In mehreren Studien konnte der Nachweis erbracht werden, dass die Oberflächenrauhigkeit eine direkte Wirkung auf die Osteoblastenadhärenz, Proliferation sowie Differenzierung hat. Die SLActive-Oberfläche weist in der Mehrzahl dieser Arbeiten im Vergleich zu der SLA-Oberfläche ein signifikant höheres Zell-Attachement sowie eine ebenso signifikant höhere Zellproliferationsrate von Osteoblasten unterschiedlichen Ursprungs auf. Darüber hinaus ist in der SLActive-Gruppe die Synthese osteoblastärer Marker wie alkalische Phosphathase, Osteocalcin, RUNX 2, Kollagen Typ I oder lokaler Wachstumsfaktoren (PGE2 und TGF-β 1) signifikant erhöht. Diese Daten deuten darauf hin, dass Oberflächeneigenschaften wie Mikrostruktur oder Oberflächenenergie das Potenzial haben, auf die Osteoblastendifferenzierung Einfluss zu nehmen. Der Wirkung des Parathormons auf die Osteoblasten und auf den Knochen¬meta¬bolismus des Körpers wird wachsende Aufmerksamkeit geschenkt. Viele tier¬experimentell geführte Studien konnten eine anabole Wirkung des Hormons auf den Knochen identifizieren. Bisher allerdings vermochten einzelne Versuchsmodelle und -ansätze nicht, die exakten zellulären und molekularen Mechanismen dieser anabolen Wirkung hinreichend zu erklären. Die Erkenntnisse aus diesen Studien lassen das PTH als einen vielversprechenden, aber nocht nicht hinreichend erforschten Hoffnungsträger auf dem Gebiet der Knocheninduktion erscheinen. Demnach hätten tiefer gehende Kenntnisse über die hormonelle Stimulierung des Knochens weitreichende Konsequenzen auf den Gebieten der dentalen Implantologie und der Alveolarknochenforschung. Vor diesem Hintergrund bestand das primäre Ziel der vorliegenden Dissertation darin, erstmalig in einem Zellkulturmodell eine quantitative und qualitative Untersuchung des Genexpressions-, Adhäsions- und Proliferationsverhaltens der Osteoblasten auf verschiedenen Oberflächen in Abhängigkeit von der Stimulation mit dem Parathormon durchzuführen. Zu diesem Zweck wurden Primärosteoblasten herangezüchtet und auf verschiedenen Oberflächen angesiedelt. Die zu untersuchenden Oberflächen waren: Kunststoffoberfläche, maschinenhergestellte polierte Titaniumoberfläche, sandgestrahlte und säuregeätzte Titanoberfläche; chemisch veränderte, sandgestrahlte, säuregeätzte Titanoberfläche. Die Zellen auf den Versuchsträgern wurden mit PTH 1-34 entweder gar nicht (PTH 0), intermittierend (PTH 6) oder permanent (PTH 48) stimuliert. Die Konzentration von 10 bis 11 Mol/ml oder 50 ng/ml wurde in Anlehnung an die Studie von Ishizuya et al. verwendet. Die Ergebnisse aus den Adhäsionsuntersuchungen zeigen, dass auf glatten Oberflächen, insbesondere auf der polierten Titaniumoberfläche mehr Osteoblasten anhaften, sie jedoch im gleichen Maße Adhäsionsmarker wie Kollagen von Typ I, Fibronectin oder Osteonectin exprimieren. Die PTH-Stimulation scheint keinen Einfluss auf das Adhäsionsverhalten der Osteoblasten zu haben. Die Proliferationsuntersuchungen zeigen, dass sowohl die Stimulation mit PTH (1-34), als auch die jeweilige Oberfläche die primären humanen Osteoblastenkulturen in signifikanter Weise beeinflussen. In unserem Versuch weisen die Osteoblasten auf glatten Oberflächen eine höhere Proliferationsrate als auf rauen Oberflächen auf; eine intermittierende PTH-Stimulation scheint sogar die Zellen in ihrer Proliferation zu hemmen. Die Ergebnisse aus der Adhäsion- und Proliferationsuntersuchung wurden anhand von Bildern aus der Fluoreszenzmikroskopie zusätzlich visualisiert. Bei der Genexpressionsuntersuchung wurde die mRNA-Expression der knochen¬assoziierten Marker ALP, FN, KOL I, OC, OP, ON, RUNX 2, CEMP 1, PTH R1 qualitativ und quantitativ durch RT-PCR ermittelt. Die Ergebnisse aus der Genexpressions¬untersuchung legen nahe, dass die PTH-Stimulation nicht aller Marker und nicht im gleichen Maße von der intermittierenden oder permanenten Stimulationsart abhängt. In Kombination aus statistisch berechneten Daten und diskriptiver Beobachtung kommen wir zu den Ergebniss, dass der Marker alkalische Phosphatase auf den glatten Oberflächen, sowie KOL I, ON, PTH R1 und RUNX 2 auf allen Oberflächen bei der permanenten Stimulation stärker exprimiert werden. Umgekehrt wurden die Marker Osteopontin und