Änderung der elektrischen Kopplung zwischen Osteoblast-ähnlichen Zellen durch Antiepileptika

Summary

Anticonvulsants like carbamazepine, Phenytoin and phenobarbital may lead to osteomalacia by unknown mechanisms. In principle, interruption of the intercellular communication between bone cells mediated by gap junctions can contribute to these disturbances. In order to study the influence of anticonvulsant drugs on the electric coupling, calvarial fragments of newborn rats and of guinea pigs were explanted onto collagen-coated coverslips and maintained in primary culture for 2-6 weeks. As in vivo cells growing out of the explant (Fig. 1) revealed a strong electric coupling measured by parallel intracellular recordings from neighbouring cells (Fig. 2). The anticonvulsant drugs carbamazepine (0.1 mmol/l; Fig. 3) and phenytoin (0.1 mmol/l; Fig. 4) caused a rapid and reversible reduction of the electric coupling factor to about % of the original value. Phenobarbital (0.1 or 1 mmol/l, respectively; Fig. 5) reduced the electric coupling in some cell pairs to about % but improved the coupling strength in other cell pairs. Inhibition of intercellular communication between osteoblast-like cells as found in vitro by carbamazepine, phenytoin or phenobarbital may contribute to the above mentioned osseous disease in vivo.

Zusammenfassung

Antiepileptika, wie Carbamazepin, Phenytoin und Phenobarbital, können Osteomalazie hervorrufen, deren Ursache weitgehend unklar ist. Prinzipiell können auch Störungen der interzellulären Kommunikation zwischen Knochenzellen, die durch spezifische Kanalproteine (gap junctions) vermittelt wird, zu dieser Knochenerkrankung beitragen. Um den Einfluß von antiepileptisch wirkenden Substanzen auf diese elektrische Kopplung zu untersuchen, wurden Schädelknochenexplantate von neugeborenen Ratten zwei bis sechs Wochen in Gewebekultur gehalten. Die in Primärkultur auswachsenden Zellen wiesen, ebenso wie in vivo, eine starke elektrische Kopplung auf, die durch gleichzeitige intrazelluläre Ableitungen von benachbarten Zellen nachgewiesen wurde. Die antiepileptisch wirkenden Substanzen Carbamazepin (0,1 mmol/l) und Phenytoin (0,1 mmol/l) bewirkten eine schnelle und reversible Verminderung des elektrischen Kopplungsfaktors auf etwa zwei Drittel des ursprünglichen Wertes. Phenobarbital (0,1 bzw. 1 mmol/l) konnte die elektrische Kopplung in einem Zellpaar sowohl verringern (auf etwa zwei Drittel) als auch verbessern. Die Verminderung der interzellulären Kommunikation zwischen Knochenzellen, wie sie in vitro durch Carbamazepin, Phenytoin oder Phenobarbital gefunden wurde, könnte eine Ursache für ossäre Erkrankungen in vivo sein.

Key words

Osteoblast-like cells - Electric coupling - Carbamazepine - Phenytoin - Phenobarbital