Evaluation der Frakturheilung im osteoporotischen Tiermodell mittels Mikro-CT

Abstract

Der Forschungsbedarf im Bereich der Osteoporose ist groß. Besonderes Augenmerk muss auf die Evaluation der pathologischen Fraktur gelegt werden. Das Zeil unserer Arbeit war es, Grundlagen zu schaffen um dieses Gebiet weiter zu erforschen. Hierfür ist zunächst die Etablierung eines repräsentativen Tiermodells und dazu passenden Untersuchungsverfahren essenziell. Um ein solches Modell zu entwickeln, wurde bei 13 Sprague Hawley Ratten eine Osteoporose durch Ovarektomie und eine kalzium- phosphor- vitamin D3- soja und phytoöstrogenfreie Diät indiziert (OVX). Der osteoporotische Knochenstatus wurde mittels DXA bestätigt. Die Kontrollgruppe erhielt lediglich eine Sham-Operation. Anschließend wurde den Versuchstieren ein 3-mm bzw. 5-mm großer, keilförmiger Knochendefekt im metaphysären Bereich des distalen Femurs gesetzt und mit Hilfe von Plattenosteosynthesen versorgt. Diese Situation spiegelt die Versorgung einer osteoporotischen Fraktur beim Menschen wieder. Sechs Wochen später wurden die Tiere euthanisiert und anschließend die frakturierten Femura im Mikro CT gescannt. Die so entstandenen axialen Schnittbilder dienten der Analyse der Frakturen hinsichtlich Durchbauung und Vaskularisierung. Unsere Untersuchungen zeigten, dass sich in der 3-mm Gruppe deutlich mehr neues Knochengewebe gebildet hatte als in der 5 mm Gruppe. Dies bedeutet, dass sich ein 5-mm-großer Defekt auf Grund der geringen Durchbauung als critical- size- Modell zur Erforschung von osterinduktiven Knochenersatzmaterialien oder Implantaten eignet. Die Fläche neugebildeten Knochengewebes und zum Teil auch die Vaskularisierung der osteoporitischen Frakturzonen innerhalb der 3 mm bzw. der 5 mm Gruppe unterschieden sich nicht signifikant von den Kontrolltieren. Die Ergebnisse der histologischen und biomechanischen Untersuchungen der Knochenqualität der OVX Tiere zeigten jedoch Zeichen einer verlangsamten bzw. unvollständigen Frakturheilung. So dass davon ausgegangen werden kann, dass sich die metaphysäre, osteoporotische Frakturheilung von der nicht-osteoporotischen Knochenheilung unterscheidet. So konnten die von uns entwickelten Tiermodelle bereits einen Beitrag zu der Erforschung der Osteoporose leisten, sollen und können aber auch in Zukunft im Rahmen anderer Forschungsprojekte helfen die noch offenen Fragen auf diesem Gebiet zu beantworten. There is a great need for research in the field of osteoporosis. Especially osteoporotic fracture repair needs further evaluation. The goal of our work was to establish a basis that makes it possible to further explore this area. This means the creation of a representative animal model and suitable examination methods.In order to do so 13 Sprague- Dawley- rats received ovarectomy and a calcium-, phosphorus- and vitamin D3-, soy- and phytoestrogen-free diet. The control group underwent sham operation. Subsequently a 3 mm respectively 5 mm wedge-shaped defect was created in the metaphyseal area of the left distal femur of the animals. It was stabilised with a T-shaped mini-plate. The situation represents the management of an osteoporotic fracture in a human being. Six weeks later the animals were euthanized and scanned in the micro- CT. The resulting axial sectional images were used to examine the fracture zone regarding bony bridging and vascularisation. The 3 mm defect group showed significantly more new bone tissue than the 5 mm group. This means that a defect that is 5 mm big works as a critical size model to explore osteoinductive bone grafts or implants. Whereas the area of new bone formation and the vascularisation within the 3 mm osteoporotic and the 3 mm control group did not differ significantly from each other. However, biomechanics testing and histology demonstrated healing discrepancies. So osteoporotic fracture repair can be assumed to be slightly different from non-osteoporotic bone healing.In conclusion it can be said that the animal model we developed could already impact on osteoporotic fracture research. In future it can be used in connection with other research projects to answer outstanding issues on osteoporosis.