Osteocalcin bei der intermittierenden PTH-Stimulation verstärkt exprimiert. Die Expression der alkalischen Phosphatase auf rauen Oberflächen, CEMP 1 und Fibronectin auf allen Oberflächen zeigten sich von der PTH-Stimulation unabhängig. Schließlich haben wir in der Gruppe (PTH 6) sogar eine leicht inhibierende Wirkung bei der Genexpression von PTH R1 beobachtet. Insgesamt kann unsere Studie belegen, dass PTH eine Wirkung auf die Osteoblasten in vitro hat. Die Oberflächenbeschaffenheit des Substrats hat ebenfalls Einfluss auf die Zellen. Interessamt bei dem Vergleich der Genexpression auf verschiedenen Oberflächen war, dass sich in der Kontrollgruppe (PTH 0) nur wenige signifikante Unterschiede zeigten. Dagegen konnten größere Schwankungen zwischen den Oberflächen in den Gruppen (PTH 6) und (PTH 48) beobachtet werden. Daraus kann geschlussfolgert werden, dass die Genexpression von Osteoblasten im vorliegenden Fall nicht alleine von der Oberflächenmorphologie abhängig ist, sondern ein Zusammenspiel der Faktoren voraussetzt, bei der vorliegender Arbeit also die Kombination mit der PTH-Stimulation.
Several studies could provide evidence that the surface has a direct effect on the adhesion, proliferation and differentiation of osteoblasts. The SLActive surface compared to the SLA surface hast a significant higher cell attachment and higher rate of cell growth of osteoblasts of different origins. Furthermore in the SLActive group the osteoblasts syntheses more osteoblastic markers such as alkaline phosphatase, osteocalcin, RUNX2, collagen type I and local growth factors (TGF-β 1 and PGE 2). These data suggest that surface properties such as microstructure, surface roughness and surface energy have a potential impact on the osteoblast behavior. The parathyroid hormone (PTH) has an evident effect on osteoblasts and on bone metabolism. Many animal trials have identified an anabolic effect on bone. Even so, no experimental model could explain the exact cellular and molecular mechanisms of this effect sufficiently. Thus deeper knowledge about hormonal stimulation of bone could have far-reaching consequences in the area of dental implantology and alveolar bone research. Against this backdrop the primary aim of this dissertation is to bring these two factors together by showing for the first time a quantitative and qualitative analysis of gene expression, adhesion and proliferation of human osteoblast on different surfaces depending on the stimulation with parathyroid hormone. The investigated surfaces were: plastic surface, machined polished titanium surface, acid etched and sandblasted titanium surface (SLA) and chemically modified SLA, the so called SLActive surface. The cells on the vehicles were stimulated permanently (PTH 48), intermittent (PTH 6) or were not stimulated at all (PTH 0). The chosen concentration of PTH was 10 to 11 mol/ml or 50 ng/ml. The adhesion investigations show that more osteoblasts stick on the smooth surface, especially on the machined polished titanium surface, yet they equally express adhesion markers such as collagen type I, fibronectin or osteonectin. No differences in between stimulation groups were found, so the PTH stimulation seems to have no determining influence on the adhesion behavior of osteoblasts. Proliferation studies have shown that both, the PTH stimulation and the respective surface have a significant influence on the human osteoblasts cultures. The osteoblasts on smooth surfaces display a higher proliferation rate, than those on rough surfaces. An intermittent PTH stimulation even seems to hinder the cell growth. In the gene expression analysis following bone markers were chosen: ALP, FN, COLI, OC, OP, ON, RUNX2, CEMP1 and PTHR1. The results from gene expression analysis suggest that the degree of the mRNA expression differs in between the groups and depends on the type of PTH stimulation and the surface-properties. According to our statistic outcomes and descriptive results we may say that due to the permanent stimulation the ALP on smooth surfaces and COL I, ON, PTH R1 and RUNX 2 on all surfaces are increasingly expressed. Contrary to these the markers osteopontin and osteocalcin were upregulated in the intermittent PTH