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Fragestellung: Trotz enormer Belastbarkeit kann bei stärkerer Krafteinwirkung auf das knöcherne Skelett, etwa durch einen Unfall, ein Knochen frakturieren. Auch bei idealer Versorgung bleibt die Heilung bei 10-15% der Patienten nicht zufriedenstellend. Die Knochenheilung ist ein komplexer, multifaktorieller Prozess von Zellen und deren Zytokine. Studien über Knochen und das Immunsystem konvergierten in den letzten Jahren unter dem Namen der Osteoimmunologie. Es wurde gezeigt, dass eine Depletion von spezifischen T-Zellen die Frakturheilung beschleunigen oder verlangsamen kann. Das Altern hat einen großen Einfluss auf diese Interaktion von Knochen- und Immunzellen. Um den Prozess des Alterns zu verstehen, wurde in dieser Studie der Einfluss eines gealterten Immunsystems untersucht, unter anderem in einem Mausmodell mit humanen Immunzellen.

Methodik: C57BL/6 Mäuse im Alter von 12, 52 und 102 Wochen wurden untersucht, um den Einfluss des Alterns auf die Entwicklung des adaptiven Immunsystems zu untersuchen. Pro Gruppe wurde eine Anzahl von N=6 Mäusen mittels Durchflusszytometrie auf die Immunzellzusammensetzung untersucht. Zur Testung von humanen Immunzellen wurden NODscidgamma(null) Mäuse (NSG) mit peripheren mononukleären Blutzellen (PBMC) von Spendern mit verschieden ausgeprägtem adaptivem Immunsystem beladen. Um den Einfluss von Immunzellen auf die Knochen-Regeneration zu untersuchen, wurde bei den Mäusen eine Osteotomie mit einem externen Fixateur durchgeführt. Der Heilungsprozess wurde 21 Tage nach Osteotomie mittels µCT, Durchflusszytometrie und Histologie evaluiert.

Ergebnisse: Das Immunsystem von C57BL/6 Mäusen verändert sich mit dem Alter hingehend zu einer stärkeren Memory Population und eines Verschwinden von naiven Immunzellen. CD44+CD62L+/- T-Zellen sind prozentual erhöht in 102 Wochen alten Mäusen gegenüber der 52 und 12 Wochen alten Mäusen (p<0,05). Dies entspricht der Entwicklung in einem alternden Menschen. Im PBMC humanisierten Mausmodell konnte gezeigt werden, dass der Anteil an humanen Lymphozyten ausschlaggebend ist für die Knochen Regeneration. In Mäusen mit einem Anteil von über 60% humanen CD45+ Zellen konnte ein signifikanter Anstieg in der Proportion von Knochenvolumen im Kallusvolumen (BV/TV) gezeigt werden (p<0,05).

Schlussfolgerung: Die Immunzellzusammensetzung verändert signifikant die Knochenmineralisationsdichte nach einer Fraktur. Dieses Ergebnis zeigt deutlich, dass die Immunzellen für den Knochenheilungsprozess wichtig und insgesamt vorteilhaft sind. Eine Populationsveränderung der Immunzellen konnte altersspezifisch gezeigt werden, was darauf hindeutet, dass die Frakturheilung im Alter durch das veränderte Immunmilieu verändert ist. Im Alter ist der Organismus in einer Art chronischem Entzündungszustand, der einen negativen Einfluss auf die regenerative Kapazität haben kann. Dieser Effekt konnte auch in-vitro gezeigt werden, wo pro-inflammatorische Zytokine die Möglichkeit der MSC osteogen zu differenzieren hindern.