Monitoring der Osteoklastenbildung und -aktivität auf verschiedenen Scaffolds für den Knochenersatz mittels Mikroskopie

• Antragsteller: Dr. Thomas Hanke
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269395506

Ziel des Antrages ist es, den Einfluss der Scaffoldarchitektur auf die in vitro Osteoklastogenese und die Eigenschaften der Osteoklasten auf dem Scaffold zu untersuchen, und zwar mit mikroskopischen Methoden Gleichzeitig wird dies mittels biochemischer und molekularbiologischer Tests untersucht. Es soll gezeigt werden, ob ein in vitro Monitoring der Bildung von Osteoklasten und ihrer Aktivitaet auf verschiedenen Scaffolds aus Knochenersatzmaterial aussagekraeftig betrieben werden kann. Im Mittelpunkt dieses Projektes steht die in vitro Untersuchung einer Auswahl von Scaffolds mit unterschiedlichen Architekturen darauf hin, ob sie die Osteoklastogenese unterstuetzen und inwieweit sie durch Osteoklasten resorbiert werden. Drei Scaffoldtypen werden untersucht, (1) durch Elektrospinning hergestellte poly Caprolacton Scaffolds, (2) geplottete Calciumphosphatzement Scaffolds und (3) makroporoese Kollagen/Silikat Scaffolds mit Calciumphosphatpartikeln. Die Scaffolds werden beim Antragsteller bereits bearbeitet bzw. von Kooperationspartnern bereitgestellt. Mit Hilfe der Zellkultur sollen (1) ein Reihe unterschiedlich modulierter Osteoklasten auf den untersuchten Scaffolds generiert und (2) die Wirkung der unterschiedlichen Architekturen auf die speziellen Osteklastenpopulationen analysiert werden. Die unterschiedlichen Modulationen beruhen auf der Nutzung verschiedener Fraktionen der osteoklastenbildenden PBMCs (Peripheral Blood Mononuclear Cells) sowie zweier unterschiedlicher Quellen (PBMCs und RAW 264.7) und einer Cokultur mit hMSC/Osteoblasten. Dabei werden die stimulierenden Cytokine M CSF und RANK L in unterschiedlichem Ausmass zugegeben bzw. ganz ohne Zugabe gearbeitet. Ziel ist es, zu pruefen, inwieweit die Modulation die Reaktion der Osteoklasten auf die Scaffolds veraendert und ob minimal modulierte Osteoklasten Populationen die Wirkung der physikalischen Parameter der Scaffolds, wie der Architektur, auf Osteoklastenbildung und aktivitaet sichtbar macht. In diesem Fall werden diese Parameter weniger ueberlagert durch die direkten Zugabe hochwirksamer Cytokine. Mikroskopisch, mittels cLSM nach Fluoreszenz-markierung werden Zahl und Verteilung der adhaerenten Zellen, das Einwachsen, die Organisation des Aktinskeletts, die Podosomenmuster, die fokalen Adhaesionen, die Morphologie der Zellen und die direkte Zell Zell Wechselwirkungen untersucht. Das Fusionsgeschehen, die Dynamik der Podosomenverteilung, des Aktinrings der sealed zone sowie die der fokalen Adhaesionspunkte wird zeitaufgeloest mittels time lapse cLSM visualisiert. Inwieweit die Wirkung der Scaffolds auf die Osteoklasten zu Veraenderungen der Zellen im Sinne der Ausbildung von Subpopulationen fuehrt, wird auch untersucht. Dazu dient die Identifizierung charakteristischer Unterschiede, z.B. beim Grad der Ansaeuerung sowie beim Verhaeltnis der Aktivitaeten von Cathepsin K und MMPs bei den verschiedenen Osteoklastenpopulationen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Chokri Cherif; Professor Dr. Michael Gelinsky; Professorin Dr. Sabine Wenisch