Warum Knochenbrüche bei Diabetes so schlecht heilen

Verringerte Produktion eines Signalproteins verhindert eine ausreichende Vermehrung von Knochenstammzellen und damit die normale Regeneration von Knochengewebe
3D-Modell des signalgebenden Teils eines Hedgehog-Proteins aus Mäusen
3D-Modell des signalgebenden Teils eines Hedgehog-Proteins aus Mäusen
© Peter Znamenskiy, aus: Hall, T.M. et al.; Nature (1995) / gemeinfrei
Palo Alto (USA) - Bei Diabetikern besteht die Gefahr, dass ein Knochenbruch nicht mehr richtig verheilt. Warum die Zuckerkrankheit die Geweberegeneration erschwert, war bisher nicht bekannt. Die Ursache dafür sei ein Mangel an knochenbildenden Stammzellen, berichten jetzt amerikanische Mediziner. Diese adulten Stammzellen sind zwar bei den Patienten noch voll funktionsfähig, aber sie vermehren sich nach einer Bruchverletzung nicht mehr so stark, wie es für den normalen Heilungsprozess nötig wäre. Das liegt an der verringerten Produktion eines bestimmten Signalproteins, welches normalerweise nach einer Verletzung die Vermehrung der Stammzellen anregt, schreiben die Forscher im Fachblatt „Science Translational Medicine“. Bei diabetischen Mäusen ist es ihnen gelungen, allein durch lokale Verabreichung des Signalproteins die gestörte Regeneration des Knochens wieder zu normalisieren.

„Die Heilung von Knochenbrüchen zu verbessern, hätte enorme positive Auswirkungen auf die Lebensqualität von Diabetespatienten“, sagt Michael Longaker von der Stanford University, einer der leitenden Wissenschaftler der Arbeitsgruppe. In früheren Untersuchungen hatten die Forscher sogenannte Skelettstammzellen bei Mäusen identifiziert, die sich zu Vorläufern von Knochen- und Knorpelzellen weiterentwickeln können. Bei Tieren, denen diese Stammzellen fehlten, war die Heilung nach einem Knochenbruch gestört. Das deutete darauf hin, dass eine Diabetes-Erkrankung die Reparaturfunktion dieser Stammzellen negativ beeinflussen könnte.

In ihren neuen Arbeiten untersuchten die Forscher genetisch veränderte Mäuse, die im Alter von vier Wochen ähnliche Symptome entwickelten wie Menschen mit Diabetes vom Typ 2. Erst nach Ausbruch der Krankheit war die Heilung eines Knochenbruchs gestört. Eine Woche nach der Verletzung ließen sich bei diesen Mäusen im Bereich der Bruchstelle deutlich weniger Skelettstammzellen nachweisen als bei normalen Tieren. Zudem produzierten die zuckerkranken Mäuse geringere Mengen an Signalproteinen des sogenannten Hedgehog-Signalwegs. Normalerweise werden nach einer Verletzung verstärkt Hedgehog-Proteine produziert, worauf die Stammzellen mit erhöhter Zellteilung reagieren. Als die Forscher den Hedgehog-Signalweg bei gesunden Mäusen blockierten, verzögerte sich die Heilung eines Knochenbruchs genauso wie bei diabetischen Tieren. Umgekehrt konnten sie den gestörten Heilungsprozess wieder normalisieren, indem sie an der Bruchstelle ein Hydrogel platzierten, das für längere Zeit Hedgehog-Proteine freisetzte.

Schließlich untersuchten die Mediziner auch Knochenproben von Diabetespatienten, die ein künstliches Gelenk erhalten hatten. Der Gehalt an Hedgehog-Proteinen war viel geringer als im Knochengewebe anderer Patienten. Sowohl Diabetespatienten als auch die Versuchstiere mit Diabetes hatten, verursacht durch krankheitsbedingte chronische Entzündungsreaktionen, einen erhöhten Blutspiegel des Immunbotenstoffs TNF-alpha. Experimente mit Skelettstammzellen und Vorläufern von Knochenzellen zeigten, dass dieser Botenstoff die Produktion von Hedgehog-Proteinen hemmt. Um die Knochenheilung bei Diabetes zu normalisieren, könnte man also theoretisch die TNF-alpha-Funktion blockieren. Das wäre allerdings mit starken Nebenwirkungen verbunden. Daher halten es die Forscher für sinnvoller, Hedgehog-Proteine in das Gewebe der Bruchstelle zu verabreichen. Eine solche neuartige Form der regenerativen Stammzelltherapie könnte vielleicht geeignet sein, um auch andere Verletzungen zu heilen. Doch zunächst müssen klinische Studien prüfen, ob dieses Verfahren auch beim Menschen sicher und wirksam ist.

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