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Fragestellung: Mastzellen sind potente pro-inflammatorische Sensoren und Effektorzellen des Immunsystems, die sowohl die angeborene als auch die adaptive Immunantwort modulieren. Ein Einfluss von Mastzellen auf den Knochenmetabolismus ist seit längerem bekannt, da Patienten mit einer systemischen Mastozytose häufig eine Osteopenie/Osteoporose entwickeln (Seitz et al., 2013) und das Frakturrisiko steigt. Wenige phänomenologische Studien zeigen, dass Mastzellen während der Knochenbildung im Frakturkallus präsent sind (Banovak et al., 1995). Die Funktion der Mastzellen bei der Frakturheilung ist jedoch bisher nicht untersucht. Ziel dieser Arbeit war es, erstmals spezifisch den Einfluss von Mastzellen auf die Knochenregeneration während des Frakturheilungsverlaufs zu untersuchen. Dazu wurde ein standardisiertes Femurosteotomie-Modell an Mastzell-defizienten und -kompetenten Mäusen gewählt.

Methodik: Zwölf Wochen alte Mcpt5-Cre R-DTA Mäuse erhielten eine Osteotomie des rechten Femurs, die mittels Fixateur externe stabilisiert wurde. Die Mcpt5-Cre⁺R-DTA⁺ Mäuse (n=19) weisen eine konstitutive Defizienz an Bindegewebsmastzellen auf. Mastzell-kompetente Mcpt5-Cre^-R-DTA⁺ Mäuse (n=18) dienten als Kontrolle. Die Tiere wurden nach sieben beziehungsweise 23 Tagen getötet und der Fortschritt der Heilung mittels 3-Punkt-Biegung, µCT-Analyse und histomorphometrischer Untersuchung beurteilt. Osteoklasten wurden über eine Tartratresistente saure Phosphatase-Färbung (TRAP) ausgewertet. Statistik: Student's t-Test.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Nach sieben Tagen wiesen Mastzell-defiziente Mcpt5-Cre⁺R-DTA⁺ Mäuse histologisch einen erhöhten Knochenanteil an der Gesamtkallusfläche auf (p<0,05). Nach 23 Tagen wurde in den Mastzell-defizienten Tieren eine signifikant erhöhte relative Biegesteifigkeit der frakturierten Femora im Vergleich zur Kontrollgruppe (+147%; p<0,01) gemessen. Die Knochenmineraldichte (BMD) im Frakturkallus war in der Mastzell-defizienten Gruppe im Durchschnitt um 17% (p<0,05) erhöht, der Anteil des Knochenvolumens am Gesamtkallusvolumen (BV/TV) war um 23% (p<0,05) höher. In der Histologie war der Knochenanteil an der Gesamtkallusfläche in den Mastzell-defizienten Mäusen um 53% (p<0,05) erhöht, während im Frakturspalt keine signifikanten Unterschiede detektiert wurden. Die Anzahl an Osteoklasten im peripheren Frakturkallus war im Vergleich zur Kontrollgruppe um 22,4% (p<0,01) reduziert.

Eine konstitutive Defizienz an Bindegewebsmastzellen führte zu einer verbesserten Frakturheilung durch einen höheren Anteil an Knochengewebe im peripheren Frakturkallus. Dies lässt sich auf eine gesteigerte Knochenbildung in der frühen Phase der Frakturheilung sowie ein vermindertes Remodeling durch geringere Osteoklastenaktivität zurückführen. Das weist darauf hin, dass Mastzellen einen maßgeblichen Einfluss auf die Knochenformation und -resorption bei der Frakturheilung haben.