TY  - THES
A1  - Glückermann, Susanne Karola
T1  - Zytotoxizitätsprüfung verschiedener Silbertitanlegierungen auf Titanbasis mittels humaner Osteoblasten
T1  - Cytotoxicity of silver-titanium-alloy on titan grade 2 with human osteoblasts
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurde die Zytotoxizität verschiedener Schichten bestehend aus Silber-Titanlegierungen auf Titanbasis mittels der humanen Osteoblastenzelllinie hFOB 1.19 geprüft. Es sollte der Einfluß des Silberanteils in der Beschichtung auf die Zellen getestet werden. Es wurde die Wirkung auf die Proliferations- und Differenzierungsleistung der Zellen mit standardisierten Untersuchungsmethoden getestet. Des weiteren wurde die Aktivität der alkalischen Phosphatase und die Biomassebestimmung vorgenommen.Als Kontrolluntersuchung wurde der gleiche Versuch mit der bronchialen Epithelzelllinie HBE 16 durchgeführt. Die Zellkultivierung erfolgte über einen 14-tägigen Zeitraum. Als Referenzoberfläche wurde konventionelles Zellkultur-Polystyrol verwendet. Die Zellvitalität wurde mit Hilfe des WST-1-Tests, der Differenzierungstatus anhand der Aktivität der alkalischen Phosphatase und der Proteingehalt mittels der Proteinbestimmung nach Bradford erfaßt. Es zeigten sich bei allen Messungen starke Schwankungen der Zellzahl, Zellvitalität, der spezifischen Aktivität der alkalischen Phosphatase und des Proteingehalts auf den Oberflächen. Eine Proportionalität zwischen den verschiedenen Silberkonzentrationen und den Proliferationszahlen war nicht zu beobachten. Mit dem Wissen über die hervorragende Biokompatibilität von Titan und der nachgewiesenen bakteriostatischen Wirkung von Silber ist dies ein hervorragender Werkstoff , welcher schädliche Bakterien um das Implantat herum eliminiert und trotzdem ein ungehindertes Einwachsen des Implantats in den Knochen erlaubt.
KW  - Silber-Titan-Legierung
KW  - Osteoblasten
KW  - Zytotoxizitätsprüfung
KW  - bronchiale Epithelzellen HBE 16
KW  - PVD-Verfahren
KW  - silver-titanium-alloy
KW  - osteoblasts
KW  - cytotoxicity
KW  - human respiratory epithelial cells
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11021
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klammert, Uwe
T1  - Einfluss von niederenergetischem gepulsten Ultraschall auf das Proliferations- und Differenzierungsverhalten osteoblastärer Zellen in vitro
T1  - Influence of low-intensity pulsed ultrasound on proliferation and differentiation pattern of osteoblastic cells in vitro
N2  - Niederenergetischer gepulster Ultraschall wird seit mehreren Jahren erfolgreich zur Therapie von verzögert heilenden Frakturen und Pseudarthrosen eingesetzt. Die Wirksamkeit wurde anhand verschiedener klinischer Studien demonstriert, die genauen Wirkmechanismen sind weniger gut verstanden. Ziel dieser Untersuchung war es, den Einfluss von Ultraschall auf verschiedene mesenchymale Zellen anhand von Zellkulturen zu untersuchen. Die Parameter Zellproliferation bzw. Zellvitalität, Zellmorphologie, Aktivität der Alkalischen Phosphatase und Genexpressionsmuster wurden betrachtet. Bei den verwendeten Zellen handelte es sich um primäre Zellen aus humanem spongiösen Knochen („humane Beckenkammzellen“) sowie um die murine Osteoblasten-Linie MC3T3-E1 und um die murine Fibroblasten-Linie L929. Die Ultraschallbehandlung dauerte 20 Minuten täglich und wurde an bis zu sechs aufeinanderfolgenden Tagen durchgeführt. Keine der drei untersuchten Zellarten zeigte eine Änderung des Proliferationsverhaltens bzw. der Zellvitalität. Für Veränderungen der Zellmorphologie sowie der Mineralisierung gab es keinen Anhalt. Bei den humanen Beckenkammzellen wurde eine Steigerung der spezifischen Alkalische-Phosphatase-Aktivität beobachtet, nach sechsmaliger Ultraschallbehandlung betrug sie 143% der Aktivität der Kontrollkulturen. Die MC3T3-E1-Osteoblasten wiesen keine Veränderung ihrer Alkalische-Phosphatase-Aktivität auf, die L929-Fibroblasten exprimierten zu keinem Zeitpunkt, auch nicht unter Ultraschall, dieses Enzym. Weiterhin wurde das Genexpressionsmuster der humanen Beckenkammzellen mittels mRNA-Isolierung und RT-PCR untersucht. Als Markergene dienten Alkalische Phosphatase, Typ-I-Kollagen, Osteokalzin, BMP-2, BMP-4, BMP-7, COX-2 und HSP 47. Abgesehen von BMP-7 wurden alle der genannten Gene sowohl in der Ultraschall- als auch in der Kontrollgruppe exprimiert. Eine qualitative Änderung des Expressionsmusters unter Ultraschall kann somit ausgeschlossen werden. Die semiquantitative Analyse ergab eine erhöhte Expressionsrate von BMP-2 und BMP-4, während die anderen Marker praktisch unverändert blieben.
