Zugkraftvergleichsanalyse von primären Osteoblasten und Osteosarkomzellen in Ruhe und nach mechanischer Belastung

Absicht der Arbeit war es, mit Hilfe der Zugkraftmikroskopie das Verhalten von Knochenzellen in Ruhe und nach mechanischem Reiz durch Dehnung zu beobachten. Die vorliegenden Ergebnisse sollen dazu beitragen, die Mechanismen der Mechanotransduktion besser zu verstehen und gleichzeitig einen Vergleich zwischen Osteoblasten und Osteosarkomzellen darstellen. Zur Berechnung der Zugkräfte wurden die Zellen auf kollagenisierten und verformbaren Polyacrylamidgelen ausgesät. Durch die in den Gelen vorhandenen Fluoreszenzpartikel konnten die durch die Zelle hervorgerufene Deformation der Gele bestimmt und die Zugkräfte berechnet werden. Nach Beobachtung der Zelllinien in Ruhe wurde ein Dehnungsreiz mit 6000 μStrain (entspricht einer Dehnung von 0,6%) und einer Frequenz von 10Hz für 2 Sekunden appliziert und anschließend der zeitliche Verlauf der Zugkräfte beobachtet. Bei der Beobachtung der Zellen in Ruhe konnte im Vergleich der Osteoblasten mit den Osteosarkomzellen ein signifikanter Unterschied in den Zugkräften nachgewiesen werden. So generierten die beobachteten Sarkomzellen deutlich geringere Zugkräfte. Nach mechanischer Stimulation durch Dehnung zeigte sich keine eindeutige Reaktion der Zugkräfte in beiden Zellpopulationen. In der Gruppe der Osteoblasten (n=23) konnten vier verschiedene Reaktionstypen nachgewiesen werden. Neben einem plötzlichen Kraftverlust bei 8 Zellen kam es bei weiteren 3 Zellen zu einer langsamen Kraftabnahme, bei 4 Zellen zu einer langsamen Kraftzunahme und bei 7 Zellen zu keiner Reaktion. In der Gruppe der Osteosarkomzellen MG-63 (n = 18) zeigte sich in der Mehrheit der Fälle keine Reaktion (n=13), bei 3 Zellen eine langsame Kraftabnahme, bei 2 Zellen eine langsame Kraftzunahme. Sowohl Osteoblasten als auch Osteosarkomzellen reagieren also nicht uniform auf einen äußeren mechanischen Reiz. Als Ursache dessen und der Kraft- und Reaktionsunterschiede zwischen den Zellpopulationen könnten fokale Adhäsionen und deren Zusammensetzung ein führende Rolle spielen. Ein Feedbacksystem zwischen externer und intern generierter Kraft im Zuge der Mechanotransduktion scheint sehr wahrscheinlich