Einfluss von Cilostazol auf die Frakturheilung im murinen Ischämiemodell

Abstract

Eine ausreichende Vaskularisierung und Angiogenese sind entscheidende Faktoren für eine erfolgreiche Frakturheilung. Es konnte in verschiedenen Studien gezeigt werden, dass Cilostazol, ein selektiver Inhibitor der Phosphodiesterase-3, durch Stimulation pro-angiogenetischer Wachstumsfaktoren die Blutversorgung signifikant verbessert. Obwohl vorherige Studien bereits gezeigt haben, dass die Behandlung mit Cilostazol die Frakturheilung verbessert, liegen bisher keine Informationen über den Einfluss von Cilostazol unter Ischämiebedingungen vor. Ziel der Studie war es daher, den Einfluss von Cilostazol auf die Frakturheilung in einem Ischämiemodell der Maus zu untersuchen. Insgesamt wurden für die Studie 50 CD-1 Mäuse untersucht. Die Ischämie wurde durch die Ligatur der Arteria femoralis profunda im Bereich der rechten unteren Extremität induziert. Anschließend wurden die Femora geschlossen frakturiert und mit einer intramedullären Kompressionsschraube osteosynthetisch versorgt. Den Tieren (n=25) wurden täglich 5mg/kg Körpergewicht Cilostazol per os appliziert. Die Kontrollgruppe (n=25) erhielt die äquivalente Menge Kochsalzlösung. 2 und 5 Wochen postoperativ wurden die Knochen biomechanisch, histologisch, radiologisch (Micro-Computertomographie) sowie mittels Western-Blot untersucht. Biomechanisch zeigte sich nach Gabe von Cilostazol sowohl nach 2 Wochen als auch nach 5 Wochen eine signifikant erniedrigte Biegesteifigkeit im Vergleich zur Kontrolle. Histologisch konnte im Kallus 2 Wochen postoperativ ein erhöhter Bindegewebsanteil und ein erniedrigter Knochenanteil nachgewiesen werden. Auch in den CT-Untersuchungen waren ein vermindertes Knochenvolumen sowie eine reduzierte Trabekelanzahl nachweisbar. In den Western-Blot Untersuchungen zeigte sich in den Tieren, die mit Cilostazol behandelt wurden eine erhöhte Expression von CD31 (Cluster of differentiation 31) als auch von RANKL (Receptor activator of NF-kappaB ligand). Zusammenfassend konnten die Untersuchungen zeigen, dass Cilostazol den Remodelingprozess verzögert und die Frakturheilung beeinträchtigt.

Cilostazol is known as a selective phosphodiesterase-3 inhibitor and increases angiogenesis by upregulation expression of vascular endothelial growth factor (VEGF). In addition, cilostazol controls cyclic adenosine monophosphate (c-AMP) concentration regulating vasodilatation, platelet aggregation and the differentiation of osteoblasts. Cilostazol is used for the treatment of peripheral arterial occlusive disease. Previous studies have shown an improved fracture healing in mice when treated with cilostazol. However, there is no information whether cilostazol affects fracture healing in an ischemic murine fracture model. Therefore, the aim of study was to analyze the effect of cilostazol on fracture healing in an ischemic murine model by ligating the deep femoral artery in the right limb. Femure fracture was created by a blunt guillotine and was stabilized using an intramedullary screw. In this study, a total number of 49 CD-1 mice were used. The animals (n=25) received a daily dose of 5 mg/kg body weight cilostazol p.o.. The control group (n=24) received equivalent amounts of saline solution p.o.. Radiological, biomechanical, histomorphometric and protein biochemical analyses were performed after 2 and 5 weeks. 2 weeks after cilostazol treatment, the bending stiffness was significantly lower compared to controls. This was associated with a reduced bone volume in CT analysis after 2 weeks and a decreased trabecular number after 5 weeks. Histologically, the amount of bone was reduced and the fibrous tissue was increased. In addition, the expression of the angiogenic factor Cluster of differentiation 31 (CD31), and the Receptor activator of NF-kappaB ligand (RANKL), a marker of osteoclast activity, were significantly higher after cilostazol treatment. In conclusion, cilostazol delays fracture healing and prolongs callus remodeling under ischemic conditions