Βιοχημικοί και ιστοπαθολογικοί δείκτες εκτίμησης αποτελεσματικότητας σύγχρονων θεραπευτικών προσεγγίσεων οστεοπόρωσης

Abstract

The effects of the administration of atorvastatin on the development of ovariectomy-induced osteoporosis were evaluated in this study. The ovariectomized rat was employed as the experimental model. The development of osteoporosis, following ovariectomy was confirmed by a plethora of experimental methods and techniques. Initially (day 0), the experimental population (n=25) was submitted to blood measurements of the bone biochemical markers, NTx and osteocalcin (ELISA protocol), bone density measurements by pQCT and assessment of bone structural integrity with MDF methodology. MDF (Modal Damping Factor) is a new analytical and arithmetic method, based on the measurement of the dynamic characteristics of bone (quality factor and modal damping factor) by applying vibration excitation in the range of acoustic frequencies. Ovariectomy was performed to all test animals, and 60 days later, the same biochemical and radiological measurements were repeated. All the above methodologies confirmed the development of osteoporosis rendering, thus, the experimental animal model successful. Since osteoporosis had been confirmed, the experimental population was randomly divided (two cases to one control) into 3 sub-populations. The first sub-population (n=10) was administered atorvastatin (4mg/kg/day), the second sub-population (n=10) was administered alendronate (4mg/kg/day), whereas the third sub-population (n=5) was not administered any drug (no therapy control). Drug administration was oral by gavage, from day 60 up to day 145. At the end of therapy, the test animals were again tested for levels of bone biochemical markers NTx and osteocalcin, and submitted to pQCT and MDF evaluation. They were, then, euthanized and tibiae were isolated for further histological studies. Specifically, histology studies included the evaluation of bone quality by eosin - hematoxylin staining of paraffin - embedded tibia sections, histomorphometry, immunohistochemistry of methyl-methacrylate - embedded sections and Western Blotting for Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) and apoptotic factor Fas. In general, all methods applied followed the changes in bone integrity and quality, throughout the whole experimental course. Higher sensitivity in detecting these changes was exhibited by the bone biochemical markers and the new MDF method. With regard to the therapeutical agents administered, both atorvastatin and alendronate seemed to have a positive impact on the progression of osteoporosis, decelerating it. Especially, the atorvastatin - treated group presented a greater response to the administration of the drug, compared to the alendronate - treated one. The findings concerning the expression of BMP-2 and Fas, seemed to point to the same direction, since atorvastatin administration increased the levels of BMP-2 and Fas expression, increasing, thus, the bone production and osteoclast apoptosis, respectively. At this point, it would be wise to notice that our results are indicative, not conclusive and could be fortified by application of the methods used on a larger experimental sample size, longer administration of the drugs and tests of different drug dosages.

