dc.contributor.author
Albers, Josefine
dc.date.accessioned
2018-06-07T17:46:43Z
dc.date.available
2018-06-05T12:37:24.366Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/4252
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-8452
dc.description.abstract
Die positive Wirkung von Low Intensity Pulsed Ultrasound (LIPUS) auf die
Frakturheilung konnte bereits in mehreren Studien nachgewiesen werden. Genaue
Wirkmechanismen und optimale Stimulationsparameter sind momentan noch nicht
bekannt. Ziel dieser Studie war es die Effekte von Stimulationsdauer,
Intensität und Alter der Spendertiere auf die osteogene Differenzierung von
mesenchymalen Stromazellen aus Ratten (rMSCs) nach Stimulation mit einem
fokussierten Ultraschall (Focused Low Intensity Pulsed Ultrasound, FLIPUS) zu
betrachten. Für die Isolation der rMSCs wurden die Femurknochen von weiblichen
Sprague Dawley Ratten im Alter von 3 Monaten (jung) und 12 Monaten (alt)
verwendet. Nach Kultivierung der Zellen bis zur Passage 2 wurden sie pro Tag
über 20 Minuten mit einer räumlich und zeitlich gemittelten Intensität von
11,7 mW/cm2 (ISATA) bzw. mit 44,5 mW/cm2 beschallt. Je nach Gruppenzuteilung
erfolgte die Stimulation über 7 bzw. 14 Tage. Für alle Gruppen gab es eine
entsprechende nicht stimulierte Kontrollgruppe. Folgende Stimulationsparameter
wurden verwendet: Frequenz: 3,6 MHz, Pulszyklus: An/Aus-Verhältnis 27,8 %,
Pulswiederholungsrate: 100 Hz. Nach Beendigung der Stimulation wurden die
osteogenen Marker Osteocalcin und Runt-Related Transcription Factor 2 (RUNX2)
mittels quantitativer Real Time-Polymerasekettenreaktion (qRT-PCR) und die
extrazelluläre Kalzifikation mit Hilfe der Alizarin Red S Färbung bestimmt.
Für alle Spendertiere wurde zudem ein Charakterisierungsversuch im Hinblick
auf das osteogene, chondrogene und adipogene Differenzierungspotential der
Zellen angelegt. Nach 7-tägiger Stimulation mit 11,7 mW/cm2 zeigte sich die
Osteocalcinexpression in jungen rMSCs signifikant erhöht. Bei alten rMSCs
zeigte sich bei der gleichen Stimulationsdauer und Intensität eine um 40 %
erniedrigte RUNX2-Expression, wohingegen eine 14-tägige Stimulation mit 44,5
mW/cm2 zu einer Erhöhung von RUNX2 führte. Bei einer FLIPUS-Applikation von
11,7 mW/cm2 zeigte sich sowohl nach 7 als auch nach 14 Tagen eine signifikant
erhöhte Mineralisierung der Extrazellularmatrix von jungen rMSCs, wohingegen
bei alten rMSCs kein Effekt zu beobachten war. Die Ergebnisse der Studie
zeigen altersabhängige Unterschiede in den durch FLIPUS ausgelösten Effekten.
Für die Zukunft und insbesondere für die klinische Anwendung wird es notwendig
sein in weiterführenden Studien optimale Stimulationsparameter für
unterschiedliche Altersgruppen zu definieren.
de
dc.description.abstract
A positive effect of Low-Intensity Pulsed Ultrasound (LIPUS) on fracture
healing was confirmed in previous studies. However the stimulation mechanisms
and optimized stimulation parameters are still a matter of debate. In this
study we analyzed the effects of stimulation period, intensity and donor-age
on osteogenic differentiation of rat mesenchymal stromal cells (rMSCs). For
isolation of rMSCs we used femur bones from 3-month (young) and 12-month (old)
female Sprague Dawley rats. Cells from each donor were tested for their
osteogenic, chondrogenic and adipogenic differentiation potentials, in order
to confirm a pluripotent phenotype. After cultivation until passage 2, the
cells were stimulated with focused LIPUS (FLIPUS) for 20 minutes per day with
either 11.7 or 44.5 mW/cm2 acoustic intensity for 7 or 14 days. Each group had
its own unstimulated control. We applied the following stimulation parameters:
3.6 MHz frequency, 27.8 % duty cycle, 100 Hz pulse repetition frequency. After
stimulation osteogenic markers osteocalcin (OCN) and Runt-Related
Transcription Factor 2 (RUNX2) were assessed by quantitative real time
polymerase chain reaction (qRT-PCR) and degree of matrix calcification was
analyzed by Alizarin Red S staining. After FLIPUS stimulation with acoustic
intensity of 11.7 mW/cm2 OCN gene expression was significantly enhanced in
young rMSCs on day 7, whereas old rMSCs showed a 40 % decrease in RUNX2 gene
expression. However stimulation with 44.5 mW/cm2 resulted in increased
expression of RUNX2 on day 14. FLIPUS treatment with 11.7 mW/cm2 for either 7
or 14 days enhanced extracellular matrix mineralization in young rMSCs, while
old cells did not have any differences with unstimulated control. The results
of this study demonstrated age-related differences in osteogenic response of
rMSCs to FLIPUS stimulation. These findings emphasize necessity to optimize
stimulation parameters, depending on donor age, for successful clinical
administration.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
osteogenic differentiation
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Altersabhängige Unterschiede der osteogenen Differenzierung von mesenchymalen
Stammzellen nach Stimulation mit fokussiertem Ultraschall
dc.contributor.firstReferee
N.N.
dc.contributor.furtherReferee
N.N.
dc.date.accepted
2018-06-16
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000106407-9
dc.title.translated
Age-related differences in osteogenic differentiation of mesenchymal stem
cells after stimulation with focused ultrasound
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000106407
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000023232
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access