N2  - Low-intensity pulsed ultrasound is used for treatment of prolonged fracture healing, non-unions and osteoradionecrosis as well. Its effectiveness has been demonstrated in animal experiments and various clinical studies. The aim of this investigation was to evaluate the influence of ultrasound (30 mW/cm2, 1,5 MHz) on primary human osteoblastic cells in culture. Cells were exposed to ultrasound for twenty minutes on six subseqent days. Cell proliferation and cell viability, cell morphology, alkaline phosphatase activity and gene expression patterns (RT-PCR) were analyzed each day. No changes in cell proliferation and –viability and no morphologic changes were found. The activity of alkaline phosphatase was increased significantly to 143% of the activity of the unsonicated control cultures after six treatments. Analysis of gene expression showed an increase for BMP-2 and BMP-4. There was no evidence for upregulation of the stress protein HSP47. We conclude that low-intensity pulsed ultrasound has no harmful effect on primary human osteoblastic cells in vitro. The data support the clinical findings of accelerated fracture healing under the influence of low intensity ultrasound.
KW  - Osteoblasten
KW  - niederenergetischer Ultraschall
KW  - Pseudarthrosen
KW  - Knochen
KW  - osteoblast
KW  - low-intensity ultrasound
KW  - non-union
KW  - bone
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-5621
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kochel, Michael
T1  - Tissue engineering von Knochen - Entwicklung eines Zweikreis-Perfusionssystems für die Langzeitkultivierung von Knochenzellen in einer dreidimensionalen Matrix
T1  - A two loop perfusion system for long-term cultivation of osteoblastlike cells in a 3D matrix
N2  - Die in vitro-Langzeitkultivierung von Zellen in einer Drei-Dimensionalen Matrix (3D-Matrix) stellt nach wie vor eine Herausforderung im Tissue engineering dar. Die Kultivierung von Zellen auf/in komplexen 3D-Trägern erfordert hohe Zellzahlen und lange Kulturzeiten. Um die Probleme des schnellen Mediumverbrauches und der limitierten Zellzahl bzw. Zelldichte in konventionellen Kulturmethoden zu umgehen, wurde ein „Zweikreis-Perfusionssystem“ entwickelt. Hierzu wurde ein Cell-Pharm System (Cell-Pharm System 100®-Basisgerät) modifi-ziert. Das Grundprinzip des Systems besteht darin, dass ein kleinvolumiger (50-70 ml) „Zellkultur-Kreislauf“ über einen Bioreaktor (semipermeable Hohlfasermembran) durch einen großvolumigen (1000 ml) „Regenerations-Kreislauf“ kontinuierlich im Gegenstromprinzip regeneriert wird. Die Regulation des ph-Wertes und der Sauerstoffsättigung des Kulturmediums geschieht über einen integrierten, Druckluft-CO2-begasten Oxygenator. Während die Zirkulationsgeschwindigkeit (Durchflussrate) und Temperatur (37°C) im Regenerations-Kreislauf konstant gehalten werden, lassen sich diese Parameter im „Zellkultur-Kreislauf“ beliebig variieren. Es hat sich gezeigt, dass sich auf diese Weise kontinuierlich über einen langen Zeitraum ohne Mediumwechsel konstante und optimale Milieuverhältnisse in beiden Mediumkompartments einstellen lassen. Zur Untersuchung der Wachstumseigenschaften von Zellen in diesem Perfusions-system wurden humane osteoblastenähnliche Zellen oder Ratten-Knochenmarkszellen auf eine Matrix aus demineralisierter, GuHCl-extrahierter Rinderspongiosa unterschiedlicher Größe (Zylinder zwischen 5x3 mm und 5x10 mm) aufgetragen. Unter intermittierender Perfusion der Kulturkammern (z.B. Minucells cell container®) mit 50-70 ml/d kam es zu einem gleichmäßigen, intertrabekulären Wachstum der Zellen innerhalb des gesamten Trägers. Nach 6-8 Wochen konnte immer noch ein dichtes Netz interdigitierender ALP-positiver osteoblastenähnlicher Zellen innerhalb der gesamten Matrix beobachtet werden. Dabei scheint die physikalisch-mechanische Komponente der „Umspülung“ der Zellen mit dem kontinuierlich regenerierten Nährmedium einen positiven Einfluss auf das Anwachsverhalten und Proliferation der Zellen zu haben. Somit erlaubt das modifizierten „Zweikreisperfusionssystem“ eine gute Möglichkeit für die Langzeitperfusionskultur in einem geschlossenen System mit indi-viduell steuerbaren Strömungsverhältnissen im Zellkompartment bei einer kontinuierlichen Regeneration des Mediums.