Στην παρούσα διατριβή, μελετήθηκε η επίδραση της ατορβαστατίνης στην εξέλιξη της οστεοπόρωσης. Ως πειραματικό μοντέλο επιλέχθηκε ο επίμυς, που, κατόπιν, απώλειας των οιστρογόνων λόγω ωοθηκεκτομής, αναπτύσσει οστεοπόρωση. Η επαγωγή της οστεοπόρωσης επιβεβαιώθηκε με πληθώρα μεθόδων. Αρχικά, (ημέρα 0) στο πειραματικό δείγμα (n=25) πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις, στο αίμα, των βιοχημικών δεικτών του μεταβολισμού του οστού, (Αμινοτελικό πεπτίδιο του κολλαγόνου Τύπου Ι - NTx και οστεοκαλσίνη) με τη μέθοδο ELISA, μέτρηση της οστικής πυκνότητας με τη μέθοδο pQCT και αξιολόγηση της δομικής ακεραιότητας - ποιότητας του οστού με τη μέθοδο MDF. Ακολούθησε η αφαίρεση των ωοθηκών άμφω και, μετά από 60 ημέρες, επαναλήφθηκαν οι παραπάνω μετρήσεις. Όλες οι παραπάνω μέθοδοι, επιβεβαίωσαν την επαγωγή της οστεοπόρωσης μετά την ωοθηκεκτομή, και, άρα, την επιτυχία του πειραματικού μοντέλου. Αφού εξασφαλίσθηκε το οστεοπορωτικό μοντέλο, ο πειραματικός πληθυσμός χωρίστηκε τυχαία σε τρεις υπο-πληθυσμούς. Στον ένα υπο-πληθυσμό (n=10) χορηγήθηκε ατορβαστατίνη (4mg/kg/ημέρα), στον δεύτερο υπο-πληθυσμό (n=10) χορηγήθηκε αλενδρονάτη (4mg/kg/ημέρα), ενώ ο τρίτος υπο-πληθυσμός (n=5) χρησιμοποιήθηκε ως αρνητικός μάρτυρας και δεν έλαβε καμία θεραπεία (no-therapy control). Η χορήγηση των φαρμακευτικών αγωγών ήταν δια στόματος μέσω στοματογαστρικού καθετήρα και διήρκεσε από την ημέρα 60 έως την ημέρα 145. Μετά το πέρας χορήγησης των φαρμακευτικών αγωγών, επαναλήφθηκαν οι προαναφερθείσες μετρήσεις, τα πειραματόζωα θυσιάστηκαν και απομονώθηκαν οστά κνήμης για ιστολογική μελέτη, καθώς και μελέτη πρωτεϊνικών μορίων που εμπλέκονται στην κυτταρική βιολογία των κυττάρων του οστίτη ιστού. Συγκεκριμένα, η ιστολογική μελέτη συμπεριελάμβανε εκτίμηση των οστών με χρώση αιματοξυλίνης - ηωσίνης σε τομές παραφίνης, ιστομορφομετρία, ανοσοϊστοχημική χρώση των μορίων Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) και Fas (παράγοντας οστεοκλαστικής απόπτωσης) σε τομές σε πλαστικό, καθώς και ανοσοαποτύπωση κατά Western των αυτών πρωτεϊνών. Γενικά, όλες οι μέθοδοι που εφαρμόστηκαν, έδειξαν να ακολουθούν όλες τις μεταβολές στην δομική - ποιοτική κατάσταση των οστών, καθ’ όλη την πειραματική πορεία. Ιδιαίτερη ευαισθησία στην ανίχνευση των μεταβολών αυτών, φάνηκε να παρουσιάζουν οι βιοχημικοί δείκτες του οστικού μεταβολισμού, αλλά και η νέα μέθοδος μέτρησης του Συντελεστή Εσωτερικής Απόσβεσης (MDF). Όσον αφορά στις φαρμακευτικές αγωγές, και η ατορβαστατίνη και η αλενδρονάτη παρουσίασαν θετική επίδραση στην εξέλιξη της οστεοπόρωσης, επιβραδύνοντάς την. Ειδικότερα, η ομάδα που έλαβε ατορβαστατίνη επέδειξε μια ισχυρότερη απόκριση στη χορήγηση της ουσίας, συγκριτικά με την ομάδα που έλαβε αλενδρονάτη. Προς την ίδια κατεύθυνση, φάνηκε να τείνουν και τα ευρήματα σχετικά με την έκφραση της BMP-2 και του Fas, αφού η ατορβαστατίνη ήταν η ουσία εκείνη που αύξησε την έκφραση και των δύο αυτών μορίων και, συνεπώς, την παραγωγή οστού από τους οστεοβλάστες και την απόπτωση των οστεοκλαστών. Στο σημείο αυτό θα ήταν σκόπιμο να σημειωθεί πως τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής είναι ενδεικτικά και θα μπορούσαν να ισχυροποιηθούν με εφαρμογή των πειραματικών μεθόδων σε μεγαλύτερο πειραματικό δείγμα, μεγαλύτερη διάρκεια χορήγησης των φαρμάκων και δοκιμές διαφορετικών δόσεων αυτών.