Titelaufnahme

Einleitung: Vitamin D-Mangel ist weit verbreitet, insbesondere in der älteren Bevölkerung. Die systemische Therapie des Mangels vor einem Eingriff ist mit hohem Aufwand verbunden. Ein Ansatz ist die lokale Applikation im Zuge der Operation. Hier bieten sich Knochenersatzmaterialien als Träger für Vitamin D an. Ob sich diese eignen, ist jedoch noch unklar. In dieser Arbeit wird die Wirkung von bovinem deproteinisiertem Knochenmineral mit (DBBM/C) und ohne (DBBM) Kollagen, beladen mit 25 (OH)2 Vitamin D3 und 1,25 (OH)2 Vitamin D3 (25D bzw. 1,25D), auf die Genese von Osteoklasten und Osteoblasten untersucht.

Methoden: DBBM und DBBM/C wurden mit Vitamin 25D oder 1,25D beladen und lyophilisiert. Um Änderungen der Materialoberfläche festzustellen, wurden die Materialen mittels Elektronenmikroskopie (SEM) untersucht. Von den Knochenersatzmaterialien wurden Überstände in einem Zeitraum von 1, 3, 6, 24, 48 und 72h gewonnen und der Einfluss auf Osteoklasten- sowie Osteoblasten-Vorläuferzellen untersucht. Die Osteoklastogenese wurde mittels RAW 264.7 Zellen in Gegenwart von „Receptor Activator of NF-κB Ligand“ (RANKL) über die tartratresistente saure Phosphatase (TRAP), sowie über die Anzahl an mehrkernigen, TRAP-positiven Zellen evaluiert. Die Osteoblastogenese wurde mit MC3T3-E1 Zellen über histochemische Färbung für alkalische Phosphatase (AP) bestimmt. Die metabolische Aktivität wurde jeweils anhand der Umwandlung von 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromid (MTT) in Formazan evaluiert.

Ergebnisse: SEM-Aufnahmen zeigen keine Änderung der Oberflächenstruktur nach Beladung. Bei direkter Vitamin 25D und 1,25D Stimulation zeigt sich jeweils eine mögliche Steigerung der Osteoklastogenese. Die AP-Färbung zeigt, dass höhere Konzentrationen an Vitamin 1,25D die Osteoblastogenese signifikant hemmen. Die Stimulation mit Überständen des beladenen DBBM zeigte eine geringe Inhibition der Osteoklastogenese ohne Einflüsse auf die Osteoblastogenese. DBBM/C-Überstände zeigten eine starke Hemmung der Osteoklastogenese, besonders in den ersten 6h. Eine Inhibition der Osteoblastogenese war in der ersten Stunde zu sehen.

Schlussfolgerungen: Unabhängig vom Vitamin D Typ zeigt DBBM/C eine stärkere Reduktion der Osteoklastogenese und Osteoblastogenese als DBBM in einer parakrin-ähnlichen Form, was einen antiresorptiven Effekt vermuten lässt. Diese Ergebnisse sollten bei der Wahl des Trägermaterials für Vitamin D zukünftig berücksichtigt werden.

Introduction: Vitamin D deficiency is common, especially in elderly people. Elevating systemic vitamin D level by supplementation before surgery requires extensive efforts. Local application of vitamin D loaded bone substitutes is an alternative. However, it is unknown if they are feasible carriers. Here we assess the effect of vitamin 25(OH)2 D3 and 1,25(OH)2 D3 (vitamin 25D and 1,25D) loaded deproteinized bovine bone mineral with (DBBM/C) and without (DBBM) collagen on the genesis of osteoclasts and osteoblasts.

Methods: DBBM and DBBM/C were loaded with Vitamin 25D and 1,25D and lyophilized. To assess surface structure scanning electron microscopy (SEM) was performed with loaded and unloaded materials. Supernatants from the bone substitute materials were generated after 1, 3, 6, 24, 48 and 72hours. Then the effect of the supernatants on osteoblastogenesis and osteoclastogenesis was evaluated. The impact on osteoclasts was evaluated with RAW 264.7 cells in the presence of Receptor Activator of NF-κB Ligand (RANKL) based on the numbers of multinuclear tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) positive cells. Osteoblastogenesis was assessed with MC3T3-E1 histochemical alkaline phosphatase (AP) staining. In addition, metabolic activity was assessed for both cell lines by conversion of 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromide (MTT) to formazan.

Results: SEM images showed no changes in surface structure after loading. Stimulation with vitamin 25D and 1,25D showed a trend in both cases to increase osteoclastogenesis which did not reach the level of significance. Data provided by AP staining show that higher levels of vitamin 1,25D significantly inhibited the osteoblastogenesis. Stimulation with supernatants of loaded DBBM showed low inhibition of osteoclastogenesis without influences on osteoblastogenesis. Supernatants of loaded DBBM/C showed a strong inhibition of osteoclastogenesis, especially during the first 6 hours while inhibition of osteoblastogenesis was present only during the first hour.

Conclusion: Our findings suggest that independently of the vitamin D type, DBBM/C has a stronger paracrine-like activity than DBBM leading to a reduction of osteoclastogenesis and osteoblastogenesis, suggesting antiresorptive effects. Hence, it is of importance to consider these properties when using these bone substitute materials as carriers for Vitamin D.