Diabetes: Wie Knochenbrüche besser heilen könnten

Palo Alto – Diabetespatienten, deren Knochen nach einem Bruch schlecht heilen, könnten Ärzte mit einem lokal applizierten Hydrogel helfen. Zumindest bei Mäusen mit Diabetes gelang es Forschern vom Stanford's Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine, die entscheidenden Signalwege zu aktivieren. Die Fraktur heilte genauso gut wie in Wildtypmäusen. Die Ergebnisse wurden in Science Translational Medicine publiziert (2017; doi: 10.1126/scitranslmed.aag2809).

Dass Knochen diabeteskranker Mäuse schlechter heilen, berichteten Forscher bereits 2009 im American Journal of Pathology. Beteiligt daran ist der Entzündungsstoff TNF-alpha. In der aktuellen Studie untersuchten die Forscher um Ruth Tevlin und Michael T. Longaker an einem Mausmodell für Diabetes Typ 2 weitere Faktoren, die die Heilung nach einem Knochenbruch beeinflussen.

In den ersten vier Wochen befanden sich die Mäuse noch in einem Prädiabetes-Stadium. In diesem Zeitraum heilten Frakturen vergleichbar gut wie bei Wildtypmäusen. Hatte sich der Diabetes anschließend entwickelt, nahm auch die Knochendichte des reparierten Knochens im Vergleich zur Kontrollgruppe ab. Bereits sieben Tage nach der Fraktur zeigte sich zudem bei den Diabetesmäusen eine geringere Anzahl an skeletalen Stammzellen (SSC). Zwar waren die zurückgebliebenen SSC voll funktionsfähig. Sie erhielten jedoch nicht die richtigen Signale aus der Umgebung, um sich zu verschie­de­nen Zellen des Skelettsystems zu differenzieren.

Als entscheidenden Faktor identifizierte das Team um Tevlin dabei das Hedgehog-Signalprotein. Es spielt in der Embryonalentwicklung und bei der Geweberegeneration eine wichtige Rolle. Blockierten die Forscher diesen Signalweg in den Wildtypmäusen, traten bei ihnen die gleichen Probleme der Frakturheilung auf, wie bei den Diabetes­mäusen.

Lokal appliziertes Hydrogel stellt Knochenheilung wieder her
Für den nächsten Schritt holte sich das Forschungsteam Unterstützung von Fan Yang, einem Experten für Bioengineering und orthopädische Chirurgie an der Stanford University. Das Ziel war, die Hedgehog-Signalkaskade bei den Diabetesmäusen zu aktivieren, sodass diese wieder ausreichen SSC produzieren würden. Eingebettet in ein Hydrogel sollte das Hedgehog-Protein seinen korrekten Signalweg in Gang setzen. Dieses Gel injizierten die Forscher direkt in den gebrochenen Knochen. „Die Knochen heilten jetzt genauso gut wie bei den Wildtypmäusen“, sagt Longaker.

Die Ergebnisse konnte das Team aus Standford auch an menschlichen Knochenproben von Diabetespatienten bestätigen. Die beobachtete Inhibition des Hedgehog-Signalwegs führen die Autoren auf das in Diabetespatienten überexprimierte TNF-alpha zurück.

Für erste Studien bei Diabetespatienten sei es jetzt noch zu früh, heißt es in der Studie. Zunächst muss die Sicherheit und Effizienz der lokalen Gelapplikation abgesichert werden.

gie