Titelaufnahme

Einleitung: Chronische Parodontitis ist eine Erkrankung, die durch Destruktion des Zahnhalteapparates gekennzeichnet ist. Die Gründe für den Attachmentverlust sind vielfältig. Neben der individuellen Immunantwort des Wirts, ist auch eine Assoziation mit dem gramnegativen anaeroben Bakterium Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis) charakteristisch. Ein weiterer Risikofaktor stellt das Rauchen dar. Durch den Einfluss von Nikotin wird das Immunsystem und individuelle Abwehrverhalten des Wirts, gegenüber Mikroorganismen, beeinflusst. Die Epithelzellen der Mundhöhle sind die erste Barriere des Immunsystems und für die Interaktion der Bakterien mit dem Wirt verantwortlich. Dennoch sind die Auswirkungen von Nikotin auf die funktionelle Aktivität der Epithelzellen zum einen unter normalen Bedingungen, aber auch in entzündetem Gewebe nur wenig untersucht.

Das Ziel dieser Diplomarbeit bestand darin, mithilfe von in vitro Versuchen herauszuarbeiten, wie sich Nikotin auf die oralen Epithelzellen, hinsichtlich der Zellviabilität und der Freisetzung einiger inflammatorischer Zytokine auswirkt.

Methodik: Humane orale Epithelzellen (human squamous carcinoma cells, HSC-2) wurden kultiviert und mit einer Nikotinverdünnungsreihe (100 nM – 10 mM) für 24h stimuliert. Die Zellviabilität / Zellproliferation wurde mittels eines MTTs gemessen. Die Genexpression von Interleukin-8 (IL)-8, Peptidoglycan Recognition Protein 3 (PGRP3) PGRP4, β-defensin und Intercellular Adhesion Molecule (ICAM)-1 wurde nach unterschiedlichen Stimulierungen mittels PCR nachgewiesen. P. gingivalis LPS und TNF-α wurden verwendet, um in vitro entzündliche Bedingungen widerzuspiegeln.

Resultate: Nikotin in den Konzentrationen bis zu 1 mM hat keinen signifikanten Effekt auf die Zellviabilität. Erst bei einer Konzentration von 10 mM Nikotin wurde eine signifikant reduzierte Zellviabilität festgestellt. Die Genexpression von IL-8 war signifikant erhöht ab einer Konzentration von 10 mM. Mit niedrigeren Konzentrationen konnte kein signifikanter Einfluss festgestellt werden. Dies zeigte sich sowohl bei normalen Bedingungen, als auch nach Stimulierung mit P. gingivalis LPS und TNF-α. Die Genexpression von PGRP3 war nach Stimulierung mit 10 mM Nikotin reduziert, zum einen unter normalen Bedingungen, aber auch bei zusätzlicher Stimulierung mit P. gingivalis LPS. Unter Einfluss von TNF-α zeigte sich eine signifikant verminderte Genexpression von PGRP3, unabhängig von der Nikotinkonzentration. Die Genexpression von PGRP4 war bei einer Konzentration von 10 mM Nikotin reduziert, dies konnte sowohl unter normalen Bedingungen, als auch nach Zugabe der Entzündungsmediatoren festgestellt werden. Die Genexpression von ICAM-1 wurde durch 10 mM Nikotin erhöht, dieser Effekt zeigte sich auch bei Zugabe von P. gingivalis LPS. TNF-α induziert eine signifikant verminderte Genexpression von ICAM-1, unabhängig von der Nikotinkonzentration. Die Genexpression von β-defensin war signifikant erhöht nach Stimulierung mit 10 mM Nikotin, auch nach Zugabe von TNF-α. Der Effekt konnte nach Zugabe von P. gingivalis LPS nicht beobachtet werden.

Conclusio: Signifikante Auswirkungen auf die Epithelzellen wurden meist bei hohen Nikotinkonzentrationen (10 mM) beobachtet. Niedrigere Nikotinkonzentrationen hatten kaum Effekte auf die HSC-2 Zellen. Der Effekt von Nikotin auf die Epithelzellen könnte durch Entzündungsmediatoren beeinflusst werden. Unsere Daten weisen darauf hin, dass intensives Rauchen die Epithelzellen hinsichtlich der Immunantwort und dem Fortschreiten der Parodontitis beeinflusst. Dies wird vor allem bei einem schwachen Immunsystem deutlich.

Introduction: Chronic periodontitis is a disease of the oral cavity. It is associated with destruction of the periodontal tissue and the alveolar bone. Nicotine is an important lifestyle-related risk factor and involved in the progression of the disease. Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis), part of the oral biofilm, is a keystone pathogen with a major role in the development of periodontal disease. Smoking is an important risk factor of periodontal disease, because it influences immune system and ability of host to control oral microbiota.

Oral epithelium represents a first barrier of innate immune system, which controls bacteria-host interaction. However, the effect of nicotine on functional activity of epithelial cells under normal and inflammatory conditions is not sufficiently investigated. Therefore, the aim of the present study was to show the effects of nicotine on the oral epithelial cells, regarding cell viability and the expression of some inflammatory proteins.

Material & Methods: Oral epithelial cell line HSC-2 (Oral squamous cell carcinoma cell) was used in the present study. The cells were stimulated with nicotine (100 nM – 10 mM) for 24 h, Cell proliferation/viability was measured by MTT-method. Gene expression of Interleukin-8 (IL)-8, Peptidoglycan Recognition Protein 3 (PGRP3) PGRP4, β-defensin and Intercellular Adhesion Molecule (ICAM)-1 after different stimulations was assessed by PCR. to mimic inflammatory conditions, nicotine effect on different parameters was investigated in the presence of P. gingivalis LPS or TNF-α.

Results: Nicotine in the concentrations up to 1 mM had no significant effect on cell viability. Cell viability was decreased by highest tested nicotine concentration (10 mM). The expression level of IL-8 was significantly increased by nicotine at concentration of 10 mM and was not affected by lower concentrations. This was true for both normal and inflammatory conditions. The expression of PGRP3 was inhibited by 10 mM nicotine under normal conditions and in the presence of P. gingivalis LPS. TNF-α induces a significiantly decreased expression of PGRP3 in all tested concentrations, no further effect of nicotine on PGRP3 expression was observed. The expression of PGRP4 was inhibited by 10 mM nicotine under both normal and inflammatory conditions. The expression of ICAM-1 was enhanced by 10 mM nicotine under normal condition and in the presence of P. gingivalis LPS. TNF-α itself induced significant increase in ICAM-1 expression in epithelial cells, which was reduced by nicotine in all tested concentrations. β-defensin expression was significantly increased by nicotine in concentration of 10 mM under normal conditions and in the presence of TNF-α. No effect of nicotine on ß-defensine concentration was observed in the presence of P. gingivalis LPS.

Conclusion: A significant effect of nicotine on epithelial was observed mostly at high nicotine concentration (10 mM), whereas lower concentrations had almost no effect on cell functional parameters. The effect of nicotine on epithelial cells might be substantially modified by inflammatory conditions. Our data suggest that characteristics of epithelial layer might be affected in intensively smoking persons, which might be a risk factor for inappropriate immune response and progression of periodontitis, especially in individuals with compromised immune system.