Vernetzung ist der Schlüssel für Zellen während der Knochenbildung

Anonim

Eine neue Studie über die Organisation von Knochenzellen während der Knochenbildung könnte die Tür zu einem besseren Verständnis von Krankheiten wie Osteoporose öffnen.

Die Forschung, die vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam geleitet wurde, verwendete einen interdisziplinären Ansatz aus Biologie, Medizin und Physik, um das Osteocyten Lacuno-Canalicular Network (OLCN) in verschiedenen Knochentypen von Mäusen und Schafen zu analysieren.

Die Forscher berichten heute über ihre Ergebnisse im New Journal of Physics und zeigen, dass es einen universellen Mechanismus gibt, wie sich einzelne Zellen während der Knochenbildung und Mineralisierung in einem großen, miteinander verbundenen Netzwerk organisieren.

Dr. Philip Kollmannsberger, der die Forschung leitete, sagte: "Osteozyten und ihre Zellprozesse leben in einem großen, miteinander verbundenen Netzwerk von Hohlräumen, das die mineralisierte Knochenmatrix der meisten Wirbeltiere durchdringt. Es wird angenommen, dass dieses Osteocyten-lacuno-kanalikuläre Netzwerk (OLCN) spielt wichtige Rollen bei der Erfassung und Aufrechterhaltung der konstanten inneren Umgebung des Knochens und für die mechanischen Eigenschaften von Knochen.

"Obwohl die extrazelluläre Matrixstruktur von Knochen auf ultrastrukturellen und makroskopischen Skalen ausführlich untersucht wurde, fehlt es an quantitativem Wissen darüber, wie das zellulare Netzwerk organisiert ist."

Die Ergebnisse ermöglichten es dem Team, eine Reihe robuster quantitativer Messungen zu definieren, die aus der Physik komplexer Netzwerke abgeleitet wurden. Mit diesen Maßnahmen konnten sie Erkenntnisse darüber gewinnen, wie effizient das Netzwerk in Bezug auf interzellulären Transport und Kommunikation organisiert ist.

Die Messungen zeigten, dass das Zellnetzwerk in regelmäßig organisiertem, langsam wachsendem Knochengewebe von Schafen weniger vernetzt, aber im Vergleich zu unregelmäßigem und schnell wachsendem Knochengewebe von Mäusen effizienter organisiert ist.

Auf der Ebene der statistischen topologischen Eigenschaften sind jedoch beide Netzwerktypen nicht unterscheidbar, was auf einen universellen Mechanismus hindeutet, der der Selbstorganisation einzelner Zellen in ein großes, miteinander verbundenes Netzwerk während der Knochenbildung und Mineralisierung zugrunde liegt.

Dr. Kollmannsberger sagte: "Die Quantifizierung, die wir entwickelt haben, könnte bei der Beurteilung der Knochenqualität während der physiologischen Entwicklung oder pathologischen Bedingungen des Alters, der Krankheit und der pharmazeutischen Intervention nützlich sein, ergänzend zu bestehenden Maßnahmen wie Knochenmineraldichte.

"Obwohl wir unsere Analyse nicht für den Vergleich von gesundem und krankem Knochen angewendet haben, zeigt unsere Auswahl an verschiedenen Knochentypen, die unterschiedliche Organisationsgrade widerspiegeln, das Potenzial unserer Methode zur Quantifizierung von Effizienzunterschieden."

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