Das Adhäsionsverhalten primärer humaner Osteoblasten und Fibroblasten auf Polyetheretherketon im Vergleich zu Titan unter induzierten Entzündungsbedingungen - Eine Pilotstudie

Einleitung: Bisheriges Standardmaterial für Knochenimplantate ist der Werkstoff Titan und dessen Verbundmaterialien. Die hohe Steifigkeit von Titan bewirkt, dass Druckkräfte unverändert auf den umgebenden Knochen übertragen werden. Eine mögliche Alternative ist der Kunststoff Polyetheretherketon (PEEK), der ebenfalls eine hohe Bioverträglichkeit und eine dem Knochen vergleichbare Festigkeit besitzt. Zielsetzung der in-vitro Pilotstudie war es, die Viabilität, Morphologie und das Adhäsionsverhalten von humanen Osteoblasten und Fibroblasten auf PEEK- im Vergleich zu Titan-Oberflächen zu analysieren. Der Fokus der Studie lag auf einer induzierten Entzündungsbedingung durch Inkubation mit dem bakteriellen Toxin Lipopolysaccharid (LPS; 10µg/ml, 24 Stunden). Material und Methoden: Primäre humane Osteoblasten (NHOst, LONZA) und Fibroblasten (NHDF, PromoCell) wurden auf Titan- und PEEK-Proben (Æ12mm, Dicke: 2,5 mm) der Firma MEDICON kultiviert. Die Viabilitätstestung der Zellen auf den beiden Materialien im Vergleich zu PLL-beschichteten Glasdeckgläsern (Referenz) erfolgte mittels MTT-Methode. Zur Untersuchung des Anwachsverhaltens der beiden Zelltypen auf den verschiedenen Materialien wurden REM-Aufnahmen angefertigt. Realtime-PCR-Messungen dienten zur Analyse der Genexpression des LBS-Bindeproteins (LBP) und des LPS-Rezeptors (TLR4). Der Nachweis auf Proteinebene und zusätzlich von Phalloidin (Aktin-Nachweis) und Vinculin (EZM-Bindeprotein) erfolgte durch immunzytochemische (ICC-) Markierungen. Ergebnisse: Die Osteoblasten und Fibroblasten wiesen auf den Deckgläsern die höchste Viabilität auf, gefolgt von den Titan und PEEK-Proben. In den REM-Aufnahmen zeigten die beiden Zelltypen auf den PEEK-Oberflächen dem Titan vergleichbare Adhäsionseigenschaften. Nach LPS-Stimulation zeigte sich eine signifikant gesteigerte LBP-Genexpression in den NHOst. Das war auch auf Proteinebene nach Wachstum auf den drei Materialien zu erkennen. Während unter LPS-Inkubation für TLR4 keine erhöhte mRNA-Konzentration in den NHOst nachgewiesen werden konnte, war in den ICC-Markierungen eine deutliche Zunahme der Antikörperreaktion auf allen Werkstoffen festzustellen. Bei den Fibroblasten hatte die LPS-Stimulation keinen Einfluss auf deren LBP- und TLR4-Gen-/Proteinexpression. Unter Kontrollbedingungen wuchsen die NHOst auf allen Materialien mit parallel angeordneten Aktinfasern. Nach LPS-Inkubation hatten sich die Osteoblasten zusammengezogen. Insbesondere auf den Deckgläsern war eine punktuelle Intensivierung der Adhäsionskontakte festzustellen. Nach LPS-Inkubation der NHDF zeigte sich bei den Deckgläsern und den Titan-Proben eine Umverteilung des Vinculin-Nachweises von perinukleär in die Peripherie der Zellfortsätze. Diskussion: Der Werkstoff PEEK erweist sich im Vergleich zum Standardmaterial Titan als histologisch hoch kompatibel. Wie beim Titan wird eine Ansiedelung von humanen Osteoblasten und Fibroblasten auf PEEK-Proben auch unter pro-inflammatorischen Umgebungsbedingungen (LPS) ermöglicht. Weitere Studien sind notwendig, um abzuklären, ob der Werkstoff PEEK als Material für dentale Implantate geeignet ist. Schlagwörter: Adhäsionsverhalten, Osteoblasten, Fibroblasten, PEEK, Lipopolysaccharid