Ein bisher übersehenes Netzwerk aus feinsten Blutgefäßen, das das Knochenmark direkt mit der Zirkulation der Knochenhaut verbindet, hat eine Wissenschaftlergruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Matthias Gunzer und Dr. Anja Hasenberg vom Institut für Experimentelle Immunologie und Bildgebung der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen (UDE) identifiziert.
An der Studie waren auch Wissenschaftler des Universitätsklinikums Essen sowie von Forschungseinrichtungen in Erlangen, Jena, Berlin, Dresden und Bern beteiligt. Ihre Ergebnisse wurden jetzt im renommierten Fachmagazin „Nature Metabolism“ publiziert.
Knochen sind zwar sehr harte Organe, sie haben aber auch ein dichtes Netzwerk von Blutgefäßen in ihrem Inneren, wo sich das Knochenmark befindet, sowie auf der mit Knochenhaut bedeckten Außenseite. Deshalb bluten beispielsweise Knochenbrüche erheblich. Allerdings können durch dieses Gefäßsystem auch neu gebildete Blutzellen das Knochenmark verlassen und in den Körper auswandern.
„Wie jedes Organ benötigt ein Knochen für diese Funktionen einen geschlossenen Blutkreislauf. Während frisches Blut über Arterien in das Organ hineintransportiert wird, fließt über die Venen das verbrauchte Blut wieder heraus. Wie dieser geschlossene Blutkreislauf von Röhrenknochen genau aussieht, war allerdings bisher noch nicht ganz klar“, so Dr. Anika Grüneboom vom Universitätsklinikum Erlangen, die ihre Promotion in der Arbeitsgruppe von Prof. Gunzer angefertigt hat.
Teils über tausend Blutgefäße
In Knochen von Mäusen fand die Wissenschaftlergruppe nun teils über tausend bisher unbekannte Blutgefäße, die auf der gesamten Länge quer durch den kompakten Knochen, die sog. Kortikalis, verlaufen. Deshalb bezeichneten die Forscher sie als „Transkortikalgefäße“. Weiter konnten sie zeigen, dass durch dieses neu entdeckte Gefäßsystem die überwiegende Menge sowohl des arteriellen als auch des venösen Blutes fließt.
Prof. Gunzer: „Die bisherigen Konzepte beschrieben lediglich einige wenige arterielle Zuflüsse und zwei venöse Abflüsse bei Knochen. Das ist vollkommen unvollständig und spiegelt die natürliche Situation überhaupt nicht wider. Es ist schon erstaunlich, dass man im 21. Jahrhundert noch neue anatomische Strukturen finden kann, die in keinem Lehrbuch beschrieben werden.“
Möglich wurde dies durch eine einmalige Mischung aus modernsten Imagingverfahren, die über die Jahre aufgebaut und perfektioniert wurden. „Viele davon wurden von uns zum ersten Mal eingesetzt, um den Blutfluss in Knochen zu untersuchen“, so Prof. Gunzer, „etwa die sogenannte Lichtblattmikroskopie oder die ultrahochaufgelöste 7 Tesla Magnetresonanztomographie.“
Mit persönlichem Körpereinsatz
Mit diesen Techniken wurde gezeigt, dass Transkortikalgefäße auch in einigen Bereichen der deutlich dickeren Knochen beim Menschen vorkommen. Die Studie erforderte von allen Teilnehmern vollen – auch körperlichen – Einsatz. So legte sich Prof. Gunzer für die 7 Tesla-Untersuchungen im Erwin L. Hahn-Institut an der UDE insgesamt ca. sechs Stunden selbst ins Gerät, bis die hochaufgelösten Bilder endlich „im Kasten“ waren.
In der Zukunft soll nun untersucht werden, welche Rolle Transkortikalgefäße für die normale Knochenphysiologie und bei Krankheiten wie z.B. Osteoporose oder Tumoren spielen, die in den Knochen metastasieren.
Originalpublikation: Anika Grüneboom, Ibrahim Hawwari, Daniela Weidner, Stephan Culemann, Sylvia Müller, Sophie Henneberg, Alexandra Brenzel, Simon Merz, Lea Bornemann, Kristina Zec, Manuela Wuelling, Lasse Kling, Mike Hasenberg, Sylvia Voortmann, Stefanie Lang, Wolfgang Baum, Alexandra Ohs, Oliver Kraff, Harald H. Quick, Marcus Jäger, Stefan Landgraeber, Marcel Dudda, Renzo Danuser, Jens V. Stein, Manfred Rohde, Kolja Gelse, Annette I. Garbe, Alexandra Adamczyk, Astrid M. Westendorf, Daniel Hoffmann, Silke Christiansen, Daniel Robert Engel, Andrea Vortkamp, Gerhard Krönke, Martin Herrmann, Thomas Kamradt, Georg Schett, Anja Hasenberg & Matthias Gunzer: A network of trans-cortical capillaries as mainstay for blood circulation in long bones. Nature Metabolism. Volume 1, pages 236–250 (2019)