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Einfluss von Indomethacin und Iloprost auf die Proliferation und Differenzierung mesenchymaler Progenitorzellen

Kemper, Oliver

Indomethacin wird sowohl zur Prophylaxe der Heterotopen Ossifikation (HO) als auch zur postoperativen Schmerztherapie eingesetzt. In verschiedenen klinischen Studien wurde eine signifikante Reduktion von HO nach Hüftendoprothesenimplantation durch die prophylaktische perioperative Gabe von Cyclooxygenase-Inhibitoren nachgewiesen. Dem gegenüber mehren sich die Hinweise, dass das Prostazyklin-Analogon Iloprost ein regenerativ-kuratives Potenzial bei avaskulären Osteonekrosen in Frühstadien besitzt. In dieser Arbeit wurde im in-vitro-Modell die Wirkung des nichtselektiven Cyclooxygenase-Inhibitors Indomethacin auf die Proliferation und Differenzierung von mesenchymalen Stromazellen (MSCs) aus humanem Knochenmark in Osteoblasten untersucht, sowie die potenzielle Beeinflussung durch Iloprost. Knochenmarkzellen acht gesunder Spender wurden durch Dichtegradientenzentrifugation isoliert, expandiert und ihr mesenchymaler Charakter mittels Durchflusszytometrie kontrolliert, über 28 Tage ohne Dexamethason-Ascorbinsäure-β-Glycerolphosphat-Stimulation (DAG) wie folgt kultiviert: Ohne Indomethacin als Kontrolle, allein mit 10-7 M Iloprost, mit 10-6, 10-5, 10-4 M Indomethacin mit und ohne Zusatz von 10-7 M Iloprost. Nach 10 und 28 Tagen wurden die Zellproliferation, die Proteinkonzentration und die Aktivität der alkalischen Phosphatase gemessen. Die osteoblastäre Differenzierung wurde auf der Expressionsebene über Ribonukleinsäureisolation und Reverse-Transkriptase-Polymerasekettenreaktion (RT-PCR) sowie auf der Proteinebene mittels Immunzytochemie auf die Marker Runx2, Kollagen 1 (Col1), Osteocalcin (OC), Alkalische Phosphatase (ALP) sowie den osteoblasten-inhibitorischen Transkriptionsfaktor Twist untersucht. Es zeigte sich, dass Twist unter der Kombination von Indomethacin und Iloprost nicht mehr exprimiert wurde; ein Effekt, der bisher nicht beschrieben worden ist. Weiter unterdrückte Indomethacin die osteoblastären Marker Col1, Runx2, und OC in der Immunzytochemie, Iloprost führte zu einer Steigerung der Expression von Runx2. Die spezifische ALP-Aktivität stieg unter alleiniger Iloprostgabe an Tag 28 an, die Versuchsansätze mit Indomethacin zeigten hier sehr unterschiedliche Ergebnisse unter den Spendern. Die Proliferation der MSCs konnte durch das Prostazyklin-Analogon in einigen Zellreihen gesteigert werden. Iloprost scheint ein osteoblasten-protektives Potenzial zu besitzen. In der Behandlung von Knochenmarködem und avaskulärer Osteonekrose könnte es die unerwünschten osteosuppressiven Effekte von Indomethacin antagonisieren.

Indomethacin is used in prevention of heterotopic ossification (HO) and as postoperative pain therapy. By perioperative administration of cyclooxygenase inhibitors, a significant reduction of HO after hip replacement surgery could be observed in different clinical surveys. In contrast there is indication for the stable prostacyclin analogon iloprost to have regenerative curative potential in treatment of bone marrow edema and avascular osteonecrosis. In this study the influence of indomethacin and iloprost on proliferation and differentiation of mesenchymal stroma cells (MSCs) from human bone marrow into osteoblast was investigated in vitro. Bone marrow cells of eight donors were isolated by density gradient centrifugation, expanded, examined for mesenchymal surface antigene (CD73+CD105+CD14-CD45-) by flow cytometry and cultivated for 28 days without dexamethason-ascorbic acid-beta glycerolphosphate (DAG) as follows: Without indomethacin as control, with administration of 10-7 M iloprost, with 10-6, 10-5, 10-4 M indomethacin with and without 10-7 M iloprost. On day 10 and 28, UV/Vis spectrometric and immunocytochemical assays and reverse trancriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) were performed to investigate cell proliferation and differentiation towards the osteoblastic lineage (Runx2,, type 1 collagen (Col1), osteocalcin (OC), alkaline phosphatase (ALP), Twist, specific ALP-activity). It could be demonstrated that a combination of indomethacin and iloprost suppressed twist expression - an effect that has not been mentioned before. Further indomethacin suppressed the osteoblastic markers Col1, Runx2 and OC in immunocytochemistry. Iloprost alone supported the expression of Runx2 and increased specific ALP activity on day 28 and proliferation in some donors, whereas results with administration of indomethacin varied donor-dependently. Iloprost seems to have osteoblast protective potential. In the treatment of avascular osteonecrosis or painful bone marrow edema the undesirable effects of indomethacin might be counterbalanced by iloprost.

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Kemper, Oliver: Einfluss von Indomethacin und Iloprost auf die Proliferation und Differenzierung mesenchymaler Progenitorzellen. 2017.

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