Glasknochenkrankheit macht Kollagen spröde

Wien (APA) - Bei der Glasknochenkrankheit ist Kollagen verändert, das häufigste Strukturprotein des Bindegewebes und wichtigste Baumaterial der Knochen. Wiener Forscher haben nun mit dem Rasterkraftmikroskop solche Kollagenfasern untersucht und dabei eine deutlich veränderte Wasseraufnahmefähigkeit festgestellt, die zur Sprödigkeit des Materials führt, berichten sie im „Journal of the Royal Society Interface“.

Kollagen ist üblicherweise ein sehr elastisches und zähes Material. Die Molekülketten sind „hydrophil, sie können Wasser sowohl gebunden als auch in freier Form aufnehmen“, erklärte Philipp Thurner vom Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik der Technischen Universität (TU) Wien gegenüber der APA. Er hat gemeinsam mit Kollegen die Kollagenfibrillen aus Mäusen mit Glasknochenkrankheit (Osteogenesis imperfecta, OI) untersucht.

„Wenn man die Kollagenfibrillen einer Glasknochenmaus nimmt und mit jenen einer gesunden Maus vergleicht, sind die natürlichen Fibrillen an der Luft viel steifer als die krankhaft veränderten“, sagte Thurner. Die krankhaft veränderten Fasern beinhalten deutlich mehr gebundenes Wasser als die natürlichen, das ihnen offensichtlich an Luft Elastizität verleiht.

In wässrigem Milieu, das dem physiologischen Zustand deutlich näher kommt als Luft, ist die Situation aber genau umgekehrt. „Im Wasser wird die natürliche Fibrille viel elastischer, weil sie viel mehr Wasser aufnehmen kann als jene der Glasknochenmaus, die nicht mehr viel freies Wasser aufnehmen können und dadurch steifer sind“, so Thurner. Bei der Härtemessung mithilfe des Rasterkraftmikroskops zeigten die krankhaften Kollagenfasern in wässrigem Milieu eine um fast fünffach höhere Steifigkeit als die gesunden Fibrillen.

Üblicherweise sind die Proteinketten des Kollagen vor allem an den Enden miteinander vernetzt. Die Kooperationspartner der TU-Forscher von der Northeastern University in Boston (USA) konnten in einer weiteren Studie zeigen, dass es entlang der ganzen Fasern zu zahlreichen Quervernetzungen durch Zuckermoleküle kommen kann. Und auch diese Verbindungen führten zu einer erhöhten Sprödigkeit des Kollagen. Sollte die Situation bei Patienten mit OI ähnlich sein, könnten möglicherweise Medikamente vorteilhaft sein, die die Reaktion zwischen Zuckermolekülen und Proteinketten verhindern, vermuten die Forscher in der Arbeit.

(S E R V I C E - Internet: http://rsif.royalsocietypublishing.org/lookup/doi/10.1098/rsif.2015. 0701)