Knochenmaterialeigenschaften einer Patientin mit Pyknodysostose und multiplen Frakturen: Hypermineralisation der Matrix, Mikropetrose, Vorhandensein von geordneten und ungeordneten Knochenarealen

Einleitung: Die Pyknodysostose (OMIM: 265800) ist eine sehr seltene (geschätzte Prävalenz: 1:1 000 000) autosomal-rezessiv vererbte Skelettdysplasie, die durch Mutationen in Cathepsin K verursacht wird. Cathepsin K ist ein lysosomales Enzym, das von Osteoklasten sezerniert wird und wichtig für den Kollagenabbau ist. Eine verminderte Aktivität von Cathepsin K führt zu einer Störung des Knochenumbaus, zum Anbau ungeordneter Knochenlamellen, zu einer Erhöhung des Knochenmineralgehaltes, sowie zu progressiver Osteosklerose und Knochenbrüchigkeit. Darüber hinaus wird Cathepsin K auch von reifen Osteozyten, während der osteozytären Osteolyse, exprimiert. Es ist unklar, inwieweit sich die verminderte Cathepsin K Aktivität auch auf die Morphogenese und die Zahl der Osteozyten sowie die Größe der Lakunen und damit auf die Ausbildung des Osteozytennetzwerks auswirkt. Veränderungen in diesen Parametern können zum erhöhten Frakturrisiko beitragen.

Methode: In dieser Studie wurde Knochenmaterial einer 57-jährigen Patientin mit Pyknodysostose bei operativer Korrektur einer Hüftkopffraktur gewonnen und mittels Lichtmikroskopie, quantitativer Rückstreuelektronenanalyse und konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie untersucht.

Ergebnisse: Das trabekuläre Knochenvolumen, BV/TV variierte lokal von 30.3% bis 67.4%. Der mittlere Kalziumgehalt der Matrix war um 7.5% und die hochmineralisierten Anteile um das Fünffache erhöht, verglichen zu Referenzwerten gesunder Individuen. Osteoklasten waren in großer Zahl vorhanden, jedoch zeigte sich die für Pyknodysostose charakteristische dysfunktionale Knochenresorption durch demineralisierte Matrixsäume in den Resorptionslakunen. Im trabekulären Knochen waren die Kollagenfibrillen teils lamellar geordnet, teils geflechtsknochenartig ungeordnet. Zahlreiche hochmineralisierte Einschlüsse (Makropetrose) konnten beobachtet werden. Der kortikale Knochen war überwiegend parallel lamellär angeordnet, was typisch für periostalen Anbau ist. Es fanden sich auch Osteone mit konzentrisch angeordneten Lamellen. Die Osteozytenzahl und -größe waren im Normbereich, jedoch waren zahlreiche ausmineralisierte Osteozytenlakunen (Mikropetrose) vorhanden. Hier war das Osteozytenetzwerk stark vermindert. Im Lamellenknochen war die Dichte der Kanalikuli im Normbereich (0.048 μm/μm3 Knochenvolumen).

Diskussion: Zusammenfassend zeigen diese Untersuchungen multiple Veränderungen des Knochens. Das erhöhte Knochenvolumen sowie die Hypermineralisation der Matrix und die gestörte Anordnung der Lamellen tragen zur einer verminderten Matrixqualität und Brüchigkeit des Knochens bei. Die Okklusion der Osteozytenlakunen führt darüber hinaus zur lokalen Unterbrechung des Osteozytennetzwerks und damit auch zur Störung der Knochenumbauprozesse. Nichtsdestotrotz zeigt die Ausbildung eines geordneten und dichten Osteozytenetzwerks in weiten Bereichen der Probe, dass Cathepsin K nicht essenziell für die Ausbildung dieses Netzwerks ist.

Keywords: Seltene Erkrankung, Fraktur, Materialeigenschaften, en

Korrespondenzadresse: Nadja Fratzl-Zelman, Ludwig Boltzmann Institut für Osteologie, Wien, Hanusch-Krankenhaus der ÖGK und AUVA Traumazentrum Wien Meidling, 1. Medizinische Abteilung, Hanusch Krankenhaus, Heinrich-Collin Straße 30, 1140 Wien, Österreich, E-Mail: [e-mail]

Publication History

Article published online:
13 March 2024