Charakterisierung des Einflusses neuer schnell resorbierbarer Calciumalkaliphosphatkeramiken mit definierten Diphosphatanteilen auf die osteoblastische Zelldifferenzierung in vitro im Vergleich zu diphosphatfreien alkalihaltigen Materialien und klinisch eingesetzten Materialien

Abstract

Knochenersatzmaterialien sollten die Eigenschaft haben, die Knochenbildung zu aktivieren. Dies ist möglich, indem eine Differenzierung von Knochenvorläuferzellen in Osteoblasten auf der Oberfläche dieser Materialien induziert wird. Die Differenzierung der Osteoblasten kann anhand von verschiedenen Expressionsmarkern untersucht werden. Untersuchungen des Effektes von Knochenersatzmaterialien auf diese Expressionsmarker geben somit Auskunft über das osteogene Potential des Materials. Die klinisch eingesetzten Tricalciumphosphate, wie beta-TCP (Cerasorb) haben den Nachteil, dass sie ungenügend abgebaut werden, wie in verschiedenen histologischen Untersuchungen gezeigt werden konnte. Dies führte dazu, dass in jüngerer Vergangenheit verschiedene schnell resorbierbare Calciumalkaliphosphatglas-keramiken entwickelt wurden. Diese haben eine höhere Löslichkeit als beta-TCP und können somit besser biodegradiert werden. Das Hinzufügen von zusätzlichen Phosphaten führt zu der Bildung von kristallinen oder amorphen Diphosphaten, welche eine höhere Löslichkeit als die Calciumorthophosphate besitzen. In dieser Arbeit wurde die Wirkung der schnell resorbierbaren Calciumalkaliphosphatglaskeramiken auf die osteogene Differenzierung einer Osteoblastenzelllinie untersucht. Alle hier getesteten Calcium-Phosphat- Knochenersatzmaterialien beeinflussten signifikant das zelluläre Wachstum und die Expression des osteoblastischen Phänotyps in SaOS-2-Zellen. Von den verschiedenen Knochenersatzmaterialien zeigte GB9 den größten stimulatorischen Effekt auf die osteoblastische Proliferation und Differenzierung. Das lässt vermuten, dass GB9 die höchste Osteogenesepotenz hat. Einen vergleichbaren stimulatorischen Effekt auf die Osteoblastendifferenzierung wie das bioaktive Glas 45S5 zeigte GB9/25, was nahe legt, dass GB9/25 ein vergleichbar gutes Knochenersatzmaterial sein könnte, um die Osteogenese und Knochenregenation zu verbessern. Weiterhin zeigten GB14 und 352i eine ähnliche oder stärkere Expression des osteoblastischen Phänotyps im Vergleich zu TCP, so dass diese neueren Biokeramiken ebenfalls als potentielle Knochenersatzmaterialien in Betracht kommen. Weiterhin konnte in dieser Studie die Biokompatibilität der neuen Calciumalkaliorthophosphat-Materialien auf molekularer Ebene gezeigt werden.

Ideally, bioactive ceramics for use in alveolar ridge augmentation should possess the ability to activate bone formation and, thus, cause the differentiation of osteoprogenitor cells into osteoblasts at their surfaces. Therefore, in order to evaluate the osteogenic potential of novel bone substitute materials it is important to examine their effect on osteoblastic differentiation. This study examines the effect of rapidly resorbable calcium- alkali-orthophosphates on osteoblastic phenotype expression and compares this behavior to that of beta-tricalcium phosphate (TCP) and Bioglass 45S5. Test materials were three materials (denominated GB14, GB9, GB9/25) with a crystalline phase Ca2KNa(PO4)2 and with a small amorphous portion containing either magnesium potassium phosphate (GB14) or silica phosphate (GB9 and GB9/25, which also contains Ca2P2O7); and a material with a novel crystalline phase Ca10[K/Na](PO4)7 (material denominated 352i). SaOS-2 human bone cells were grown on the substrata for 3, 7, 14 and 21 days, counted and probed for an array of osteogenic markers. GB9 had the greatest stimulatory effect on osteoblastic proliferation and differentiation suggesting that this material possesses the highest potency to enhance osteogenesis. GB14 and 352i supported osteoblast differentiation to the same or a higher degree than TCP, whereas, similar to Bioglass 45S5, GB9/25 displayed a greater stimulatory effect on osteoblastic phenotype expression indicating that GB9/25 is also an excellent material for promoting osteogenesis.