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Untersuchung zum Einfluss verschiedener Bisphosphonate auf Zellviabilität und Migrationsfähigkeit von Osteoblastem, Fibroblasten, HUVEC und EPC sowie ihrer Beeinflussung durch Geranyl-Geraniol Substitution
Die Medikamentengruppe der Bisphosphonate gehört zu den osteoanabolen Stoffen, die bei einer Vielzahl von Krankheiten des Knochengewebes eingesetzt werden. Wesentliche Indikationen sind Osteoporose, Morbus Paget sowie onkologische Krankheitsbilder wie das Multiple Myelom oder ossäre Metastasen....
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| Main Author: | |
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| Contributors: | |
| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | German |
| Published: |
Philipps-Universität Marburg
2019
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| Subjects: | |
| Online Access: | PDF Full Text |
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| Summary: | Die Medikamentengruppe der Bisphosphonate gehört zu den osteoanabolen
Stoffen, die bei einer Vielzahl von Krankheiten des Knochengewebes eingesetzt
werden. Wesentliche Indikationen sind Osteoporose, Morbus Paget sowie
onkologische Krankheitsbilder wie das Multiple Myelom oder ossäre Metastasen.
Eine Nebenwirkung ist die Entstehung von Kiefernekrosen unter
Bisphosphonattherapie. Die Bisphosphonat assoziierte Kiefernekrose kennzeichnet
sich durch einen freiliegenden nekrotischen Kieferknochen und stellt eine
wesentliche Beeinträchtigung der oralen Gesundheit der betroffenen Patienten dar.
Die Pathogenese der Bisphosphonat assoziierten Kiefernekrose ist derzeit nicht
vollständig geklärt, wird aber als multifaktorieller Genese angesehen. Neben dem
Haupteffekt auf den Knochen üben Bisphosphonate auch eine extraskelettale
Wirkung aus. Die Wirkung erfolgt, abhängig vom applizierten Bisphosphonat, über
einen Einbau als ATP-Analogon oder über die Hemmung wichtiger Enzyme des
Mevalonatstoffwechsels. Bei Letzterem kommt es zur verminderten Bildung von
Geranyl-Geranyl-Pyrophosphat und konsekutiver Beeinflussung wichtiger zellulärer
Signalproteine der kleinen GTPasen. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss
verschiedener Bisphosphonate aus unterschiedlichen Generationen (Clodronat,
Pamidronat, Ibandronat und Zoledronat) auf den Knochen (Osteoblasten), das
Weichgewebe (Fibroblasten) sowie das Gefäßsystem (HUVEC und EPC) zu
untersuchen. Des Weiteren soll der Effekt der Substitution des lipophilen Geranyl-
Geranyl-Pyrophosphat-Analoga Geranyl-Geraniol analysiert werden.
Im Rahmen dieser Studie konnte ein generalisierter inhibitorischer Effekt aller
Bisphosphonate auf alle untersuchten Zelllinien festgestellt werden. Hierbei wurde
das Migrationsverhalten von humanen Osteoblasten, endothelialen
Progenitorzellen, maturen Endothelzellen der Nabelschnur und Fibroblasten durch
alle getesteten Bisphosphonate signifikant gehemmt. Bei den Endothelzellen der
Nabelschnur (HUVEC) konnte bei allen stickstoffhaltigen Bisphosphonaten
(Pamidronat, Ibandronat und Zoledronat) eine signifikante Einschränkung der
Migrationsfähigkeit demonstriert werden. Eine Ausnahme bildete hierbei das nichtnitrogenhaltige
Clodronat, bei dem dieser Effekt nicht festgestelltbar war. Bei einer
Analyse der HUVEC über den MTT Assay zeigten alle Bisphosphonate in einer
Konzentration von 50μM eine Einschränkung der Viabilität. Eine signifikante
Verminderung der Viabilität bei 5μM konnte nur bei den Bisphosphonaten mit hoherbiologischer Wirksamkeit (Ibandronat und Zoledronat) und nicht bei Clodronat und
Pamidronat gezeigt werden. Einen inhibitorischen Einfluss auf die Zellviabilität der
Fibroblasten übten nur Clodronat, Pamidronat und Zoledronat in 50μM
Konzentration aus. Besonders ausgeprägt war der Einfluss aller Bisphosphonate
auf die typische Eigenschaft der EPC, die Formation von Kolonien. Es wurde bei
allen Bisphosphonaten ab einer 5μM Konzentration eine signifikante Verminderung
dieses zelltypischen Verhaltensmusters festgestellt.
Die Zugabe von Geranyl-Geraniol, wie sie im Rahmen sämtlicher durchgeführter
Versuchsreihen zusätzlich analysiert wurde, zeigte einen abschwächenden Effekt
der Bisphosphonatwirkung. Während bei den Osteoblasten im Migrationsassay eine
generalisierte Abschwächung der Bisphosphonatwirkung unter Substitution von
Geranyl-Geraniol beobachtet wurde, war dieser Effekt nur bei Ibandronat
signifikant. Bei der Versuchsreihe mit Fibroblasten wurde bei allen
Bisphosphonaten außer Zoledronat eine signifikante Verbesserung der
Migrationstendenz durch die Substitution von Geranyl-Geraniol beobachtet. Der
inhibitiorische Effekt bei der Migration konnte bei beiden Zellen der Angiogenese
(EPC und HUVEC) durch die Gabe von Geranyl-Geraniol signifikant verbessert
werden. Auch bei der Zellviabilität wurde ein abschwächender Effekt der
Bisphosphonatwirkung durch Geranyl-Geraniol demonstriert. Dieser war beim MTT
Assay bei HUVEC Zellen bei Clodronat in 50μM Konzentration und Zoledronat in
5μM und 50μM Konzentration zu verzeichnen. Die Fibroblasten zeigten eine
signifikante Verminderung der Bisphosphonatwirkung durch Geranyl-Geraniol-
Substitution bei Zoledronat 50μM und Ibandronat in 5μM und 50μM Konzentration.
Geranyl-Geraniol sorgte für eine signifikante Verbesserung der EPC in der
Formation von Kolonien in 5μM, 25μM und 50μM Konzentration bei allen getesteten
Bisphosphonaten.
Bisphosphonate üben einen inhibitorischen Einfluss auf Osteoblasten und
extraskelettale Zellen wie Fibroblasten, Endothelzellen (HUVEC) und endotheliale
Vorläuferzellen (EPC) aus. Dieser konnte sowohl auf die Zellviabilität als auch auf
das Migrationsverhalten dieser Zellen demonstriert werden. Die Subsitution von
Geranyl-Geraniol verminderte diesen Effekt. Durch die anaploretische Eigenschaft
des Geranyl-Geraniol auf den Mevalonatstoffwechsel könnte eine lokale
Verminderung der Bisphosphonatwirkung vielleicht auch in vivo erreicht werden.
Dies würde insbesondere zur Behandlung der Bisphosphonat assoziierten
Kiefernekrose eine mögliche therapeutische Option darstellen. Diese Eigenschaftsollte in Folgearbeiten weiter untersucht werden und würde einen ersten
therapeutischen Ansatz der Bisphosphonat-induzierten Kiefernekrose darstellen. |
|---|---|
| Physical Description: | 91 Pages |
| DOI: | 10.17192/z2019.0301 |