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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001980-3

Untersuchung von Vorläuferzellen in Abhängigkeit von dekorierten, sowie nicht dekorierten Implantatoberflächen als Wachstumsunterlage

  • Zusammenfassung Ziel: Oberflächeneigenschaften im Mikro- und Nanometerbereich, die Löslichkeit, Effekte der Abbauprodukte und die sich verändernde Oberflächenmorphologie, spielen eine bedeutende Rolle in der Einheilung von Implantaten in den Knochen. So beeinflussen diese Oberflächeneigenschaften maßgeblich die Zellzahlen, das Überleben, die Verbreitung und Morphologie von Vorläuferzellen. Es war Ziel dieser Studie, das Wachstumsverhalten von Vorläuferzellen auf verschiedenen Oberflächendekorationen, wie sie auf dentalen Implantaten zum Einsatz kommen, zu untersuchen. Es sollte anhand verschiedener Parameter bestimmt werden, wie das Zellwachstum von der Oberflächenbeschaffenheit abhängt. Die so gewonnenen Ergebnisse können eine Aussage über die Biokompatibilität der getesteten Oberflächendekorationen liefern. Material und Methoden: Es wurden DUOTex-Oberflächen, Bonit- und Kalziumsilikat (CaSi) Oberflächendekorationen, sowie abgebaute Bonit-Oberflächendekorationen genutzt. Darauf wurden vor- und nicht vordifferenzierte ((+) DAG USSCs und (-) DAG USSCs) humane Nabelschnurblutstammzellen (USSC) kultiviert. Zur Bestimmung der Oberflächentopographien im Nanometerbereich, sowie der Ra Werte, wurde mit dem AFM (Atomic-Force-Microscope) und dem REM (Rasterelektronenmikroskop) gearbeitet. Durch Messungen der Fluoreszenzfarbstoffbindung an die Nukleinsäure, sind die Zellzahlen nach 24 h, sowie 7, 14 und 28 Tagen bestimmt worden. Die Werte für abgegebenes Ca2+ der Oberflächen, wurden mittels einer Farbkomplexbildung und der Messung ihrer Intensität erhoben. Mit dem REM wurden die Morphologie und die Verbreitung der USSCs untersucht. Ergebnisse: Die Ra Werte betrugen: DUOTex = 0,537 µm, CaSi = 0,669 µm, Bonit abgebaut = 0,865 µm, Bonit = 1,234 µm. Die lateralen Abstände der Oberflächen im Nanometerbereich betrugen: DUOTex = 41-57 nm, CaSi 113-158 nm, Bonit > = 160 nm. Zwischen den Tagen 1, 7, 14 und 28 wurden unterschiedlich starke Erhöhungen (p<0,05) der mittleren Zellzahlen für die (+) DAG USSCs oder (-) DAG USSCs auf den verschiedenen Oberflächen beobachtet. Die höchsten mittleren Zellzahlen für (+) DAG USSCs und (-) DAG USSCs an den Tagen 1, 7, 14 und 28 wurden auf den DUOTex Oberflächen, sowie CaSi Oberflächendekorationen gefunden. Es konnten Unterschiede (p<0,05) in den mittleren Zellzahlen, vergleichend zwischen (+) DAG USSCs und (-) DAG USSCs auf der jeweiligen Oberflächenart an den Tagen 1, 7, 14 und 28 beobachtet werden. Für eine Kultivierungszeit von 24 h war der Zusammenhang zwischen der Zellzahl und Ra für die (-) DAG USSCs statistisch signifikant (p<0,001) und wurde durch folgende Funktion beschrieben: Zellzahl = 2285,6 • Ra-2+4506,6. Nach sieben Tagen, in der Proliferationsphase, war der Zusammenhang zwischen der Zellzahl der (-) DAG USSCs und Ra ebenfalls statistisch signifikant (p<0,001) und wurde durch die Funktion: Zellzahl = 8817,0 • Ra-2+ 13035,3 beschrieben. Nach dem Abbau der Bonit-Oberflächendekoration wurden gegenüber nicht vorbehandelten Bonit-Oberflächendekorationen nach 24 h und 7 Tagen höhere mittlere Zellzahlen bei (+) DAG USSCs beobachtet (p<0,05). Zusätzlich konnte ein signifikanter Anstieg der Zellzahlen (p<0,05), verglichen von Tag 1 zu Tag 7, für (+) DAG USSCs und (-) DAG USSCs nachgewiesen werden. Die Messung der Ca2+ Ionen ergab, dass die Bonit- und CaSi Oberflächendekorationen Ca2+ in das Nährmedium abgaben. Die CaSi Oberflächendekoration näherte sich einem Ca2+ Level, vergleichbar der DUOTex Oberfläche. Für die Bonit-Oberflächendekoration konnte ein Rückgang des Ca2+ im Nährmedium beobachtet werden. Die Ausbreitung, sowie Form der (+) DAG USSCs und (-) DAG USSCs waren ähnlich, wurden aber abhängig von der Wachstumsunterlage unterschiedlich schnell erreicht. Schlussfolgerung: Es konnte gezeigt werden, dass die USSCs sensitiv auf Beschaffenheit im Mikro- und Nanometerbereich, sowie die Degradation von Oberflächen reagieren. Oberflächen mit geringen Ra Werten, sowie kleinen lateralen Abständen im Nanometerbereich, haben sich günstig auf die Zellzahlen der USSCs ausgewirkt. Durch Veränderungen von abbaubaren Oberflächen wurden ebenfalls die Zellzahlen der USSCs deutlich erhöht. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass die Vordifferenzierung der USSCs Einfluss auf das Wachstumsverhalten hatte.
