dc.contributor.author
Schwartzmann, Pawel
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:38:30Z
dc.date.available
2012-06-13T08:36:35.574Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/10766
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-14964
dc.description.abstract
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.
de
dc.description.abstract
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 andÂ
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.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
human primary osteoblasts
dc.subject
parathyroid hormone
dc.subject
gene expression
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
In-vitro-Untersuchung des Adhäsions-, Proliferations- und
Genexpressionverhaltens von Primärosteoblasten auf verschiedenen Oberflächen
in Abhängigkeit von der Stimulation mit PTH 1-34
dc.contributor.contact
berlindent@yahoo.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. med. dent. A. Friedmann
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. med. Dr. med. dent. M. Klein
dc.contributor.furtherReferee
Priv.-Doz. Dr. rer. nat. W.-D. Müller
dc.date.accepted
2012-06-03
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000037406-5
dc.title.translated
In vitro study of adhesion, proliferation and gene expression behavior of
human primary osteoblasts on different surfaces depending on PTH 1-34
stimulation
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000037406
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000011031
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access