Knochen reagieren positiv auf Kraft von aussen

Knochen wachsen nicht einfach irgendwie. Vielmehr reagieren die Knochenzellen auf ?ussere Kr?fte. Heilt ein Knochen nach einem Bruch unter gezielter mechanischer Belastung, wird er unter Umst?nden gr?sser, dichter und stabiler als er vor dem Bruch war. Forschende unter der Leitung von Ralph M¨¹ller, Professor am Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie, zeigten dies vor drei Jahren bei M?usen. Die Wissenschaftler:innen verwendeten damals zur Fixierung von Knochenbr¨¹chen spezielle Platten. Diese erm?glichten es, die beiden heilenden Knochenteile mehrmals pro Woche w?hrend einigen Minuten in einer Vibrationstherapie rhythmisch aneinanderzupressen.

Die Mechanismen hinter dem Einfluss von mechanischen Reizen auf die Knochen blieben lange verborgen. ?Erst wenn wir diese Mechanismen verstehen, k?nnen wir basierend darauf neue Therapien entwickeln?, sagt Neashan Mathavan, Wissenschaftler in M¨¹llers Gruppe und Erstautor einer neuen externe Seite Studie. Er denkt dabei nicht nur an die Heilung von Knochenbr¨¹chen, sondern auch, wie sie sich verhindern lassen, insbesondere bei ?lteren Personen. Im Alter nimmt die Knochendichte ab, und die Knochen werden anf?lliger f¨¹r Br¨¹che. ?Neue Therapieans?tze, um den Knochenabbau im Alter zu verz?gern, w?ren w¨¹nschenswert.?

Genaktivit?t f¨¹r jeden Punkt entschl¨¹sselt

Mathavan, M¨¹ller und ihre Kolleginnen und Kollegen untersuchten nun sehr detailliert, wo in einem heilenden Knochen welche Gene aktiv sind. Sie machten dies wiederum bei M?usen mit einem gebrochenen Oberschenkelknochen, dessen Heilung sie mit einer Vibrationstherapie unterst¨¹tzten. Mit hoher r?umlicher Aufl?sung bestimmten sie f¨¹r jeden Punkt im Knochen, welche Gene dort aktiv sind und welche nicht. Diesen dreidimensionalen Atlas zur Genaktivit?t kombinierten sie mit Informationen zu Kr?ften, die am jeweiligen Ort wirkten. Die Forschenden errechneten diese Kr?fte mit Computersimulationen. ?Wir wissen nun von jeder einzelnen Stelle im Knochen, welche mechanischen Bedingungen dort herrschen, wo Knochen gebildet und wo Knochen abgebaut wird?, erkl?rt ETH-Professor M¨¹ller.

So konnten die Forschenden zeigen, dass bestimmte Gene spezifisch in den Bereichen des Knochens aktiv sind, die mechanisch stark belastet werden. Darunter sind Gene, welche zur Bildung der Kollagen-Grundstruktur des Knochens beitragen, und solche, die die Knochenmineralisierung f?rdern. Umgekehrt sind Gene, die die Knochenbildung hemmen, an diesen Stellen nicht aktiv, jedoch in Bereichen, die mechanisch nicht belastet werden.

Die Wissenschaftler:innen werden ihre detaillierten Erkenntnisse nun nutzen, um neue Therapieans?tze vorzuschlagen, damit Knochenbr¨¹che besser heilen und Knochen auch im Alter stark bleiben. Speziell dem Thema Knochenalterung werden sie sich in ihrer Forschung bei M?usen nun verst?rkt widmen.

Denkbar w?re der gezielte Einsatz von Medikamenten, die gew¨¹nschte Gene aktivieren oder hemmen. M¨¹ller k?nnte sich aber ebenso eine Vibrationstherapie oder eine Kombination von beidem vorstellen. ?In welche Richtung es geht, werden wir sehen?, sagt er. Der Forscher erwartet von der Vibrationstherapie Vorteile: ?Bei der Vibrationstherapie rechne ich mit weniger Nebenwirkungen als bei einer Behandlung mit Medikamenten.?