Bildungsmechanismen von Calciumphosphat-Plaques und anhaftenden Calciumoxalat-Nierensteinen

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Joachim Kleebe
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Reproduktionsmedizin, Urologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415094771

Calciumoxalat (CaOx)-Nierensteine sind ein verbreitetes Gesundheitsproblem, dessen Ursachen und Entstehungsmechanismen nicht vollständig geklärt sind, z. T. jedoch mit metabolischen Störungen zusammenhängen. Nach zunächst erfolgreicher Behandlung besteht ein hohes Risiko des Wiederauftretens von CaOx-Steinen. Eine Voraussetzung für das Auftreten der meisten CaOx-Steine scheint die vorherige Bildung von Calciumphosphat (CaP)-Einlagerungen im extrazellulären Nierengewebe zu sein. Diese Randall-Plaque (RP) genannten Calcifizierungen bilden sich vermutlich aufgrund von Ionen, die bei der Urinproduktion aus dem tubulären System der Niere rückresorbiert werden und ins umliegende Gewebe diffundieren. Ein lokaler Anstieg des pH und der Konzentrationen von Calcium- und Phosphationen führen zu steigender CaP-Übersättigung der Gewebeflüssigkeit. Im porösen Gewebe bilden sich verschiedene CaP-Minerale, die das Epithel zum Nierenbecken hin durchbrechen können und so in Kontakt mit Urin geraten. Erst danach bilden sich CaOx-Nierensteine aus dem Urin durch Aufwachsen der Kristalle auf diesen RP-Oberflächen. Körpereigene Proteine wie Osteopontin (OPN) scheinen die Ausfällung von CaP und CaOx in Gewebeflüssigkeit und Urin zu hemmen.Die Bildungsbedingungen der RP sind jedoch nicht näher bekannt und die Rolle der RP bei der Bildung von CaOx-Steinen nicht abschließend geklärt. Deshalb werden CaOx-Steine und insbesondere daran anhaftende RP auf ihre Mikrostruktur und lokale chemisch-mineralogische Zusammensetzung untersucht, um Rückschlüsse auf Bildungsmechanismen zu ziehen. Charakteristische Signaturen sollen mit bestimmten metabolischen Störungen korreliert werden. In komplementären Modellexperimenten, basierend auf Ionendiffusion in Kollagen-, Gelatine- und Agarose-Hydrogelen, wird die Bildung von CaP-Plaques nachvollzogen. Zusätzlich wird der Effekt von OPN auf die CaP-Ausfällung in diesen Systemen untersucht. Die Plaque-Bildung wird mit konfokaler Raman-Spektroskopie in situ beobachtet. Darüber hinaus werden Proben mittels Raster-Elektronenmikroskopie, energiedispersiver Röntgenspektroskopie, Röntenbeugung, Rasterkraftmikroskopie, Atom-Absorptionsspektroskopie und Ionenchromatographie charakterisiert. Strukturelle Annäherung von experimentellen CaP-Plaques an pathologische RP soll durch iteratives Anpassen der Ausfällungsbedingungen erreicht werden, um Hinweise auf die Bildungsbedingungen von RP zu erhalten. Schließlich wird experimentell der Hypothese nachgegangen, dass Calciumionen durch RP hindurch diffundieren und an der RP/Urin-Grenzfläche zu CaOx-Ausfällungen führen können, die wiederum Keime für das Wachstum von Nierensteinen darstellen. Ein solcher Initialmechanismus wäre von signifikanter Bedeutung für die Bildung von Nierensteinen und deren Wiederauftreten. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse dieses Projekts das Verständnis der Bildung von RP und CaOx-Nierensteinen verbessern und die Entwicklung von präventiven Behandlungsmethoden unterstützen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Thorsten Geisler-Wierwille; Professor Dr. Thomas Knoll; Privatdozent Dr. Gunnar Wendt-Nordahl