gms | German Medical Science

Fragestellung: Die partikelinduzierte Osteolyse ist die Hauptursache für die Lockerung von Endoprothesen. Mehrere Studien der partikelinduzierten Osteolyse zeigen einen möglicherweise osteoprotektiven Effekt von Calcitonin und alpha-CGRP, die beide am CALCA-Gen entstehen. CALCA knock-out Mäusen zeigen im Alter einen steigenden Knochenumsatz, mit deutlichen Unterschieden zu den üblicherweise untersuchten 3- Monats-Tieren. In dieser Studie untersuchen wir die partikelinduzierte Osteolyse und die Wirkung von Calcitonin an gealterten Wildtyp und CALCA knock-out Mäusen.

Methodik: Im murinen Calvaria-Osteolysemodell mit Implantation von ultra-hoch molekular gewichtigen Polyethylen (UHMWPE) Partikeln wurden 12 Monate alte Mäuse untersuch in 8 Gruppen a 5 Mäusen: Gruppe 1 - 4 (Wildtyp) und Gruppe 5 -8 (CALCA knock-out) erhielten eine Operation ohne (Gruppen 1,2,5,6) und mit Partikelimplantation (Gruppen 3,4,7,8). Den Gruppen 2,4,6,8 wurde intraperitoneal 2 µg humanes Calcitonin verabreicht. Parameter des Knochenstoffwechsels wurden bestimmt. An Tag 14 erfolgte die Beendigung des Versuchs. Eine quantitative und qualitative Analyse der partikelinduzierten Osteolyse erfolgte mittels µCT und 3-D Rekonstruktionen. Eine standardisierte Histomorphometrie nach Parfitt wurde durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Partikel führten im Wildtyp zur signifikanten Osteolyse im µCT (BV/TV 16,63 ± 1,34 vs. 14,31 ± 0.94, p<0.05) und in der Histomorphometrie (eroded surface: 0.03 ± 0.01 mm2 vs. 0.09 ± 0.03 mm2; p<0.05). Es zeigte sich beim CALCA knock-out keine signifikante Osteolyse nach Partikelgabe mit signifikant weniger partikelbedingter Osteolyse verglichen mit dem Wildtyp (BV/TV 14,31 ± 0.94 vs. 16,6 ± 1,38, p<0.05). Calcitonin Substitution führte im Wildtyp zu einer signifikanten Verringerung der partikelbedingten Osteolyse in µCT und Histomorphometrie (p<0.05), wohingegen im CALCA knock-out keine Wirkung des Calcitonins festzustellen war. Im Wildtyp kam es nach Partikelgabe zu einem signifikanten Anstieg der Osteoklastenzahl (p<0.05), der im CALCA knock-out nicht auftrat. Die Serumanalyse zeigte beim CALCA knock-out ein signifikant höheres OPG (p<0.05), DPD/Kreatinin (p<0.05)und Osteocalcin (p<0.01) sowie ein signifikant geringeres RANKL (p<0.01).

Zusammenfassend zeigt diese Studie erstmalig die partikelinduzierte Osteolyse bei gealterten Mäusen. Der standardisiert genutzte C57/Bl6 Wildtyp zeigt hierbei kaum Unterschiede zu 3 Monate alten Tieren, wohingegen der CALCA knock-out kaum Osteolyse nach Partikelgabe zeigt. Im Vergleich zu 3 Monate alten CALCA knock-out Tieren [1] liegt eine fehlende Reaktion auf Partikel und Calcitonin vor. Vorbeschrieben ist ein erhöhter Knochenumsatz im Alter [2], der durch unsere Laborparameter unterstützt wird. Aus den Ergebnissen lässt sich eine Osteoklastenfunktionsstörung durch eine Beeinflussung des OPG/RANKL/RANK Systems ableiten.