Mechanische Stimulierung von Osteoklasten

Gerd Huber, Gabriela Mielke, Thomas Winkler

Abb.1: Histologische Färbung (TRAP) von Osteoklasten	Abb.2: 4-Punkt Biegeaufbau zur Belastung von Dentinplättchen	Abb.3: Oberflächenanalyse von resorbierten  Dentinplättchen mit Focusvariation

Der ständige Umbau des skelettalen Systems durch knochenaufbauende Zellen (Osteoblasten) und knochenabbauende Zellen (Osteoklasten) gewährleistet, dass das Skelett sich an neue Belastungen adaptieren und Schwachstellen eliminieren kann. Eine Störung dieses Gleichgewichtes zwischen Osteoklasten und Osteoblasten führt zu pathologischen Veränderungen des Knochens, die häufigste Ausprägung eines gestörten Gleichgewichts ist die Osteoporose mit einem Übergewicht an Knochenresorption. Es handelt sich um eine systematische Skeletterkrankung, bei der die Knochendichte stark abnimmt und somit das Frakturrisiko enorm steigt
Die entscheidende Frage zur Behandlung von Osteoporose ist, wie sich die Knochenresorption verlangsamen lässt bzw. wie der Prozess umgekehrt werden kann. Neben medikamentösen Verfahren spielt die angemessene Belastung des Knochens durch Gravitationskräfte und durch Muskelaktivität eine große Rolle.
Um den reinen Einfluss mechanischer Stimulation auf das Resorptionsverhalten der Osteoklasten zu untersuchen, werden in vitro Versuche durchgeführt. Dazu werden Osteoklasten auf  Dentin kultiviert. Es wurde ein Bioreaktor konstruiert und gebaut, in dem die mit Osteoklasten besiedelten Dentinplättchen einen 4-Punkt-Biegeaufbau beidseitig wechselnd belastet werden. Auf diesem Wege soll der Einfluss definierter, physiologischer, lokaler Dehnung auf die Differenzierung und Resorption von Osteoklasten untersucht werden.

Dieses Projekt wurde von der Elsbeth Bonhoff Stiftung gefördert.

Publications: 

Winkler, T., Hoenig, E., Gildenhaar, R., Berger, G., Fritsch, D., Janssen, R., Morlock, M.M., Schilling, A.F. Volumetric analysis of osteoclastic bioresorption of calcium phosphate ceramics with different solubilities Acta Biomater. 2010 Oct;6(10):4127-35. Epub 2010 May 7

Winkler, T., Hoenig, E., Huber, G., Janssen, R., Fritsch, D., Gildenhaar, R., Berger, G., Morlock, M.M., Schilling, A.F. Osteoclastic bioresorption of biomaterials: Two- and three-dimensional imaging and quantification Int J Artif Organs. 2010 Apr;33(4):198-203