E75a Spezielle Nischen: Knochen

Thema

Knochen, als Nährboden für einen Tumor, zeichnet sich vor allem durch seine mineralische extrazelluläre Matrix aus. Das bedeutet, er besteht hauptsächlich aus Mineralien und ist extrem steif – weitaus steifer als jedes andere Weichgewebe im Körper. Diese extreme Steifigkeit erzeugt knochenspezifische mechanische Signale, die das Gewebe selbst in biologische Signale umwandelt: zum einen durch Integrine, die Verankerungsmoleküle, die die Zelle mit der umgebenden Matrix verbinden, und zum anderen durch die Piezoelektrizität des Knochens, also die Fähigkeit des Knochengewebes, bei mechanischer Verformung einen kleinen elektrischen Strom zu erzeugen.

Der zentrale physikalische Prozess, der bei der Ansiedlung eines Tumors im Knochen auftritt, ist der sogenannte Teufelskreis der Knochenzerstörung. Dieser Kreislauf beginnt, wenn der Tumor ein Signalmolekül freisetzt, das Osteoklasten direkt aktiviert – die spezialisierten Knochenzellen, die für den Abbau und die Resorption von mineralischem Knochengewebe verantwortlich sind.

Aktivierte Osteoklasten führen die Knochenresorption durch, das heißt, sie zerstören und lösen die mineralische Matrix des Knochens auf. Dabei setzen sie einen Wachstumsfaktor frei, der zuvor in der Knochenmatrix gebunden war.

Dieser aus der Knochenmatrix freigesetzte Wachstumsfaktor stimuliert wiederum die Vermehrung der Tumorzellen. Die Zunahme der Tumorzellen führt zur Freisetzung weiterer Signalmoleküle, die Osteoklasten aktivieren und so den Teufelskreis der Knochenzerstörung schließen: Mehr Tumorzellen aktivieren mehr Osteoklasten, mehr Osteoklasten zerstören mehr Knochen, und mehr zerstörter Knochen setzt mehr Wachstumsfaktor frei, der einen noch größeren Tumor nährt.

Neben diesem Teufelskreis der Knochenzerstörung gibt es einen zweiten physikalischen Mechanismus, der erklärt, warum bestimmte Tumoren bevorzugt Knochen besiedeln: Die Gefäßarchitektur des Knochens wird von speziellen Blutgefäßen im Knochenmark, den sogenannten Sinusoiden, gebildet. Die Stützzellen des Knochenmarks setzen selbst ein Signalmolekül frei, das gezielt Tumorzellen anlockt, die den entsprechenden Rezeptor auf ihrer Oberfläche tragen. Sowohl Prostatakrebszellen als auch Myelomzellen weisen denselben Rezeptor in besonders hoher Konzentration auf ihrer Oberfläche auf. Dies erklärt den selektiven Knochentropismus beider Tumoren hin zum Knochen, der über dieselben Knochenmarksinusoide erfolgt.

Dieser Teufelskreis der Knochenzerstörung, zusammen mit dem durch die Gefäßarchitektur des Knochens bedingten selektiven Knochentropismus bei bestimmten Tumoren wie Prostatakrebs und Myelom, erklärt, warum Knochenmetastasen nach ihrer Entstehung dazu neigen, sich selbst zu verstärken. Die Behandlung dieser Metastasen zielt daher häufig genau darauf ab, diesen Teufelskreis zu unterbrechen, beispielsweise durch die Blockierung der Osteoklastenaktivierung, um sowohl die Knochenzerstörung als auch das Wachstum des durch diesen Kreislauf geförderten Tumors zu verlangsamen.

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