Ohne Sehnen könnten wir uns nicht bewegen, denn sie übertragen die Muskelkraft auf unsere Knochen. Die namentlich wohl bekannteste Vertreterin ist die Achillessehne. Sie verbindet den Wadenmuskel mit dem Fersenbein. Wir brauchen sie zum Laufen, Rennen, Springen. Doch eine falsche Bewegung kann dazu führen, dass die Achillessehne mit lautem Knall reißt.
Die Verbindung zwischen Sehne und Knochen hingegen, dieser filigrane Übergangsbereich, der bleibt meist intakt. Andreas Bausch, Professor für zelluläre Biophysik an der Technischen Universität München, hat versucht herauszufinden, warum das so ist.
"Wenn man zu hohe Kräfte anlegt, reißen normalerweise Materialien. Und die grundsätzliche Frage ist, warum reißt Material und an welcher Stelle reißt das Material. Und erstaunlicherweise reißt ja die Sehne nicht direkt am Knochen-Sehnen-Übergang, sondern irgendwo mittendrin. Also hat die Natur irgendwas gefunden, dass der Übergang so gestaltet wird, dass eben nicht an dieser Stelle selber bricht."
Untersuchungsobjekt Schweinehaxe
Um zu verstehen, was genau die Natur sich da hat einfallen lassen, um Sehnen so extrem fest an Knochen zu binden, hat Bausch sich Unterstützung gesucht. Lara Kuntz, Doktorandin an der Klinik für Orthopädie am Universitätskrankenhaus der TU München, war dafür verantwortlich, die Untersuchungsobjekte zu besorgen: Schweinshaxen.
"Das Schwein ist dem Menschen doch physiologisch relativ ähnlich. Weil es auch sehr groß ist und ähnliche anatomische Strukturen hat und deswegen ist das ein sehr gutes Tiermodell. Vor allem, weil wir da auch keine Tierexperimente machen mussten, sondern uns einfach vom Schlachthof die Proben besorgen konnten."
Also radelte Lara Kuntz mit ihrem Fahrrad zum Schlachthof und lud Schweinshaxen auf ihren Gepäckträger.
"Bei sechs wurde es sehr schwierig. Fünf gingen gerade noch so. Die sind schon sehr schwer. Dann bin ich immer schnell geradelt, damit die frisch in die Klinik kamen und habe die dann dort seziert und dann eben den Bereich rausgenommen, der uns interessiert. Und dann, je nachdem für welches Experiment das war, habe ich das dann schockgefroren oder erst einmal eingelegt oder kleiner geschnitten. Es hing dann davon ab, was ich danach damit machen wollte."
Die präparierten Achillessehnen der Schweine landeten dann auf dem Tisch von Leone Rossetti, Doktorand am Lehrstuhl für Zellphysik. Er spannte die wenige Millimeter dünnen Präparate in eine Apparatur und legte sie unter ein Laser-Scanning-Mikroskop. Scheibchenweise scannte er die Probe und setzte die einzelnen Bilder dann zu einem großen dreidimensionalen Bild zusammen.
"Im Prinzip können wir sehen, was in einer einzelnen Zelle passiert. Aber gleichzeitig können wir auch die ganze Probe anschauen. Wir haben ein sehr großes Bild mit sehr vielen Details."
Eine ganz besondere Anatomie
Als Nächstes testete Rossetti mit seiner eigens dafür angefertigten Apparatur, wie sich der Sehnen-Knochen-Übergang bei Belastung verhält.
"Wir fixierten den Knochen und zogen an der Sehne. Dann konnten wir sehen, wie sich die Sehne dabei verformte. Wir erhöhten die Belastung immer weiter und konnten beobachten, wie sich die ganze Sehnenstruktur daran anpasst."
Diese Mikroskopieaufnahmen zeigten, dass der Übergang von Sehne zu Knochen eine ganz besondere Anatomie aufweist. Das Sehnengewebe spleißt sich dort in Dutzende von feinen Fasern auf. Somit vergrößert sich die Fläche auf der eine Kraft auf den Knochen übertragen wird. Je nach Belastungsrichtung und Bewegung werden zudem unterschiedliche Anteile der feinen Fasern aktiviert.
Die Forscher interessierten sich aber nicht nur für die Anatomie, sondern auch für den molekularen Aufbau der Fasern. Mithilfe von biochemischen Experimenten konnten sie zeigen, dass die Proteinzusammensetzung der Fasern ganz anders ist als im Rest der Sehne. Andreas Bausch fasst die Ergebnisse so zusammen:
"Wir haben einen Übergangsbereich gefunden, der strukturell und von der Proteinzusammensetzung einzigartig ist und eben diese einzigartigen Fähigkeiten, die Kraft vom Muskel auf den Knochen zu übertragen, möglich macht."
Interessant sind diese Erkenntnisse auch für Orthopäden und Unfallchirurgen. Die neuen Erkenntnisse der Münchner Wissenschaftler könnten dazu beitragen, bessere Therapien zu entwickeln, um bei Operationen getrennte Sehnen und Knochen wieder miteinander zu verknüpfen. Andreas Bausch schränkt jedoch ein, dass es bis dahin noch ein weiter Weg ist.
"Wir sind ganz weit weg in unserem Verständnis, wie so etwas nachzubauen wäre. Wo wir jetzt sind, ist, dass wir verstanden haben, wie es jetzt aussieht. Und das ist die Voraussetzung, um dann weiterzugehen."
