Knochenheilung
Knochen ist ein sehr interessantes Gewebe, da es zur Regeneration fähig ist, nachdem es eine Verletzung erlitten hat. Trotzdem kommt es auch heute noch und auch bei guter medizinischer Versorgung, bei 5-20% aller Frakturen zu einer für den Patienten unbefriedigenden verspäteten Heilung oder die Heilung bleibt sogar vollständig aus. Für diese Patienten eine sinnvolle Lösungsstrategie zu finden ist Ziel unserer Forschung.
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Frakturheilung
Um die Knochenheilung zu verstehen wird eine physiologische komplikationslose Heilung mit einem gestörten, verzögerten oder ausbleibenden Heilungsverlauf verglichen. Die Analyse der Unterschiede hilft dabei, den komplexen Prozess besser zu verstehen.
Frakturheilungsphasen
Jede Verletzung, die mit einer Blutung einhergeht, resultiert in der Formation eines Hämatoms. Dadurch bildet das Hämatom den Ausgangpunkt der Heilung. Begleitet wird die Hämatombildung von einer entzündlichen Reaktion, die die Heilung initiiert. Diese pro-inflammatorische Phase der Heilung wird abgelöst von einer anti-inflammatorischen Phase, in der die Revaskularisierung eingeleitet wird. Die Versorgung des Verletzungsgebietes wird damit wiederhergestellt, ein entscheidender Schritt für eine erfolgreiche Heilung. Das Hämatom reift zu einem Granulationsgewebe. Im Knochen folgt die Entstehung eines weichen Kallus, der vorherrschende Zelltyp ist hier die Knorpelzelle. Im weiteren Heilungsverlauf mineralisiert die Knorpelmatrix und wird von Geflechtknochen abgelöst. Dadurch ist der verletzte Knochen wieder stabilisiert und passt sich mit der Zeit durch einen Remodellierungsvorgang wieder seiner mechanischen Belastung an, so dass Form und Funktion wiederhergestellt sind. Der Knochen hat sich regeneriert.
Die frühe Knochenheilungsphase
Unsere Forschung zur Knochenheilung fokussiert sich auf die frühe Heilungsphase. Um die Besonderheit der Knochenheilung zu untersuchen wurde die Zusammensetzung des Hämatoms eines narbig ausheilenden Muskels und eines regenerierenden Knochens miteinander verlichen. Dabei zeigt sich, dass die initiale entzündliche Reaktion, die die Heilung einleitet, im Knochen schneller abgedämpft wird als im Muskel. Dadurch wird auch der für die Heilung wichtige Schritt der Revaskularisierung im Knochen früher eingeleitet als im Muskelgewebe. Die Steuerung der Entzündungsreaktion in der frühen Heilungsphase hat damit einen starken Einfluss auf den Heilungserfolg.
Knochen besteht aus einer Grundsubstanz, der sogenannten extrazellulären Matrix, und darin eingebetteten Zellen. Die Hauptbestandteile der extrazellulären Matrix sind neben einem hohen Wasseranteil vor allem Kollagenfasern und Mineralien. Kollagen I ist das in der Knochenmatrix vorherrschende Kollagen, welches hauptsächlich durch die knochenaufbauenden Osteoblasten produziert wird. Unsere Studien haben gezeigt, dass die geordnete Kollagen I Deposition stark von den T-Zellen, einer Immunzellsubpopulation, abhängt. Fehlen die T-Zellen, so entsteht eine im Vergleich zur regelrechten Kollagenablagerung wabig-löchrig erscheinende Struktur. Diese Veränderung des Kollagen I Musters erklärt, warum der Knochen in Abwesenheit von T-Zellen eine veränderte Knochenstruktur aufweist. Immunzellen sind aqlso mitbestimmend für die Knochenqualität.
