SPARCling Matrix

Sehnen verbinden Muskeln mit Knochen und bestehen überwiegend aus Kollagenfasern. Sie übertragen Kräfte vom Muskel auf den Knochen, ermöglichen so jede Bewegung des Körpers und halten dabei enormen Belastungen stand. Gleichzeitig sind sie nur schwach durchblutet und enthalten wenige Zellen. Dadurch heilen sie nach Verletzungen sehr langsam, und viele Menschen entwickeln im Laufe des Lebens chronische Sehnenbeschwerden, sogenannte Tendinopathien. Frühere Studien haben gezeigt, dass das Protein SPARC für die Struktur und Belastbarkeit von Sehnen entscheidend ist. Mit zunehmendem Alter nimmt z.B. dessen Menge deutlich ab, was sich negativ auf die Sehnengesundheit auswirkt. Das Projekt „SPARCling Matrix“ hatte daher zum Ziel zu verstehen, welche Folgen das Fehlen von SPARC im Sehnengewebe hat, und ob die Gabe dieses Proteins die Heilung verletzter Sehnen verbessern kann. Parallel dazu wurde gemeinsam mit Schülerinnen und Schülern der Partnerschule und der FH Salzburg als Kooperationspartner ein digitales Werkzeug entwickelt, das krankhafte Veränderungen in Gewebeschnitten objektiv und automatisiert beurteilen soll.

In umfassenden Analysen wurden Sehnen von Mäusen untersucht, die kein oder nur wenig SPARC in Sehnen produzieren. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass zentrale Stoffwechselprozesse der Sehnenzellen aus dem Gleichgewicht geraten. Besonders betroffen ist der Fettstoffwechsel, der für die Energieversorgung wichtig ist, aber auch die Funktion der Mitochondrien – die „Kraftwerke“ der Zellen – ist beeinträchtigt. Diese Veränderungen deuten darauf hin, dass SPARC-defiziente Sehnen weniger belastbar sind und schlechter auf Stress oder Verletzungen reagieren. Insgesamt zeigt sich ein Bild, das auf eine geschwächte Regenerationsfähigkeit und eine höhere Anfälligkeit für Schäden hinweist.

In einem standardisierten Verletzungsmodell im Rattenknie wurde im Projekt untersucht, ob die lokale Gabe von SPARC heilungsfördernde Effekte hat. Tatsächlich konnten bereits nach einer einmaligen Verabreichung positive Veränderungen beobachtet werden. Bestimmte Prozesse, die die Reparatur des Gewebes unterstützen, wurden verstärkt, während ungünstige Reaktionen, die zu einer steifen Narbenstruktur führen, abgeschwächt wurden. Verbesserungen der Gewebestruktur und der mechanischen Eigenschaften traten vor allem in der frühen Phase der Heilung auf und legen nahe, dass SPARC ein möglicher Ansatz zur Unterstützung der Sehnenheilung sein könnte.

Ein zentrales Anliegen des Projekts war die Entwicklung einer objektiven, möglichst automatisierten Methode, um Gewebeschnitte von Sehnen beurteilen zu können. Schülerinnen und Schüler entwickelten gemeinsam mit Lehrpersonen, Forschenden und Citizen Scientists digitale Analysewerkzeuge. Diese ermöglichen es, die Zahl der Zellen im Gewebe automatisiert zu bestimmen und typische Veränderungen zu erfassen, etwa die vermehrte Anreicherung sogenannter Proteoglykane, die bei geschädigten Sehnen gehäuft auftreten. In Tests zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den digitalen Ergebnissen und der klassischen manuellen Beurteilung, was die zukünftige Anwendbarkeit der entwickelten Tools unterstreicht.

Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse eröffnen neue Einblicke in die Entstehung und Entwicklung von Sehnenerkrankungen. Sie bestätigen die zentrale Bedeutung des SPARC-Proteins für die Funktion und Gesundheit von Sehnen und zeigen, dass die gezielte Gabe von SPARC die Heilung unterstützen kann. Gleichzeitig verdeutlicht das Projekt, wie digitale Methoden die Beurteilung von Gewebe präziser und objektiver machen können. Die Ergebnisse sind Teil einer laufenden Doktorarbeit an der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität und leisten einen wichtigen Beitrag zu einem besseren Verständnis von Sehnengesundheit und Sehnenheilung.