stimulation group. The expression of alkaline phosphatase on rough surfaces, CEMP 1 and fibronectin were not depended on surfaces-properties and PTH stimulation. Finally, we have observed in the group (PTH 6) even a slight inhibitory effect on the gene expression of PTH R1. Additionally the results of the adhesion, proliferation and gene expression study are illustrated with images. Overall, our study demonstrated that PTH has an effect on osteoblasts in this special cell culture in vitro. The surface topography also has an influence on the bonecells. Several studies could provide evidence that the surface has a direct effect on the adhesion, proliferation and differentiation of osteoblasts. The SLActive surface compared to the SLA surface hast a significant higher cell attachment and higher rate of cell growth of osteoblasts of different origins. Furthermore in the SLActive group the osteoblasts syntheses more osteoblastic markers such as alkaline phosphatase, osteocalcin, RUNX2, collagen type I and local growth factors (TGF-β 1 and PGE 2). These data suggest that surface properties such as microstructure, surface roughness and surface energy have a potential impact on the osteoblast behavior. The parathyroid hormone (PTH) has an evident effect on osteoblasts and on bone metabolism. Many animal trials have identified an anabolic effect on bone. Even so, no experimental model could explain the exact cellular and molecular mechanisms of this effect sufficiently. Thus deeper knowledge about hormonal stimulation of bone could have far-reaching consequences in the area of dental implantology and alveolar bone research. Against this backdrop the primary aim of this dissertation is to bring these two factors together by showing for the first time a quantitative and qualitative analysis of gene expression, adhesion and proliferation of human osteoblast on different surfaces depending on the stimulation with parathyroid hormone. The investigated surfaces were: plastic surface, machined polished titanium surface, acid etched and sandblasted titanium surface (SLA) and chemically modified SLA, the so called SLActive surface. The cells on the vehicles were stimulated permanently (PTH 48), intermittent (PTH 6) or were not stimulated at all (PTH 0). The chosen concentration of PTH was 10 to 11 mol/ml or 50 ng/ml. The adhesion investigations show that more osteoblasts stick on the smooth surface, especially on the machined polished titanium surface, yet they equally express adhesion markers such as collagen type I, fibronectin or osteonectin. No differences in between stimulation groups were found, so the PTH stimulation seems to have no determining influence on the adhesion behavior of osteoblasts. Proliferation studies have shown that both, the PTH stimulation and the respective surface have a significant influence on the human osteoblasts cultures. The osteoblasts on smooth surfaces display a higher proliferation rate, than those on rough surfaces. An intermittent PTH stimulation even seems to hinder the cell growth. In the gene expression analysis following bone markers were chosen: ALP, FN, COLI, OC, OP, ON, RUNX2, CEMP1 and PTHR1. The results from gene expression analysis suggest that the degree of the mRNA expression differs in between the groups and depends on the type of PTH stimulation and the surface-properties. According to our statistic outcomes and descriptive results we may say that due to the permanent stimulation the ALP on smooth surfaces and COL I, ON, PTH R1 and RUNX 2 on all surfaces are increasingly expressed. Contrary to these the markers osteopontin and osteocalcin were upregulated in the intermittent PTH stimulation group. The expression of alkaline phosphatase on rough surfaces, CEMP 1 and fibronectin were not depended on surfaces-properties and PTH stimulation. Finally, we have observed in the group (PTH 6) even a slight inhibitory effect on the gene expression of PTH R1. Additionally the results of the adhesion, proliferation and gene expression study are illustrated with images. Overall, our study demonstrated that PTH has an effect on osteoblasts in this special cell culture in vitro. The surface topography also has an influence on the bonecells.
