Kleine Kanäle im schwammartigen, sogenannten spongiösen Knochengewebe sind seit Jahrzehnten bekannt – ihre Funktion blieb jedoch unklar. Wissenschaftler der Abteilung für Klinische Forschung an der Universität Süddänemark zeigen nun gemeinsam mit dänischen und internationalen Kollegen aus den USA und Kanada, dass diese Kanäle Teil eines Prozesses sind, der den spongiösen Knochen von innen heraus erneuert. Von der harten äußeren Knochenschicht ist bereits bekannt, dass sich ähnliche Kanäle im Rahmen der Knochenerneuerung bilden. Die neue Studie belegt, dass ein vergleichbarer Erneuerungsprozess auch in den kleinen Stäbchen und Platten des spongiösen Knochens stattfindet.
Knochen sind lebendes Gewebe und brauchen lebenslang Pflege. Spezialisierte Zellen bauen altes Material ab, andere bilden neues, und das Gleichgewicht zwischen Abbau und Aufbau verschiebt sich mit Alter, Hormonen und Krankheiten. Altes Knochengewebe wird fortlaufend entfernt und ersetzt. Neu ist nach Angaben von Lisbeth Koch Thomsen, Gastwissenschaftlerin und Doktorandin am Institut für Klinische Forschung der Universität Süddänemark und Erstautorin der Studie, dass sich diese Erneuerung auch innerhalb der kleinen Trabekel selbst beobachten lässt.
Die Tunnel waren schon länger bekannt. Frühere Arbeiten hatten sie vor allem mit dem Abbau von Knochengewebe, mit Krankheiten und einer möglichen Schwächung der Struktur in Verbindung gebracht. In der neuen Untersuchung konnten die Forschenden jedoch auch Stadien der Neubildung nachweisen und damit zeigen, dass die Kanäle zu einem Erneuerungsprozess von innen gehören. An einer menschlichen Knochenprobe verfolgten sie einen Tunnel dreidimensional über sehr dünne Schnitte und fanden in unterschiedlichen Abschnitten zuerst Hinweise auf Abbau und danach auf die Bildung neuen Gewebes. Man sehe verschiedene Phasen desselben Ablaufs, sagt Thomsen: Zuerst werde Knochen abgebaut, dann neuer gebildet. Die Tunnel seien daher nicht einfach ein Zeichen von Knochenverlust. Gerade dieser Zusammenhang von Abbau und Wiederaufbau führt die Gruppe dazu, die Kanäle als Teil des Knochenumbaus zu beschreiben.
Die bekannte Erneuerung an der Oberfläche erreicht die als Trabekel bezeichneten Stäbchen tiefer im Inneren nicht zwangsläufig. Der nun beschriebene Vorgang könnte genau dieses Gewebe erreichen. Die Forschenden nennen ihn intratrabekuläres Remodeling und schlagen in ihrer wissenschaftlichen Arbeit vor, ihn als fünften Modus des Knochenumbaus neben den vier bereits beschriebenen zu betrachten. Eine mögliche Erklärung lautet, dass so älteres oder mikroskopisch beschädigtes Material tief im Knochen ersetzt wird. Hier bestehe weiterer Forschungsbedarf.
Ein zentraler Teil der Arbeit stützt sich auf Knochenproben von Menschen mit Hypoparathyreoidismus, einer seltenen Erkrankung, bei der die Schilddrüse zu wenig eines speziellen Hormons, des sogenannten Parathormons, gebildet wird. Die Proben stammen aus einer früheren randomisierten Studie mit 62 Teilnehmenden, die Professor Lars Rejnmark am Universitätsklinikum Aarhus geleitet hatte. Zusätzlich zur üblichen Behandlung erhielten die Teilnehmenden entweder Parathormon oder ein Placebo. Die neuen Analysen dieser Proben sollten die intratrabekuläre Umgestaltung sichtbar machen. Nach sechs Monaten zeigte sich bei den mit PTH behandelten Personen eine deutlich stärkere Aktivität: sowohl verstärkter Abbau als auch die anschließende Bildung neuen Knochengewebes. PTH steigerte die intratrabekuläre Remodellierung klar, erklärt Thomsen. Der Prozess lasse sich also regulieren, schlussfolgern die Forschenden. Welche Folgen eine höhere oder niedrigere Aktivität für die Knochengesundheit hat, sei allerdings noch unbekannt.
Menschliche Proben zeigen verschiedene Stadien, erlauben aber nicht, denselben Ablauf über längere Zeit zu verfolgen. Deshalb nutzten die Forschenden zusammen mit kanadischen Kollegen wiederholte 3-D-Scans des Knochens eines lebenden, mit PTH behandelten Kaninchens. Durch Aufnahmen derselben Stelle zu zwei Zeitpunkten beobachteten sie Veränderungen der Tunnel, unter anderem dass sich Kanäle aufeinander zubewegten und verbanden. Dieser Teil beruht auf Daten eines einzelnen Tiers und lässt sich nicht direkt auf den Menschen übertragen. Die Gruppe arbeitet weiter mit dem Modell, um die Mechanismen zu klären.
Ob der Prozess menschliche Knochen stärkt oder schwächt, zeigt die Studie nicht. Untersucht wird nun unter anderem, ob er älteres oder beschädigtes Gewebe tiefer im Knochen ersetzen kann. Bislang fehlte dieser Vorgang im Bild der Knochenerneuerung. Deshalb müsse man seine Rolle bei der normalen Erhaltung prüfen und klären, ob er sich mit dem Alter oder bei Krankheit verändert, sagt Thomas Levin Andersen, Professor für Knochenpathologie am Institut für Klinische Forschung der Universität Süddänemark und des Universitätsklinikums Odense sowie Hauptautor der Studie.
Die Arbeit untersucht keine Osteoporosebehandlung und kann nicht belegen, ob sich das Verfahren zur Vorbeugung oder Therapie eignet. Sie liefert vielmehr eine Grundlage für weitere Forschung zur Bedeutung des Prozesses beim Menschen.
Originalpublikation
Journal of Bone and Mineral Research: Intratrabecular bone remodeling: a previously overlooked mode of remodeling hyperactivated by parathyroid hormone https://academic.oup.com/jbmr/advance-article-abstract/doi/10.1093/jbmr/zjag081/8676651?redirectedFrom=fulltext