N2  - Cultivation and expansion of cells on 3D structures in conventional culture systems have some major drawbacks. High cell numbers, long diffusion distances of the fresh medium and frequent medium changes limit the homogenous ingrowth of cells into 3D structures. A new perfusion system was designed consisting of two counter current medium flows. A small volume cell culture loop (CCL, 50ml) is continuously regenerated over a hollow fiber bioreactor with a MWCO of 10k daltons by a large volume regeneration loop (RL, 1000ml) in which circulation and temperature are kept constant. Oxygenation and pH stabilization are maintained by an air/CO2 aerated oxyganator in the RL. Circulatory parameters like flowrate, perfusion interval and duration can be freely adjusted in the CCL. In preliminary experiments stable culture conditions were maintained in the CCL for over 6 weeks in which exogenous pH changes were equalized by the system without addition or changes of fresh medium. Osteoblast like cells (derived from human or rat bone marrow) were seeded on porous 3D collagenous carriers and cultivated in the system. During a cultivation period of 8 weeks under intermittent perfusion a homogenous growth of ALP positive cells was achieved throughout the carrier. The low pulsatile perfusion seems to promote the attachment and the proliferation of the osteoblast like cells. The two loop perfusion system allows a long term cultivation of osteoblastic cells in 3D-scaffolds on the benchtop with adjustable perfusion parameters.
KW  - Perfusion
KW  - Zellkultur
KW  - Knochen
KW  - Osteoblasten
KW  - 3D
KW  - perfusion
KW  - cell culture
KW  - bone
KW  - 3d
KW  - osteoblast
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8559
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TY  - THES
A1  - Schilling, Tatjana
T1  - Transdifferentiation of Human Mesenchymal Stem Cells
T1  - Transdifferenzierung humaner Mesenchymaler Stammzellen
N2  - With ageing, the loss of bone mass correlates with the expansion of adipose tissue in human bone marrow thus facilitating bone-related diseases like osteopenia and osteoporosis. The molecular mechanisms underlying these events are still largely unknown. Reduced osteogenesis and concurrently enhanced adipogenesis might not only occur due to the impairment of conventional osteogenic differentiation originating from mesenchymal stem cells (MSCs). Additionally, transdifferentiation of (pre-)osteoblasts into adipocytes could contribute to the fatty conversion. Therefore, the aim of the present study was to prove the existence of transdifferentiation between the adipogenic and osteogenic lineage and to elucidate molecular mechanisms underlying this phenomenon. At first, a cell culture system of primary human MSCs was established that allowed for differentiation into the adipogenic and osteogenic lineage and proved that the MSC-derived adipocytes and pre-osteoblasts were capable of transdifferentiation (reprogramming) from one into the other lineage. Thereby, lineage-specific markers were completely reversed after reprogramming of pre-osteoblasts into adipocytes. The osteogenic transdifferentiation of adipocytes was slightly less efficient since osteogenic markers were present but the adipogenic ones partly persisted. Hence, plasticity also reached into the differentiation pathways of both lineages and the better performance of adipogenic reprogramming further supported the assumption of its occurrence in vivo. The subsequent examination of gene expression changes by microarray analyses that compared transdifferentiated cells with conventionally differentiated ones revealed high numbers of reproducibly regulated genes shortly after initiation of adipogenic and osteogenic reprogramming. Thereof, many genes were correlated with metabolism, transcription, and signal transduction as FGF, IGF, and Wnt signalling, but only few of the established adipogenesis- and none of the osteogenesis-associated marker genes were detected within 24 h after initiation of transdifferentiation. To find possible key control factors of transdifferentiation amongst the huge amount of regulated genes, a novel bioinformatic scoring scheme was developed that ranked genes due to their potential relevance for reprogramming. Besides the reproducibility and level of their regulation, also the possible reciprocity between the adipogenic and osteogenic transdifferentiation pathway was taken into account. Fibroblast growth factor 1 (FGF1) that ranked as one of the leading candidates to govern reprogramming was proven to inhibit adipogenic differentiation as well as adipogenic transdifferentiation in our cell culture system. Further examination of the FGF signalling pathway and other highly ranked genes could help to better understand the age-related fatty degeneration at the molecular level and therefore provide target molecules for therapeutic modulation of the plasticity of both lineages in order to inhibit adipogenic degeneration and to enhance osteogenesis.
