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Fragestellung: Es ist bekannt, dass β₂-Adrenozeptor (β₂-AR)-Signaling einen Einfluss auf die Knochenhomöostase hat. Mäuse mit einem systemischen oder osteoblastenspezifischen Knockout des β₂-AR zeigen eine erhöhte Knochenmasse, was auf einen negativen Einfluss dieses Rezeptors auf den Knochen hindeutet. Die Rolle des β₂-AR in Chondrozyten und dessen Einfluss auf die chondrale Ossifikation ist jedoch noch unbekannt. Ziel dieser Studie war es daher, die Rolle des β₂-AR in Chondrozyten während des Knochenwachstums und der Frakturheilung zu untersuchen.

Methodik: Männliche Adrb2^fl/fl/Col2a1-Cre⁺ Mäuse mit spezifischer Deletion des β₂-AR in Chondrozyten sowie deren Cre^- Wurfgeschwister wurden im Alter von 11–12 Wochen euthanasiert und Femur- und Tibialänge wurde bestimmt. Die Knochenmasse der Femora wurde anschließend perμCT analysiert und die Wachstumsfugen der Femora wurden histologisch und immunhistochemisch untersucht. Eine weitere Gruppe männlicher Adrb2^fl/fl/Col2a1-Cre-Mäuse erhielt eine Femurosteotomie, um die verschiedenen Phasen der Frakturheilung zu untersuchen. 10 Tage nach Fraktur wurden die Frakturkalli histologisch untersucht. 21 Tage nach Fraktur wurde die relative Biegesteifigkeit der frakturierten Femora zum jeweiligen kontralateralen Femur mittels 3-Punkt-Biegeprüfung ermittelt und die Frakturkalli per μCT analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Verglichen mit Cre^- Kontrolltieren zeigten Adrb2^fl/fl/Col2a1-Cre⁺ Mäuse kürzere Femora (14,9 vs. 15,8 mm; p=0,0001) und Tibien (Abbildung 1 A [Abb. 1]). Immnunhistochemische Analysen ergaben verbreiterte hypertrophe Zonen in den Wachstumsfugen der Adrb2^fl/fl/Col2a1-Cre⁺ Mäuse mit einem erhöhten Anteil an Col10a1⁺ Zellen (Abbildung 1 B, C [Abb. 1]). In der Knochenmasse wurden keine Unterschiede festgestellt. 21 Tage nach Fraktur zeigten Adrb2fl/fl/Col2a1-Cre⁺ Mäuse eine verringerte Biegesteifigkeit des frakturierten Femurs (Abbildung 1 D [Abb. 1]) sowie eine verringerte Mineralisierung (746,1 vs. 783,8 mg HA/cm³; p=0,0252) und einen niedrigeren Knochenanteil (6,5 vs. 13,7%; p=0,0043) im Frakturkallus, was auf eine gestörte Frakturheilung hindeutet. 10 Tage nach Fraktur zeigten die Frakturkalli von Cre⁺ Mäusen einen geringeren Knorpelanteil (21,13 vs. 40,45%; p= 0,0042) und einen erhöhten Anteil an fibrösem Gewebe (68,3 vs. 51,83%; p=0,0066).

Unsere Daten deuten auf eine kritische Rolle des β₂-AR in Chondrozyten während des Knochenwachstums und der Frakturheilung hin. Das gestörte Knochenwachstum von Adrb2^fl/fl/Col2a1-Cre⁺ Mäusen könnte möglicherweise durch eine beschleunigte Differenzierung von proliferativen zu hypertrophen Chondrozyten und eine daraus resultierende verkürzte Proliferationsphase vermittelt sein. Die Frakturheilung könnte über denselben Mechanismus durch eine beeinträchtigte Knorpelbildung im Frakturkallus verzögert sein.