Von der Zelle zum Mineral
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homas Dechat Ludwig Boltzmann-Institut für Osteologie im Hanusch-Krankenhaus der ÖGK und Traumazentrum Meidling der AUVA, 1. Med. Abt., Hanusch-Krankenhaus, Wien, Österreich
Von der Zelle zum Mineral In der Gruppe für molekulare Zellbiologie des Ludwig Boltzmann-Instituts für Osteologie (LBIO) sind wir hauptsächlich an den Mechanismen, die der Differenzierung von Stammzellen in Osteoblasten und weiter in Osteozyten zugrunde liegen, interessiert. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Bildung der extrazellulären Matrix und der Ablagerung von Mineral in diese. In diesen komplex regulierten Prozessen sind viele unterschiedliche Faktoren involviert und Abweichungen in den einzelnen daran beteiligten Stoffwechsel- und Signalwegen führen meistens zu Erkrankungen des Skeletts [1–4]. Am LBIO verwenden wir unterschiedliche Säugetierzellen, wie zum Beispiel primäre Zellkulturen, verschiedene Arten von Stammzellen, Präosteoblasten der Maus und menschliche Osteosarkomzellen als In-vitro-Modellsysteme, um die molekularen Abläufe, die der Bildung von Osteoblasten und deren weiterer Differenzierung in Osteozyten zugrunde liegen, zu studieren [5–7]. Durch Zugabe oder exogene Expression unterschiedlicher Faktoren oder das Ausschalten der Expression bestimmter Gene können diese Zellen manipuliert und in weiterer Folge die Auswirkungen auf ihre osteogene Differenzierung untersucht werden. Dazu nützen wir am LBIO unterschiedlichste biochemische, molekularbiologische und zellbiologische Analysemethoden. Mit diesen bestimmen wir unter anderem die Bildung und Zusammensetzung der extrazellulären Matrix, die Ablagerung von Mineral, die Expression unterschiedlichster Gene, die epigenetische Organisation des Chromatins und die zelluläre Lokalisation verschiedenster Proteine [5–9]. Mit den so gewonnenen Daten können dann Rückschlüsse auf die Pathophysiologie
von Knochenerkrankungen, wie zum Beispiel Osteoporose, gewonnen und diagnostische und/oder therapeutische Ansätze aufgezeigt werden. Ein wichtiger Aspekt des LBIO mit seinen unterschiedlichen Programmlinien und Support Facilities ist, dass wir gesunden und pathologischen Knochenaufbau und -umbau in seiner Gesamtheit, sprich von der Zelle und den zugrunde liegenden molekularen Mechanismen bis hin zum fertigen Knochen und dessen genauen Aufbau in Bezug auf Mineralisierung und organische Matrix untersuchen und im Detail analysieren können. Des Weiteren haben wir die Möglichkeit, die organische Matrix, welche von kultivierten Zellen produziert wird, mit den gleichen Methoden (z. B. Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie) zu untersuchen, wie sie auch beim fertigen Knochengewebe angewendet werden [7]. Ein anderes Beispiel für die Kombination von Zellbiologie und Spektroskopie ist die Untersuchung des Einflusses von Scherströmungen auf die Bildung der extrazellulären Matrix von Knochenzellen während ihrer Differenzierung [10]. Ein weiteres Projekt, welches kürzlich begonnen wurde, befasst sich mit der Aufklärung der Rolle von nukleären Laminen in der Osteogenese. Nukleäre Lamine sind Intermed
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