In Vitro Untersuchung zur Rolle von mechanischer Kraftapplikation auf PDL-Zellen in Anwesenheit parodontal-pathogener Keime

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-288430
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.28843

Mangelkramer, Christian-Andreas

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Date of publication of this fulltext: 16 Sep 2013 13:04

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	16 September 2013
Referee:	Prof. Dr. Dr. Peter Proff
Date of exam:	9 September 2013
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Kieferorthopädie
Keywords:	OPG, RANKL, RANKL/OPG-Verhältnis, Parodontitis, Osteoklastogenese, PDL-Zellen, Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Fusobacterium nucleatum, kieferorthopädische Kraft, parodontal-pathogene Keime
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	28843

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Abstract (German)

Abstract (German)

In der vorliegenden in vitro Studie wurde die Wirkung von mechanischer Kraftapplikation auf die Expression der Gene OPG und RANKL von PDL-Zellen in Anwesenheit parodontal-pathogener Keime untersucht.

Dazu wurden die PDL-Zellen aus dem mittleren und unteren Wurzeldrittel von den aus medizinischen Gründen extrahierten Weisheitszähnen von Patienten im Alter von 14 bis 22 Jahren isoliert und kultiviert. Die PDL-Zellen wurden morphologisch mittels Lichtmikroskopie und wegen ihrem speziellen Expressionsmuster mittels PCR als solche verifiziert.

Nach der Anzüchtung wurden vier Versuchsgruppen angelegt, die wie folgt behandelt wurden:

Gruppe 1: Kontrollgruppe ohne Druck, ohne Bakterienzusatz
Gruppe 2: Gruppe mit Druck (2 g/cm²), ohne Bakterienzusatz
Gruppe 3: Kontrollgruppe ohne Druck, mit Bakterienzusatz
Gruppe 4: Gruppe mit Druck (2 g/cm²), mit Bakterienzusatz

Der Druck von 2 g/cm² wurde kontinuierlich nach der Methode von Kanzaki et al. (2002) mittels Glaszylindern ausgeübt, welche eine Dicke von 7,8 mm, einen Durchmesser von 33 mm und eine Masse von 17,44 g aufwiesen. Als Bakterien wurden die parodontal-pathogenen Keime Aggregatibacter actinomycetemcomitans und Fusobacterium nucleatum verwendet. Die Versuchsgruppen wurden 96 h inkubiert.

Die Auswertung und Quantifizierung der Expression von OPG und RANKL erfolgte mittels RT-PCR, ELISA, Western-Blot und Osteoklastendifferenzierungsassay.

Wir konnten zeigen, dass die Applikation einer Kraft (2 g/cm²) genauso wie der Zusatz von Bakterien eine erhöhte Expression von OPG und RANKL im Vergleich zu deren physiologischer Expression aus den PDL-Zellen zur Folge hat. Die Behandlung mit Druck bewirkte ein höheres RANKL/OPG Verhältnis als die Stimulation mit Bakterien. Die kombinierte Behandlung aus Druck und parodontalen Keimen zeigte die stärkste Hochregulierung des RANKL/OPG-Verhältnisses. Die Studie legte zusätzlich in einem Co-Kultur-Experiment aus PDL- und RAW 264.7-Zellen die stimulierenden Auswirkungen der veränderten RANKL/OPG-Verhältnisse auf die Osteoklastogenese dar.

Die gewonnen Werte ließen auf die Wirkung kieferorthopädischer Therapien und pathologischer Einflüsse auf den Zahnhalteapparat und den Kieferknochen schließen. Daraus konnten wir vermuten, dass sowohl kieferorthopädische aber auch parafunktionelle okklusale Kräfte über längere Zeit einen Knochenabbau induzieren. Zusätzlich konnte die inflammatorische Wirkung parodontal-pathogener Keime in aktiven Taschen von Parodontitispatienten und die Korrelierung mit Knochenabbau gezeigt werden. Die Ergebnisse unterstützten die Auffassung, dass Patienten mit aktiven parodontalen Problemen keiner KFO-Behandlung unterzogen werden dürfen. Unsere Studie lässt vermuten, dass gerade diese Patienten von einer irreversiblen Schädigung des Zahnhalteapparates betroffen wären.

Translation of the abstract (English)

This in vitro study investigated the effects of mechanical compression load on the production of the inflammation genes OPG and RANKL in PDL-cells in combination with periodontal-pathogen bacteria.

Therefore PDL-cells of the middle and the lower radix third from wisdom teeth, which have been extracted from patients between the age of 14 to 22 because of medical indications, have been isolated and cultivated. The PDL-cells have been verified by their morphology with a microscope and by their special gene expression with a PCR.

After having cultivated the cells we applied four test groups.

Group 1: control group without compression load, without periodontal-pathogen bacteria

Group 2: group with compression load, without periodontal-pathogen bacteria

Group 3: control group without compression load, with periodontal-pathogen bacteria

Group 4: group with compression load, with periodontal-pathogen bacteria

The mechanical compression load of 2 g/cm² was constantly exposed with glasscylinders by the method of Kanzaki et al. (2002), which had a thickness of 7,8mm, a diameter of 33mm and a mass of 17,44g. We used the periodontal-pathogen bacteria Aggregatibacter actinomycetemcomitans and Fusobacterium nucleatum for bacterial stimulation. The test groups have been incubated for 96 hours.

The biological read out and the quantification of the expression of OPG and RANKL was determinated by a RT-PCR, an Elisa, a Western Blot and an osteoclast formation assay.

We demonstrated that mechanical compression load (2g/cm²) and bacterial stimulation enhanced the expression of OPG and RANKL in comparison with the physiologic expression of this genes in PDL-cells. The RANKL/OPG ratio was higher in the compression load treated group than in the bacterial stimulated group. The combined treatment of mechanical compression load and periodontal-pathogen bacteria had significantly the highest increase of the RANKL/OPG ratio. The study demonstrated additionally in a co-culture experiment with PDL- and RAW 264.7-cells the stimulating effect of the RANKL/OPG-conditions on osteoclastogenesis.

The results illustrated the effects of an orthodontic therapy and pathologic influences on the parodontium and the alveolar bone. We think that orthodontic forces induce an alveolar bone resorption as well as parafunctional occlusal forces over a longer period. We additionally demonstrated the inflammatory effect of periodontal-pathogen bacteria in active pockets of patients with periodontitis and the correlation with alveolar bone resorption. The results support the opinion that patients with active periodontal problems shouldn’t get an orthodontic therapy. Our study suggests that especially these patients are befallen of an irreversible destruction of the parodontium.

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