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Mechanotransduktion im Alter und bei Osteoporose

Zeitschrift: Osteologie
ISSN: 1019-1291
Thema:

Mechanobiologie des Knochens

Ausgabe: Hefte von 2010 (Vol. 19): Heft 3 2010 (202-300)
Seiten: 232-239

Mechanotransduktion im Alter und bei Osteoporose

L. Seefried (1), R. Ebert (1), S. Müller-Deubert (1), B. Klotz (2), M. Kober (1), A. Liedert (2), A. Ignatius (2), F. Jakob (1)

(1) Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Universität Würzburg; (2) Institut für Experimentelle Unfallchirurgie, Universität Ulm

Stichworte

Osteoporose, Mechanotransduktion, primäres Zilium, Mechanosensitivität, Alterung

Zusammenfassung

Knochen wird permanent an die alltäglichen mechanischen Kräfte adaptiert, um für die natürlichen Gegebenheiten eine optimale Frakturresistenz zu gewährleisten. Osteoporose ist eine Erkrankung, bei der unter Alltagsbedingungen Fragilitätsfrakturen entstehen. Ursache dafür sind strukturelle und qualitative Defizite und eine Verminderung der Knochenmasse. Es handelt sich somit um eine Dysadaptation des Organs, verursacht entweder durch ungenügenden Krafteintrag oder durch eine Störung der Mechanosensitivität der Osteoblasten und Osteozyten. Kraft durch Dehnung, Kompression oder Flüssigkeits-Scher-Stress wird über Adhäsionsmoleküle, Rezeptoren, Kanäle und über das Zytoskelett auf die Zelle übertragen. Die Umwandlung in biologische Signale geschieht durch Signaltransduktionskaskaden bis hin zur Genregulation im Zellkern. Neben den membranständigen molekularen Strukturen werden auch subzelluläre Organell-Strukturen wie z.B. das primäre Zilium als Übermittler mechanischer Signale diskutiert. Bei Osteoporose sind häufig Signalwege gestört, die mit der Mechanotransduktion zusammenhängen, was man an den Hauptrisikofaktoren der Osteoporose ablesen kann. Östrogene wirken als Mechanosensitizer, so dass nach der Menopause die Gefahr der Dysadaptation steigt. Zelluläre Alterung ist mit Störungen der Mechanotransduktion verknüpft, wie am Beispiel von Laminopathien gezeigt werden konnte, präklinischen und klinischen Modellerkrankungen für vorzeitiges Altern. Die als Haupt-Risikogene für den genetischen Hintergrund der Osteoporose identifizierten Kandidaten sind fast sämtlich molekular in die Regulation der Mechanotransduktion eingebunden. Es gibt präklinische und klinische Evidenz dafür, dass z.B. die anabole Therapie mit Parathormon/Teriparatid nur unter Einwirkung mechanischer Kräfte wirklich wirksam ist. Ein überwältigender Hinweis für das Vorliegen fundamentaler Störungen der Regulation der Mechanosensitivität bei der Osteoporose ist die Tatsache, dass meistens der Gewinn von Knochenmasse durch die verfügbaren therapeutischen Prinzipien nicht wirklich nachhaltig ist. Antiresorptive und anabole Prinzipien der Therapie der Knochenmasse sind bereits auf dem Markt, weitere sind in der Entwicklung. Ein Medikament, das die Mechanosensitivität des Knochens beeinflusst, wäre das ideale Werkzeug, um per se anabol zu wirken und/oder den Therapieerfolg mit anderen Medikamenten zu erhalten. Die Forschung hierüber ist daher von hoher klinischer Relevanz.

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