Osteodensitometrische und histomorphometrische Untersuchungen zur Induktion der Osteoporose im Rattenmodell

Abstract

Osteoporose betrifft ein Viertel der Bevölkerung ab dem 50. Lebensjahr. Ziel der prospektiven experimentellen Studie ist die Etablierung eines Tierversuchsmodelles zur Osteoporoseinduktion in der Ratte durch Ovarektomie und defizitäre Diät gesichert durch Osteodensitometrie mittels Dual-X-ray-absorptiometry (DXA) und klassischer Histomorphometrie am Lichtmikroskop. 80 weibliche Sprague Dawley Ratten wurden im Alter von 14 Wochen in vier Gruppen aufgeteilt. Gruppe 1 (n= 30) stellte die Sham-Gruppe dar, wurde einer Scheinoperation (Sham-OP) unterzogen und erhielt Standardfutter. Gruppe 2 (n= 30) wurde zur Simulation einer Menopause ovarektomiert und erhielt ein Kalzium-, Phosphor- und Vitamin D3-armes Spezialfutter (Diät-Gruppe). Gruppe 3 wurde ebenfalls ovariektomiert und erhielt Standardfutter. In einem Zeitintervall von 2 Wochen wurden 0,3 mg/kg Körpergewicht Dexamethason (Voren-Depot®) s.c. appliziert (Steroid-Gruppe). Die Kontroll-Gruppe (n=10) wurde zum Anfang der Studie euthanasiert und gemessen um Daten zum Zeitpunkt t= 0 zu gewinnen. Sham- und Diät-Gruppe wurden über 14 Monate beobachtet und es wurden zu den Zeitpunkten t= 1 (Zeitpunkt der Operationen), 3, 12 und 14 Monate DXA Messungen angefertigt. Für die DXA Messungen war eine Kurznarkose mit Medetomidinhydrochlorid (Domitor®) gewichtsadaptiert erforderlich. Des Weiteren wurden jeweils 10 Tiere pro Gruppe und Zeitpunkt euthanasiert und für die Histomorphometrie vorbereitet. Die Trabekelfläche wurde in anschließend angefertigten HE-Schnitten mit Hilfe der Software GIMP und ImageJ bestimmt. Die Analyse der DXA-Messungen erfolgte mit enCORE. Untersucht wurden mit beiden Verfahren die Wirbelkörper und die Femora. Die Analyse der DXA Daten zeigte bezogen auf die Wirbelsäule zu den Zeitpunkten t=1, 3, 12 und 14 Monate einen hochsignifikant (p< 0,001) niedrigeren Wert der Knochendichte ermittelt als Bone Mineral Densitiy (BMD) in g/cm2 in der Diätgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe. Der BMD fiel ebenfalls signifikant bereits einen Monat post interventionem um 14% ab und erreichte zum Endzeitpunkt der Studie einen Rückgang um 24% und hat einen um 29% niedrigeren Wert als die Kontrollgruppe gleichen Alters. Analog verhielt sich der BMD der beiden Femora. Hier erreichte die Diätgruppe sogar einen 44% kleineren Wert am Endzeitpunkt. Bei der Histomorphometrie der Wirbelkörper und der proximalen Femora war nach 3 Monaten zunächst eine signifikant kleinere Trabekelfläche bei der Diätgruppe im Vergleich zur Kontrolle zu beobachten. Im weiteren Verlauf stieg die Trabekelfläche bei der Diätgruppe jedoch deutlich an und erreichte nach 12 Monaten einen signifikant höheren Wert. Nach 14 Monaten war dieser Unterschied nicht mehr zu beobachten. Eine Kombination aus bilateraler Ovariektomie und defizitärer Diät bewirkte 3 Monate post interventionem bei jungen gesunden Ratten einen signifikanten Abfall der Knochendichte gemessen als BMD mit weiterer Abnahme im Verlauf. Prozentual war der Verlust an Knochendichte in allen gemessenen klinisch relevanten ROIs so ausgeprägt, dass von einem osteoporotischen Knochenstatus ausgegangen werden kann. Nach 12 und 14 Monaten post interventionem bestätigten die histologischen Analysen in der Diät-Gruppe besonders im proximalen Femur einen osteomalatischen Effekt. Eine Kombination aus bilateraler Ovariektomie und einer Steroidapplikation von Dexamethason führte zwar zu einer signifikant niedrigeren Knochendichte im Vergleich zur Kontroll-Gruppe, blieb aber hinter den Erwartungen zurück. Allerdings zeigte die histomorphometrische Analyse hier das dünnste Trabekelwerk. Zur weiteren Etablierung der Ratte als Standardkleintierversuchsmodell in der Osteoporoseforschung muss ein statistisch verlässlicher T-Wert ermittelt werden. Hierbei müssten alle weltweit getätigten DXA-Messungen in einer Open Access Datenbank zusammengefasst werden. Gegebenenfalls ist eine Anpassung des Startzeitpunktes der Intervention erforderlich, um den osteomalatischen Effekt der defizitären Diät zu vermindern. Zur weiteren Darstellung des Kalziumgehaltes sollten weitere Färbemethoden wie „von Kossa“ mit eingebunden werden, sowie weitere andere technische Analysemethoden wie beispielsweise die Raman-Spektroskopie. Beim Transfer ins Großtiermodell, unter Berücksichtigung der aus dem Kleintiermodell gewonnenen Erfahrungen, sollte eine Triple-Therapie aus bilateraler Ovariektomie, defizitärer Diät und Steroidapplikation eingesetzt werden, um einen osteoporotischen Knochenstatus zu erreichen.