Untersuchungen zu biochemischen Markern des Knochen- und Energiestoffwechsels am Osteoporose-induzierten Schafmodell

Abstract

Die Untersuchungen erfolgten im Rahmen des Sonderforschungsbereichs/ Transregio 79 (2010-2014): Werkstoffe für die Geweberegeneration im systemisch erkrankten Knochen Teilprojekt T1: Etablierung und Qualitätssicherung osteoporotischer Tiermodelle . Die Versuche am Tier wurden in der Zentralen Forschungseinrichtung der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main durchgeführt. Der Tierversuchsantrag (GE: F31/36) wurde durch das Regierungs-präsidium Darmstadt am 27.09.2012 genehmigt. Serum und Urinproben, die für diese Arbeit relevant waren, wurden am Klinikum Veterinärmedizin, Klinische Pathophysiologie und Klinische Laboratoriumsdiagnostik der Justus-Liebig-Universität Gießen analysiert. Ziel dieses interdisziplinierten Forschungsprojektes war es, neue Knochenersatzmaterialien und Implantatwerkstoffe für den systemisch erkrankten Knochen des Menschen zu generieren. Für die dafür nötigen präklinischen Studien ist die Etablierung eines Tiermodells, welches die Prozesse am menschlichen Knochen in ähnlicher Weise widerspiegeln kann, unerlässlich. Ziel dieser Arbeit war es, die Interaktion zwischen Knochen- und Energiestoffwechsel im Osteoporose-induzierten Schafmodell zu evaluieren, die beim Schaf bisher wenig bekannt ist. Schlussfolgernd kann festgehalten werden, dass diese Studie durch die Kombinationsinduktion einer Osteoporose mittels Ovarektomie, defizitärer Diät (Calcium und Vitamin D) und Glukokortikoiden eine Basis für weitere Forschungen wie z.B. dem Einsatz neuartiger Biomaterialien zur Frakturversorgung am Tiermodell Schaf darstellt. In diesem Modell waren deutliche Veränderungen im Knochenstoffwechsel sowie eine Interaktion zwischen Knochen- und Energiestoffwechsel im Sinne einer transienten Insulinresistenz induzierbar, wobei jedoch die frühesten und ausgeprägtesten Veränderungen in der OVXDC-Gruppe auftraten, was darauf schließen lässt, dass Glukokortikoide beim Schaf einen schnelleren Effekt auf den Knochen- und Energiestoffwechsel haben als eine Ovarektomie und Diät alleine. Daher ist für präklinische Studien ein Kombinations-Schema inklusive Glukokortikoidgabe empfehlenswert, wobei jedoch die Menge an Methylprednisolon noch anzupassen ist, um starke Nebenwirkungen bei den Schafen zu vermeiden. The investigations were conducted within the scope of the sub-project T1: "Establishment and Quality Assurance in Osteoporotic Animal Models" of the Collaborative Research Centre/Transregio 79 (2010-2014): "Materials for Tissue Regeneration in Systemically Diseased Bones". The animal experiments were conducted in the Central Research Facility of the Goethe University of Frankfurt. The study was ethically approved by the Darmstadt Regional Council on 27/09/2012 (GE: F31/36). Serum and urine samples that were relevant to this study were analysed at the Faculty of Veterinary Medicine, Clinical Pathophysiology and Clinical Laboratory Diagnostics of the Justus Liebig University Gießen, Germany. The goal of this interdisciplinary research project was to develop new synthetic materials as surrogate for bones and materials for implants for systemically diseased human bones. For the required pre-clinical studies, it is essential to establish an animal model capable to reflect the processes in human bones in a similar way. The goal of this study was to evaluate the interaction between bone and energy metabolism in a sheep model with induced osteoporosis for which hitherto only scarce knowledge is existent. Overall, it can be concluded that osteoporosis in the sheep can be induced by a combination of ovariectomy, deficient diet (calcium and vitamin D) and glucocorticoids, so that the study is a useful basis for further research, e.g. use of novel biomaterials for fracture treatment in a sheep animal model. In this model, it was possible to induce significant abnormalities of the bone metabolism and the interaction between bone and energy metabolism consistent with a transient insulin resistance, whereby the earliest and most severe changes occurred in the OVXDC group, which suggests that glucocorticoids have a quicker effect on bone and energy metabolism in sheep than an ovariectomy and diet alone. A combined scheme including glucocorticoids is therefore recommendable for pre-clinical studies, although the dosage of methylprednisolone still needs to be adjusted to avoid strong clinical side effects in the sheep.