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Fragestellung: Bei Frakturen der langen Röhrenknochen treten häufig Heilungsstörungen auf und/oder es kommt zur Ausbildung von Pseudarthrosen. Ursächlich hierfür könnte eine Störung der Vaskularisation sein. Ziel dieses Projektes war die Untersuchung des Effekts von Angiogenese-Inhibitoren auf die Knochenheilung

Methodik: Humane Endothelzellen und Osteoblasten wurden mit verschiedenen Angiogenese-Inhibitoren (Fumagillin, SU5416, Artesunate und 3,5,4`-Trimethoxystilbene) in unterschiedlicher Konzentration (5, 10, 20% in einer Poly(D,L-Laktid) (PDLLA)-Marknagel-Beschichtung) kultiviert und die Zellaktivität gemessen. Die gleichen Inhibitoren wurden im Het-CAM-Test (10% in PDLLA) untersucht und die Eivitalität sowie die Gefäßausbildung analysiert. Darauffolgend wurde eine Substanz, Fumagillin, in vivo im Ratten Osteotomiemodell eingesetzt. Dazu wurde die Tibia von Ratten (n=114) osteotomiert und mittels Marknagel (Beschichtung mit PDLLA, Kontrolle, oder PDLLA plus 10% Fumagillin) stabilisiert. Der Heilungsverlauf wurde nach 5, 10, 28, 42 und 84 Tagen radiologisch, biomechanisch und histologisch analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Angiogenese-Inhibitoren Fumagillin und Artesunate zeigten nur eine geringe Beeinflussung der Vitalität von Osteoblasten jedoch einen deutlich hemmenden Effekt auf die Vitalität der Endothelzellen. Im Het-CAM Test wurden die sichtbaren Gefäße durch Fumagillin reduziert, wohingegen die Applikation von Artesunate zu einem Absterben der Embryos führte. Aufgrund des geringen Einflusses auf Osteoblasten aber des deutlichen Einflusses auf die Vaskularisierung wurde Fumagillin für die in vivo Studie ausgewählt. Am Tag 84 nach Osteotomie zeigte sich in den Fumagillin behandelten Tieren radiologisch eine signifikante Reduktion des Kallusdurchmessers im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die biomechanischen Eigenschaften der osteotomierten Tibiae waren in beiden Gruppen um mehr als 50% (maximale Steifigkeit) im Vergleich zur kontralateralen, intakten Tibia reduziert. Die histologische Auswertung ergab signifikant weniger Gefäße pro Kallus-Fläche in der Fumagillingruppe gegenüber der Kontrolle an den Tagen 5 und 10.

Zur Entwicklung neuer Therapien zur Stimulation der Knochenheilung sind geeignete Tiermodelle essentiell. Der hemmende Einfluss von Fumagillin auf die Endothelzellen und Gefäßausbildung konnte in-vitro und in-ovo bestätigt werden. Im Tiermodell kam es durch die lokale Applikation von Fumagillin zur Ausbildung einer Pseudarthrose mit der Tendenz zur Hypotrophie/Atrophie bei reduzierter Vaskularität. In weitern Studien soll die Bedeutung der Vaskularisierung während der Knochenheilung in diesem Modell untersucht und Therapiemöglichkeiten entwickelt werden.