Qualität des Knochenmaterials bei osteoporotischer Fraktur

Osteoporotische Schenkelhalsfrakturen werden immer mehr zu einem sozioökonomischem Problem, weil sie von einer hohen Morbidität und Mortalität begleitet sind. Bei Frauen ist der Hüftknochen als osteoporotisch klassifiziert, wenn die Knochendichte (BMD) um mehr als 2,5 Standardabweichungen (SD) vom Mittelwert junger, erwachsener Frauen verringert ist (T-score < -2,5). Dieser T-score ist aber keine ausreichende Grundlage für einen diagnostischen Schwellenwert und führt zu falschen Klassifikationen und unnötigen Therapien, weil die BMD nicht allein das Frakturrisiko bestimmt. Drei strukturelle Ebenen des Knochen können prinzipiell an der Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Schenkelhals beteiligt sein: 1) die Höhe der Knochenmasse, 2) die Architektur der Knochens, 3) die Qualität des Knochenmaterials. Bisher gibt es noch keine systematische Studie, in der alle 3 Ebenen des Schenkelhalsknochen eines Individuum parallel untersucht wurden. Um gezielte Vorsorgemaßnahmen für den Patienten einleiten zu können, ist aber eine sichere Abschätzung des Frakturrisikos notwendig. In Zusammenarbeit mit der med. Abt. der Universität Cambridge (Dr. J. Reeve und Dr. N. Loveridge), wird die Beziehung zwischen osteoporotischen Schenkelhalsfrakturen und den Knochenveränderungen in allen 3 oben erwähnten Ebenen untersucht. Zu diesem Zweck werden Schenkelhalsknochenproben von normal gesunden Individuen (Autopsien, n=12) und von Fällen osteoporotischen Schenkelhalsfrakturen (n>12) mit verschiedenen Methoden untersucht: a) quantitative Elektronenrückstreuung (qBEI) zur Bestimmung der lokalen Ca-Verteilung, b) Lichtmikroskopie mit polarisiertem Licht (pLM) zur Darstellung der lamellären Knochenstruktur, c) Scanning- SAXS (Röntgenkleinwinkelstreuung) zur Charakterisierung des Kollagen/Mineral Verbundes, d) Nanoindentierung (AFM) zur Bestimmung des E-modulus und der Härte des Knochenmaterials mit einer räumlichen Auflösung von ~1 m (ESI, Leoben). e) Dreipunkt-Biegeversuche an kleinen Kompaktknochenproben (3.0x0.5x0.5 mm). Die Daten aus qBEI, pLM, SAXS und AFM werden mit den Daten von Cambridge wie pQCT, Histologie, insitu Biochemie, in Beziehung gesetzt.Neue Einblicke in die strukturellen Veränderungen des Knochens bei Osteoporose sowie dessen Beziehung zur erhöhten Frakturinzidenz sind zu erwarten. Die Forschungsergebnisse sollen die Grundlage für neue Strategien der Prävention und Behandlung von Osteoporosis bilden.

Osteoporotische Schenkelhalsfrakturen werden immer mehr zu einem sozioökonomischem Problem, weil sie von einer hohen Morbidität und Mortalität begleitet sind. Bei Frauen ist der Hüftknochen als osteoporotisch klassifiziert, wenn die Knochendichte (BMD) um mehr als 2,5 Standardabweichungen (SD) vom Mittelwert junger, erwachsener Frauen verringert ist (T-score < -2,5). Dieser T-score ist aber keine ausreichende Grundlage für einen diagnostischen Schwellenwert und führt zu falschen Klassifikationen und unnötigen Therapien, weil die BMD nicht allein das Frakturrisiko bestimmt. Drei strukturelle Ebenen des Knochen können prinzipiell an der Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Schenkelhals beteiligt sein: 1) die Höhe der Knochenmasse, 2) die Architektur der Knochens, 3) die Qualität des Knochenmaterials. Bisher gibt es noch keine systematische Studie, in der alle 3 Ebenen des Schenkelhalsknochen eines Individuum parallel untersucht wurden. Um gezielte Vorsorgemaßnahmen für den Patienten einleiten zu können, ist aber eine sichere Abschätzung des Frakturrisikos notwendig. In Zusammenarbeit mit der med. Abt. der Universität Cambridge (Dr. J. Reeve und Dr. N. Loveridge), wird die Beziehung zwischen osteoporotischen Schenkelhalsfrakturen und den Knochenveränderungen in allen 3 oben erwähnten Ebenen untersucht. Zu diesem Zweck werden Schenkelhalsknochenproben von normal gesunden Individuen (Autopsien, n=12) und von Fällen osteoporotischen Schenkelhalsfrakturen (n>12) mit verschiedenen Methoden untersucht: a) quantitative Elektronenrückstreuung (qBEI) zur Bestimmung der lokalen Ca-Verteilung, b) Lichtmikroskopie mit polarisiertem Licht (pLM) zur Darstellung der lamellären Knochenstruktur, c) Scanning- SAXS (Röntgenkleinwinkelstreuung) zur Charakterisierung des Kollagen/Mineral Verbundes, d) Nanoindentierung (AFM) zur Bestimmung des E-modulus und der Härte des Knochenmaterials mit einer räumlichen Auflösung von ~1 m (ESI, Leoben). e) Dreipunkt-Biegeversuche an kleinen Kompaktknochenproben (3.0x0.5x0.5 mm). Die Daten aus qBEI, pLM, SAXS und AFM werden mit den Daten von Cambridge wie pQCT, Histologie, insitu Biochemie, in Beziehung gesetzt.Neue Einblicke in die strukturellen Veränderungen des Knochens bei Osteoporose sowie dessen Beziehung zur erhöhten Frakturinzidenz sind zu erwarten. Die Forschungsergebnisse sollen die Grundlage für neue Strategien der Prävention und Behandlung von Osteoporosis bilden.