Knochenmatrix

Der Hauptbestandteil der Knochenmatrix sind Kollagenfasern vom Typ I. Sie machen etwa 85 bis 95 % der Matrix aus. In der Knochenmatrix ist das Tropokollagen so angeordnet, dass zwischen den Enden aufeinanderfolgender Moleküle etwa 40 nm lange Lücken entlang der Achse der Kollagenfibrillen entstehen.^[1] Sie dienen als Bildungsorte für Hydroxylapatitkristalle, die der Verfestigung der Knochenmatrix dienen. Durch den Prozess der Knochenmineralisation entsteht ein belastungsfähiges Nanokomposit aus Kollagen und Hydroxylapatit.

Nicht-kollagene Proteine machen etwa 5 bis 15 % der Knochenmatrix aus. Zu ihnen zählen:

• Proteoglykane: Diese Proteine enthalten Polysaccharide wie Chondroitinsulfat und Heparansulfat. Sie binden an das Kollagen und unterstützen möglicherweise dessen Mineralisation.
• Osteonektin und Osteocalcin: Sie haben eine wichtige Funktion für die Umwandlung des amorphen Calciumphosphats in kristallines Hydroxylapatit.

Die Knochenmatrix wird im Rahmen des Knochenumbaus fortlaufend neu gebildet, mineralisiert und wieder abgebaut. Osteoblasten synthetisieren zunächst das organische Osteoid, das anschließend durch Einlagerung von Calcium- und Phosphatverbindungen mineralisiert wird; Osteoklasten resorbieren ältere Knochenmatrix und ermöglichen so die Erneuerung des Knochens.^[2][3] Der Knochenumbau erfolgt als eng gekoppelter Prozess aus Resorption und Neubildung, wodurch die Matrix stetig an mechanische und metabolische Anforderungen angepasst wird.^[3]

Störungen der Matrixbildung oder der Mineralisierung sind klinisch bedeutsam, weil sie die Festigkeit des Knochens vermindern und zu Fragilität führen können. Eine unzureichende Mineralisierung der Knochenmatrix ist typisch für Osteomalazie und bei Kindern für Rachitis.^[4][2] Auch qualitative Defekte der Matrix, etwa bei der Osteogenesis imperfecta, können die Knochenqualität beeinträchtigen und zu erhöhter Frakturneigung führen.^[5][6]