to investigate the influence of selected myokines and proinflammatory cytokines on the osteogenic differentiation of human bone marrow stromal cells (hBMSCs). The focus was on the factors FGF-2, IL-6, IL-1β, TNF-α, IFN-γ, as well as the muscle-associated cytokine myostatin. The hBMSCs were cultured in osteogenic differentiation medium over a period of 14 days, either with simultaneous administration of the aforementioned factors or following a ten-day pre-stimulation with FGF-2 or IL-6 to simulate acute inflammation. The effects of these pre-stimulations were then combined with subsequent treatments to analyze the impact of chronic inflammation. The experimental groups were analyzed with respect to cell count, extracellular matrix mineralization, and ALP activity. Cell count was measured using the CellTiterBlue assay, matrix mineralization was assessed through Alizarin Red staining, and ALP activity was enzymatically quantified. For standardization, all results were normalized to the cell count. The results showed that FGF-2 had a strong proliferation-promoting effect. Cell count was significantly increased in all FGF-2 groups, particularly with combined pre- and post- treatment. IL-6 alone had no significant effect but enhanced the effect of FGF-2 when administered after pre-stimulation. IL-1β and TNF-α led to a significant increase in mineralization regardless of pre-stimulation. IFN-γ significantly reduced cell count, but at the same time increased the normalized differentiation markers, indicating a selective promotion of differentiation despite cell loss. Myostatin showed no significant effects on either cell count or differentiation markers. With regard to ALP activity, it was observed that FGF-2, in both pre- and post-treatment, led to a decrease in ALP activity. IL-1β significantly increased ALP activity after FGF-2 pre- treatment. IL-6, TNF-α, and myostatin showed no relevant effects on ALP activity. Particularly striking was the strong reduction of normalized differentiation markers under FGF-2, indicating a strong influence of this factor on cell number, but not on differentiation. The normalized analysis revealed that although FGF-2 significantly increases cell count, it leads to low normalized differentiation values due to its lack of effect on differentiation processes. This discrepancy highlights the importance of separately analyzing cell proliferation and differentiation. IFN-γ, despite its cytotoxic effect, promoted differentiation, which could be therapeutically relevant. The combination of FGF-2 pre-stimulation and IL- 1β post-treatment showed the strongest ALP activation, suggesting synergistic effects. Overall, the results demonstrate that myokines have differential effects on cell proliferation and differentiation. This opens up new approaches for tissue engineering and regenerative medicine. Targeted modulation through the combination of different myokines could be used to specifically treat bone defects. Further studies should focus on the temporal dynamics, dose dependence, and cell type-specific effects of these molecules to fully realize their therapeutic potential. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 28.01.2026 | |||||||
| Dateien geändert am: | 28.01.2026 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 28.08.2025 | |||||||
| Datum der Promotion: | 22.01.2026 |
