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Zusammenfassung:
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.

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