Summary
Objectives: Most people suffering from osteoporosis are undiagnosed: the first osteopenic fracture strikes an untreated organism. Therefore implant fixation often fails and bone healing is disturbed. In this basic research project, we explore possibilities to improve the quality of the osteopenic bone immediately after a fracture to avoid these complications.
Methods: Thirty-six female rats, which developed osteopenia within ten weeks duration after ovariectomy (OVX), underwent a standardized metaphyseal osteotomy with a bridging T-plate-fixation. After that rats were divided into three groups, which received soyfree food supplemented with raloxifene (R: 2.02 mg/d) or estradiol-17β-benzoate (E: 0.09 mg/d), orally, or soyfree food (SF) only. During fracture healing the rats were subcutaneously injected with fluorescent agents to help label and visualize the process of bone formation. Bones were analyzed using a three-point bending test, histological sections and microradiographs.
Results: Raloxifene and estradiol have exerted anabolic effects on the trabecular bone. Both substances induced fracture healing mainly via endosteal callus formation (R: 2.08 ± 0.66 mm2, E: 2.02 ± 0.75 mm2 vs. SF: 1.78 ± 0.74 mm2). Due to early bridging and advanced fracture healing, less bone occurred in the later stages after application of test substances. The biomechanical features of the callus formations determined by the Yield load of R- (100.3 ± 28.4 N) were at the level of E-treated bone (93.8 ± 29.7 N) being higher in both comparing to the osteopenic bones (SF: 76.4 ± 18.8 N).
Conclusions: Raloxifene and estrogen had supporting effects in the therapy of fractures of osteopenic bone. They improved not only the bone, but also the callus structure. The raloxifene- and estradiol-treatment enhanced the mechanical properties of the osteopenic bone, which probably lead to (micro) fracture risk reduction. Taking into account all the results there is an advantage for raloxifene; additionally its negative side effects detected in human settings, with respect to e. g. breast cancer propagation, are less than that of estrogens.
Zusammenfassung
Einleitung: Die meisten Menschen, die an Osteoporose leiden, sind nicht ausreichend diagnostiziert: Die erste osteoporotische Fraktur trifft somit den unbehandelten Organismus. Deshalb findet sich bei diesen Patienten häufiger eine gestörte Frakturheilung und, in Folge dessen, postoperatives Implantatversagen. In dem vorliegenden experimentellen Projekt werden Möglichkeiten zur Verbesserung der Qualität und Quantität des osteoporotischen Knochens während der akuten Phase der Frakturheilung untersucht.
Methoden: Sechsunddreißig drei Monate alte weibliche Ratten wurden einer Ovarektomie unterzogen. Nach zehn Wochen erfolgte eine standardisierte metaphysäre Tibia – osteotomie mit T-Platten-Osteosynthese, sowie die randomisierte Zuteilung zur Raloxifen- (R: 2,02 mg/d), Estradiol-17β-benzoat-(E: 0.09 mg/d) oder unbehandelten Gruppe mit sojafreiem Futter (SF). Während der fünfwöchigen Frakturheilung erfolgte eine subkutane Fluoreszenzmarkierung der Knochenneubildung. Postmortal wurden die Tibiae biomechanisch, histomorphologisch, histomorphometrisch und mikroradiografisch untersucht.
Ergebnisse: Raloxifen und Estradiol haben eindeutig anabole Effekte auf den trabekulären Knochen. Beide Substanzen induzieren die Frakturheilung primär über den endo-stalen Kallus (R: 2.08 ± 0.66 mm2, E: 2.02 ± 0.75 mm2 vs. SF: 1.78 ± 0.74 mm2). Aufgrund der früheren Fraktur-Überbrückung und der fortgeschrittenen Heilung unter Raloxifen und Estradiol ist die Knochen-Neubildung in der fünften Woche im Vergleich zur osteoporotischen Gruppe aufgrund der fortgeschrittenen Heilung geringer. Die biomechanischen Eigenschaften (yield load) des Kallus unter Raloxifen (100,3 ± 28,4 N) sind äquivalent zu denen unter Estradiol (93,8 ± 29,7 N), wobei beide signifikant besser als die der osteoporotischen Vergleichsgruppe sind (SF: 76,4 ± 18.8 N).
Schlussfolgerung: Die Raloxifen- und Östrogen- Therapie verbessert die Fraktur - heilung und Struktur des osteoporotischen Knochens in der Ratte. Trotz der geringen Kallusdimension unter Östrogen induzieren beide Substanzen sehr gute mechanische Kalluseigenschaften. So besteht die Option, dass das Auftreten von Mikrofrakturen als Basis der makroskopischen osteoporotischen Fraktur signifikant gegenüber dem nicht behandelten Organismus gesenkt wird. Unter Berücksichtigung aller Ergebnisse ergibt sich für Raloxifen ein Vorteil gegenüber Östrogen, auch weil seine Nebenwirkungen in klinischen Studien, z. B. hinsichtlich des Mammakarzinomrisikos, geringer sind.
Keywords
Fracture healing - osteopenia - raloxifene - estrogen - bone
Schlüsselwörter
Frakturheilung - Osteoporose - Raloxifen - Östrogen - Knochen