  • Summary Objective: Surface properties in the micro and nanometer ranges, solubility, effects of product decomposition and changing surface morphology all play an important role in the integration of implants into bone. These surface properties significantly affect the cell numbers, survival, spread and morphology of progenitor cells. The aim of this study was to investigate the growth behavior of progenitor cells with differentsurface decorations typically used on dental implants. We applied various parameters to determine to what extent cell growth depends on surface properties. The results can give an indication of the biocompatibility of the tested surface decorations. Material and methods: Pre- and non-pre-differentiated ((+) and (-) DAG) unrestricted somatic stem cells (USSCs) from human umbilical cord blood were cultured on DUOTex surfaces, Bonit and calcium silicate (CaSi) surface decorations, and degraded Bonit surface decorations. An AFM (atomic force microscope) and an SEM (scanning electron microscope) were used to determine the surface topographies in the nanometer range and the Ra values. The cell numbers on days 1,7,14 and 28 were determined by means of a fluorescent dye which binds to the nucleic acid. The values for the Ca2+ released from the surface were determined by measuring the intensity of color complex formations. The morphology and spread of the USSCs were determined by means of an SEM. Results: The values for Ra were: DUOTex = 0.537 µm, CaSi = 0.669 µm, degraded Bonit = 0.865 µm, Bonit = 1.234 µm. The lateral distances of the surfaces in the nanometer range were: DUOTex = 41-57 nm, CaSi113-158 nm, Bonit >= 160 nm. Statistically different increases in the average cell numbers (p<0,05) of the (+) or (-) DAG USSCs on the various surfaces were observed between days 1, 7, 14 and 28. The highest average cell numbers for (+) and (-) DAG USSCs on days 1, 7, 14 and 28 were found on the DUOTex surfaces and the CaSi surface decorations. On these days we also observed differences in the average cell numbers (p<0,05) between (+) and (-) DAG USSCs on the same surface type, respectively. After a culturing time of 24 hours the relationship between the cell numbers of the (-) DAG USSCs and Ra was statistically significant (p<0,001) and wasdescribed by the following function: cell number = 2285,6 • Ra-2+4506,6. After seven days, in the proliferation phase, the relationship between the cell numbers and the Ra of the (-) DAG USSCs was again statistically significant (p<0,001) and described by the function: cell number = 8817,0 • Ra-2+ 13035,3. The degradation of the Bonit surface decoration was followed by an increase in the average cell numbers (p<0,05) for the (+) DAG USSCs compared to the non-degraded Bonit surface decorations after 24 h and 7 days, respectively. In addition, for (+) and (-) DAG USSCs a significant increase in cell numbers (p<0,05) was detected between day 1 and day 7. The Ca2+measurements indicated that the Bonit and CaSi surface decorations released Ca2+ into the culture medium. The CaSi surface decorations approached a Ca2+ level comparable to the DUOTex surface. For the Bonit surface decoration a decrease of Ca2+ in the culture medium was observed. The spread and form for (+) and (-) DAG USSCs were similar but achieved at different speeds, depending on the growth substrate used. Conclusion: It was shown that the USSCs react sensitively to texture in the microand nanometer ranges as well as to the degradation of surfaces. Surfaces with low Ra values and small lateral distances in the nanometer range have a positive effect on the cell numbers of USSCs. Changes in degradable surfaces resulted in a significant increase in the USSC cell numbers. Furthermore, it was found that the pre-differentiation of the USSCs influenced their growth behavior.

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Metadaten
Author: Michael Hentschel
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001980-3
Title Additional (English):Investigation of progenitor cells in dependence of decorated and non-decorated implant surfaces as a growth substrate
Advisor:Prof. Dr. Dr. Jörg Handschel, Prof. Dr. Wilhelm Michels, Prof. Dr. Reiner Biffar
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2014/08/12
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2014/04/23
Release Date:2014/08/12
GND Keyword:Oberfläche, Zahnimplantat, Zellen
Faculties:Universitätsmedizin / Poliklinik für zahnärztliche Prothetik und Werkstoffkunde
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit