Dokument: Molekulare Mechanismen des osteogenen Differenzierungspotenzials humaner dentaler Pulpastromazellen

Titel:	Molekulare Mechanismen des osteogenen Differenzierungspotenzials humaner dentaler Pulpastromazellen
Weiterer Titel:	Molecular mechanisms of the osteogenic differentiation potential of human dental pulp stromal cells
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=72430
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20260309-121325-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Johänning, Anna Julia Martina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 55,10 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 01.03.2026 / geändert 01.03.2026
Beitragende:	Prof. Dr. Suschek, Christoph V. [Gutachter] Prof. Dr. Csaba Mahotka [Gutachter]
Stichwörter:	osteogene Differenzierung, Knochen, Stickstoffmonoxid, NO, L-Arginin, Arginin, DSC, Stammzellen, Stromazellen, Dentale Pulpastromazellen, Rekonstruktion
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Die regenerative Medizin benötigt verlässliche zellbasierte Verfahren zur Behandlung knöcherner Defekte. Dentale Stromazellen (DSC) stellen hierfür eine aussichtsreiche Quelle dar, da sie in vitro zielgerichtet osteogen differenziert werden können. Ziel dieser Arbeit war es, das proliferative und osteogene Potenzial von DSC unter definierten Kulturbedingungen systematisch zu charakterisieren, mit besonderem Fokus auf L-Arginin, dessen Metaboliten, Inhibitoren (L-NIO) sowie weiteren Mediatoren (L-Valin, L-Lysin, L-Ornithin). Zusätzlich wurden der Einfluss des Serumgehalts (FCS), der Zusammensetzung der Grundmedien und donorspezifische Unterschiede untersucht. DSC wurden aus extrahierten Weisheitszähnen isoliert und kultiviert. Der stromazelluläre Phänotyp wurde mittels Durchflusszytometrie (u. a. CD44, CD73, CD90, CD105 positiv; CD34, CD45 negativ) bestätigt. Proliferation und Vitalität wurden mittels CellTiter-Blue-Assay, die Mineralisierung mittels Alizarinrot-S-Färbung mit Cetylpyridiniumchlorid-Rücklösung (OD 600) erfasst. Ausgewählte Proteine (CAT-1/-2, Arginase-1/-2, eNOS/iNOS) wurden per Western-Blot analysiert. Die statistische Auswertung erfolgte gegen die jeweiligen Kontrollen (gepaarter t-Test, Bonferroni-Korrektur; Effektstärken nach Cohen’s d). Zentraler Befund ist die Abhängigkeit von L-Arginin: L-Arginin-Entzug führte in nahezu allen Bedingungen zu einem deutlichen Rückgang von Vitalität und Mineralisierung. Eine Supplementierung (≤ 200 µM) besserte dies nur teilweise. In L-Arginin-haltigen osteogenen Medien nahm die Mineralisierung verlässlich zu. L-Arginin wirkte förderlich, erreichte jedoch nicht die Spitzenwerte der Kombination L-Lysin/L-Ornithin, die wiederholt die höchsten Mineralisierungsgrade erzielte. L-Valin zeigte demgegenüber konsistent eine hemmende Wirkung. L-NIO wirkte nicht konstant inhibitorisch: Zwar lagen absolute Werte teilweise unter dem osteogenen Standardmedium, gleichzeitig stiegen die Mineralisierungswerte gegenüber Tag 0 signifikant an und übertrafen in Teilen der Versuche sogar die osteogene Kontrolle, was auf eine dosis- und kontextabhängige Modulation der NO-Achse hinweist. Der FCS-Gehalt beeinflusste Vitalität und Differenzierung dosisabhängig; 10 % FCS erzielten die höchsten Werte. Donorabhängige Unterschiede (inter-/intraindividuelle Heterogenität) prägten Proliferations- und Differenzierungsmuster. Das Basismedium war ebenfalls ein wesentlicher Einflussfaktor: RPMI zeigte insgesamt geringe Mineralisierungs- und höhere Ausfallraten, während in DMEM ± L-Arginin stabilere und höhere absolute Werte festgestellt wurden. Im Western-Blot bestätigte sich ein signifikanter Unterschied für CAT-1 zwischen Standard- und osteogenem Medium. Weitere Zielproteine zeigten inkonsistente Befunde, was auf Optimierungsbedarf (Antikörper, Stimulation, Passage) hinweist. Zusammenfassend belegt die Arbeit, dass L-Arginin ein kritischer Regulator der osteogenen Differenzierung von DSC ist und dass L-Lysin/L-Ornithin die Matrixbildung zusätzlich verstärken, während L-Valin sie hemmt. Die Effekte von L-NIO sind kontextabhängig. Medienwahl, Serumgehalt und donorspezifische Variabilität