Zusammenfassung
Osteoporose besteht in einer gestörten Adaptation des Knochens an mechanische Anforderungen
des Alltags und resultiert im Auftreten von Fragilitätsfrakturen vorwiegend der Wirbelkörper,
des Femur, des Radius und des Humerus. Über lange Zeit wurde diskutiert, ob die Frakturheilung
bei Osteoporose überhaupt gestört ist, vor allem wegen der Schwierigkeit, geeignete
Messparameter für den Ablauf der Frakturheilung zu finden. In den vergangenen Jahren
ist auf der Basis präklinischer und klinischer Daten ein Konsensus dahingehend wahrzunehmen,
dass bei Osteoporose die Frakturheilung verzögert abläuft und dass nach operativer
Versorgung das Implantatversagen gehäuft auftritt. Molekulare Ursachen für diese gestörte
Frakturheilung sind bislang nicht in extenso untersucht. Arbeitshypothesen leiten
sich aus den modifizierbaren und nicht modifizierbaren Risikofaktoren für die Osteoporose
ab und betreffen somit hauptsächlich den Mangel an Sexualhormonen, das Alter, die
Immobilisation und die gestörte Mechanotransduktion, sowie den genetischen Hintergrund
der Osteoporose. Erste präliminäre Daten aus mesenchymalen Stammzellen im höheren
Alter und bei Osteoporose weisen darauf hin, dass die gestörte Regeneration und Knochenheilung
eine Folge der verminderten Anzahl an kolonieformenden Stammzellen ist, deren Funktion
im Sinne der Migration und Rekrutierung gestört ist, deren Mechanosensitivität vermindert
ist und die frühzeitig autoinhibitorische Proteine exprimieren und in die Seneszenz
eintreten. Viele Hinweise konzentrieren sich auf den wnt/frz- Signalweg und dessen
Hemmproteine wie “secreted frizzled related proteins” SFRP und Sclerostin. Die Erforschung
der Frakturheilung in monogenetischen Osteoporosemodellen und in menschlichen Zellen
mit Regenerationspotential wird sicher spezifische Defekte aufdecken, die es erlauben,
gezielte Interventionsstudien zur Verbesserung der Frakturheilung bei Osteoporose
präklinisch und klinisch durchzuführen.
Summary
Osteoporosis is a syndrome of altered bone adaptation to mechanical strain in every-daylife
resulting in fragility fractures of mainly vertebrae, the femur, radius and humerus.
For many years the scientific community discussed if at all fracture healing is altered
in osteoporosis and this was mainly due to the fact that it was difficult to find
suitable readouts to evaluate the time course and quality of fracture healing in pathology.
In recent years consensus has been achieved in that fracture healing in osteoporosis
is delayed and implant failure after surgical stabilization is comparably common.
The molecular causes for this alteration have so far not been unraveled in detail.
Working hypotheses have been concluded from modifiable and non-modifiable clinical
risk factors, e. g. sex hormone deficiency, advanced age, immobilization and altered
mechanotransduction and from the genetic background of osteoporosis. Preliminary data
obtained from mesenchymal stem cells in aged organisms and in osteoporosis suggest
that altered bone regeneration and fracture healing in osteoporosis is a consequence
of the diminished number of colony forming stem cells, the function of which is impaired
in terms of migration and recruitment, mechanosensitivity, and which are prone to
premature expression of autoinhibitory proteins and to replicative senescence. Several
sets of data are focusing on the wnt/ frz signaling pathway and its inhibitors like
“secreted frizzled related proteins” (SFRP) and sclerostin (SOST). Research in fracture
healing in monogenetic mouse models of osteoporosis and in human cells involved in
bone regeneration and fracture healing will unravel specific defects and alterations
of regulation, which will allow targeted intervention to enhance osteoporotic fracture
healing in preclinical models and clinical studies.
Schlüsselwörter
Osteoporose - Mechanotransduktion - Altern - gestörte Frakturheilung - wnt/frz-Signalweg
- “secreted frizzled related proteins” SFRP - Sclerostin
Keywords
Osteoporosis - mechanotransduction - aging - fracture healing - wnt/frz signaling
pathway - “secreted frizzled related proteins” (SFRP) - sclerostin