... arbeitet an sieben stark miteinander vernetzten Projekten. Insgesamt sind fünf universitäre Einrichtungen an den vier Standorten Ulm, München, Würzburg und Hamburg beteiligt.

Projekt 1: amburg

Entwicklung und Charakterisierung eines Osteoporose-Großtiermodells mit Diskonnektion von Hypothalamus und Hypophyse (HPD-Schaf)

Die gezielte Trennung der neuralen Verbindung zwischen Hypophyse und Hypothalamus im Schaf induziert eine Osteoporose, wobei der induzierte Knochenmasse- und -strukturverlust in diesem Modell sowohl im trabekulären, als auch im kortikalen Knochen bereits nach einem Jahr größer ist als in allen bisher bekannten Ansätzen einer Osteoporoseinduktion. Besonders wichtig ist, dass es sich hierbei um eine low-turn-over Osteoporose im Schaf handelt, die auf der Ebene des zellulären Remodeling ein Modell für die humane senile Osteoporose darstellt. Im Rahmen dieses Verbundes sollen die molekularen Grundlagen des Knochenverlustes in diesem Modell charakterisiert werden, um es parallel als Großtiermodell der low-turn-over Osteoporose für die Untersuchung der Frakturheilung zu nutzen.

Projekt 2: ünchen

Überexpression des Receptor Activator of NF-КB Liganden (RANKL) zur Untersuchung der metaphysären Frakturheilung im osteoporotischen Großtiermodell

Ziel des Projektes ist es, ein besseres Verständnis über den Verlauf und die Heilung metaphysärer Frakturen bei Osteoporose zu erlangen. Dazu soll ein Schweinemodell etabliert werden, das die Untersuchung von osteoporotischen metaphysären Frakturen in vivo erlaubt. Durch die Überexpression von RANKL, die im Mausmodell zu einer schweren Osteoporose geführt hat, wird erstmals ein Großtiermodell erstellt, welches einen deutlichen osteoporotischen Phänotyp erwarten lässt. Nach Etablierung des Großtiermodells ist in der zweiten Antragsphase die Untersuchung von metaphysären osteoporotischen Frakturen an ausgewachsenen Tieren (Alter: 2 Jahre) geplant. Die Frakturmodelle werden durch die Ulmer Arbeitsgruppe während der ersten Antragsphase etabliert und stehen dann für die operativen Eingriffe in München zur Verfügung.

Projekt 3: amburg

Regulation der Knochenformation und Knochenmasse durch Wnt-abhängige Signaltransduktion

Die Bedeutung der Regulation der Knochenformation durch Wnt-abhängige Signaltransduktionswege wurde in den letzten Jahren vor allen Dingen dadurch evident, dass inaktivierende und aktivierende Mutationen des humanen LRP5-Gens zu Osteoporose bzw. Osteosklerose führen. Lrp5 ist ein Co-Rezeptor für Signalmoleküle der Wnt-Familie, die über einen ß-Catenin Projekt abhängigen Mechanismus zur Aktivierung von Transkriptionsfaktoren der Tcf/Lef-Familie führen. Durch eine Affymetrix-Expressionsanalyse im Verlauf der Osteoblasten-Differenzierung konnten wir mit Fzd9, Dkk1 und Krm2 Kandidatengene identifizieren, deren Einfluss auf die Knochenformation in diesem Teilprojekt untersucht werden soll. Dies erfolgt unter anderem in vivo durch die knochenspezifische Charakterisierung genetisch veränderter Mausmodelle, die auch im Hinblick auf ihre Frakturheilung untersucht werden sollen.

Projekt 4a: lm

Entwicklung und biomechanische Charakterisierung diaphysärer und metaphysärer Frakturheilungsmodelle im Klein- und Großtier

Knochenremodeling und Frakturheilung werden durch mechanische Reize durch den Prozess der sog. Mechanotransduktion gesteuert. Die lokalen biomechanischen Bedingungen im Frakturspalt beeinflussen die Knochenheilung gravierend. Steife Osteosynthesen führen zu geringer Knochenneubildung, flexible Fixationen stimulieren die Knochenheilung und zu instabile Fixierungen führen zur Pseudoarthrose. Es gibt Hinweise, dass die Mechanotransduktion im osteoporotischen Knochen gestört sein könnte. Eine beeinträchtigte Mechanotransduktion könnte die Frakturheilung beeinflussen. Es ist jedoch nicht bekannt, ob die für die Frakturheilung optimalen mechanischen Bedingungen bei Vorliegen einer Osteoporose verändert sind. Ziel des Projekts ist es daher, Frakturheilungsmodelle zu entwickeln, die Untersuchungen der Knochenheilung an osteoporotischen Klein- und Großtiermodellen unter genau definierten biomechanischen Bedingungen erlauben.

