Untersuchungen zur Genexpressionhumaner Spongiosa-abgeleiteter Stromazellennach Fragilitätsfraktur

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Erkenntnisse über die Genexpressionsmuster von huma-nen Stromazellen im Rahmen der Osteoporose zu gewinnen.

So wurde die Expression ausgewählter Gene humaner Spongiosa-abgeleiteter mesenchymaler Stromazellen von Patienten mit einer Fragilitätsfraktur des Oberschenkelhalses untersucht. Da die Fragilitätsfraktur das typische klinische Erscheinungsbild der Osteoporose repräsentiert, wurden die Stromazellen der Frakturpatienten als osteoporotisch eingestuft. Als Kontrollen dienten Stromazellen von Patienten mit einer Coxarthrose.
Von je acht Schenkelhalsfraktur- und sechs Coxarthrose-Patienten wurden Spongiosafrag-mente aus den zentralen Regionen der resezierten Oberschenkelköpfe entnommen. Die Spon-giosaproben wurden in die Zellkultur überführt und daraus die multipotenten Stromazellen isoliert. Diese wurden anschließend sowohl über Zeiträume von 0, 7, 14 und 21 Tage im Standardmedium kultiviert, als auch osteogen und adipogen differenziert. Anschließend wur-de aus der extrahierten RNA die relative Gen-Expression von osteogenen (BMP-2, Runx-2, Osteopontin, Osteocalcin), adipogenen (PPARγ) und knochenresorptiven Faktoren (RANKL, OPG) mittel RT-qPCR bestimmt.
Die Ergebnisse zeigten für Osteopontin einen signifikanten Anstieg der Genexpression bei undifferenzierten und osteogen differenzierten Zellen der Schenkelhalsfraktur-Patienten. Die-ser Anstieg gibt einen möglichen Hinweis auf ein Regenerationsbestreben im Rahmen der initialen Frakturheilung, da das Matrixprotein vor allem die Adhäsion von Osteoblasten und deren Vorläuferzellen an die Knochenoberfläche vermittelt.
Wenn auch kein Gruppenunterschied zwischen der Osteocalcin-Expression der Stromazellen von Coxarthrose- und Frakturpatienten bestand, so konnte dennoch der grundlegende Nach-weis erbracht werden, dass bereits undifferenzierte Stromazellen dieses extrazelluläre Matrix-protein exprimieren.
Ebenfalls keinen Unterschied zwischen den Gruppen konnte bei der Runx-2 Expression fest-gestellt werden. Allerdings kam es im Laufe der adipogenen Differenzierung zu einem An-stieg, was auf eine Interaktion osteogener und adipogener Differenzierungskaskaden hindeu-ten könnte.
Darüber hinaus wurde die ambivalente Funktion von BMP-2 im Rahmen der Differenzierung mesenchymaler Stromazellen deutlich. Zum einen konnte eine signifikant niedrigere Expres-sion in undifferenzierten Zellen von Schenkelhalsfraktur-Patienten nachgewiesen werden, was auf eine verminderte osteogene Differenzierungskapazität dieser Zellen hindeuten könnte. Zum anderen konnte die enge Verknüpfung des Differenzierungsfaktors mit der adipogenen Differenzierung gezeigt werden. So stieg die Expression des Gens bei dieser Differenzie-rungsrichtung an. Außerdem konnte eine positive Korrelation zwischen BMP-2 und PPARγ ermittelt werden.
Die Untersuchung der PPARγ Expression nahm einen wichtigen Stellenwert mit Blick auf die Pathogenese der Osteoporose ein. Die adipogene Determinierung der Stromazellen konnte in der vorliegenden Arbeit nur bedingt nachvollzogen werden. So zeigten sich weder bei den undifferenzierten, noch bei den adipogen differenzierten Zellen Unterschiede zwischen den beiden Patientengruppen. Zellen aus der Frakturgruppe wiesen jedoch eine erhöhte Genex-pression von PPARγ im Rahmen der osteogenen Differenzierung auf.
Mit Blick auf die zugrundeliegenden Mechanismen der Osteoporose war die wohl wichtigste Erkenntnis, dass es im Rahmen der adipogenen Differenzierung zu einem höchst signifikanten Anstieg der RANKL Expression kam. Dies deutet darauf hin, dass eine im Alter auftretende Verfettung des Knochenmarks aktiv die Knochenresorption begünstigt. Außerdem konnte in der Fraktur-Gruppe eine positive Korrelation zwischen Runx-2 und RANKL bei osteogen differenzierten Zellen festgestellt werden, was zu der Annahme führt, dass die osteogene Dif-ferenzierung von Stromazellen osteoporotischer Spender mit einem Abbau des Knochenge-webes einhergehen könnte.
Die Rolle von OPG als gegensätzlich regulierter Antagonist von RANKL wurde durch die vorliegenden Ergebnisse bestätigt.