Frakturheilung in einem Mausmodell mit gesteigertem Knochenstoffwechsel bei Hajdu-Cheney Syndrom

Einleitung Notch Rezeptoren sind evolutionär stark konserviert und spielen eine entscheidende Rolle bei der zellulären Ausdifferenzierung vieler Gewebstypen, einschließlich des Knochengewebes. Säugetiere habe vier unterschiedliche Notch Rezeptoren, die sich zwischen den Arten stark ähneln. Eine aktivierende Notch2-Mutation im Menschen führt zum Hajdu-Cheney-Syndrom (HCS). Betroffene Patienten haben eine geringe Körpergröße, Anomalien des Gesichtsschädels, early-onset Osteoporose und Akroosteolysen. Unsere Arbeitsgruppe generierte zuvor ein Mausmodell, in dem der Notch2 Rezeptor an der PEST-Domäne mutiert ist und dieser analog zum HCS somit länger aktiviert bleibt. In den mutierten Tieren (HCS-Mäuse) ist der Knochenstoffwechsel gesteigert und es liegt eine Wachstumsminderung vor, so dass der mutierte Phänotyp dem Krankheitsbild des HCS entspricht. In einem standardisierten Frakturmodell sollte nun die Frage beantwortet werden, inwiefern sich diese aktivierende Notch2-Mutation auf die Knochenheilung auswirkt.

Methode In 36 Wildtyp (WT) Mäusen und 36 HCS-Mäusen wurde eine Oberschenkelosteotomie von 0,7 mm Breite in der femoralen Diaphyse des rechten Hinterbeins durchgeführt. Ein Fixateur externe fixierte die Fragmente und ermöglichte den Tieren die postoperative Vollmobilisation. Die Femura wurden am 3, 7, 14 und 21 Tage postoperativ ausgewertet. Die Knochen wurden mittels Mirko-Computertomographie und Histomorphometrie analysiert. Ferner wurde die Genexpression ausgewählter Knochenumbauparameter im Kallusgewebe gemessen. In 20 weiteren Mäusen wurde das geheilte Femur nach 28 Tagen biomechanisch mittels 3-Punkt Biegetest untersucht.

Ergebnisse Es zeigte sich ein physiologischer Mineralisierungsprozess mit stadiengerechter Frakturspaltüberbrückung in HCS-Mäusen in der radiologischen und histologischen Auswertung. Die mechanische Belastbarkeit des neu-gebildeten Knochengewebes war jedoch deutlich reduziert. Im Frakturspalt befanden mehr Osteoklasten bei HCS-Mäusen. Dies korrelierte mit einer stärkeren Expression von Osteoklasten-Markergenen in HCS-Mäusen, wohingegen Osteoblastenmarker im Kallus nicht verändert waren.

Diskussion Die gesteigerte Notch2 Expression führt in HCS-Mäusen zu einem erhöhten Knochenstoffwechsel mit gesteigerten Osteoklasten- und Osteoblastenparametern im intakten Skelett. Während der Frakturheilung lässt sich in diesem Modell jedoch ausschließlich eine gesteigerte Osteoklastogenese im Kallus detektieren. Hierin könnte die Ursache liegen für die geringere funktionelle Belastbarkeit des neu-gebildeten Knochengewebes nach Femurosteotomie in den HCS-Mäusen. Daher sind weiterführende klinische Studien notwendig, um den Heilungsverlauf in HCS-Patienten mit Frakturen zu charakterisieren.

Keywords Notch-Rezeptoren, Notch Signalweg, Frakturheilung, Mausmodell

Korrespondenzadresse Tobias Malte Ballhause, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie und Orthopädie, Experimentelle Unfallchirurgie, Martinistr. 52, 20246 Hamburg, Deutschland, E-Mail: [e-mail]

Publikationsverlauf

Artikel online veröffentlicht:
16. Juni 2023