bestimmen die Ergebnisse maßgeblich. Methodisch sollten künftig standardisierte DMEM-basierte Protokolle, definierte Dosis-Wirkungs-Reihen (L-Arginin/NO-Modulatoren), die kombinierte Analyse funktioneller und molekularer Marker sowie größere Spenderkohorten untersucht werden. Die Ergebnisse liefern eine Grundlage zur Optimierung der Kultivierungsbedingungen und unterstreichen das Potenzial von DSC zur Anwendung in der regenerativen Zahnmedizin und Knochenregeneration. Regenerative medicine requires reliable cell-based methods for treating bone defects. Dental stromal cells (DSC) represent a promising source for this purpose, as they can be differentiated into osteocytes in vitro. The aim of this study was to systematically characterize the proliferative and osteogenic potential of DSC under defined culture conditions, with a particular focus on L-arginine, its metabolites, inhibitors (L-NIO) and other mediators (L-valine, L-lysine, L-ornithine). In addition, the influence of serum content (FCS), the composition of the basic media and donor-specific differences were investigated. DSC were isolated from extracted wisdom teeth and cultured. The stromal cell phenotype was confirmed by flow cytometry (including CD44, CD73, CD90, CD105 positive; CD34, CD45 negative). Proliferation and vitality were measured using the CellTiter Blue assay, mineralization using alizarin red S staining with cetylpyridinium chloride redissolution (OD 600). Selected proteins (CAT-1/-2, arginase-1/-2, eNOS/iNOS) were analyzed by Western blot. Statistical analysis was performed against the respective controls (paired t-test, Bonferroni correction; effect sizes according to Cohen's d). The key finding is the dependence on L-arginine: L-arginine withdrawal led to a significant decline in vitality and mineralization in almost all conditions. Supplementation (≤ 200 µM) only partially improved this. Mineralization increased reliably in osteogenic media containing L-arginine. L-arginine had a beneficial effect but did not reach the peak values achieved by the combination of L-lysine/L-ornithine, which repeatedly achieved the highest degrees of mineralization. In contrast, L-valine constantly showed an inhibitory effect. L-NIO did not have a consistent inhibitory effect: although absolute values were sometimes below the osteogenic standard medium, mineralization values increased significantly compared to day 0 and even exceeded the osteogenic control in some parts of the experiments, indicating a dose- and context-dependent modulation of the NO axis. The FCS content influenced vitality and differentiation in a dose-dependent manner; 10 % FCS achieved the highest values. Donor-dependent differences (inter-/intraindividual heterogeneity) characterized proliferation and differentiation patterns. The base medium was also a significant influencing factor: RPMI showed low mineralization and higher failure rates overall, while DMEM ± L-arginine showed more stable and higher absolute values. Western-blot analysis confirmed a significant difference for CAT-1 between standard and osteogenic medium. Other target proteins showed inconsistent findings, indicating a need for optimization (antibodies, stimulation, passage). In summary, the study demonstrates that L-arginine is a critical regulator of osteogenic differentiation of DSC and that L-lysine/L-ornithine additionally enhance matrix formation, while L-valine inhibits it. The effects of L-NIO are context-dependent. Media choice, serum content, and donor-specific variability significantly determine the results. In terms of methodology, standardized DMEM-based protocols, defined dose-response series (L-arginine/NO modulators), the combined analysis of functional and molecular markers, and larger donor cohorts should be investigated in the future. The results provide a basis for optimizing cultivation conditions and underscore the potential of DSC for use in regenerative dentistry and bone regeneration.
Quelle:	siehe Literaturverzeichnis
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	09.03.2026
Dateien geändert am:	09.03.2026
Promotionsantrag am:	10.10.2025
Datum der Promotion:	17.02.2026