Wirkung von Diclofenac auf humane Osteoblasten und stromale Knochenmarkzellen in vitro in bezug auf die Endoprothetik

Zusammenfassung

Einleitung: Nichtsteroidale Antiphlogistika (NSAR, z.B. Diclofenac) können das knöcherne Einwachsen nicht zementierter Prothesen zumindest vorübergehend beeinträchtigen. Es wird untersucht, ob ein direkter Einfluß von Diclofenac, in üblicher klinischer Dosierung (3×50 mg), bzw. der dadurch maximal erreichbaren Plasmakonzentration auf Knochenzellen und ihre Progenitoren besteht. Methoden: In-vitro kultivierte humane Osteoblasten und stromale Knochenmarkzellen wurden mit steigenden Medikamentendosierungen inkubiert und deren Wirkung auf das Proliferationsverhalten sowie Funktionsstoffwechsel gemessen. Die, durch Einnahme eines Dragees Voltaren 50^®(Diclofenac) im Mittel nach 2 Stunden meßbare maximale Plasmakonzentration beträgt 1,6 μg/ml (26). Dies entspricht Diclofenackonzentrationen von etwa 1 μg/ml in unseren Experimenten. Die ermittelten Werte werden auf die Kontrollgruppe (0 μg/ml Diclofenac) bezogen. Ergebnisse: Die Wirkung von Diclofenac auf Osteoblasten ist bei allen Versuchen ausgeprägter als auf Vorläuferzellen. Die Proliferation stromaler Knochenmarkzellen wird bei Diclofenackonzentrationen von 1μg/ml auf 82%, bei Osteoblasten auf 97,5% reduziert. Die DNA-Synthese stromaler Knochenmarkzellen erhöht sich bei 1 μg/ml Diclofenac auf 118%, bei Osteoblasten auf 144%. Die Kollagensynthese der Osteoblasten wird auf 92% gesenkt. Die Osteocalcinsynthese der Osteoblasten steigt auf 119%. Die Aktivität der Alkalischen Phosphatase sinkt bei stromalen Knochenmarkzellen auf 88%, bei Osteoblasten steigt sie auf 111%. Schlußfolgerungen: Die zumindest während der Medikamentengabe verminderte Implantat-Knochen-Haftung könnte in einer Störung des anabolen Knochenstoffwechsels begründet sein, was sich in einer signifikanten Zunahme der spezifischen Osteocalcinexpression zeigt. Osteocalcin inhibiert als Negativ-Regulator der Osteogenese vermutlich die kollagene Matrixablage.

Summary

Introduction: Results of animal experiments have demonstrated that the osseous integration of non-cemented prostheses can, at the very least temporarily, be impaired by the application of non-steroidal antiphlogistic agents (such as diclofenac). It is the objective of this study to examine whether there is a direct influence of diclofenac used in usual clinical dosages (3 times 50 mg daily) on bone cells and their progenitor cells which would explain the observed slow integration of the prostheses. Methods: To investigate this, cultivated human in vitro osteoblasts and stromal bone marrow cells were incubated with increasing doses of the medications. Our study focused on the effect of diclofenac application on proliferation and functional metabolism in both cell lines. The measurable maximal plasma concentration 2h after the application of one tablet Voltaren 50^® reached 1.6μg/ml. This correlated with diclofenac concentrations between 1 and 10 ml found in our experiments. The detected values were correlated to the control group (0 μg/ml diclofenac). Results: The drug effect upon osteoblasts was higher than on progenitor cells. The proliferation of in vitro stromal bone marrow cells, compared to untreated cells, was found to be decreased. We observed a decrease to 82% at a diclofenac concentration of 1 μg/ml, Osteoblasts exhibited a decrease to 97,5% at the same concentration. The DNA synthesis increased to 118% in stromal bone marrow cells, in osteoblasts to 144%. In contrast, we detected a neglectible decrease to 92% in the collagen synthesis of osteoblasts compared to untreated cells. The synthesis of osteocalcin by osteoblasts increased to 119%. The alkaline phosphatase activity was found to be decreased to 88% in stromal bone marrow cells and increased in osteoblasts to 111%. Conclusion: Temporary inhibiting effects on osseous integration in non-cemented prosthesis by diclofenac could be caused by a disturbance in the anabolic bone metabolism, exhibited by an increase of osteoblastic osteocalcin expression. Osteocalcin as a known negative regulator of the osteoneogenesis is most likely inhibiting the collagen matrix deposition.