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Fragestellung: In der Vergangenheit untersuchten zahlreiche Studien die Rolle angiogener Wachstumsfaktoren in der Frakturheilung. Im Gegensatz dazu wurde der Einfluss anti-angiogener Zytokine auf die Knochenbruchheilung unseres Wissens nach bis dato nicht analysiert. Die aktuelle Studie sollte daher die Frage beantworten, ob der endogene Angiogenese-Inhibitor Endostatin mit der Frakturheilung interferiert.

Methodik: Wir untersuchten diese Fragestellung in einem geschlossenen Frakturmodell an der Maus. Hierzu wurden an 75 CD-1 Mäusen Femurschaftfrakturen durch eine Dreipunkt-Biegeapparatur erzeugt und mit einer intramedullären Kompressionsschraube rotations- und achsstabil osteosynthetisch versorgt. 38 Tiere wurden täglich mit 10 µg Endostatin s.c. behandelt, während 37 Tieren die entsprechende Trägersubstanz als Kontrolle appliziert wurde. Nach 2 (n=42) oder 5 (n=33) Wochen wurden die Tiere getötet und die Knochen ex situ bei entferntem Implantatmaterial histomorphometrisch, biomechanisch und proteinbiochemisch untersucht. Die erhobenen Daten (Mittelwert ± SEM) wurden zwischen den Gruppen mittels One-Way-ANOVA bzw. Student-Newman-Keuls-Test verglichen, eine Bonferroni-Korrekur für Mehrfachtests wurde angewandt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Sowohl nach 2 als auch nach 5 Wochen ergaben die histomorphometrischen Untersuchungen eine signifikant größere sagittale Kallusfläche in Endostatin-behandelten Tieren verglichen mit den Kontrolltieren (2 Wochen: 7,9±0,8 versus 4,8±1,0 mm²; 5 Wochen: 4,1±0,6 versus 1,0±0,2 mm²; p jeweils <0,05). Dies war vergesellschaftet mit einem signifikant erhöhten Bindegewebs- (1,2±0,2 versus 0,5±0,1 mm²; p<0,05) und Knorpelanteil (4,3±0,5 versus 2,4±0,5 mm²; p<0,05) nach 2-wöchiger und einer signifikant vermehrten Knochenfraktion (3,8±0,6 versus 0,9±0,2 mm²) nach 5-wöchiger Endostatin-Behandlung. Die biomechanische Rotationstestung der Knochen zeigte eine signifikant erhöhte Kallussteifigkeit in der Endostatingruppe verglichen mit der Kontrollgruppe nach 2 Wochen (37±8 versus 17±3 % des kontralateralen unfrakturierten Femurs; p<0,05). Immunhistochemisch konnte die Endostatinrezeptor-Einheit Integrin α 5 in Endothelzellen, Osteoblasten, Osteoklasten, und Chondrozyten nachgewiesen werden. Western Blot-Analysen ergaben des Weiteren eine Herunterregulation der Integrin α 5-Expression nach 2-wöchiger Endostatin-Behandlung (9,1±0,5 versus 18,2±1,8 OD*mm² in Kontrollen; p<0,05). CD-31-Fluoreszensfärbungen zeigten eine signifikant geringere Anzahl neu gebildeter Blutgefäße im Kallusareal Endostatin-behandelter Tiere verglichen mit Kontrolltieren.

Zusammenfassend legen die Ergebnisse der vorgestellten Studie nahe, dass Endostatin die Bildung von Weichkallus stimuliert und das Kallusremodelling während der Frakturheilung hemmt, was am ehesten auf eine gestörte Angiogenese zurückzuführen ist. Basierend auf diesen Ergebnissen könnte endogenes Endostatin in Zukunft als potentielles Targetprotein zur Behandlung der gestörten Frakturheilung genutzt werden.