Einfluss von Simvastatin auf die Frakturheilung im murinen Ischämiemodell

Abstract

Simvastatin findet als Reduktase-Hemmer des Enzyms 3-Hydroxy-3-methyl-glutarylCoenzym-A-Reduktase (HMG-CoA) in der Klinik breite Anwendung zur Therapie der Hypercholesterinämie sowie zur Senkung der kardiovaskulären Mortalität. Darüber hinaus hat Simvastatin einen nachgewiesenen aniinflammatorischen, vaskuloprotektiven und angiogenen sowie osteogenen Effekt. Diese Prozesse sind u.a. essentieller Bestandteil während einer Frakturheilung. Der Einfluss von Simvastatin auf die Knochenheilung wurde bisher kontrovers diskutiert. Inwiefern Simvastatin die Frakturheilung unter ischämischen Bedingungen beeinflusst, ist bisher nicht bekannt. Das Ziel dieser Studie war es, den Einfluss von Simvastatin auf die Frakturheilung in einem murinen Ischämiemodell zu untersuchen. Bei 47 CD-1 Mäusen wurde durch Ligatur der Arteria profunda femoris eine milde Ischämie der rechten unteren Extremität induziert. Nach geschlossener Frakturierung wurde das Femur mit einer intramedullären Zugschraube osteosynthetisch versorgt. Die Mäuse der Simvastatingruppe (n=22) erhielten nachfolgend täglich 30 mg/kg Körpergewicht (KG) Simvastatin per os. Der Kontrollgruppe (n=25) wurde eine äquivalente Menge isotone Natriumchloridlösung per os täglich appliziert. 2 und 5 Wochen postoperativ wurden nach Explantation der Femora biomechanische, röntgenologische, computertomographische, histomorphometrische und proteinbiochemische Untersuchungen durchgeführt. In der biomechanischen und röntgenologischen Untersuchung zeigten sich keine Unterschiede zwischen den Gruppen. In der Computertomographie war 2 und 5 Wochen postoperativ in der Simvastatingruppe ein signifikant erniedrigtes absolutes Knochenvolumen und ein erniedrigter relativer Knochenanteil mit gleichzeitig verminderter Trabekelanzahl feststellbar. Korrespondierend dazu war nach 2 Wochen der Trabekelabstand signifikant erhöht und nach 5 Wochen die Trabekeldicke signifikant erniedrigt. In der histomorphometrischen Analyse ergab sich nach 5 Wochen in der Simvastatingruppe eine signifikant erniedrigte Gesamtkallusfläche. In der proteinbiochemischen Analyse erwies sich die Expression von Cluster of differentiation 31 (CD31) und Phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K) im Rahmen einer stimulierten Angiogenese und Proliferation signifikant erhöht. Die Expression des Osteogenesemarkers Bone Morphogenetic Protein (BMP)-2 zeigte sich signifikant erniedrigt. Die Expressionen von Osteoprotegerin (OPG) und Receptor Activator of NF-κB Ligand (RANKL) ergaben keine signifikanten Unterschiede. Zusammenfassend zeigen die Daten der vorliegenden Arbeit, dass Simvastatin die Frakturheilung unter ischämischen Bedingungen am Mausmodell beeinträchtigt ohne jedoch die Knochenheilung insgesamt zu verhindern. Dieser Effekt ist am ehesten auf ein Missverhältnis angiogener und osteogener Expressionsmarker im Kallusgewebe zurückzuführen. Darüber hinaus ergeben sich Hinweise, dass die Wirkung von Simvastatin auf die Frakturheilung dosisabhängig ist, sodass künftig weitere Studien den Effekt von Simvastatin und neuester Derivate hiervon auf ihr osteoanaboles Potenzial unter hypoxischen Bedingungen noch weiter untersuchen sollten.

As a reductase inhibitor of the enzyme 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-coenzyme A reductase (HMG-CoA), Simvastatin is widely used in the clinic to treat hypercholesterolemia and to reduce cardiovascular mortality. In addition, Simvastatin has a proven aniinflammatory, vasculoprotective, angiogenic and osteogenic effect. These processes are essential components during fracture healing. The influence of Simvastatin on bone healing has been the subject of controversial debate. The extent to which Simvastatin influences fracture healing under ischemic conditions is not yet known. The aim of this study was to investigate the influence of Simvastatin on fracture healing in a murine ischemia model. Mild ischemia of the right lower limb was induced in 47 CD-1 mice by ligation of the profunda femoris artery. After closed fracturing, the femur was osteosynthesized with an intramedullary screw. The mice in the Simvastatin group (n=22) subsequently received 30 mg/kg body weight of Simvastatin per os daily. The control group (n=25) received an equivalent amount of isotonic sodium chloride solution per os daily. Biomechanical, radiographic, computed tomographic, histomorphometric and protein biochemical examinations were performed 2 and 5 weeks postoperatively after explantation of the femora. There were no differences between the groups in the biomechanical and radiographic examinations. Computed tomography showed a significantly reduced absolute bone volume and a reduced relative bone proportion in the Simvastatin group at 2 and 5 weeks postoperatively, with a simultaneous reduction in the number of trabeculae. Correspondingly, the trabecular spacing was significantly increased after 2 weeks and the trabecular thickness was significantly reduced after 5 weeks. The histomorphometric analysis revealed a significantly reduced total callus area in the Simvastatin group after 5 weeks. In the protein biochemical analysis, the expression of cluster of differentiation 31 (CD31) and phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K) was found to be significantly increased in the context of stimulated angiogenesis and proliferation. The expression of the osteogenesis marker bone morphogenetic protein (BMP)-2 was significantly decreased. The expressions of osteoprotegerin (OPG) and receptor activator of NF-κB ligand (RANKL) showed no significant differences. In summary, the data of the present study show that simvastatin impairs fracture healing under ischemic conditions in the mouse model without, however, preventing bone healing altogether. This effect is most likely due to an imbalance of angiogenic and osteogenic expression markers in callus tissue. In addition, there are indications that the effect of simvastatin on fracture healing is dose-dependent, so that further studies should continue to investigate the effect of simvastatin and its latest derivatives on their osteoanabolic potential under hypoxic conditions.