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Fragestellung: Neurofibromatose 1 (NF1) ist eine häufige genetische Erkrankung mit einer Inzidenz von 1:3000. Bis zu 50% der Erkrankten zeigen Skelettaffektionen wie Verbiegungen der Tibia. Die Knochenheilung bei NF1 ist problematisch und kann zur Entwicklung komplikationsträchtiger Pseudarthrosen führen. Studien an humanen tibialen Pseudarthrosen bei NF1 konnten den Verlust der Heterozygotie (LOH) nachweisen. Ein LOH ist nur mit konditionalem KO möglich, da Tiere mit unspezifischem Verlust beider Allele nicht lebensfähig sind. Ziel des Vorhabens ist die Analyse der Frakturheilung und ihrer Störungen bei Neurofibromatose 1 mit LOH im NF1flox/floxPrx1Cre KO Modell der Maus.

Methodik: 8–10 Wochen alte C57Bl6/N Mäuse und KO Mäuse wurden in die Studie eingeschlossen. Eine femorale, diaphysäre Fraktur wurde gesetzt und mit einem Marknagel versorgt. Die biomechanische Torsionstestung erfolgte bis zum Versagen der Probe am Tag (D) 21 (WT N=8 vs. KO N=6). µCT Analysen erfolgten an D14 und D21 post operationem (WT und KO je N=8). Histologische Untersuchungen wurden an D14 und D21 vorgenommen (Movat Pentachrom, WT N=8 und KO N=3).

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die biomechanischen Testungen zeigten ein niedrigeres Drehmoment [Median (25/75 Perzentil)] bei D14 (60 (50/63)%, WT vs 55,09 (32/65)%, KO; p = 0,005) und ein niedrigeres Drehmoment am D21 (105 (95/122)% WT vs 77 (50/82)% KO; p=0,005). Auch die Torsionssteifigkeit war deutlich geringer D14 (47 (34/54)% WT vs.22 (14/40)% KO) und D21 (135 (113/176)% WT vs 37 (17/43)% KO; p=0,005). Die µCT Analyse im WT zeigte ein ansteigendes Kallusvolumen (TV) von D7 (8,9±1,8 mm³, Mittelwert ± Standardabweichung) über D10 zum D14 (32,2±8,6 mm³; p=0,001) und blieben zum D21 konstant. Das Knochenvolumen (BV) stieg über den gesamten Zeitraum an (D7: 2,9±0,37; D21: 12,9±5,6; p jeweils <0,05). Das TV der KO Tiere am D21 war deutlich kleiner (11,3±3,7 mm³; p=0,007). Auch das BV lag deutlich unter dem des WT (4,9±1 p=0,007). Die Histomorphometrie zeigte ein niedrigeres Knorpelvolumen der KO bei D14 (7 (3/8)% KO vs 48 (41/57)% WT; p=0,012) und ein geringeren Knochenvolumen 10 (9/11)% KO vs. (12 (10/15)% WT, p=0,006). Der KO Kallus am D21 zeigte breite Osteoidsäume, die auf eine reduzierte Mineralisierung hindeuten.

Der Heilungsverlauf der WT-Maus im vorgestellten Model war durch sekundäre Frakturheilung charakterisiert. Nach 21 Tagen zeigte sich ein knöchern konsolidierter Kallus. Die Frakturheilung in der KO-Maus war gestört. Die biomechanische Kompetenz war wie die Strukturparameter des Frakturkallus im KO-Tier verringert. Die histologischen Ergebnisse weisen auf eine verringerte Knorpelbildung während der enchondralen Ossifikation sowie eine geteigerte Produktion von Osteoid, das nicht mineralisiert wurde. Dies kann pathophysiologisch durch das Fehlen des Ras-Inhibitors Neurofibromin und Aktivierung des Ras-MAPK-Signalwegs erklärt werden, wodurch mesenchymale Vorläuferzellen in ihrer Differenzierung gestört sind.