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Einleitung: Die sehr gute Heilungskompetenz des Knochens kann bei metabolischen Erkrankungen wie dem Diabetes mellitus deutlich eingeschränkt sein. Neben der epidemiologischen Komponente dieser metabolischen Erkrankung fordert die bisher schlechte Versorgung diabetes-assoziierter Knochenheilungsstörungen die Erforschung adäquater Therapiemethoden. In bisherigen Studien konnten wir die massive Beeinträchtigung der Knochenregeneration zeigen. In einer aktuellen Studie zeigte sich ein für den Muskelkatabolismus bekanntes Protein GDF8 (Myostatin) am Knochenmetabolismus maßgeblich beteiligt.

Ziel dieser Studie ist es, die Rolle von GDF8 in der diabetischen Knochenheilung zu erforschen und mithilfe von Inhibitoren das kompromittierte Regenerationspotential im Knochen vollständig wiederherzustellen.

Methoden: Ein bereits beschriebenes tibiales Knochendefektmodell wurde in diabetischen (Lepr^db-/-) und Wildtyp-Mäusen angewandt.

Aus diabetischen wie auch Wildtyp-Tieren isolierte mASCs (mouse adipogenic stem cell) wurden osteogen differenziert und in den Therapiegruppen mit dem GDF8-Inhibitor Follistatin behandelt. Durch Alkalische-Phosphatase-Reaktionen sowie der Alizarin-Rot-Färbung wurden osteogene Differenzierung sowie die Knochenbildung in vitro beobachtet.

Im zweiten Teil der Studie wurde Follistatin auf einer kollagenartigen Substanz (Integra Helistat^®) in den tibialen Knochendefekt diabetischer Mäusen sowie Wildtypkontrollen eingebracht. Histomorphometrisch und immunhistochemisch wurden Angiogenese, Osteogenese, Differenzierung und Proliferation in der frühen und späten Knochenheilung analysiert.

Resultate: Unversehrter diabetischer Knochen zeigte eine zehnfach erhöhte Myostatin-Expression im Vergleich zum Wildtypknochen. In vitro konnte eine deutlich verbesserte osteogene Differenzierung als auch Knochenbildung in Follistatin-behandelten Gruppen beobachtet werden. Daran anschließend wies die Applikation des GDF8-Inhibitors Follistatin histomorphometrisch eine deutlich signifikant bessere Knochenregeneration im Vergleich zur Kontrollgruppe mit Vehikel alleine auf. Immunhistochemisch zeigten therapierte Tiere eine signifikant erhöhte Proliferation, Angiogenese und osteogene Differenzierung.

Schlussfolgerung: GDF8, das bisher ausschließlich in der Domäne des Muskel untersucht wurde, spielt im Knochenmetabolismus eine wesentliche Rolle. Beim Diabetes mellitus zeigt sich im unverletzten Knochen eine Hochregulierung dieses katabolen Proteins. Die Anwendung eines Inhibitors gegen GDF8 ist in vitro und in vivo vielversprechend und könnte eine therapeutische Option in der Optimierung der diabetischen Knochenregeneration darstellen.