Diabetes Typ II und das Risiko von Knochenbrüchen
Hohes Alter, geringes Körpergewicht, die familiäre Krankenvorgeschichte, Rauchen und übermäßiger Alkoholkonsum sind bekannte Risikofaktoren für Knochenbrüche. Ein vielleicht weniger bekannter Faktor ist Diabetes Typ II. „Wir wissen, dass Diabetes Typ II ein unabhängiger Risikofaktor für Knochenbrüche ist, selbst bei Menschen mit normaler oder erhöhter Knochenmineraldichte“, sagt Ted Vaughan, Professor für Biomedizintechnik an der Universität Galway(öffnet in neuem Fenster). „Wir wissen aber nicht, warum dies der Fall ist.“ Diese Frage soll im EU-finanzierten Projekt MULT2D beantwortet werden. „Über MULT2D sollen die mit Diabetes Typ II in Zusammenhang stehenden biologischen und mechanischen Veränderungen der Knochen aufgedeckt und Modelle aufgestellt werden, mit denen sich vorhersagen lässt, wie diese Veränderungen das Frakturrisiko erhöhen“, fügt Vaughan hinzu, dessen Forschungsgruppe das Projekt leitet.
Wie Diabetes die Knochenqualität verändert
In dem Projekt, das über den Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) unterstützt wurde, wurden experimentelle Studien an diabetischem tierischem und menschlichem Knochengewebe mit fortschrittlicher Computermodellierung kombiniert. „Mit diesem interdisziplinären Ansatz konnten wir feststellen, wie Diabetes die Knochenqualität auf molekularer, mikrostruktureller und geweblicher Ebene verändert“, erklärt Vaughan. „Außerdem haben wir dadurch wichtige Erkenntnisse darüber gewonnen, warum Menschen mit Diabetes Typ II anfälliger für Frakturen sind und wie dieses Risiko besser eingeschätzt und gemildert werden kann.“ Eine dieser Erkenntnisse ist die Bedeutung der veränderten Mineralproduktion und der verzögerten Reifung der Knochenmatrix für die geminderte Knochenqualität. „Durch diese Erkenntnis werden herkömmliche Erklärungen in Frage gestellt und die kommende Forschung und klinischen Strategien werden in Richtung der biologischen Mechanismen umgelenkt, mit denen der Knochenumsatz und die Mineralisierung reguliert werden“, bemerkt Vaughan. Weitere wichtige Ergebnisse sind die Identifizierung von nicht-kollagenen Proteinen als wichtige energieabbauende Faktoren für die Resistenz gegen Knochenbrüche und die Tatsache, dass Knochenveränderungen aufgrund von Diabetes Typ II die mechanischen Eigenschaften nicht unbedingt verringern.
Das Risiko von Knochenbrüchen vorhersagen
Das MULT2D-Team lieferte jedoch nicht nur neue Erkenntnisse, sondern entwickelte auch Prognoseinstrumente, mit denen sich das Risiko eines Knochenbruchs genau einschätzen lässt. So kann ein innovatives grobkörniges Molekulardynamikmodell verwendet werden, um wichtige Indikatoren wie die extra- und intrafibrilläre Mineralisierung zu untersuchen. Ein weiteres Instrument beruht auf fortschrittlichen Finite-Elemente-Modellen und neuen Algorithmen zur Analyse der trabekulären Knochenstruktur – ebenfalls ein Schlüsselindikator für die Vorhersage der Frakturwahrscheinlichkeit. „Diese Instrumente sind besonders für Personen mit Diabetes und ältere Menschen von Bedeutung und haben neue Wege für Forschung, Diagnose und Behandlung eröffnet“, erklärt Vaughan. Die Arbeit des Projekts wurde von nationalen und internationalen Gremien anerkannt und mehrfach ausgezeichnet, u. a. mit der Engineers Ireland Medal und dem Preis für die beste Präsentation im Bereich Biomechanik auf der Konferenz der European Orthopaedic Research Society(öffnet in neuem Fenster). Das Projekt wurde auch in Veröffentlichungen wie „Nanoscale“(öffnet in neuem Fenster), „Scientific Reports“(öffnet in neuem Fenster) und „Bone“(öffnet in neuem Fenster) vorgestellt.
Weitere Fragen zur Knochenbrüchigkeit bei Diabetes Typ II
Das Wissen zur Knochenbrüchigkeit bei Diabetes Typ II wurde über MULT2D zwar erweitert, doch es sind noch Fragen offen. Zum Beispiel: Welche zellulären Mechanismen führen zu einer Beeinträchtigung der Knochenqualität, und was genau sind die veränderten Biomineralisierungsprozesse, die in diabetischem Knochen beobachtet wurden? Vaughan zufolge handelt es sich dabei um komplexe, multifaktorielle Herausforderungen, für die neue wissenschaftliche Ansätze und Forschungsstrategien erforderlich sind. Er will auch zur Beantwortung dieser Fragen beitragen. „Durch die Ausbildung von Nachwuchsforschenden und die Entwicklung einer nachhaltigen, international anerkannten Forschungsgruppe hält die Wirkung von MULT2D weit über das Ende des Projekts hinaus an“, so Vaughan abschließend. Die Gruppe bemüht sich um eine Anschlussfinanzierung, um diese Fragen eingehender zu erforschen.
