Wie mechanische Energie auf die Stammzellen übertragen wird (Mechanotransduktion)

24. November 2021 | Fachbeiträge

Mechanische Energie der ESWT kann mesenchymale Stammzellen (MSCs) aktivieren und pathologische Prozesse des muskuloskelettalen Systems ausheilen. Um den Begriff Mechanotransduktion und das im Zusammenhang mit der ESWT häufig zitierte „Tissue Engineering“  zu verstehen, müssen wir eintauchen in die Mikrostrukturen und kleinmolekularen Signalwege inner- und außerhalb unserer Zellen.

Das Rasterelektronen-Mikroskop erlaubt Einblicke in die Strukturen einer Zelle und ihr Umfeld. Man sieht Zwischenzell-Brücken, kanalartige kleine Verknüpfungen und Verbindungen über tunnelförmige Mikroröhrchen (Nano-tubes) auch über längere Distanzen. Sie alle dienen als Vermittlungswegebiochemisch- molekularer Kaskaden, also als Signalketten zwischen Zellinnerem, Zellwand und Grundsubstanz, der extrazellulären Matrix (EZM). Diese Strukturen erlauben Transfers biochemischer Mikro- und Nanokomponenten von innen nach außen und umgekehrt. Diese Aufgaben sind auch bei der Zellmigration und Ansiedelung reifer Zellen in geschädigten Geweben vorstellbar. Heilsame Frachten werden transferiert, verschiedene Proteinmoleküle passieren durch diese Kanäle, unter anderem Nucleotide (Bausteine von Nukleinsäuren) zur Regulation der Genaktivierung, Aminosäuren zur Proteinsynthese, freigesetzte mitochondrale ATP unter anderem zur Energieversorgung der Ribosomen, den „Fabriken“ zur Bildung von Proteinen, Ionen und Wasser.

Mechanotransduktion der ESWT umschreibt die Überleitung mechanischer Energie auf Stammzellen (MSCs) mit dem Ziel, pathologisches Gewebe zu ersetzen, wenn die physiologische Zellerneuerung (Proliferation, Zellteilung und Differenzierung) ausfällt oder verlangsamt ist. Mechano-sensitive Rezeptoren der Stammzellen reagieren auf Zug und Druck, den mechanischen Reizen der Stoßwelle und induzieren in den proteinhaltigen Strukturen der Zellwand und des Zellskellets piezoelektrische Effekte. Die Piezoenergie startet über innerzelluläre Signalwege eine Flut biochemischer Kaskaden, die im Zellkern enden und hier im Erbgut Genaktivitäten in Gang setzen, Genexpression genannt. Ein DNA-Abschnitt aus den Bauplänen der Zellkern-DNA wird in einen Strang mRNA (messenger RNA) abgeschrieben und zu den Ribosomen der Zellen, den „Proteinfabriken“, der Synthetisierung-Stätte autologer (körpereigener) Proteine und Wachstumsfaktoren überführt. So wird Reparaturmaterial für geschädigtes Gewebe durch Stoßwellen generiert, Zellwachstum und kontinuierliche Gewebevermehrung (Proliferation, Teilung und Zelldifferenzierung) angeregt.

Eine wichtige Regel der ESWT ist die Häufigkeit, die Anzahl der Behandlungen und die Dosierung der therapeutischen Energie. Man unterscheidet hohe, mittlere und niedrige Energiestufen, wobei hohe Stufen die Ausnahme sein sollten, weil Stammzellen strapaziert und die Apoptose (Absterben) der Zellen riskiert wird. Niedrigen Dosierungen folgen bessere Ausheilungsergebnisse. So sind auch häufige Behandlungen in kurzen Intervallen der Regeneration und Heilung des Gewebes nicht zuträglich.

Zusammenfassung zur schnellen Info

Mechanische Energie der ESWT kann mesenchymale Stammzellen (MSCs) aktivieren. Zellteilung und Wachstum (Proliferation) werden angeregt, krankes Gewebe ersetzt. Als Vielkönner können sich MSCs zu Sehnen-, Muskel-, Knochen oder Knorpelzellen entwickeln.

Mechanotransduktion beschreibt die Überleitung mechanischer Energie auf Stammzellen.

Auf Zug und Druck, den mechanischen Reizen der Stoßwelle, reagieren mechano–sensitive Rezeptoren in den proteinhaltigen Strukturen der MSCs- Zellwand und des Zellskellets. Piezoelektrische Effekte sind die Folge. Die Piezoenergie ist Starter einer Flut biochemischer Kaskaden, die im Erbgut Genaktivitäten in Gang setzt. Abschnitte aus den Bauplänen der Zellkern-DNA werden in einen Strang mRNA (messenger RNA) kopiert und zu den sogenannten innerzellulären Ribosomen,  den „Proteinfabriken“, der Synthetisierung-Stätte autologer(körpereigener) Proteine und Wachstumsfaktoren überführt. So wird „Reparaturmaterial“ für geschädigtes Gewebe durch Stoßwellenenergie generiert. Zellwachstum und kontinuierliche Gewebevermehrung werden angeregt, im einzelnen zu Proliferation, Zellteilung und Differenzierung, der jeweiligen Bestimmung der MSCs.

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