Abstract
This article summarizes the current knowledge on micropetrosis –
osteocyte lacunar occlusion, while focusing on the latest data on osteocyte
viability and diabetic bone disease. The lacunae are fluid-filled ellipsoid
spaces where osteocytes reside within the mineralized matrix. During osteocyte
lifetime, the lacunar space is kept in a non-mineralized state. However, a dying
osteocyte appears to enable the initiation of lacunar mineralization –
creating a fossil within the living tissue. Elevated frequencies of
micropetrosis are observed with advanced age, but also type 1 diabetes mellitus.
The latter is a common health threat to our society with rising numbers of
patients suffering from the disease associated symptoms including a secondary
type of osteoporosis with an elevated risk of fragility fractures. While the
underlying mechanism of diabetic bone disease is not entirely understood, more
evidence is pointing towards a combinatory effect of loss of bone mass and an
impaired overall bone quality. The high number of micropetrotic osteocyte
lacunae leads to a more brittle bone tissue prone to microcracking. Further
investigations are required to determine the implications of elevated
micropetrosis as a reliable target of bone fragility.
Zusammenfassung
Mikropetrose, die Okklusion der Osteozytenlakunen, stellt eine besondere Art der
Mineralisation innerhalb des Knochens dar. In ihrem Verlauf werden
Osteozyten-behauste Lakunen stufenweise komplett ausmineralisiert. Somit
entstehen lokale Unterbrechungen des mechanoregulatorischen Osteozyten
Netzwerkes, welches Knochenumbauprozesse im Knochen steuert. Die
Sprödigkeit der Knochenmatrix wird durch die lokale Anhäufung
der mineralisierten Lakunen erhöht, Stressdissipationsmechanismen
fehlen, und es kann zur Anhäufung von Mikrocracks kommen. Die beiden
letzteren Faktoren können zu einer erhöhten Brüchigkeit
der Knochenmatrix beitragen. Mikropetrose wurde zuerst in Knochenproben
alternder Individuen detektiert. Ein erhöhtes Vorkommen
mikropetrotischer Lakunen findet sich in osteoporotischen Patienten, sowohl mit
altersbedingter, als auch mit sekundärer Diabetes Mellitus-bedingter
Osteoporose. Diabetes mellitus geht mit einem erhöhten Frakturrisiko
einher, wobei bei Typ 1 Diabetes Mellitus das Frakturrisiko um das 7-fache
erhöht sein kann. Mechanistische Untersuchungen, welche die
ursächlichen Zusammenhänge der brüchigen Knochenmatrix
mit Typ 1 Diabetes Mellitus erklären sind noch rar, weisen jedoch auf
eine Kombination aus Knochenmasseverlust und beeinträchtigter
Knochenqualität hin. Unsere Untersuchungen an Typ 1 Diabetes Mellitus
kortikalen Knochenproben konnten zeigen, dass es lokal zu einer erhöhten
Bildung mikropetrotischer Osteozytenlakunen kommt. Diese lokalen Okklusionen
befinden sich in der relativ jüngeren Knochenmatrix – dem
periostalen Bereich, spezifischer in den osteonalen Knochenumbaueinheiten dieses
Bereiches und nicht in der lokal älteren interstitialen Knochenmatrix.
Daraus ergibt sich unsere Arbeitshypothese, dass Typ 1 Diabetes Mellitus zu
einer pathologischen Knochenalterung einhergehend mit gehäuftem
Osteozyten-Zelltod, Mikropetrose und Mikrocrack-Ansammlung führt. Die
Bedeutung des lebenden Osteozytennetzwerkes für den Erhalt der
physiologischen Knochenmatrixqualität sollte durch die spezifische
Charakterisierung der Mikropetrose, dem fossilen Osteozytennetzwerk, erweitert
werden. Zukünftige Studien zur Verbesserung der pharmakologischen
Behandlung von Knochenpathologien sollten Osteozytenparameter
miteinbeziehen.
Keywords
micropetrosis - osteocyte lacunar mineralization - osteocytes - diabetes mellitus - osteoporosis
Schlüsselwörter
Mikropetrose - Osteozytenlakunen Mineralisierung - Osteozyten - Diabetes mellitus - Osteoporose