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Fragestellung: Im Verlauf der Frakturheilung werden Knochen und Frakturkallus von sensiblen und sympathischen Nervenfasern innerviert. Die Abwesenheit sensibler Fasern beeinflusst Kallusgröße und Knochenbildung und kann zu einer Pseudarthrose führen. Substanz P (SP), ein sensibler Neurotransmitter, wird wie sein Rezeptor Neurokinin1 von kallusbildenden Chondrozyten exprimiert. Sympathische Innervierung könnte einen negativen Effekt auf die Knochenneubildung haben; die Synthese des sympathischen Neurotransmitters Noradrenalin (NA) konnte bislang nicht in kallusbildenden Chondrozyten nachgewiesen werden. Die Studie untersucht die Effekte von SP und NA auf die Kallusdifferenzierung und Knochenqualität in vivo an murinen Frakturmodellen und ex vivo an Kallusexplantatkulturen.

Methodik: Unstabilisierte Tibiafrakturen (linke Hinterextremitäten) bei männlichen Wildtyp (WT/C57Bl6) und Tachykinin1 (Tac1) defizienten Mäusen. Drucksensibilitätsmessung an Tag 5/ 8 nach Fraktur. Tag 8 Isolierung der Frakturkalli, wiegen, vermessen und kultivieren für 7 Tage. Geneexpressionsanalysen einer Auswahl an Genen (timp-1,-2,-3; mmp-2,-3,-14; IL6,-8;iNos,cox-2) mittels qPCR. Morphometrische Analyse des Kallusgewebes mittels Paraffinschnitten (Alzian blau/Sirius rot Färbung) 5, 9 und 13 Tage nach Fraktur. Stabilisierte Femurfrakturen (linke Hinterextremitäten) bei WT, Tac1-/- und sympathektomierten (Applikation von 6-OHDA) Mäusen. Nach 3 Wochen, biomechanische Tests an frakturierten und nicht-frakturierten Femora (Drehmoment, Biegung, Steifigkeit).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Tac1-/- Mäuse zeigen 5 Tage nach Fraktur geringeres Schmerzempfinden im frakturierten Bein und ihre Frakturkalli weisen 8 Tage nach Fraktur geringeres Volumen und eine höhere Dichte auf als WT Mäuse. In Explantatkulturen ist die Expression der Gene timp-2,-3, mmp-3,-14 und cox2 von Tac1-/- Kalluschondrozyten erhöht verglichen zum WT. Sympathektomierte Mäuse haben 5 Tage nach Fraktur einen höheren Anteil an mesenchymalem Kallusgewebe und einen geringeren Anteil an Softkallus verglichen zu WT und Tac1-/- Mäusen. 3 Wochen nach Fraktur halten Femora von WT Mäusen eine stärkere Biegung aus als frakturierte Femora von Tac1-/- Mäusen sowie einem höheren Drehmoment und sind steifer als frakturierte Femora von Tac1-/- und sympathektomierten Mäusen. Ko-laterale Kontrollbeine von WT Mäusen halten einem höheren Drehmoment stand und sind steifer als die von Tac1-/- und sympathektomierte Mäusen. Die Qualität des neugebildeten Knochens nach Frakturheilung zeigt keinen Unterschied im Vergleich zum existierenden Knochen der nicht-frakturierten Kontrollbeine.

Die Abwesenheit von SP beeinflusst Größe und Dichte der Frakturkalli und die Expression von Genen, die eine Rolle in Entzündungsreaktionen und Matrixkomposition spielen. NA beeinflusst die Gewebszusammensetzung in der frühen Phase der Kallusreifung. Beide haben einen Effekt auf die mechanische Stabilität der Knochenstruktur, üben aber keinen Effekt auf die Qualität von neugebildeten Knochen in adulten Mäusen aus.