Protein, das die Knochenentwicklung blockiert, könnte Hinweise für zukünftige Osteoporose-Behandlungen liefern

Mit der stetig steigenden Lebenserwartung geht die Herausforderung einher, altersbedingte Erkrankungen wie Osteoporose zu behandeln.Wissenschaftler haben ein Protein identifiziert, das die Aktivität von knochenbildenden Zellen (Osteoblasten) blockiert, indem es sie daran hindert, auf dem Weg zu den Knochenbildungsstellen zu reifen, wie eine neue Studie herausgefunden hat. In einem Artikel, der in Communications Biology veröffentlicht wurde, hat ein Forscherteam unter der Leitung von Dr. Amy Naylor und Professor Roy Bicknell zusammen mit ihrem Team, zu dem auch Dr. Georgiana Neag von der Universität Birmingham gehört, herausgefunden, dass das Protein CLEC14A, das auf Blutgefäßzellen, den sogenannten Endothelzellen im Knochen, vorkommt, die Funktion von Knochenentwicklungszellen, den sogenannten Osteoblasten, blockiert.

Neue Behandlungsansätze für Menschen mit Erkrankungen des Bewegungsapparats

Die Aufgabe der Endothelzellen während der Knochenentwicklung besteht darin, unreife Osteoblasten an Stellen zu transportieren, an denen neuer Knochen benötigt wird.Wenn das Protein CLEC14A jedoch auch auf der Außenseite der Endothelzelle vorhanden ist, werden die Osteoblasten daran gehindert, so weit zu reifen, dass sie Knochengewebe bilden können. In dieser Studie wurden Osteoblastenzellen von transgenen Mäusen entnommen, die entweder zur Produktion von CLEC14A gezüchtet wurden oder nicht.

Die Osteoblasten wurden anschließend in vitro in einer Induktionslösung verwendet, und das Team stellte fest, dass Zellen, die von den proteinfreien Mäusen entnommen wurden, nach vier Tagen reif waren, während die Zellen in Gegenwart von CLEC14A acht Tage später reif waren. Darüber hinaus wurde bei den CLEC14A-freien Proben in der Studie am Tag 18 ein signifikanter Anstieg des mineralisierten Knochengewebes festgestellt. Dr. Amy Naylor, außerordentliche Professorin an der Fakultät für Infektionen, Entzündungen und Immunologie der Universität Birmingham, sagte: „In den letzten zehn Jahren wurde eine bestimmte Art von Blutgefäßzellen in Knochen identifiziert. Dieses Blutgefäß wird als „Typ-H“ bezeichnet und ist dafür verantwortlich, knochenbildende Osteoblasten an jene Stellen zu leiten, an denen Knochenwachstum erforderlich ist. Jetzt haben wir herausgefunden, dass ein Protein namens CLEC14A auf der Oberfläche von Typ-H-Blutgefäßzellen zu finden ist.

In ihren Experimenten haben die Forscher festgestellt, dass Osteoblasten, die auf Endothelzellen reisten, bei Vorhandensein des CLEC14A-Proteins weniger Knochen produzieren. Umgekehrt produzieren sie mehr Knochen, wenn das Protein entfernt wird. Dieses zusätzliche Verständnis darüber, wie Blutgefäßzellen knochenbildende Osteoblasten unter normalen, gesunden Bedingungen steuern, bietet laut den Forschern einen Weg zur Entwicklung von Behandlungen für Patienten mit unzureichender Knochenbildung, z. B. bei Patienten mit nicht heilenden Frakturen, Osteoporose oder chronisch entzündlichen Erkrankungen. Eine schlechte Knochenbildung ist ein wichtiger Faktor für Knochenschäden bei Osteoporose und entzündlicher Arthritis. Dies kann zu Behinderungen, Schmerzen und Müdigkeit führen, was sich auf vielfältige Weise auf das Leben der Menschen auswirkt, einschließlich ihrer Arbeitsfähigkeit, der Zeit, die sie mit Familie und Freunden verbringen, und ihres Wohlbefindens. Die Forscher hoffen, dass diese Erkenntnisse letztendlich zu neuen Behandlungsansätzen für Menschen mit Erkrankungen des Bewegungsapparats führen werden.

Ginseng als alternative Osteoporose-Behandlung

Obwohl es wirksame Medikamente zur Behandlung von Osteoporose gibt, können diese Nachteile mit sich bringen. Mehrere Arzneien haben sich als effektiv erwiesen, um entweder Knochenschwund zu verhindern oder die Knochenbildung zu fördern, aber jedes davon ist mit potenziellen Nebenwirkungen verbunden, einschließlich Verletzungen der Kiefer- und Beinknochen. Auf der Suche nach alternativen Arzneimittelkandidaten haben Forscher, die in ACS Central Science berichten, eine Verbindung aus einer botanischen Quelle, dem weiblichen Ginseng, entdeckt und vollständig repliziert, die in Zelltests eine starke anti-osteoporotische Wirkung zeigte.

Die Forscher führten eine chemische Extraktion der Heilpflanze durch und identifizierten zwei neue Verbindungen, die sie Falcarinphthalid A und B nannten, und die sich strukturell von allem unterschieden, was zuvor in weiblichem Ginseng entdeckt wurde. Dann entwickelte das Team auf der Grundlage dieser Mechanismen Laborsynthesemethoden und stellte die Verbindungen in Mengen her, die für biologische Tests ausreichten. Inspiriert von der traditionellen Wirksamkeit von weiblichem Ginseng testete das Team die Verbindungen auf ihre Auswirkungen auf die Bildung von Zellen, die als Osteoklasten bezeichnet werden und den Knochenabbau fördern. Sie beobachteten, dass nur Falcarinphthalid A und seine Vorläufer eine osteoklastenhemmende Aktivität und eine anti-osteoporotische Wirkung zeigten. Weitere Analysen zeigten, dass Falcarinphthalid A wichtige molekulare Signalwege blockierte, die an der Bildung von Osteoklasten beteiligt sind. Die Forscher sagen, dass diese Studie die Möglichkeiten für neue Osteoporose-Behandlungen auf Basis der weiblichen Ginseng-Verbindung eröffnet, sei es in ihrer aktuellen Form oder als strukturelle Vorlage für die weitere Medikamentenentwicklung.