Titelaufnahme

Titel
Influence of hydrophilic and hydrophobic titanium surfaces on the proliferation and differentiation of osteogenic cells / Zhe Qu
VerfasserQu, Zhe
Begutachter / BegutachterinRausch-Fan, Xiao-Hui
Erschienen2007
Umfang90 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2007
Anmerkung
abstract, Kurzfassung
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Titan / Knochenbildung / Genexpression / Osteoblast / Oberflächenveränderung / Fluoreszenzmarkierung
Schlagwörter (EN)Titanium / bone formation / gene expression / osteoblast / surface modification / fluorescent labeling
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-3246 Persistent Identifier (URN)
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Influence of hydrophilic and hydrophobic titanium surfaces on the proliferation and differentiation of osteogenic cells [1.18 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Oberflächenstruktur von Titanimplantaten kann die Proliferation und Differenzierung von Knochenzellen beeinflussen, der Einfluss der Benetzungseigenschaften blieb ungeklärt. Um die Benetzungseigenschaften zu verbessern, werden Titanimplantate mit physiologischer Kochsalzlösung umspült. Stickstoffbegasung erhöht die hohe Oberflächenhydrophilie sowie die freie Energie der Oberfläche. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss der modifizierten Benetzungseigenschaften auf die Proliferation und Differenzierung von Knochenzellen zu untersuchen. Humane Osteoblasten der Zelllinie MG-63 und primäre humane Alveolarosteoblasten (AOB) wurden auf säure-geätzten und sandgestrahlten Oberflächen, deren Benetzungseigenschaften verändert wurden, kultiviert. Die Zelladhäsion und die Zellproliferation wurden mittels Einbau von 3[H]-Thymidin, MTT-Test und Zellzählung ermittelt.

Die Aktivität der alkalischen Phosphatase wurde durch Umsatz von p-Nitrophenylphosphat kolorimetrisch bestimmt. Die Expression von Markergenen der Osteoblastendifferenzierung wurde mittels RT-PCR bestimmt. Die Expression von Osteokalzin, Osteoprotegerin, Transforming growth factor beta-1 und Vascular endothelial growth factor wurden im Zellkulturüberstand mittels Immunoassays bestimmt. Adhäsion, Migration und Koloniebildung Fluoreszenz-markierter MG-63 Zellen wurde mittels Time-lapse-Mikroskopie festgehalten. AOB und MG-63 wurden auf Implantaten mit behandelter und unbehandelter Oberfläche kultiviert, anschließend die oben genannten Parameter ermittelt und ein Vergleich zwischen den Werten der behandelten und unbehandelten Implantate erstellt. Folgende Resultate wurden erzielt: die modifizierten Oberflächen mit den veränderten Benetzungseigenschaften führten zu einer Verminderung des Wachstums nach 48 h bei beiden Zelllinien. Die Parameter der Zelldifferenzierung alkalische Phosphatase und Osteokalzin waren auf der modifizierten Oberfläche hingegen erhöht (p<0,01). Ebenso zeigten die lokalen Faktoren eine höhere Konzentrationen bei den modifizierten Oberflächen (p<0,01). In der Time-Lapse-Mikroskopie zeigten sich bei der modifizierten Oberfläche früher Kolonien als auf allen unbehandelten Oberflächen, und die Größenzunahme der Zellaggregate stieg mit zunehmender Inkubationszeit weiter an. Diese Daten zeigen, dass durch die Oberflächenbearbeitung die Zellproliferation inhibiert und die osteogene Diffenzierung stimuliert werden kann. Die modifizierten Oberflächen führen auch zu einer geänderten Freisetzung von lokalen Faktoren, die möglicherweise einen positiven Einfluss auf die Implantateinheilung haben können.

Zusammenfassung (Englisch)

Increased surface roughness of dental titanium implants is known to significantly influence the proliferation and differentiation of osteogenic cells whereas the effects of chemical modification, which governs the hydrophilicity and free energy (SFE) of the material surface, remains unclear. The aim of this study was to investigate the influence of surface modification on the proliferation and differentiation of osteogenic cells. Human osteoblast-like MG-63 cells and primary human alveolar osteoblastic cells (AOB) were cultured on acid-etched, modified acid-etched, coarse-grit-blasted and acid-etched or modified coarse-grit-blasted and acid-etched (modSLA) surfaces. Cell attachment and cell proliferation were detected by cell counting, [3H]-thymidine incorporation and MTT colorimetric assays. Alkaline phosphatase activity was measured colorimetrically using p-nitrophenyl phosphate as a substrate. Expression of the bone-associated genes alkaline phosphatase (ALP), osteocalcin (OC), type I collagen and osteoprotegerin (OPG) was determined by reverse transcription-polymerase chain reaction. Cellular cytokine production of OC, OPG, transforming growth factor beta-1 (TGF-[beta]1) and vascular endothelial growth factor (VEGF) was detected in cell culture supernatants with immunoassays. Adhesion, migration and cell cluster formation of fluorescently labeled MG-63 cells were monitored by time-lapse microscopy. The results of the present study demonstrate that the proliferation of both AOB and MG-63 on modified surface was decreased after two days of incubation. Differentiation parameters such as alkaline phosphatase activity and osteocalcin expression increased on modified surfaces (p<0.01). Osteogenic cells showed higher production of cytokines when cultured on modified surfaces (p<0.01). Cell clusters appeared earlier on the modSLA surfaces than on the other surfaces and the size of cell clusters gradually increased with extended incubation times of up to nine days. These findings suggest that surface modification can inhibit cell proliferation and stimulate osteogenic differentiation as well as the formation of cell clusters. Surface modification also increases the production of TGF-[beta]1, vascular endothelial growth factor, OC, OPG and type I collagen, which may further improve the local environment for peri-implant bone regeneration.