Zusammenfassung
Humaner Knochen ist von einem komplexen Netzwerk aus Lakunen und Kanalikuli durchzogen,
welches von mechanosensitiven Osteozyten bevölkert wird. Durch Signalmoleküle und
direkten Zellkontakt regulieren Osteozyten die Aktivität von Osteoblasten und Osteoklasten
im Knochenumbau und modulieren so die mechanischen Eigenschaften des Knochens. Zusätzlich
greifen Osteozyten in den Kalziumstoffwechsel ein und können lokal Kalzium resorbieren
oder eine Mineralisierung beeinflussen. Wir diskutieren zwei Hauptfaktoren, welche
die Mechanoresponsivität des Netzwerks schädigen:
1. Der Tod von Osteozyten, z. B. bei unphysiologischer Belastung, und der Mangel an
Osteozyten im Alter verschlechtern die Auflösung des mechanosensitiven Netzwerk. Dies
verhindert eine adäquate Instandhaltung der Gewebequalität und resultiert in gealtertem,
höher mineralisiertem Knochen mit einer Häufung von Mikrorissen.
2. Der Verschluss von Lakunen mit Mineral verhindert zusätzlich den Nährstoff- und
Signalmolekülfluss im Netzwerk. So wird die Lebensfähigkeit anliegender Zellen behindert
und die Mechanoresponsivität verringert. Da die regulierende Funktion der Osteozyten
auf den Knochenumbau für eine hohe Fraktur resistenz essenziell ist, bietet sich hier
ein großes Potenzial, durch Unterstützung der Osteozytenlebensfähigkeit therapeutisch
und präventiv Frakturen zu bekämpfen.
Summary
In bone remodeling the bone-resorbing osteoclasts and bone-forming osteoblasts maintain
the mechanical competence of bone in a balanced interaction. Additionally, the osteocyte,
the most frequent osseous cell (> 25,000/mm³), resides in lacunae and is connected via channels creating an enormous nanoscale
network. Osteocytes have shown exceptional mechanoresponsive and mechanosensitive
behavior, allowing them to control bone repair in damaged or aged bone areas and improving
the resistance to fracture. Here, we describe the following influences of aging and
disease on the osteocyte lacunacanalicular network:
– Mineralized lacunae may influence fluid flow and hamper mechanosensitivity, resulting
in a loss of mechanical competence.
– Further an increasing number of mineralized lacunae, as in aged bone tissue, could
make bone more susceptible to fracture.
– With a decreasing number of viable osteocytes, the network fails to detect local
damages, thereby compromising bone strength.
Our article highlights the major role of osteocytes in aging, disease and the preservation
of bones’ strength. We found an aging- and disease-related decay of the osteocyte-lacunar
network to be associated with the loss of bones’ strength. The network decay results
in less targeted damage repair, thus enabling increased bone fragility, a major problem
in an elderly population. It is essential to unravel the involvement of the osteocyte
lacuno- canalicular system in bone fragility to combat fractures with preventive and
therapeutic strategies.
Schlüsselwörter
Osteozytennetzwerk - Knochenumbau - Alterseinfluss - Osteoporose
Keywords
Osteocyte network - bone remodeling - aging - osteoporosis
