Transcript Samenvatting - VU

S A M E N VAT T I N G
Samenvatting
Biomaterialen worden veel gebruikt voor het behandelen of het eventueel vervangen
van een weefsel of orgaan van het menselijk lichaam. De implantatie van een
biomateriaal in het menselijk lichaam kan als neveneffect hebben dat macrofagen
fuseren en zich ontwikkelen tot reuscellen. Deze reuscellen kenmerken zich door hun
meerkernigheid en hun voorkeur om zich rond en in het implantaat te vormen wat een
negatief effect kan hebben op het succes van de behandeling. Waarom deze reuscellen
zich ontwikkelen rond een implantaat is grotendeels onbekend en nog belangrijker, of deze
reuscellen een effect hebben op het implantaat blijft een raadsel.
Reuscellen ontstaan door de fusie van monocyten/macrofagen en zijn exclusief gelieerd
aan de aanwezigheid van een vreemd lichaam, zoals een implantaat. Dit in tegenstelling
tot osteoclasten, de meerkernige verwanten van de reuscel, deze cellen vormen zich op
bot waar ze zich gespecialiseerd hebben in het afbreken van bot, zowel het mineraal als
de eiwitbestanddelen van het bot worden door deze cel afgebroken. Evenals de reuscel,
ontstaat de osteoclast door fusie van monocyten/macrofagen. Er is aangetoond dat de
osteoclast kenmerken heeft van de reuscel.
Het doel van de studies beschreven in dit proefschrift was het onderzoeken (1) of de
meerkernige reuscel vergelijkbare functionele kenmerken heeft als de osteoclast, (2)
welke morfologische karakteristieken kenmerkend zijn voor de reuscel, (3) hoe de
oppervlaktestructuur van een implantaat de differentiatie en functie van osteoclasten en
reuscellen kan beïnvloeden, en (4) of verschillende monocyt populaties reuscellen kunnen
vormen.
In het eerste experimentele hoofdstuk (Hoofdstuk 2) werden reuscellen en osteoclasten
gegenereerd, gebruik makend van verschillende cytokinen uit hun gemeenschappelijke
voorlopercel, de CD14+ monocyt verkregen uit bloed. Beide celtypen werden geweekt
op runderbot en op een hydroxyapatiet coating. Er werd aangetoond dat reuscellen
podosomen, actineringen en hechtingszones vormden, structuren die kenmerkend
worden geacht voor de osteoclast. Daarnaast werd aangetoond dat de reuscellen
eenzelfde hoeveelheid mRNA tot expressie brachten van genen die geassocieerd zijn
met het oplossen van mineraal zoals, anion exchanger 2 (AE2), carbonic anhydrase 2
(CAII), chloride channel 7 (CIC7), en vacuolar-type H+-ATPase (v-ATPase). In lijn met deze
resultaten lieten de reuscellen zien in staat te zijn om de hydroxyapatiet coating op te
lossen; iets wat vooralsnog specifiek voorbehouden werd aan osteoclasten. Het oplossen
van de coating door de reuscel was wel minder efficiënt vergeleken met de osteoclast.
135
C H A P T E R 7 De reuscel was niet in staat om het organische deel van bot, collageen en niet-collagene
eiwitten, af te breken. Dit is waarschijnlijk gerelateerd aan het ontbreken van een
borstelzoom (ruffled border) en het matrixafbrekende enzym, cathepsine K.
In hoofdstuk 3 werd onderzocht of twee verschillende biomaterialen resulteren in het
vormen van verschillende reuscellen. Collageen monsters, met crosslinks en zonder
crosslinks, werden subcutaan geïmplanteerd in muizen en na 21 dagen geanalyseerd. Er
werden meer reuscellen gevormd op en tussen het collageen met crosslinks vergeleken
met het collageen zonder crosslinks. Opvallend was de aanwezigheid van lange, dunne
uitstulpingen langs de basolaterale zijde van de membraan van de reuscellen. Deze
uitstulpingen vermengden zich met de membraanuitstulpingen van andere reuscellen.
