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