Titelaufnahme

Titel
Behaviour of endothelial cells on different titanium surfaces: modulation by osteoblasts and enamel matrix derivatives / eingereicht von Bin Shi
Verfasser / VerfasserinShi, Bin
Begutachter / BegutachterinRausch-Fan, Xiaohui
Erschienen2014
Umfang136 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Angiogenese / Endothelzellen / Osteblasten / Co-Kultur / Zahnimplantate / Titanium / Oberflächenmodifikation / Oberflächenrauheit / Oberflächen Wasserlöslichkeit / Schmelzmatrix Derivat / Wundheilung
Schlagwörter (EN)angiogenesis / endothelial cells / osteoblasts / co-culture / dental implants / titanium surface / surface modification / surface roughness / surface hydrophilicity / enamel matrix derivative / wound healing
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-709 Persistent Identifier (URN)
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Behaviour of endothelial cells on different titanium surfaces: modulation by osteoblasts and enamel matrix derivatives [2.99 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Ziel der Untersuchung: Die Angiogenese spielt eine bedeutende Rolle in der Wundheilung nach Zahnimplantation, welche nicht nur von der Oberflächenstruktur von Titanimplantaten (Ti), sondern auch von der Wechselwirkung verschiedener Zellen und bioaktiver Faktoren beeinflusst wird. Diese Studie untersucht die modulatorischen Effekte von Osteoblasten und Schmelzmatrix-Derivaten (EMD) auf die Angiogenese und das Wachstum von Endothelzellen bei verschiedenen Ti-Oberflächenstrukturen.

Methoden: Um den Einfluss von Osteoblasten auf das Wachstum von Epithelzellen bei verschiedenen Titanimplantaten zu untersuchen, wurden humane Umbilikalvenen-Endothelzellen (HUVEC) und Osteoblasten-ähnliche Zellen MG-63 (MG-63s) in direktem Kontakt (=in Co-Kultur) mit folgenden Titanimplantat- Oberflächenstrukturen gezüchtet: säure-geätzt (A), hydrophil A (modA), sandgestrahlt und säure-geätzt (SLA) und hydrophil SLA (modSLA). Nach 48 Stunden in Co-Kultur wurde die Zellprofileration durch Zellzählung und Durchflusszytometrie bestimmt. Co-kultiverte HUVECs und MG-63s wurden durch Fluoreszenz-aktive Zellsortierung getrennt. Die Expression von von-Willebrand-Faktor (vWF), Thrombomodulin (TM), Endothelzell-Protein C-Rezeptor (EPCR), E-Selektin, vaskulärem endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF) und Flt-1-sowie KDR-Rezeptoren in HUVECs und die Expression von VEGF in MG-63s wurden durch quantitative Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) gemessen. Das dynamische Verhalten der HUVECs wurde mit einem Zeitraffer-Mikroskop für 120 Stunden aufgezeichnet. Um den Einfluss von EMD auf die Wechselwirkung von Endothezellen und Ti Oberflächenstruktur zu bestimmen, wurden HUVECs für 24 Stunden auf verschiedenen Oberflächenstrukturen gezüchtet:

vorbehandelten, glatten Titanoberflächen (PT), A, SLA, und Kunststoffoberflächen (TCPS). Nach weiteren 24 Stunden in Zellkultur, mit oder ohne EMD, wurde die Zellpopulation der HUVECs mittels manueller Zellzählung ausgewertet, und die Lebensfähigkeit der Zellen wurde 9 mit einem 3,4,5-Dimethylthiazol -2-yl-2,5 Diphenyltetrazoliumbromid (MTT) Assay festgestellt. Die Expression von vWF, interzellulärem Adhäsionmolekül-1 (ICAM-1), EPCR, E-Selektin und Ang-2 in HUVECs wurde mittels qPCR gemessen. Ergebnisse: In Zell-Co-Kultur mit MG-63s war die Proliferation von HUVECs am höchsten auf der Oberflächenstruktur A, gefolgt von SLA, modA und modSLA. Die Expression von vWF, TM, EPCR, E-Selektin und Flt-1 war signifikant höher auf der Oberflächenstruktur A als auf allen anderen Oberflächen. Die Expression von KDR in HUVECs gezüchtet auf einer A Oberfläche war unter der Nachweisgrenze. VEGF- Expression in MG-63s war auf der Oberfläche modSLA signifikant höher als auf SLA bzw. auf der Oberfläche modA signifikant höher als auf A. Das Zeitraffer-Mikroskop zeigte, dass HUVECs sich auf Oberfläche A am schnellsten bewegten und am frühsten Zellcluster formten, gefolgt von SLA, modA und modSLA. Nach 24 stündiger Behandlung inhibierten EMD die Proliferation und Lebensfähigkeit von HUVECs auf verschiedenen Ti-Oberflächenstrukturen, während EMD die Expression von vWF, ICAM-1 und EPCR auf den raueren Ti-Oberflächen erhöhten. Die Wirkung von EMD auf HUVECs ist somit möglicherweise von der Rauheit der Ti-Oberflächen abhängig. Diskussion: In Co-Kulturbedingungen wird die Proliferation und Expression von Angiogenese-assoziierten Genen durch glatte, hydrophobe Ti Oberflächenstrukturen gefördert, was im Kontrast zu Ergebnissen früherr Studien in Mono-Zellkulturen steht. EMD inhibieren die Proliferation von HUVECs und stimulieren Angiogenese-assoziierte Genexpression auf rauen Ti-Oberflächen. Sowohl Osteoblasten als auch EMD haben unter bestimmten Voraussetzungen einen positiven modulierenden Effekt auf die Interaktion von Endothelzellen und Ti Oberflächenstrukturen, welcher sich möglicherweise positiv auf die Angiogenese nach erfolgter Implantation auswirkt.

