Osteoclast actin ring formation occurs during in vitro culture with a diverse array of calcified substrates

Abstract

Kurzbeschreibung: Einleitung: Die ausgepragten Beschwerden der Patienten und die damit verbundenen hohen Kosten fur das Gesundheitssystem nach traumatischen Knochenverletzungen, Osteoporose oder osteolytischen Knochenmetastasen, unterstreichen die Wichtigkeit der Entwicklung neuer Ansatze in der Knochenwiederherstellung. Bei groseren Knochenverlusten ist es notwendig Knochentransplantate beziehungsweise Knochenersatzmaterialien einzusetzen. Viele fuhren jedoch zu verschiedenen Komplikationen wie, unter anderem, Reaktionen des Immunsystems, Abstosung und auf diesem Weg ubertragbaren Infektionskrankheiten. Es ist notwendig, neue Strategien in der Knochenregeneration zu entwickeln. Um optimale Regeneration zu gewahrleisten, mussen die Eigenschaften der neuen Knochenersatzmaterialien vollstandig geklart sein. Ziel der Studie: Untersuchung der Faktoren, die in die Anhaftung an und die Reaktion von Osteoklasten (OC) auf mineralisierte Substrate beeinflussen, um die besten Bedingungen fur die fruhen Stadien der Knochenregeneration zu schaffen. Methoden: OC aus Kaninchen oder aus muriner Cokultur von OB mit OC-Vorstufen aus dem Knochenmark, wurden auf Knochen, Elfenbein, Koralle, Muschelschalen und Glas kultiviert. Die Organisation des Zytoskeletts wurde bei verschiedenen Temperaturbehandlungen der Substrate (auser Glas) bei 50°C, 200°C, 400° oder 600°C analysiert. Durch die Temperaturbehandlung wurden Modifikationen der Zusammensetzung der Substrate, wie Proteingehalt oder kristalliner Struktur, erreicht. Die Zellen wurden nach der Kultur auf den jeweiligen Substraten fixiert und das Aktin-haltige Zytoskelett wurde durch Rhodamin-Phalloidin mittels Fluoreszenzmikroskopie sichtbar gemacht. Resultat: Unabhangig von der Temperaturbehandlung, wurden keine schadigenden Effekte der Substrate (Aragonit, Calcit, Perlmutt, Knochen, Elfenbein) auf OC festgestellt. Interessanterweise, hafteten OC stark an Knochen, Elfenbein und den anderen kalzifizierten Substraten, unabhangig von geandertem Proteingehalt oder modifizierter kristalliner Struktur. OC entwickelten auf allen Substraten (ebenfalls unabhangig von der Temperaturbehandlung) Sealing zones, mit Ausnahme der Glasoberflachen, die als Kontrolle dienten. Bemerkenswerterweise wurden „podosomen belts“ auf allen Substraten, inklusive Knochen, entdeckt. Diese Entdeckung widerspricht fruheren Untersuchungen, nach denen „podosomen belts“ nicht auf Knochen erscheinen. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass der Ausloseimpuls fur die Bildung von Sealing zones durch OC weder Apatit noch Kalziumphosphat ist. Kalziumkarbonat ist ausreichend um die Entstehung von Sealing zones zu ermoglichen. Schlussfolgerung: Die Substrate Aragonit, Calcit und Perlmutt sind in ahnlicher Weise wie Knochen von OC abbaubar, eine Erkenntnis die in die Entwicklung neuer Knochenersatzmaterialien einfliesen sollte. Offenlegung von Interessenskonflikten: Keine