Während der Knochenheilung, werden die Prozesse der Gewebebildung durch mechanische Belastung reguliert. Das Protein Sclerostin ist ein zentraler Hemmstoff des Wnt-Signalwegs und hat dadurch direkten Einfluss auf die Knochenbildung. Durch mechanische Belastung wird die Expression des Sost-Gens, das für Sclerostin codiert, herabgesetzt. Sclerostin-neutralisierende Antikörper (SclAb) erhöhen damit die Knochenbildung. Es ist jedoch noch unklar, ob eine Sclerostin-Hemmung eine mechanische Instabilität während der Knochenheilung, die sonst eine verzögerte Heilung zur Folge hätte, ausgleichen kann. Wir untersuchten den Einfluss von SclAb auf die Gewebebildung bei Mäusen nach Durchführung einer femoralen Osteotomie, die entweder durch einen steifen oder semi-steifen externen Fixateur stabilisiert wurde. Die unterschiedlichen Fixateursysteme erlaubten verschiedene Ausmaße interfragmentärer Bewegung während der Belastung mit Körpergewicht, und hatten somit Einfluss auf die Heilungsergebnisse. Den Mäusen wurde der SclAb oder ein Placebo injiziert und die Knochenheilung wurde postoperativ über einen Zeitraum von 21 Tagen in verschiedenen Intervallen mittels in vivo Mikrocomputertomographie, Histomorphometrie, biomechanischer Testung, Immunhistochemie und Genexpression erfasst. Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine Behandlung mit SclAb zu einem größeren Knochenvolumen führt als das Placebo. Jedoch konnten die Antikörper nicht die typische verzögerte Heilung unter semi-steifer Fixierung verhindern. Die Stabilisierung mittels semi- steifen Fixateuren führte im Vergleich zu den steifen Fixateuren zu einer verzögerten Heilung, mit einer verlängerten endochondralen Ossifikationsphase. Diese äußert sich durch mehr Knorpelgewebe, einem niedrigeren Knochenvolumenanteil und weniger knöcherner Brückenbildung über den gesamten Frakturspalt. Des Weiteren hatten die SclAb in der Gruppe mit steifer Fixierung im Vergleich zur semi-steifen Fixierung eine negative Auswirkung auf fortgeschrittene Stadien der Knochenheilung. Dies zeigte sich durch ein hohes Maß an endostaler Brückenbildung nach 21 Tagen und deutet auf einen verzögerten Umbau des Frakturkallus sowie eine verzögerte Wiederherstellung des Knochenmarkraumes hin. Die erhöhte Sost- und Sclerostinexpression in der Gruppe mit steifer Fixierung und SclAb- Behandlung im Vergleich zur Placebo-Behandlung führen wir auf einen negativen Feedback- Mechanismus zurück. Unsere Ergebnisse zeigen, dass SclAb verwendet werden können um die Gesamtknochenmasse zu erhöhen, die Anwendung im Falle von Knochenheilung jedoch mit Zurückhaltung in Betracht gezogen werden sollte. SclAb können im frühen Stadium der Knochenheilung zu einer vermehrten Knochenbildung führen, beschleunigen die Heilung in fortgeschrittenen Stadien jedoch nicht, und sie können eine verzögerte Heilung, die durch eine semi-steifen Fixierung hervorgerufen wird, nicht verhindern
During bone healing, tissue formation processes are governed by mechanical strain. Sost/sclerostin, a key Wnt signaling inhibitor and mechano-sensitive pathway, is downregulated in response to mechanical loading. Sclerostin neutralizing antibody (SclAb) increases bone formation. Nevertheless, it remains unclear whether sclerostin inhibition can rescue bone healing in situations of mechanical instability, which otherwise delay healing. We investigated SclAb's influence on tissue formation in a mouse femoral osteotomy, stabilized with Rigid or Semi-rigid external fixation. The different fixations allowed different magnitudes of interfragmentary movement during weight bearing, thereby influencing healing outcome. SclAb or vehicle (Veh) was administered and bone healing was assessed at multiple time points up to day 21 post-operatively by in vivo micro computed tomography, histomorphometry, biomechanical testing, immunohistochemistry and gene expression. Our results show that SclAb treatment caused a greater bone volume than veh. However, SclAb could not overcome the characteristic delayed healing of semi-rigid fixation. Indeed, semi-rigid fixation resulted in delayed healing with a prolonged endochondral ossification phase characterized by increased cartilage, lower bone volume fraction, and less bony bridging across the osteotomy gap than rigid fixation. In a control setting, SclAb negatively affected later stages of healing under rigid fixation, evidenced by the high degree of endosteal bridging at 21 days in the rigid-SclAb group compared to rigid-veh, indicating delayed fracture callus remodeling and bone marrow reconstitution. Under rigid fixation, Sost and sclerostin expression at the gene and protein level, respectively, were increased in SclAb compared to veh-treated bones, suggesting a negative feedback mechanism. Our results suggest that SclAb could be used to enhance overall bone mass but should be carefully considered in bone healing. SclAb may help to increase bone formation early in the healing process, but not during advanced stages of fracture callus remodeling and not to overcome delayed healing in semi-rigid fixation.
