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Cilostazol promotes blood vessel formation and bone regeneration in a murine non-union model - 11/11/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.115697 
Maximilian M. Menger a, b, , Michelle Bleimehl b, David Bauer b, Claudia Scheuer b, Sandra Hans b, Dominik Saul a, Sabrina Ehnert c, Michael D. Menger b, Tina Histing a, Matthias W. Laschke b
a Department of Trauma and Reconstructive Surgery, Eberhard Karls University Tuebingen, BG Trauma Center Tuebingen, 72076 Tuebingen, Germany 
b Institute for Clinical and Experimental Surgery, Saarland University, 66421 Homburg, Saar, Germany 
c Department of Trauma and Reconstructive Surgery, BG Trauma Center Tuebingen, Siegfried Weller Institute for Trauma Research, Eberhard Karls University Tuebingen, 72076 Tuebingen, Germany 

Corresponding author at: Department of Trauma and Reconstructive Surgery, Eberhard Karls University Tuebingen, BG Trauma Center Tuebingen, 72076 Tuebingen, Germany.Department of Trauma and Reconstructive Surgery, Eberhard Karls University Tuebingen, BG Trauma Center TuebingenTuebingen72076Germany

Abstract

Non-unions represent a major complication in trauma and orthopedic surgery. Many factors contribute to bone regeneration, out of which an adequate vascularization has been recognized as crucial. The phosphodiesterase-3 (PDE-3) inhibitor cilostazol has been shown to exert pro-angiogenic and pro-osteogenic effects in a variety of preclinical studies. Hence, we herein investigated the effects of cilostazol on bone regeneration in an atrophic non-union model in mice. For this purpose, a 1.8 mm femoral segmental defect was stabilized by pin-clip fixation and the animals were treated daily with 30 mg/kg body weight cilostazol or saline (control) per os. At 2, 5 and 10 weeks after surgery the healing of femora was analyzed by X-ray, biomechanics, photoacoustic imaging, and micro-computed tomography (µCT). To investigate the cellular composition and the growth factor expression of the callus tissue additional histological, immunohistochemical and Western blot analyses were performed. Cilostazol-treated animals showed increased bone formation within the callus, resulting in an enhanced bending stiffness when compared to controls. This was associated with a more pronounced expression of vascular endothelial growth factor (VEGF), a higher number of CD31-positive microvessels and an increased oxygen saturation within the callus tissue. Furthermore, cilostazol induced higher numbers of tartrate-resistant acidic phosphate (TRAP)-positive osteoclasts and CD68-positive macrophages. Taken together, these findings demonstrate that cilostazol is a promising drug candidate for the adjuvant treatment of atrophic non-unions in clinical practice.

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Graphical Abstract




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Highlights

Non-unions remain a major complication trauma and orthopedic surgery.
The phosphodiesterase-3 inhibitor cilostazol exerts pro-angiogenic and pro-osteogenic effects.
Cilostazol treatment resulted in an increased bone formation and bending stiffness.
Cilostazol enhanced angiogenesis and oxygen saturation within the callus tissue.
Cilostazol is a promising compound for the adjuvant treatment of non-unions.

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Keywords : Non-union, Cilostazol, Segmental defect, Bone regeneration, Fracture healing, Angiogenesis, Mice


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