Titelaufnahme

Titel
Etablierung einer semiautomatisierten Methode zur Osteozytenquantifizierung in histologischen Gewebsschnitten
Weitere Titel
Establishment of a semiautomated method for osteocyte-quantification in histological tissue sections.
AutorInnenKnollmüller, Petra
GutachterMacho, Michaela
Erschienen2013
Datum der AbgabeJuni 2013
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Knochen / Osteozyten / Osteoporose / Cathepsin S / TissueFAXS® / Quantifizierung
Schlagwörter (EN)bone / osteocytes / osteoporosis / cathepsin S / TissueFAXS® / quantification
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

In den letzten Jahrzehnten gab es einen deutlichen Anstieg an Informationen über die Biologie und Funktion der Osteozyten. Neben Osteoblasten und Osteoklasten bildet der Osteozyt die dritte Hauptkomponente der Knochenzellen. Er ist in der Knochenmatrix eingebettet und bildet ein gewaltiges Netzwerk aus Zytoplasmaausläufern und Gap junctions. Dieses dendritenartige Netzwerk ist essentiell für die interzelluläre Kommunikation und Ernährung des Knochens, es verbindet Osteozyten untereinander, mit Blutgefäßen und der Knochenoberfläche. Osteozyten haben einen signifikanten Einfluss auf das Knochen-Remodelling und die Verfügbarkeit von Calcium. Im Alter kann die Osteozytenapoptose durch Faktoren wie zum Beispiel Östrogenmangel oder den Einfluss von Glukokortikoiden ansteigen, was wiederum zu einer erhöhten Fragilität des Knochens führen kann. Diese Vorgänge implizieren pathologische Prozesse, im Speziellen die Osteoporose. Die Osteoporose, eine weit verbreitete Krankheit, ist durch eine verminderte Knochendichte und Veränderung der Knochenstruktur charakterisiert, was zu einem erhöhten Frakturrisiko führt. Heutzutage leidet weltweit eine von drei Frauen und einer von 12 Männern über 50 Jahren an Osteoporose; diese Fakten legen die Bedeutung geeigneter Diagnose- und Untersuchungssysteme dar. Der Zusammenhang zwischen Osteoporose und Osteozyten ist mittlerweile im Wesentlichen erforscht, Methoden der Osteozytenquantifizierung (manuell und automatisch) nehmen an Relevanz zu.

Cathepsin S ist eine Protease und besitzt Einfluss auf die Adipozytengenese. Diese Cysteinprotease ist möglicherweise auch an der Genese von Osteoblasten, einer Vorläuferzelle der Osteozyten, beteiligt. Um potentielle Verbindungen zwischen der Abwesenheit von Cathepsin S und einer Verminderung der Osteozyten zu detektieren, wurden zwei Typen an Mäusen verwendet: 12 Monate alte Wiltyp- und Cathepsin S-Knockout-Mäuse. Nach der Präparation dreier Lokalisationen (Femur, Tibia und Wirbelsäule) wurden die histologischen Schnitte HE-gefärbt und die Osteozytenzellzahl einerseits konventionell lichtmikroskopisch und andererseits semiautomatisiert, unter Gebrauch des TissueFAXS®-Systems, ausgezählt. Es wurde versucht, eine vollautomatisierte Methode zu etablieren. Auf Grund von Software Problemen und daraus resultierenden falschen Zellzahlen wurde jedoch eine semiautomatisierte Methode etabliert. Sie weist eine gute Reproduzierbarkeit und weiters noch eine Erleichterung der Dokumentation und Archivierung auf.

Die Ergebnisse zeigen signifikante Unterschiede der Osteozytenzahl/mm² zwischen Knockout-Femur und –Tibia. Es scheint, dass die Osteozytenzahl in Wildtypmäusen relativ konstant ist, wogegen die Zellzahl/mm² in Knockout-Mäusen im Femur reduziert wirkt. Weiters wurden einige Trends gefunden, die Anlass für weiterführende Forschungszwecke geben.

Zusammenfassung (Englisch)

The last decades provided a great amount of new data concerning biology and functions of osteocytes. Besides osteoblasts and osteoclasts, the osteocyte is the third main group of cells in bone. It is located within the mineralized bone-matrix and builds up a huge network of cytoplasmatic extensions and gap junctions. This dendrite-like network is essential for intercellular communication and nutrition, it connects osteocytes to each other, vessels and the bone surface. Osteocytes have a significant role in bone-remodelling and calcium availability. In old age, osteocyte apoptosis increases due to e.g. a lack of estrogen or the influence of glucocorticoids. This may lead to an increased fragility of bone. This process is implicated in pathological conditions, especially in osteoporosis. Osteoporosis, a very frequent disease, is characterized by reduced bone mineral density and an alteration of bone-structure, which results in increased fracture risk. Today one in three women and one in twelve men over the age of 50 years worldwide suffer from osteoporosis; this fact underlines the importance of appropriate diagnostic and research systems. Relationships between osteocytes and the development of osteoporosis have been documented in the literature, therefore methods of osteocyte-quantification (manually and automated) gain in importance.

Cathepsin S is a protease with influence on adipocytogenesis. This cysteine protease may participate in the generation of osteoblasts, the precursor-cells of osteocytes. To detect potential relations between the absence of cathepsin S and osteocytes, we used two types of mice: 12 months old wild type- and cathepsin S-knockout-mice. After preparation of bones from three locations (femur, tibia and vertebrae) the histological slides were hematoxylin and eosin stained. Osteocytes were counted by conventional light microscopy and a semiautomated method with use of the TissueFAXS®-system. We tried to establish a fully-automated method, nevertheless due to software-problems we established a semiautomated method. This method was well reproducible and facilitated documentation and archiving.

Our results showed a significant difference of osteocytes/mm² in femora and tibiae from the knockout-mice. Osteocyte counts in wild type-mice were relatively constant, in contrast, the osteocyte counts in knockout-mice tended to be reduced in the femora. Moreover, we found some trends that leave space for further research.

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