Histomorphometrische Untersuchungen der Knochenstruktur am ovarektomierten Göttinger Minischwein zur Etablierung eines Großtiermodells zur Simulation der postmenopausalen Osteoporose
Overiectomized Göttinger Minipigs as large animal models for evaluation of postmenopausal osteoporosis - histomorphometric analysis of bone structure alterations
by Felix Bartels
Date of Examination:2010-11-08
Date of issue:2011-11-01
Advisor:Prof. Dr. Dr. Franz-Josef Kramer
Referee:Prof. Dr. Dr. Franz-Josef Kramer
Referee:PD Dr. Dana Seidlová-Wuttke
Persistent Address:
http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B292-E
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
Objective: Göttinger minipigs exhibit several characteristics such as the occurrence of osteoporotic fractures, the similarity of their estrous cycle with the human menstrual cycle, and the possibility for orthotopic insertion of dental implants that would seem to make them well suited for use as a large animal model for postmenopausal osteoporosis. The objective of this study was to perform a histomorphometric evaluation of bone structure alterations in ovariectomized (OVX) Göttinger minipigs to determine their suitability as a large animal model for the simulation of postmenopausal osteoporosis.Method: 10 Göttinger minipigs were randomly assigned to 2 groups. In order to induce an osteoporotic metabolic status, the animals in the experimental group (n=5) were ovariectomized and submitted to a calcium-restricted diet. The animals in the control group (n=5) were sham-operated and given a normal diet. After 8 months, the animals were sacrificed and the 5th lumbar vertebral body as well as the proximal portion of the right tibia and femur were removed. The next step was the preparation of histological sections and staining, which was followed by the histomorphometric evaluation based on the following parameters: total bone volume (BV/TV), trabecular thickness (Tb.Th), trabecular number (Tb.N), trabecular separation (Tb.Sp), trabecular bone pattern factor (TBPf), number of nodes (N.Nd), number of termini (N.Tm), and N/F ratio (No/Tm). Node-to-node strut length (No.No), node-to-terminus strut length (No.Tm), and terminus-to-terminus strut length /Tm.Tm) were also determined.Results: In comparison to the control group, all three bone sites showed a significant reduction in total bone volume after OVX. The connectivity and disconnectivity parameters of the trabecular network, however, only showed isolated significant differences. Nevertheless, a definite tendency to an increase in disconnectivity parameters and a decrease in connectivity parameters was observed after OVX.Conclusion: OVX leads to bone alterations in Göttinger minipigs that are very similar to those associated with postmenopausal osteoporosis.
Keywords: histomorphometry; bone structure; ovariectomy; osteoporosis; minipig; animal model
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Fragestellung: Göttinger Minischweine scheinen aufgrund zahlreicher Vorteile wie z. B. dem Vorkommen von osteoporotischen Frakturen, der Ähnlichkeit des Östruszyklus zum menschlichen Menstruationszyklus oder der Möglichkeit der orthotopen Implantatinsertion als Großtiermodell für die postmenopausale Osteoporose gut geeignet zu sein. Ziel dieser Untersuchung war es, die Knochenstrukturveränderungen, die sich an Göttinger Minischweinen aufgrund von Ovarektomie (OVX) ergeben, histomorphometrisch zu untersuchen, um die grundsätzliche Eignung als Großtiermodell zur Simulation der postmenopausalen Osteoporose festzustellen.Methode: 10 Göttinger Minischweine wurden randomisiert auf zwei Gruppen verteilt. Um eine osteoporotische Stoffwechsellage zu erzeugen, wurden die Tiere der Versuchsgruppe (n=5) ovarektomiert und kalziumarm ernährt, während die Kontrollgruppe (n=5) scheinoperiert und mit Standarddiät ernährt wurde. Nach 8 Monaten wurden die Tiere geopfert und die 5. Lendenwirbelkörper sowie die proximalen Anteile der rechten Tibia- und Femurknochen wurden entnommen. Nach Herstellung von Dünnschliffpräparaten und Färbung erfolgte die histomorphometrische Untersuchung anhand folgender Parameter: Trabekelvolumen (BV/TV), Trabekeldicke (Tb.Th), Trabekelzahl (Tb.N), Trabekelabstand (Tb.Sp), Trabecular-Bone-Pattern-factor (TBPf), Anzahl an Trabekelknotenpunkten (N.Nd), Anzahl an frei endenden Trabekeln (N.Tm) und N/F-Ratio (No/Tm). Zusätzlich wurde die Gesamtverbindungslänge zwischen Knotenpunkten (No.No), zwischen Knotenpunkt und frei endenden Trabekeln (No.Tm) sowie zwischen frei endenden Trabekeln (Tm.Tm) bestimmt.Ergebnisse: An allen drei Knochenlokalisationen kam es nach OVX zu einer signifikanten Reduktion des Trabekelvolumens im Vergleich zur Kontrollgruppe, während die Konnektivitäts- und Diskonnektivitätsparameter des trabekulären Netzwerkes nur vereinzelt signifikante Unterschiede zeigten. Dennoch ließ sich nach OVX deutlich die Tendenz der Zunahme von Diskonnektivitätsparametern und der Abnahme von Konnektivitätsparametern erkennen.Schlussfolgerung: OVX führt an Göttinger Minischweinen zu Knochenveränderungen, die denen der postmenopausalen Osteoporose beim Menschen sehr ähnlich sind.
Schlagwörter: Histomorphometrie; Knochenstruktur; Ovarektomie; Osteoporose; Minischwein; Tiermodell