Einfluss proinflammatorischer Zytokine auf das osteogene Potenzial humaner Osteoblasten nach Depletion CD14-positiver Zellen in vitro

Einleitung: Für die Knochenneubildung interagieren Osteoblasten (OB) über ein komplexes Netzwerk mit hämatopoetischen Zellen. Zytokine modulieren dabei als Signalproteine die Aktivität osteoblastärer Zellen. In murinen Modellen wurden gewebsresidente Knochenmakrophagen (OsteoMacs) beschrieben, die bei der Collagenase-Isolation primärer OB mitisoliert werden und deren Aktivität wesentlich unterstützen (Chang et al., 2008). Vor diesem Hintergrund untersucht die vorliegende Studie, wie die in vitro Depletion von CD14+ Zellen die Markerexpression, das osteogene Potenzial sowie die Proliferation primärer humaner OB beeinflusst und wie sich ihre Reaktivität gegenüber proinflammatorischen Zytokinen verändert. Methode : Primäre OB-Kulturen wurden aus den Hüftköpfen von Patienten durch Collagenaseverdau isoliert und kultiviert. Ein Teil der Ausgangskultur (hOB) wurde mittels MACS von CD14+ Zellen depletiert (hOBCD14-). Beide Zellkulturen (hOB und hOBCD14-) wurden bis zu 21 Tage im Osteogenese-induzierendem Medium kultiviert und mit proinflammatorischen Zytokinen behandelt. Die Mineralisierung wurde mittels Alizarinrot-S-Färbung photometrisch quantifiziert. Die Zellviabilität wurde über 14 Tage mittels MTT-Assay bestimmt. Die Quantifizierung der mRNA-Expression bei Basalbedingungen von CD271, Alkalischer Phosphatase (ALP) und Osteocalcin (OCN) erfolgte mittels RT-qPCR. Ergebnisse : Die Depletion der CD14+ Zellen führte über den Zeitraum von 14 Tagen zu keiner relevanten Veränderung der Zellviabilität. Im Gegensatz dazu war die Mineralisierung in hOBCD14- bereits nach 14 Tagen deutlich und nach 21 Tagen signifikant gegenüber den hOB um 66% vermindert. Trotzdem zeigten die hOBCD14- unter Basalbedingungen eine erhöhte mRNA-Expression der osteogenen Maker ALP und OCN sowie des mesenchymalen Markers CD271. IL-1β steigerte die Mineralisierung der hOB um mehr als das 3,5-fache, während sie bei hOBCD14- nur um das 1,5-fache zunahm und zeigte damit einen signifikanten Unterschied zwischen den Zelltypen auf. IL-6 führte ausschließlich in hOBCD14- zu einer signifikanten Reduktion der Mineralisierung. Diskussion : Die Ergebnisse zeigen, dass CD14+ Zellen wesentlich zur osteoblastären Funktion primärer humaner OB beitragen. Trotz unveränderter Viabilität und einer erhöhten basalen Expression osteogner Marker, führt ihre Depletion zu einer deutlich reduzierten Mineralisierung. Ein murines Modell mit OsteoMac-Depletion zeigte ebenso eine verminderte Knochenreparatur und stützt eine proanabole Unterstützung von Osteoblasten durch diese Zellen (Batoon et al., 2014). Die abgeschwächte Mineralisierungsantwort der hOBCD14- auf proinflammatorische Zytokine wie IL-1β und IL-6 deutet darauf hin, dass CD14+ Zellen funktionelle Modulatoren der entzündungsabhängigen osteogenen Antwort darstellen und in primären humanen OB-Kulturen eine OsteoMac-ähnliche Population repräsentieren.