Die Rolle der Osteozyten in der Knochenregeneration – Untersuchungen im murinen Schädeldefekt-Modell

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Katharina Jähn-Rickert, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505869592

Die Knochenregeneration ist ein von der Natur perfekt adaptierter Prozess der narbenfreien Frakturheilung. Wenn der Mechanismus allerdings durch eine kritische Defektgröße oder das Vorhandensein von Grunderkrankungen gestört ist, sind klinische und wissenschaftliche Lösungsansätze gefragt. Der Heilungsprozess kann dabei durch neuartige Biomaterialen in Form von Scaffolds unterstützt werden, jedoch ist es auch bei einer solchen Behandlung von oberster Priorität das detaillierte Zusammenspiel der an der Heilung beteiligten Zellpopulationen zu verstehen. Die biochemische Kommunikation zwischen osteogenen Vorläuferzellen, Endothelzellen und Zellen des Immunsystems ist bereits Forschungsgegenstand. Unsere Hypothese ist es, dass Osteozyten, welche in der Knochenmatrix eingebettet liegen, eine regenerative Bedeutung haben und zur Heilung beitragen. Osteozyten repräsentieren die Mehrheit aller Knochenzellen und formen durch ihre Zellfortsätze ein mechanosensitives, zelluläres Netzwerk im Inneren der mineralisierten Knochenmatrix. Diese Lokalisation, erschwerte historisch die funktionelle Untersuchung von Osteozyten. Mittlerweile sind sie als sezernierende Zellen mit endokriner Aktivität anerkannt. Mit ihrem Potential in hohem Maße second messenger Moleküle zu exprimieren, regulieren Osteozyten lokal den Knochenumbau indem sie sowohl knochenaufbauende Osteoblasten als auch resorbierende Osteoklasten beeinflussen können. Der Zelltod von Osteozyten und die resultierende Beeinträchtigung des Netzwerkes, stellen wichtige Merkmale vieler Knochenpathologien dar. Bei der Erkrankung Osteoporose, welche auf einem hohen Frakturrisiko aufgrund geringer Knochenqualität beruht, findet sich neben dem Osteozytenzelltod auch ein pathologisch veränderter Knochenumbau. Aufgrund der durch eine Fraktur vorhandenen Beeinträchtigung der Osteozyten und der zeitlich und lokal komplexen Regulation der Knochenumbauprozesse, scheint eine regulatorische Rolle der Osteozyten in der Knochenregeneration möglich. Bisher ist die Beteiligung von Osteozyten in der Knochenheilung noch unzureichend beschrieben. Unser murines Schädeldefekt-Modell soll dazu dienen, die Rolle der Osteozyten in der Knochenregeneration zu untersuchen. Dabei verfolgen wir drei Zielstellungen: i) Untersuchungen zur Rolle vitaler Osteozyten bei der Heilung von Schädeldefekten in männlichen und weiblichen WT Mäusen; ii) Die Kommunikation zwischen Osteozytennetzwerk und Blutgefäßen während der Defektheilung in transgenen Mäusen zu untersuchen; und iii) Die Defektheilung in Mausmodellen mit beeinträchtigten Osteozytennetzwerken – gealterte Mäuse und Piezo1 fl/fl; Dmp1-Cre Mäuse - zu beschreiben. Durch die gemeinsame französisch-deutsche Expertise im Bereich der Osteozytenbiologie, Defektheilung und Imaging glauben wir an die erfolgreiche Durchführung des Projektes, welches neue Entdeckungen generieren wird, die auch für die allgemeine Knochenbiologie von Bedeutung sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerin: Professorin Delphine Maurel, Ph.D.