Wenn Sie jemals eine Sehnenverletzung hatten, wissen Sie, wie lähmend das sein kann und wie lange es dauert, um zu heilen. Obwohl Sie möglicherweise zu Ihrer gewohnten körperlichen Aktivität zurückgekehrt sind, ist die Verletzungsstelle wahrscheinlich immer noch schwach. „Sobald eine Sehne verletzt ist, erholt sie sich fast nie mehr vollständig“, sagt Nelly Andarawis-Puri, Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik. „Du bist wahrscheinlich für immer anfälliger für Verletzungen. Sehnen sind sehr weiche Gewebe, die regelmäßig sehr große Kräfte übertragen, um eine Grundbewegung zu erreichen. Sie fügen sich in steifen Knochen ein, was ein großes Eigenschaftsverhältnis darstellt. Diese Schnittstelle ist sehr komplex.“

Andarawis-Puri untersucht Sehnenverletzungen, um zu verstehen, wie sich Verschleiß in der Sehne entwickelt und wie der Schaden erfolgreich geheilt werden kann. „Es ist ein sehr reales Problem. Dreißig Prozent aller Menschen haben eine Sehnenverletzung, und das Risiko ist bei Frauen höher „, sagt sie.

Sehnen sind anfällig für Verletzungen durch Überbeanspruchung. Sportler, Fabrikarbeiter, Militärangehörige und andere, die sich wiederholt bewegen, haben ein höheres Risiko, eine gerissene oder gerissene Sehne zu erleiden. „Jeder biologische Versuch, den Ihre Sehne unternimmt, um diesen induzierten Schaden zu reparieren, wird von Ihrer Fähigkeit, weiteren Schaden anzusammeln, weit übertroffen“, erklärt Andarawis-Puri. „Wenn Sie Ihre Sehne verletzen, werden Sie immer mehr Verletzungen ansammeln, bevor irgendeine Art von Reparatur stattfindet, und so enden Sie schließlich mit einem Bruch.“

Physiotherapie

Mit Mitteln der National Institutes of Health führen Andarawis-Puri und ihr Labor eine Reihe von Projekten durch, die die Mechanismen hinter Sehnenschäden und Heilung untersuchen. In einer Forschungslinie verwenden sie Tiermodelle, um die Rolle bei der Heilung durch Belastung zu verstehen, die für die Physiotherapie (PT) repräsentativ ist. PT wird oft als klinische Behandlung für Sehnenverletzungen verschrieben, aber es kann manchmal bei der Heilung helfen, während es zu anderen Zeiten die beschädigte Sehne einem erhöhten Risiko weiterer Verletzungen aussetzen kann. Kürzlich machten Andarawis-Puri und ihre Kollegen eine wichtige Entdeckung: Der Zeitpunkt des Beginns der körperlichen Betätigung ist entscheidend dafür, ob die Verletzung heilt oder sich verschlimmert. „Wenn Sie einen Tag nach Beginn der Verletzung mit dem Training beginnen, verschlimmern Sie es weiter“, sagt sie. „Sie bekommen weitere Degeneration. Aber wenn Sie die Übung zwei Wochen nach der Verletzung beginnen, erhalten Sie Reparatur des Schadens.“Sehnen sind ein Band aus faserigem Material, das hauptsächlich aus Kollagen besteht und eine hierarchische extrazelluläre Matrix (ECM) bildet, die Zellen strukturell und biochemisch unterstützt. Wenn Sehnen verletzt werden, ändert sich ihre Struktur. Anstelle von geraden Linien wird ihr Kollagen geknickt. „Wir haben festgestellt, dass Sie am Ende viel mehr dieser Knicke haben, wenn Sie einen Tag nach der Verletzung mit dem Training beginnen“, sagt Andarawis-Puri. „Es gibt auch viele andere Veränderungen im Gewebe. Es gibt bestimmte Proteine, die auf eine Tendinopathie hinweisen – den Krankheitszustand, der sich aus der Anhäufung von Subrupturschäden ergibt -, die ebenfalls erhöht sind. Auf der anderen Seite werden viele der Proteine wieder auf normale Werte moduliert, wenn Sie zwei Wochen später mit dem Training beginnen. Dies sagt uns, dass sich etwas darüber, wie das ECM die darin lebenden Zellen reguliert, einen Tag nach der Verletzung gegenüber zwei Wochen danach unterscheidet.“

„Wenn Sie Ihre Sehne verletzen, werden Sie immer mehr Verletzungen ansammeln, bevor irgendeine Art von Reparatur stattfindet.“

