Biphasische Antwort von Vitamin C in Zigarettenrauch-induziertem Zelltod von SCP-1-Zellen

Abstract

Rauchen ist bekannt dafür, zu einem verzögerten Heilungsprozess von Frakturen als auch zu vermehrt auftretenden, postoperativen Komplikationen zu führen. Als einer der Hauptverursacher der zellulären Schädigung gelten im Zigarettenrauch enthaltene reaktive Sauerstoffspezies (ROS) sowie durch dessen Inhaltstoffe in-duzierte ROS. Durch ein Ungleichgewicht in der Freisetzung von ROS einerseits und einer Abnahme schützender Antioxidantien andererseits wird der menschli-che Organismus mit oxidativem Stress belastet. Diese Dissertation beschäftigt sich damit, welche Einflüsse der von Zigarettenrauchextrakt (CSE) hervorgerufe-ne oxidative Stress auf mesenchymale Stammzellen (SCP-1) im Prozess der os-teogenen Differenzierung ausübt. Außerdem thematisiert sie, inwiefern Vitamin C ein geeignetes Therapeutikum in der Bekämpfung der von CSE hervorgerufenen ROS darstellt. SCP-1-Zellen wurden mit verschiedenen Konzentrationen CSE (0 %, 0,1 %, 1 %, 5 % und 10 %) über einen Zeitraum von 21 Tagen inkubiert. Mit Hilfe funktioneller Zellparameter wie dem Resazurinumsatz, der AP-Aktivität, der Matrixmineralisierung, der Zellmigration und der ROS-Produktion konnte unter CSE eine konzentrationsabhängige Beeinträchtigung festgestellt werden. Basie-rend auf den Vorstufen von Ehnert et al. wurden SCP-1-Zellen anschließend un-ter Co-Inkubation mit CSE und L-Ascorbat über 21 Tage inkubiert und es konnte demonstriert werden, dass Vitamin C die Funktionalität CSE-geschädigter SCP-1-Zellen verbessern kann [113]. Unsere Untersuchungen der Genexpression konn-ten einen frühen Anstieg von GPX3 als mögliche Akutreaktion auf CSE identifizie-ren, während die Erhöhung der antioxidativen Enzyme SOD2 und Katalase nach 14-tägiger Behandlung mit CSE als adaptiver Prozess gewertet werden kann. Nach 14 Tagen konnte Vitamin C nur geringe Veränderungen in der Genexpres-sion hervorrufen, was darauf hindeutet, dass dieses seinen positiven Einfluss vorwiegend durch die Eliminierung reaktiver Sauerstoffspezies zur Geltung bringt. Ebenfalls erfolgte die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NRF2 nur in einem engen, konzentrationsabhängigen Bereich von CSE. Während ein Absinken von NOX4 unter CSE in Verbindung mit einer verzögerten Zelldifferenzierung steht, konnte ERK1/2 unter dem Einfluss von L-Ascorbat die Zelldifferenzierung von SCP-1-Zellen beschleunigen, während p38MAPK keine signifikanten Verände-rungen aufwies. Das komplexe Zusammenspiel der antioxidativen Enzyme, ein-schließlich ihrer Dysbalance in der Auf- und Abregulation, sowie weitere kontro-verse Ergebnisse deuten darauf hin, dass darüber hinaus zusätzliche Forschung notwendig sein wird, um die zugrundeliegenden Mechanismen von CSE während der Frakturheilung zu verstehen und um entsprechende Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Eine ausgewogene Ernährung mit Vitamin C als auch dessen Supp-lementation scheint dabei eine entsprechend einfache und effektive Maßnahme in der Reduktion von ROS bei Rauchern darzustellen.