Die Glasknochenkrankheit (Osteogenesis imperfecta; OI) ist geprägt durch eine veränderte Kollagenstruktur in den Knochen. Ein internationales Forscherteam um Philipp Thurner vom Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik der Technischen Universität (TU) Wien hat nun untersucht, wie sich die Struktur der sogenannten Kollagenfibrillen genau veränderte und welche Auswirkungen dies auf die Mechanik beziehungsweise die Widerstandsfähigkeit der Knochen hat.
Mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops analysierten die Wissenschaftler die Veränderungen der Kollagenstruktur bei Mäusen mit Glasknochenkrankheit. Thurner und Kollegen beobachteten dabei maßgebliche Veränderungen in der Hydratation beziehungsweise Wasseraufnahmefähigkeit des Kollagens. Dies bildet nach Ansicht der Forscher auch die Ursache für die verringerte Widerstandsfähigkeit der Knochen. Veröffentlicht wurden die Studienergebnisse in dem Fachmagazin „Journal of the Royal Society Interface“.
Veränderte Wasseraufnahmefähigkeit im Kollagen
In den Kollagenfibrillen der Mäuse mit Glasknochenkrankheit war laut Angaben der Wissenschaftler deutlich mehr Wasser gebunden als bei gesunden Tieren. Dies hatte in trockener Umgebung den Effekt, dass die Knochen der erkrankten Nager sogar bruchfester beziehungsweise elastischer waren.„Wenn man die Kollagenfibrillen einer Glasknochenmaus nimmt und mit jenen einer gesunden Maus vergleicht, sind die natürlichen Fibrillen an der Luft viel steifer als die krankhaft veränderten“, wird Thurner von der österreichischen Nachrichtenagentur „APA“ zitiert. Die Situation habe sich bei vollständiger Hydratation jedoch umgekehrt. In wässrigem Milieu seien die gesunden Fibrillen viel elastischer gewesen, weil sie zusätzlich deutlich mehr freies Wasser aufnehmen konnten als jene der Glasknochenmaus. Die Steifigkeit der krankhaften Kollagenfasern habe in dem wässrigen Milieu um knapp das Fünffach höhere gelegen. Eine mögliche Erklärung, für die verringerte Wasseraufnahmefähigkeit der Fibrillen kranker Tiere sei der bereits vorhandene hohe Gehalt an gebundenem Wasser, wodurch weniger Raum für ungebundenes Wasser bleibe. Das Milieu bei vollständiger Hydratation entspreche ungefähr dem Milieu im Körper.
Behandlung der Glasknochenkrankheit möglich?
Bei der erhöhten Sprödigkeit der Knochen spielt nach Ansicht der Forscher allerdings auch der festgestellte Anstieg nichtenzymatischer Vernetzungen zwischen den Fibrillen eine Rolle. Während die Proteinketten des Kollagens normalerweise vor allem an ihren Enden miteinander verbunden sind, zeigen erkrankte Mäusen zahlreiche Quervernetzungen zwischen den Fibrillen, die ihrerseits eine erhöhte Sprödigkeit bedingen. Die vermehrten Quervernetzungen „könnten durch eine erhöhte Anzahl von exponierten Aminosäuren erklärt werden“, berichten die Wissenschaftler weiter. Sogenannten Advanced Glycation Endproducts (AGE) bilden ihrer Aussage zufolge die Basis für die zusätzlichen Querverbindungen. Sollte sich diese Feststellung auf menschliche Patienten übertragen lassen, „könnte ein Vorgehen ähnlich der Behandlung bei Diabetes angewendeten werden, d.h. die Verwendung von AGE-Inhibitoren um übermäßiger Anreicherung der AGE entgegenzuwirken“, so das Fazit der Wissenschaftler. (fp)