Warum gute oder schlechte Ergebnisse an den Zeitpunkt des Trainingsbeginns gebunden sind, ist noch unbekannt, aber Andarawis-Puri weiß, dass das Training, das zwei Wochen nach der Verletzung begonnen wurde, den Zelltod in der ECM verringert und die Population von Myofibroblasten erhöht, einem Zelltyp, der bekanntermaßen bei der Wundheilung hilft. „Myofibroblasten können Spannung auf das ECM ausüben und das zieht eine Wunde zusammen und bewirkt, dass sie sich schließt“, sagt sie. „Wir haben gezeigt, dass es in diesem völlig anderen Kontext eine Zunahme von Myofibroblasten gibt — wenn Sie die Sehne durch Training umgestalten. Das erklärt möglicherweise, was mit unseren Knicken passiert. Es ist möglich, dass die Myofibroblasten sie physisch begradigen.“

Narbenlose Heilung

In einer weiteren Forschungslinie untersucht das Andarawis-Puri-Labor, wie die narbenlose Heilung von Sehnen gefördert werden kann. „Für ein Gewebe, das eine so wichtige Rolle in der Steuerungsmechanik des Körpers spielt, ist Narbenbildung eine schreckliche Sache“, sagt Andarawis-Puri. „Sobald es vernarbt ist, hat das Sehnengewebe nicht mehr die mechanischen Eigenschaften, die es einmal hatte. Es kann nicht die gleichen Arten von Lasten tragen. Die Nichtübereinstimmung der Eigenschaften zwischen Sehnen und Knochen wird wirklich zum Problem, da die Sehne nicht mehr die native Struktur aufweist. Es ist sehr anfällig für Re-Bruch.“Mit einem Stamm von Inzucht-Maus-Modell, das natürlich zeigt regenerative Fähigkeiten bekannt als Murphy Roths Large (MRL) Maus, die Forscher versuchen zu verstehen und zu fördern, narbenlose Heilung in gerissenen Sehnen. MRL-Mäusemodelle sind ein Rätsel. Wissenschaftler wissen nicht, warum diese Mäusemodelle als Erwachsene in der Lage sind, bestimmte Gewebe zu regenerieren, die andere Stämme von Mäusemodellen nicht können. Eine Hypothese ist, dass die Heilungsfähigkeit an die systemische Umgebung gebunden ist, dh der gesamte Körper spielt dabei eine Rolle. Andarawis-Puri und ihre Mitarbeiter haben eine Gegenhypothese. Sie nehmen an, dass jedes einzelne Gewebe mit regenerativen Fähigkeiten im Mausmodell — einschließlich Sehnengewebe — die Fähigkeit hat, sich unabhängig von der systemischen Umgebung zu regenerieren. Um dies zu untersuchen, haben sie eine Reihe von Projekten initiiert. In einem haben sie MRL-Sehnen im Labor organkultiviert, um zu sehen, wie die Sehnen fehlende Abschnitte füllten. „Sie füllten das Kollagen anders aus als bei einem normalen Heiler-Mausstamm“, sagt Andarawis-Puri. „Sie füllten sich vollständiger und ausgerichteter außerhalb jeder systemischen Umgebung aus. Das sagt uns, dass es eine Blaupause im Gewebe gibt, die diesen Zellen sagt, wie sie ihre ECM ablegen und wie sie auf diese ausgerichtete Weise heilen können. Mehr ausgerichtet bedeutet, dass es keine Narbe gibt.“

Untersuchung weiterer Reparaturmöglichkeiten

In einem anderen Projekt tauschen Andarawis-Puri und ihre Kollegen verletzte Sehnen zwischen regulären Heiler- und MRL-Mäusemodellen aus, um zu sehen, wie die Sehnen heilen, wenn sie sich in den verschiedenen systemischen Umgebungen befinden. In einem weiteren, Sie säen Zellen aus den Sehnen normaler Heiler-Mäusemodelle auf decellularisierte Sehnen aus MRL-Mäusemodellen, um zu sehen, ob die Sehnenmatrix aus der MRL-Sehne die Zellen aus dem normalen Heiler neu programmieren und sie auffordern kann, Matrix regenerativ abzulegen. Wenn ja, könnte dies ein wichtiger Schritt sein, um Tissue-Engineering-Ansätze für den Menschen voranzutreiben.

„Die Frage ist, wenn Sehnenverletzungen auftreten, können wir eine effektive Reparatur fördern?“ Andarawis-Puri sagt. „Das könnte in Verbindung mit einer Operation sein, um die Patientenergebnisse zu verbessern, oder es könnte anstelle einer Operation sein. Es wäre großartig, wenn wir einfach etwas injizieren könnten — sagen wir, einen Cocktail aus Wachstumsfaktoren —, der Ihren Zellen tatsächlich sagen würde, wie Sie eine gute Matrix ablegen sollen, um letztendlich eine narbenlose Heilung zu erzielen.”