Eine knochenfressende Riesenzelle und ihr Einfluss auf brüchige Knochen und andere Störungen
Erkrankungen der Knochen sind bei Millionen Menschen die häufigste Ursache für schwere chronische Schmerzen und eine verringerte Lebensqualität. Dazu gehören Osteoporose, Parodontitis und rheumatoide Arthritis. Die Anzahl der Menschen, die unter diesen Krankheiten leiden, wird angesichts der Alterung der europäischen Bevölkerung noch substanziell ansteigen. Im EU-finanzierten Projekt EUROCLAST (Exploring Functional and Developmental Osteoclast Heterogeneity in Health and Disease) arbeiten mehr als 30 Spezialisten – darunter ein Dutzend Doktoranden von sieben Einrichtungen und zwei Unternehmen – zusammen, um sogenannte Osteoklasten zu erforschen. Diese Zellen sind für den Knochenabbau verantwortlich, der wiederum für die Erneuerung und Reparatur des Knochengerüsts notwendig ist. Die meisten Zellen des Körpers haben nur einen Zellkern, aber einige solcher mononukleären Zellen schließen sich zu übergroßen Osteoklasten zusammen, die sich an mineralisiertes Gewebe, wie z. B. Knochen, anlagern und es resorbieren. „Jedes mineralisierte Gewebe kann von dieser Zelle resorbiert werden“, erklärt Projektkoordinator Vincent Everts, ein erst vor Kurzem pensionierter Professor an der Freien Universität Amsterdam in den Niederlanden. Bei näherer Betrachtung der Vorläuferzellen, die als Monozyten bezeichnet werden und sich zu Osteoklasten zusammenschließen, „haben wir herausgefunden, dass sich Osteoklasten hinsichtlich der Knochen, die sie resorbieren oder abbauen, unterscheiden. Zum Beispiel gehört ein Osteoklast zum Schädelknochen und ein funktionell völlig anderer zu den Röhrenknochen im Arm oder Bein“, sagt Professor Everts. Das muss man wissen, um die Wirkung der Osteoklasten in verschiedenen Krankheitszuständen an unterschiedlichen Stellen im Knochengerüst des Körpers zu verstehen. Aktivität der Osteoklasten Wenn Osteoklasten sich an Knochengewebe anlagern, senken sie den externen pH-Wert (Säuregrad), was dazu führt, dass sich der Mineralstoff (Kalziumphosphat) auflöst. Danach werden einige Enzyme abgesondert, die die Proteine im Knochen resorbieren. Zu hohe Osteoklastenaktivität kann geringere Knochendichte und damit Brüchigkeit hervorrufen, wie es zum Beispiel bei Osteoporosepatienten der Fall ist. Im Gegensatz dazu führt eine gesteigerte Osteoklastenaktivität zu hoher Knochendichte, wie bei Osteopetrose, bei der der Knochen dichter wird und sich verhärtet. „Diese Krankheit ist zwar selten, aber durch die Erforschung dieser schrecklichen Erkrankung konnten schon viele Schlüsselfaktoren der Osteoklastenaktivität gefunden werden“, so Professor Everts. Die Forscher konnten diesen Zelltyp mit Hilfe einer neuen Art von Elektronenmikroskop visualisieren, die sonst in anderen Fachrichtungen zum Einsatz kommt und die Zelle im Grunde genommen in viele Sektionen unterteilt und daraus eine Serie von Mikrofotografien erstellt. „Bisher konnten wir das Innere einer Zelle nie so detailreich abbilden, aber jetzt sehen wir, was an welcher Stelle in der Zelle passiert“, sagt er. Die Forscher entwickelten ein System zur metabolischen Markierung, mit der sie verfolgen können, welche Moleküle und intrazellulären Strukturen sich in der Riesenzelle bewegen und dort arbeiten. Daraus lässt sich schließen wie Knochenabbau stattfindet und welche Teile der Zelle aktiv an dieser Resorption beteiligt sind. Tests und Entdeckung neuer Zellen Sie entwickelten spezielle Tests zur Analyse der Osteoklastenaktivität im Serum (Blutproben der Patienten), um die Enzyme zu finden, die nur von diesen Osteoklasten exprimiert werden. Diese spezifische Technik zur Enzymanalyse wird gerade für den diagnostischen Einsatz kommerzialisiert. Die Forschung des Teams hat auch zur Entdeckung neuer Zellen beigetragen, die Osteoklasten ähnlich sind. „Ein Osteoklast ist nur sehr schwer als Zellkultur zu züchten und kann nicht sehr lange am Leben gehalten werden“, erklärt Professor Everts. „Wenn man aber eine Zelle hat, die dem Osteoklasten ähnelt, kann man die osteoklastentypische Aktivität sowie die Wirkung von Hemmstoffen auf diese Zellen oder alternativ auch die Wirkung stimulierender Verbindungen untersuchen. Daraus ergeben sich Werkzeuge, mit denen man detailgenau untersuchen kann, wie diese Zellen unter normalen und pathologischen Bedingungen funktionieren.“ Derartige Ergebnisse könnten den Weg für neue Diagnoseinstrumente und Behandlungsmethoden ebnen.
Schlüsselbegriffe
EUROCLAST, Osteoklast, Gesundheit, Osteoporose, Arthritis, Parodontitis, Zellbiologie