Zusammenfassung (Englisch)

Objectives: Angiogenesis plays an important role in wound healing following dental implantation. This is affected not only by titanium (Ti) surface characteristics, but is also modulated by the interaction between different cells and bioactive factors. In this study, we investigated the modulatory effect of osteoblasts (OB) and enamel matrix derivative (EMD) on the angiogenic activity of endothelial cells (EC) cultured on different Ti surfaces.

Methods: In order to investigate the influence of OB on EC cultured on different Ti surfaces, human umbilical vein EC (HUVECs) and osteoblast-like MG-63s cells were grown in direct contact co-cultures on the following Ti surfaces: acid-etched (A), hydrophilic A (modA), coarse-grit blasted and acid-etched (SLA) and hydrophilic SLA (modSLA).

After 48h of co-culture, cell proliferation was evaluated by cell counting in combination with flow cytometry. Co-cultured HUVECs and MG-63s were separated by fluorescence-activated cell sorting. Von Willebrand Factor (vWF), thrombomodulin (TM), endothelial cell protein C receptor (EPCR), E-Selectin and vascular endothelial growth factor (VEGF) receptor Flt-1 and KDR expression in HUVECs and levels of VEGF in MG-63s were measured by quantitative polymerase chain reaction (qPCR).

The dynamic behaviour of HUVECs was recorded by time-lapse microscopy for 120h. To assess the effect of EMD on the interaction between EC and different Ti surfaces, HUVECs were cultured on pre-treated smooth Ti (PT), A, SLA and tissue culture plastic (TCPS) surfaces for 24h.

Following an additional 24h of cell culture in the presence or absence of EMD, the population of HUVECs was evaluated by manual cell counting and cell viability was measured in 3,4,5-dimethylthiazol-2-yl-2,5 diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assays. The expression of vWF, intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1), endothelial protein C receptor (EPCR), E-Selectin and angopoietin-2 (Ang-2) was measured by qPCR in HUVECs.

Results: In co-cultures with MG-63s, proliferation of HUVECs was highest on surface A, followed by SLA, modA and modSLA surfaces. The expression of vWF, TM, EPCR, 11 E-Selectin and Flt-1 in HUVECs was significantly higher on surface A than on all other surfaces. Expression of KDR in HUVECs cultured on surface A was not detectable. MG-63s VEGF expression was significantly higher on the surfaces of modSLA compared to SLA and modA compared to A.

Time-lapse microscopy revealed that HUVECs moved fastest and formed cell clusters earlier on surface A, followed by SLA, modA and modSLA surfaces. After 24h of treatment, EMD inhibited the proliferation and viability of HUVECs growing on different Ti surfaces, whereas increased expression of vWF, ICAM-1 and EPCR was observed in HUVECs on rougher SLA surfaces. This increased expression, modulated via EMD in HUVECs, is most likely due to the roughness of the Ti surface.

Conclusions: Under conditions of co-culture, proliferation of HUVECS and the expression of angiogenesis associated genes in HUVECs are promoted by a smooth hydrophobic Ti surface. This result is in contrast to previous mono-culture studies. EMD appears to inhibit the proliferation of HUVECs and stimulate angiogenesis associated gene expression in HUVECs on rougher Ti surfaces. Both OB and EMD positively modulate the interaction of EC on Ti surfaces under certain conditions and may therefore promote angiogenesis following implantation.