Typ-2-Diabetes verändert das Verhalten der Bandscheiben in der Wirbelsäule

In einem Rattenmodell wurden die Bandscheiben bei Vorliegen von Typ-2-Diabetes steifer und veränderten ihre Form früher als normal. Das ist das Ergebnis einer Studie von Forschern der University of California San Diego und der University of California San Francisco, USA.

Typ-2-Diabetes verändert das Verhalten der Bandscheiben in der Wirbelsäule, macht sie steifer und führt auch dazu, dass sich die Form der Bandscheiben früher als normal ändert. Dadurch wird die Druckfestigkeit der Bandscheibe beeinträchtigt. Dies ist eines der Ergebnisse einer US-Studie an Nagetieren. Das Team veröffentlichte die Ergebnisse in Fachzeitschrift „PNAS Nexus“. Schmerzen im unteren Rückenbereich sind eine der Hauptursachen für Behinderungen und gehen oft mit einer Bandscheiben-Degeneration einher. Menschen mit Typ-2-Diabetes haben ein höheres Risiko für Kreuzschmerzen und Bandscheiben-Probleme. Die genauen Mechanismen der Bandscheiben-Degeneration bleiben jedoch unklar.

Die Untersuchung der biomechanischen Eigenschaften der Bandscheibe ist entscheidend für das Verständnis der Krankheit und die Entwicklung wirksamer Strategien zur Behandlung von Rückenschmerzen. Das Forschungsteam wurde gemeinsam von Claire Acevedo, einem Fakultätsmitglied der Abteilung für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der University of California San Diego, und Aaron Fields, Fakultätsmitglied der Abteilung für orthopädische Chirurgie der UC San Francisco, geleitet. „Diese Ergebnisse liefern neue Einblicke in die potenziellen Mechanismen, die einer diabetesbedingten Schädigung des Bandscheiben-Gewebes zugrunde liegen, und können die Entwicklung präventiver und therapeutischer Strategien für diese schwächende Erkrankung beeinflussen“, schreiben die Forscher.

Die Studie betont, dass nanoskalige Verformungs-Mechanismen von Kollagenfibrillen der Druckbelastung der Bandscheibe Rechnung tragen. Im Zusammenhang mit Typ-2-Diabetes sind diese Mechanismen beeinträchtigt, was zu einer Kollagen-Versprödung führt. Diese Ergebnisse liefern neue Einblicke in die potenziellen Mechanismen, die einer diabetesbedingten Schädigung des Bandscheiben-Gewebes zugrunde liegen, und können die Entwicklung präventiver und therapeutischer Strategien für diese schwächende Erkrankung beeinflussen.

Die Forscher verwendeten Synchrotron-Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS), eine experimentelle Technik, die die Verformung und Ausrichtung von Kollagenfibrillen im Nanomaßstab untersucht. Sie wollten untersuchen, wie Veränderungen im Kollagenverhalten zu Veränderungen in der Widerstandsfähigkeit der Bandscheibe gegen Kompression beitragen. Sie verglichen Bandscheiben von gesunden Ratten mit denen von Ratten mit Typ-2-Diabetes (UC Davis-Rattenmodell). Die gesunden Ratten zeigten, dass sich Kollagenfibrillen drehen und dehnen, wenn die Bandscheiben zusammengedrückt werden, wodurch die Bandscheibe effektiv Energie ableiten kann.

„Bei diabetischen Ratten ist die Art und Weise, wie Bandscheiben unter Druck Energie zerstreuen, erheblich beeinträchtigt: Diabetes reduziert die Rotation und Dehnung der Kollagenfibrillen, was auf eine beeinträchtigte Fähigkeit hindeutet, mit Druck umzugehen“, schreiben die Forscher. Weitere Analysen zeigten, dass die Bandscheiben von diabetischen Ratten eine Versteifung der Kollagenfibrillen mit einer höheren Konzentration an nicht-enzymatischen Vernetzungen aufwiesen. Dieser durch Hyperglykämie induzierte Anstieg der Kollagenvernetzung begrenzte plastische Verformungen durch fibrilläres Gleiten.

Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass die Neuausrichtung, Begradigung, Dehnung und das Gleiten der Fibrillen entscheidende Mechanismen sind, die die Kompression der gesamten Bandscheibe erleichtern. Typ-2-Diabetes stört diese effizienten Verformungsmechanismen, was zu einer veränderten Biomechanik der gesamten Bandscheibe und einem spröderen (energiearmen) Verhalten führt.