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In-vitro-Charakterisierung neuer Polymer- und Keramikmaterialien für Knochenersatzimplantate

Katharina Mechtler

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Diplomstudium Pharmazie

Betreuer*in

Oskar Hoffmann

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URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-13162.85418.235869-6

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden die Lactid-Caprolacton-Methacrylat-Discs „LCM 3“, „LCM 3H“, „LCM 4“ und „LCM 6.1“, sowie die Titan-Hydroxyapatit-Discs „TiHA 0%“, „TiHA 5%“, „TiHA 20%“ und „TiHA 50%“ in vitro an primären Maus-Osteoblasten und in einem Maus-Osteoblasten-Osteoklasten-Kokultursystem ausgetestet. Es sollte der Einfluss der Materialien auf die Proliferations- und Differenzierungsfähigkeit der Osteoblasten bzw. Osteoklasten untersucht werden, um Hinweise zu erhalten, ob sie als Knochenersatzmaterialien geeignet sein könnten. Während einer zweiwöchigen Kultur von Osteoblasten auf den Discs wurden mehrmals PrestoBlue®- bzw. WST-1-Zellviabilitätstests durchgeführt. Die Expression des Osteoblastenmarkers ALP wurde am Tag 7 durch ALP-Färbung und Bestimmung der ALP-Aktivität untersucht. Am Tag 14 wurde etwaige Mineralisation durch ARS-Färbung und Von-Kossa-Färbung detektiert. Bei den Kokultur-Experimenten wurde am Tag 7 eine TRAP-Färbung bzw. TRAP-Aktivitätsbestimmung durchgeführt. Auf den LCM-Discs proliferierten die Osteoblasten bis Tag 3-7, gefolgt von vermehrter Differenzierung. Das Ergebnis der ALP-Aktivitätsbestimmung war bei den Discs „LCM 3H“ signifikant höher als das der anderen LCM-Discs, bei denen keine signifikanten Unterschiede festgestellt wurden. Allerdings waren die Zellen bei den Heparin-gecoateten „LCM 3H“ ungleichmäßig und in Aggregaten angeordnet. Laut ARS-Färbung wurde nur auf „LCM 4“ und „LCM 6.1“ durch die Osteoblasten signifikant mehr Mineral eingelagert als in einer Kontrolle von mit Mineralisationsmedium behandelten Zellen. Diese Ergebnisse wurden mittels Von-Kossa-Färbung bestätigt. Die meisten reifen Osteoklasten entstanden auf „LCM 4“, gefolgt von „LCM 3“. Bei der TRAP-Aktivität gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen. Auf den TiHA-Discs waren die Messwerte des WST-1-Tests stark reduziert, die Osteoblasten starben ab. Am Ende der Kokultur-Experimente waren kaum reife Osteoklasten detektierbar, möglicherweise aufgrund des Fehlens von differenzierten Osteoblasten. Die TiHA-Discs senkten den pH-Wert des Kulturmediums. Diese Ergebnisse zeigen, dass unter den LCM-Discs „LCM 4“ sowohl für Osteoblasten als auch für Osteoklasten gut verträglich ist und deren Differenzierung fördert. Da die Discs „LCM 3“ aber biegsamer und besser im Knochendefekt platzierbar sind und in vitro ebenfalls nicht schlecht abschneiden, wurde „LCM 3“ für die In-vivo-Testung ausgewählt. Die TiHA-Discs sind für Osteoblasten nicht gut verträglich und müssen daher noch optimiert werden.

Abstract

(Englisch)

In this diploma thesis, the lactide-caprolactone-methacrylate discs “LCM 3”, “LCM 3H”, “LCM 4” and “LCM 6.1” and the titanium-hydroxyapatite discs “TiHA 0%”, “TiHA 5%”, “TiHA 20%” and “TiHA 50%” were tested in primary mouse osteoblast culture and in a mouse osteoblast-osteoclast coculture model. The aim was to investigate the discs’ impact on osteoblast proliferation and differentiation and on osteoclast formation, to have an idea whether these materials could be used as bone substitutes. During a two-week culture period, osteoblast proliferation on the discs was measured via PrestoBlue® assay or WST-1 assay at several points in time. Osteoblast differentiation was analyzed by performing ALP staining and ALP activity assay on day 7 and by investigating mineralization via ARS staining and Von Kossa staining on day 14. Coculture experiments were evaluated on day 7 by TRAP staining and TRAP activity assay. Osteoblasts were proliferating on LCM discs until day 3-7, followed by differentiation. ALP activity on “LCM 3H” was significantly higher than on all other LCM discs. No significant differences have been detected between these other groups. It has to be mentioned that osteoblasts on “LCM 3H” discs were not regularly distributed like on the other discs, but were organized in strands and aggregates. ARS staining showed significantly more mineralization on “LCM 4” and “LCM 6.1” than in a control group treated with mineralization medium, which was confirmed by Von Kossa staining. The highest number of mature osteoclasts was detected on “LCM 4”, followed by “LCM 3”. There were no significant differences in TRAP activity between the discs, though. Cell viability of osteoblasts was, according to the WST-1 assay, already reduced on TiHA discs on day 1, the cells died on the discs. At the end of the coculture experiments, almost no mature osteoclasts were detected on the discs, maybe due to the lack of differentiated osteoblasts. Furthermore, the discs lowered the culture medium’s pH. To sum up, among the LCM discs, especially “LCM 4” seems to be compatible with both osteoblasts and osteoclasts. Since “LCM 3” discs are more flexible and thus easier to handle during implantation, “LCM 3” and not “LCM 4” was chosen for further in vivo testing. The TiHA discs did not prove compatible with osteoblasts and need further optimization.

Autor*innen

Katharina Mechtler

Haupttitel (Deutsch)

In-vitro-Charakterisierung neuer Polymer- und Keramikmaterialien für Knochenersatzimplantate

Publikationsjahr

2017

Umfangsangabe

74 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Sprache

Deutsch

Beurteiler*in

Oskar Hoffmann

Klassifikationen

42 Biologie > 42.15 Zellbiologie ,

44 Medizin > 44.83 Rheumatologie, Orthopädie

AC Nummer

AC13737813

Utheses ID

42013

Studienkennzahl

UA | 449 | | |

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Schlagwörter