German Congress of Orthopaedics and Traumatology (DKOU 2025)
Verbesserung der osteogenen und angiogenen Eigenschaften von mesoporösen bioaktiven Glas-Nanopartikeln durch den Zusatz von Naringin
2Institut für Biomaterialien, Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen, Deutschland
3Asklepios Klinikum Bad Abbach, Klinik für Orthopädie der Universität Regensburg, Bad Abbach, Deutschland
Text
Zielsetzung und Fragestellung: Naringin (Ng) ist ein pflanzlicher Stoff, der in Zitrusfrüchten vorkommt und als Bestandteil verschiedener Biomaterialien bereits vielfältige biologische Eigenschaften zeigte, wobei neben primär antioxidativen Wirkungen u.a. positive osteogene Effekte beobachtet wurden. Durch die vorliegende Studie sollte festgestellt werden, ob der Zusatz von Ng die osteogenen und angiogenen Effekte von mesoporösen bioaktiven Glas-Nanopartikeln (MBGNs) auf humane Knochenmarkstromazellen (BMSCs) bei mindestens gleichwertiger Zytokompatibilität verbessern kann.
Material und Methoden: MBGNs (in wt%: SiO2 70, CaO 30) und MBGNs mit Ng-Zusatz (100 µg/ml; Ng-MBGNs) wurden über 21 Tage mit BMSCs kultiviert. Anschließend erfolgte eine Untersuchung der Zytokompatibilität, des osteogenen und angiogenen Potentials der (Ng-)MBGNs sowie der Vergleich zu einer Kontrollgruppe aus BMSCs ohne MBGNs.
Die Bestimmung der Zytokompatibiltät erfolgte mittels spektralphotometrischer Quantifizierung von Fluoresceindiacetat (FDA) in viablen Zellen sowie 4′,6-Diamidin-2-phenylindol (DAPI)-Zellkernfärbung zur Evaluation der Zellzahl.
Der Effekt der Ng-MBGNs auf die osteogenen Differenzierung in vitro wurde durch Messung der alkalischen Phosphatase (ALP) hinsichtlich enzymatischer Aktivität sowie Evaluation weiterer osteogener Marker, wie z.B. bone morphogenic protein 2 (BMP2) und Osteopontin (OPN) auf mRNA- und Proteinebene durchgeführt.
Die Analyse der angiogenen Effekte erfolgte mittels mRNA- und Proteinquantifizierung verschiedener angiogener Marker, wie vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor (VEGF) und plazentärer Wachstumsfaktor (PlGF).
Ergebnisse: Hinsichtlich der Zytokompatibilität zeigte sich eine durch den Ng-Zusatz statistisch signifikant verbesserte Zellviabilität und Zellzahl im Vergleich zu MBGNs und der Kontrollgruppe an D3-D21.
Ein signifikanter Effekt auf die frühe osteogene Differenzierung (ALP) von BMSCs konnte durch den Zusatz von Ng nicht festgestellt werden. Jedoch zeigten sich die Surrogatparameter der späten osteogenen Differenzierung (BMP2-mRNA, OPN-mRNA und -Proteinsekretion) signifikant und positiv durch den Zusatz von Ng zu MBGNs beeinflusst.
Hinsichtlich angiogener Effekte wurde insbesondere die Sekretion des VEGF-Proteins durch den Ng-Zusatz signifikant stimuliert, jedoch ohne statistisches Korrelat auf mRNA-Ebene. Die mRNA-Präsenz von PlGF zeigte keine statistisch signifikanten Effekte, wobei sich bzgl. PlGF-mRNA ein zumindest numerischer Vorteil der Ng-MBGNs zu einzelnen Zeitpunkten (D7, D21) ergab.
Diskussion und Schlussfolgerung: Die Zytokompatibilität, osteogenen und angiogenen Eigenschaften von MBGNs konnten durch den Zusatz von Ng unter Verwendung einer Co-Kultur mit BMSCs in-vitro verbessert werden.
Abbildung 1 [Abb. 1]
Abbildung 1: Zellviabilität (a) und -zahl (b), ALP-Aktivität (c) und -mRNA-Gehalt (d), OPN-mRNA-Gehalt (e) und-Proteingehalt (f), BMP2-mRNA-Gehalt (g) und -Proteingehalt (h), VEGF-mRNA-Gehalt (i) und -Proteingehalt (j), PLGF-mRNA-Gehalt (k) und -Proteingehalt (l) in BMSCs nach 3, 7, 14 und 21 Tagen Inkubation mit den jeweiligen MBGNs. Mittelwert ± SD. Mann-Whitney-U- und Kruskal-Wallis-Test: p<0.05. (*): signifikante Unterschiede zur Kontrollgruppe; Klammern: signifikante Unterschiede zwischen MBGN-Gruppen. 
