Einfluss der Mineralisation auf die Knochenqualität
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Stipendiat konnte durch den Forschungsaufenthalt neue Erkenntnisse zur Wechselbeziehung zwischen dem Risiko von Frakturen und der Knochen- und Kollagenkonstitution gewinnen. Es konnte gezeigt werden, dass die Knochenfestigkeit sowohl durch die Morphologie/Struktur, als auch durch den Mineralisationsgrad und die Kollagenbeschaffenheit bestimmt wird. Hierbei verleiht insbesondere der hierarchische Knochenaufbau, der durch Strukturen, die von der Nanometerebene, wie z.B. Kollagenfasern, Kollagenquervernetzungen und Mineralpartikel (<500 nm) über die Mikrostrukturebene von Lamellen und Osteozytenlakunen (3 bis 20 µm) bis hin zu Osteonen, Havers’schen Gefäßen und einzelnen Trabekeln (100 bis 300 µm) reichen, dem Knochen seine charakeristische Frakturresistenz. Die Ergebnisse der einzelnen Teilprojekte haben dazu beigetragen, Wirkmechanismen zu charakterisieren, die die Knochenstabilität auch unabhängig von der Knochenmasse im Knochenqualitäts-System beeinflussen. Erhöhte Frakturrisiken im Alter oder im Falle von Skeletterkrankungen sind nicht allein auf Verluste der Knochensubstanz zurückzuführen. Ganz wesentlich beeinflussen auch Veränderungen der ossären Komposition die Frakturresistenz, wie der Stipendiat in zwei Arbeiten zeigen konnte. Auch auf der Zellebene haben Analysen zu altersassoziierten Veränderungen und Charakteristiken des osteozytären Netzwerks zeigen können, dass bei Skelettalterung Risiken für die mechanische Stabilität des Knochengewebes entstehen. Erkenntnisse zu Knochenzähigkeits- und Defektmechanismen konnten durch Analysen gewonnen werden, die simultan Frakturprofile und die zu Grunde liegende Interaktion mit Knochenmatrixkomponenten demonstrieren. In diesem Zusammenhang führte die Kombinationen aus Veränderungen von Architektur– und Kollagencharakteristiken zu signifikant niedrigeren Zähigkeitswerten bei Skelettalterung und Vitamin D Insuffizienz.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Decrease in the osteocyte lacunar density accompanied by hypermineralized lacunar occlusion reveal failure and delay of remodeling in aged human bone. Aging Cell. 2010 Dec;9(6):1065-75
Busse B, Djonic D, Milovanovic P, Hahn M, Püschel K, Ritchie RO, Djuric M, Amling M
- Effects of strontium ranelate administration on bisphosphonate-altered hydroxyapatite: Matrix incorporation of strontium is accompanied by changes in mineralization and microstructure. Acta Biomater. 2010 Dec;6(12):4513-21
Busse B, Jobke B, Hahn M, Priemel M, Niecke M, Seitz S, Zustin J, Semler J, Amling M
- Age-related changes in the plasticity and toughness of human cortical bone at multiple length scales. Proc Natl Acad Sci USA. 2011 Aug 30;108(35):14416-21
Zimmermann EA, Schaible E, Bale H, Barth HD, Tang SY, Reichert P, Busse B, Alliston T, Ager JW 3rd, Ritchie RO
- Trabecular reorganization in consecutive iliac crest biopsies when switching from bisphosphonate to strontium ranelate treatment. PLoS One. 2011;6(8):e23638
Jobke B, Burghardt AJ, Muche B, Hahn M, Semler J, Amling M, Majumdar S, Busse B
