Einblicke in das Innere von Knochen

Kolleg:innen vom DRFZ aus den Arbeitsgruppen von Anja Hauser und Raluca Niesner haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem die zelluläre Zusammensetzung ganzer Knochen lichtmikroskopisch per Lichtblattmikroskopie dreidimensional dargestellt werden kann. Diese Methode wurde kürzlich im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Bislang war es aufgrund ihrer optischen Eigenschaften schwierig, ganze Knochen mit subzellulärer Auflösung mikroskopisch zu analysieren. Die Arbeitsgruppen Hauser und Niesner haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem im Mausmodell ganze Knochen geklärt, also durchsichtig gemacht werden. Somit lässt sich in der Light Sheet Mikroskopie ihre zelluläre Zusammensetzung in 3D analysieren.

Knochen sind mehr als nur das Gerüst unseres Skeletts. Das im Knochen enthaltene Knochenmark spielt eine entscheidende Rolle für die Funktion unseres Immunsystems. Es dient als Geburtsort für Blutzellen und als Aufenthaltsort für Zellen des immunologischen Gedächtnisses. Die Interaktion zwischen Immun- und Bindegewebszellen spielt eine entscheidende Rolle sowohl bei normalen Körperfunktionen als auch bei Krankheiten und Heilungsprozessen. Eine räumlich aufgelöste Analyse der zellulären Verhältnisse im Knochen und Knochenmark ist daher entscheidend für unser Verständnis dieser Prozesse.

Mit der neuen Methode konnten altersbedingte Veränderungen in der Gewebestruktur des gesunden Knochenmarks nachgewiesen werden: Bei alten Mäusen wurde eine signifikante Verkleinerung des Hauptblutgefäßes, des Zentralsinus, beobachtet. Zudem dehnte sich bei alten Tieren das Knochenmark in die harte Knochenwand aus. Dies könnte bedeutende Auswirkungen auf den Austausch von Blutzellen zwischen Knochenmark und Blutkreislauf haben und sich auch auf die Stabilität des Knochens auswirken.

Die Methode erlaubt zudem, die Verteilung von einzelnen Zellen zu analysieren. So haben die Forscher:innen CX₃CR1⁺ myeloide Zellen untersucht. Diese Zellen spielen im Knochen im gesunden Zustand und im Verlauf der Knochenheilung eine wichtige Rolle. Während die Zellen in gesunden Tieren in engem Kontakt mit Blutgefäßen stehen, findet nach einer Knochenverletzung eine Umverteilung statt, die dazu führt, dass diese Zellen das geschädigte Gewebe gegenüber den gesunden Gewebebereichen abgrenzen und die Einsprossung von neuen Blutgefäßen zur Regeneration ermöglichen.