Er werden structuren waargenomen die verrassend leken op een hechtingszone langs
de apicale zijde van de membraan van de reuscel; een borstelzoom werd niet waargenomen. Tekenen van afbraak en opname van collageen door de reuscel werd bij beide
collageenmonsters gezien. Concluderend was er behalve een verschil in reuscel vorming
tussen de twee implantaten geen verschil aangetoond in morfologische eigenschappen
tussen de twee FBGCs.
In hoofdstuk 4 werd de oppervlaktestructuur van beta-tricalcium fosfaat (TCP) veranderd
om te trachten de cellulaire opname te beïnvloeden. CD14+ monocyt voorlopercellen
werden gedifferentieerd tot osteoclasten en reuscellen en vervolgens op twee
verschillende microstructuren bestaande uit TCP gekweekt. Beide waren chemisch
gelijkwaardig maar met een verschillende oppervlakte microstructuur, een kleine
microstructuur (TCPs) en een grotere microstructuur (TCPb). Grote osteoclasten vormden
zich op TCPs en deze cellen hadden meerdere actineringen. Osteoclasten op TCPb
waren kleiner en actineringen waren afwezig. Er vond veel afbraak plaats op TCPs, in
tegenstelling tot TCPb waar geen afbraak werd gezien. Reuscellen vormden op beide
oppervlakten, maar waren niet in staat om het calciumfosfaat af te breken. Samenvattend
kunnen we concluderen dat door het veranderen van de oppervlaktestructuur het
mogelijk is om osteoclastresorptie van calciumfosfaat te beïnvloeden.
In het laatste experimentele hoofdstuk (Hoofdstuk 5) onderzochten we hoe monocyten
met een verschillende expressie van CD14 en CD16 tot reuscellen en osteoclasten
kunnen differentiëren. We vonden dat reuscellen gevormd uit CD16+ monocyten groter
waren en meer kernen per cel bevatten vergeleken met reuscellen gevormd uit CD14+
monocyten. Bij osteoclasten leek dit verschil juist het omgekeerde; osteoclasten gevormd
uit CD14+ monocyten bevatten meer kernen per cel dan osteoclasten gevormd uit CD16+
monocyten.
136
S A M E N VAT T I N G
Samenvattend, door het vergelijken van de meerkernige reuscel met de osteoclast
hebben we de functionaliteit en morfologie van de meerkernige reuscel in meer detail kunnen
karakteriseren. Wij concluderen dat de meerkernige reuscel veel overeenkomsten
vertoont met de osteoclast: ze bevatten eveneens podosomen, actineringen, en ze
brengen genen gerelateerd aan afbraak van anorganisch materiaal tot expressie. Het
meest belangrijk verschil tussen de reuscel en de osteoclast was het onvermogen
van de reuscel om een borstelzoom te vormen en boteiwitten af te breken. Het voor
botmatrixafbraak belangrijk geachte cathepsine K ontbreekt in deze cellen. Verder
concluderen wij dat de functionaliteit van osteoclasten en de vorming van FBGC
beïnvloed kan worden door de oppervlaktestructuur te veranderen. Door het beïnvloeden
van de oppervlaktestructuur van een biomateriaal bestaat de mogelijkheid om biomaterialen te ontwerpen die beter toegerust zijn op hun taak. De veronderstelling dat grotere
reuscellen ontstaan uit de CD16+ monocyt populatie biedt de mogelijkheid de ontwikkeling
van reuscellen te beïnvloeden en wellicht kan daarmee de reactie van het lichaam op een
implantaat gemoduleerd worden.
Concluderend, de in dit proefschrift beschreven studies hebben onze kennis verdiept over
de kenmerken van de reuscel en zijn interactie met bot of bindweefsel dat rondom het
implantaat gevormd wordt.
137