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Fragestellung: Der Wachstums- und Differenzierungsfaktor Midkine (Mdk) wird nach Fraktur im Kallus exprimiert [1]. Es wurde gezeigt, dass Mdk-defiziente Mäuse eine verzögerte Chondrogenese während der frühen Phase der Frakturheilung aufweisen [2]. Die Antagonisierung von zirkulierendem Mdk hingegen verbesserte die Frakturheilung durch Erhöhung der Osteoblastenaktivität [3]. Das Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob eine Antagonisierung von zirkulierendem Mdk ebenso einen positiven Einfluss auf die osteoporotische Frakturheilung zeigt. Des Weiteren sollten die unterschiedlichen Wirkmechanismen von Mdk in Chondrozyten und Osteoblasten aufgeklärt werden.

Methodik: 48 weibliche C57BL/6J Mäuse wurden entweder ovarektomiert (OVX) oder sham-operiert und 8 Wochen später einer Femur-Osteotomie unterzogen. Die Tiere erhielten Injektionen mit Mdk-Antikörper (Mdk-Ak) bzw. Vehikel (PBS). Die Mäuse wurden nach 10 bzw. 23 Tagen getötet, Serumanalysen durchgeführt und die Heilung mittels 3-Punkt-Biegung, µCT, Histologie und IHC beurteilt. Zur Detektion möglicher Interaktionspartner von Mdk wurden murine ATDC5 (Chondroprogenitor) und MC3T3-E1 Zellen (Präosteoblasten) mit Mdk behandelt und anschließend eine Immunpräzipitation (IP) durchgeführt. Außerdem wurden MC3T3-E1 Zellen mit Mdk und mit bzw. ohne Mdk-Ak behandelt und ihre Differenzierung mittels Western Blot analysiert. Gewonnenen Daten wurden mittels Kruskal-Wallis Test auf Signifikanz getestet.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: OVX Tiere wiesen am Tag 10 nach Fraktur signifikant höhere Mdk-Serumspiegel als die Kontrolltiere auf. Die Behandlung mit Mdk-Ak führte in den OVX Tieren zu einer signifikanten Reduktion des Mdk-Serumspiegels, sowie zu einer erhöhten Biegesteifigkeit der frakturierten Femora im Vergleich zur Vehikelgruppe (+87%). Der Anteil des Knochens am Gesamtkallus war um 38% höher. Die Expression von beta-Catenin war ebenfalls signifikant erhöht. Die IP zeigte, dass Mdk in ATDC5 Zellen mit den Rezeptoren LRP1 und Nucleolin interagierte. Diese Proteine sind für die Endozytose bzw. den nukleären Transport von Proteinen verantwortlich. In MC3T3-E1 Zellen hingegen zeigte sich eine Interaktion von Mdk mit dem Oberflächenrezeptor LRP6. Weitere Experimente zeigten, dass Mdk die Differenzierung dieser Zellen negativ beeinflusste. Ebenso kam es zu einer verringerten Phosphorylierung von LRP6 und geringeren Aktivierung von beta-Catenin. Diese Effekte konnten durch Zugabe des Mdk-Ak signifikant reduziert werden.

Die Antagonisierung von zirkulierendem Mdk während der osteoporotischen Frakturheilung verbesserte die Heilung einhergehend mit einer erhöhten Expression von beta-Catenin. In vitro Experimente legen nahe, dass Mdk an LRP6 auf Osteoblasten bindet, dessen Phosphorylierung erniedrigt und dadurch den beta-Catenin Signalweg beeinträchtigt. Die Therapie mit Mdk-Ak stellt somit einen vielversprechenden Ansatz zur Verbesserung der Frakturheilung im Osteoporose-Patienten da.