Projekt 4b: lm

Untersuchung der Frakturheilung in osteoporotischen Tiermodellen: Einfluss der Störung der zentralen Regulation der Knochenformation und der Wnt-abhängigen Signaltransduktion

Die Frakturheilung ist bei Vorliegen einer Osteoporose verzögert. Die Ursachen für diese Frakturheilungsstörungen sind bisher nicht bekannt. Es ist nahe liegend, sie in Störungen von Regulationsmechanismen zu suchen, die die Knochenhomöostase steuern und die bei der Entstehung der Osteoporose eine bedeutende Rolle spielen. In dem vorliegenden Projekt sollen daher Frakturheilungsstudien an spezifischen osteoporotischen Tiermodellen durchgeführt werden. Die Frakturheilung wird unter mechanisch kontrollierten und variierbaren Bedingungen im metaphysären bzw. diaphysären Frakturmodell untersucht. Die Studien erlauben es, die Rolle der zu einer Osteoporose führenden Faktoren bei der Frakturheilung zu untersuchen und zielen auf die Entwicklung von Strategien zur Verbesserung der operativen und medikamentösen Therapie osteoporotischer Frakturen.

Projekt 6: ürzburg

Differentielle Genexpression und putative therapeutische Gene für die Heilung der osteoporotischen Fraktur in mesenchymalen Stammzellen

Die Frakturheilung und die Möglichkeiten der operativen Stabilisierung sind bei Osteoporose verzögert und beeinträchtigt. Mesenchymale Stammzellen (MSC) sind Ausgangspunkt für die Knochenheilung. Sie bilden zusammen mit neuronalen und endothelialen Vorläufern ein primär stabiles Kallusgewebe, welches sekundär entsprechend der Einwirkung physikalischer Kräfte remodelliert wird. MSC sitzen an verschiedenen Stellen des Knochens wie Periost, Knochenmark und Trabekeln in Stammzellnischen, von denen die Regeneration ausgeht. Die Proliferationsfähigkeit von MSC, ihr Differenzierungspotential und ihre Antwort auf mechanische Reize sind bei Osteoporose gestört. Alter, genetische Belastung, postmenopausaler Hormonmangel und Störungen des Parathormon / Vitamin D3 endokrinen Systems sind starke Risikofaktoren für die Osteoporose. In diesem Projekt soll die Expression Differenzierungs- und Osteoporoserelevanter Gene und das osteogene Differenzierungspotential von MSC untersucht werden.

Projekt 7: ürzburg und lm

Molekulare Charakterisierung der Störungen zellulärer Mechanotransduktion bei Osteoporose

Mechanische Belastung steuert über einen zellulären Mechanismus, der als Mechanotransduktion bezeichnet wird, den Erhalt und die Erhöhung der Knochenmasse. Es gibt Hinweise, dass bei Osteoporose neben genetisch vorgegebenen Defekten der skelettrelevanten Signalkaskaden auch die Mechanotransduktion gestört ist. Dies könnte ebenfalls die Frakturheilung bei Osteoporose beeinträchtigen. Der Östrogenrezeptor aplha (ER alpha) und der wnt/frz-Signaltransduktionsweg spielen nach vorliegenden Daten dabei eine bedeutende Rolle. In diesem Projekt soll die Proliferations- und Differenzierungskapazität sowie die Mechanosensitivität von mesenchymalen Stammzellen und Osteoblastenvorläufern bei Osteoporose-PatientInnen unter mechanischer Belastung in der Zellkultur untersucht werden. Im Fokus stehen der wnt/frz-Signalweg, ERα und Kandidatengene aus vergleichenden Micro-Array-Untersuchungen und die Interaktion der beteiligten Faktoren. Durch Modulation ihrer Expression resp. Aktivität in Zielzellen sollen therapeutische Strategien entworfen werden, welche die Empfindlichkeit osteoporotischer Zellen auf mechanische Reize erhöhen könnten und sowohl bei der Frakturheilung als auch bei der systemischen Therapie der Osteoporose neue Möglichkeiten der Intervention eröffnen.