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DOI: 10.1055/s-0037-1619945
Mechanical influences on endothelial cell network formation in vitro
Mechanische Einflüsse auf die Netzwerkbildung von Endothelzellen in vitroThis study was supported by the AO Foundation (Davos, Switzerland - Collaborative AO Research Center Berlin and project S-08–87K) and the BMBF-funded Berlin-Brandenburg Center for Regenerative Therapies (Berlin, Germany). None of the authors have any conflicts of interest relating to this work. The authors wish to thank Liliya Schumann and Marzena Princ for their support in cell culture and Sven Geißler and Doreen Janke for editorial assistance.Publication History
received:
23 July 2010
accepted:
27 July 2010
Publication Date:
30 December 2017 (online)
Summary
While both the restoration of the blood supply and an appropriate local mechanical environment are critical for uneventful bone healing, their influence on each other remains unclear. Human bone fracture haematomas (< 72 h post-trauma) were cultivated for 3 days in fibrin matrices, with or without cyclic compression. Conditioned medium from these cultures enhanced the formation of vessel-like networks by HMEC-1 cells, and mechanical loading further elevated it, without affecting the cells’ metabolic activity. While haematomas released the angiogenesis-regulators, VEGF and TGF-β1, their concentrations were not affected by mechanical loading. However, direct cyclic stretching of the HMEC-1 cells decreased network formation. The appearance of the networks and a trend towards elevated VEGF under strain suggested physical disruption rather than biochemical modulation as the responsible mechanism. Thus, early fracture haematomas and their mechanical loading increase the paracrine stimulation of endothelial organisation in vitro, but direct periodic strains may disrupt or impair vessel assembly in otherwise favourable conditions.
Zusammenfassung
Eine komplikationslose Knochenheilung ist sowohl von der Wiederherstellung der Blutversorgung als auch einer geeigneten mechanischen Umgebung abhängig. Die gegenseitige Wechselwirkung beider Parameter ist bisher weitgehend unbekannt. Humane Frakturhämatome (< 72 h nach dem Trauma) wurden für drei Tage in einer Fibrin-Matrix mit/ohne zyklische/r Kompression kultiviert. Das konditionierte Medium dieser Kulturen stimulierte parakrin die Bildung gefäßähnlicher Netzwerke durch HMEC-1-Zellen. Dieser Effekt konnte durch mechanische Stimulation verstärkt werden, ohne die metabolische Aktivität der Zellen zu beeinträchtigen. Die Hämatome sezernierten angiogeneseregulierende Wachstumsfaktoren, VEGF und TGF-β1, deren Konzentration jedoch nicht mechanisch reguliert wurde. Direkte zyklische Dehnung von HMEC-1-Zellen reduzierte jedoch die Netzwerkbildung. Die Morphologie der Netzwerke und die Tendenz zu erhöhter VEGF-Sekretion nach mechanischer Belastung sprechen eher für eine physische als eine biochemische Modulation als möglichen Grund für die reduzierte Netzwerkbildung.
* Both authors contributed equally to this work