N2  - Der Verlust an Knochenmasse im Alter ist mit der Ausbreitung von Fettgewebe im menschlichen Knochenmark assoziiert und fördert daher auch knochenspezifische Erkrankungen wie Osteopenie und Osteoporose. Die diesen Ereignissen zu Grunde liegenden Mechanismen sind immer noch weitgehend unbekannt. Die abnehmende Osteogenese und die gleichzeitig zunehmende Adipogenese treten wahrscheinlich nicht nur wegen der Beeinträchtigung der konventionellen osteogenen Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen (MSZ) auf. Zusätzlich könnte auch die Transdifferenzierung (Reprogrammierung) von Osteoblasten(vorläufern) zu Adipozyten zur fettigen Umwandlung beitragen. Das Ziel der vorliegenden Studie war es daher, die Existenz der Transdifferenzierung zwischen dem adipogenen und osteogenen Differenzierungsweg nachzuweisen und die molekularen Mechanismen aufzuklären, die diesem Phänomen zu Grunde liegen. Zunächst wurde ein Zellkultursystem primärer mesenchymaler Stammzellen etabliert, in dem eine Differenzierung zu Adipozyten und Osteoblasten durchgeführt werden konnte, und nachgewiesen, dass aus MSZ erhaltene Adipozyten und Osteoblastenvorläufer von einer zur anderen Zelllinie transdifferenziert (reprogrammiert) werden können. Dabei wurden die zelllinienspezifischen Marker nach der Reprogrammierung von Osteoblastenvorläufern zu Adipozyten vollständig umgekehrt. Die osteogene Transdifferenzierung von Adipozyten war etwas weniger effizient, da die osteogenen Marker zwar vorhanden waren, aber auch die adipogenen Marker weiterhin auftraten. Die Plastizität erstreckte sich also auch auf die Differenzierungswege der beiden Zellpopulationen, wobei das bessere Ergebnis bezüglich der adipogenen Reprogrammierung die Annahme ihres Auftretens in vivo weiter unterstützte. Die nachfolgende Untersuchung von Genexpressionsänderungen mittels Mikroarray-Analysen, die transdifferenzierte mit konventionell differenzierten Zellen verglichen, führte kurz nach Initiation der adipogenen und osteogenen Transdifferenzierung zum Auffinden zahlreicher, reproduzierbar regulierter Gene. Viele dieser Gene standen mit Metabolismus, Transkription und Signaltransduktion wie dem FGF-, IGF- und Wnt-Signalweg in Zusammenhang, es wurden allerdings nur einige Adipogenese- und keinerlei Osteogenese-assoziierte Markergene innerhalb 24 h nach Initiation der Transdifferenzierung detektiert. Um unter der großen Zahl an regulierten Genen mögliche Schlüsselkontrollfaktoren der Transdifferenzierung zu finden, wurde ein neuartiges, bioinformatisches Punktesystem entwickelt, das Gene entsprechend ihrer potenziellen Relevanz für die Reprogrammierung auflistete. Dabei wurde neben der Reproduzierbarkeit und dem Ausmaß ihrer Regulation auch eine mögliche Reziprozität der Regulation zwischen dem adipogenen und osteogenen Transdifferenzierungsweg berücksichtigt. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Fibroblastenwachstumsfaktor 1 (FGF1), der als einer der Hauptkandidaten für die Steuerung der Reprogrammierung eingeordnet worden war, in unserem Zellkultursystem sowohl die adipogene Differenzierung als auch die adipogene Transdifferenzierung hemmt. Die weitere Untersuchung des FGF-Signalwegs und anderer, hoch gelisteter Gene könnte zum besseren Verständnis der altersbezogenen fettigen Degeneration auf molekularer Ebene beitragen und daher Zielmoleküle liefern, die eine therapeutische Beeinflussung der Plastizität zwischen beiden Zelllinien zur Verhinderung der fettigen Degeneration und zur Förderung der Osteogenese erlauben.
KW  - Zelldifferenzierung
KW  - Metaplasie
KW  - Mesenchymale Stammzellen
KW  - Transdifferenzierung
KW  - Osteoblasten
KW  - Adipozyten
KW  - Mesenchymal Stem Cells
KW  - transdifferentiation
KW  - osteoblasts
KW  - adipocytes
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24299
ER  -