| dc.contributor.advisor | Komrakova, Marina PD Dr. | |
| dc.contributor.author | Hohl, Friederike | |
| dc.date.accessioned | 2023-08-08T08:38:03Z | |
| dc.date.available | 2023-08-22T00:50:11Z | |
| dc.date.issued | 2023-08-08 | |
| dc.identifier.uri | http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/14820 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10039 | |
| dc.format.extent | 105 | de |
| dc.language.iso | deu | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 610 | de |
| dc.title | Die Wirkung der selektiven Lipoxygenaseinhibitoren Baicalein und Zileuton auf die Knochenheilung im ovariektomierten Rattenmodell | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.contributor.referee | Komrakova, Marina PD Dr. | |
| dc.date.examination | 2023-08-15 | de |
| dc.description.abstractger | Osteoporose ist die häufigste Knochenfunktionsstörung weltweit. Eine verminderte Knochenmasse, die Zerstörung der Mikroarchitektur des Knochengewebes und reduzierte Knochenfestigkeit charakterisieren die Erkrankung. Besonders betroffen sind Frauen nach der Menopause, die durch den Mangel an Östrogen eine Osteoporose entwickeln können. Das häufig erste Symptom der Erkrankung ist eine gesteigerte Knochenbrüchigkeit, die zu einer osteoporotischen Fraktur führt. Die Knochenheilung ist im osteoporotischen Knochen stark beeinträchtigt. Die Therapie und Verbesserung der Knochenheilung mittels Lipoxygenaseinhibitoren (LOX-Inhibitoren) konnte bereits einige vielversprechende Ergebnisse zeigen. Lipoxygenasen (LOX) sind Enzyme, die zur Familie der Dioxygenasen gehören. Sie oxygenieren mehrfach ungesättigte Fettsäuren zu Eicosanoiden. Sie haben nicht nur einen Einfluss auf den Knochen, sondern sind an vielen weiteren Erkrankungen wie entzündlichen Reaktionen, Krebsleiden, kardiovaskulären Erkrankungen und metabolischen Syndromen beteiligt. Zileuton und Baicalein hemmen die Wirkung der LOX. Baicalein gilt als potenter Inhibitor der 12/15-LOX und Zileuton der 5-LOX. Ziel dieses Versuchs war es, die Wirkung von Baicalein und Zileuton bei alleiniger Gabe oder bei Kombination beider auf die Knochenheilung der Tibia am ovariektomierten Rattenmodell für die postmenopausale Osteoporose zu untersuchen.
70 weibliche Sprague-Dawley Ratten wurden randomisiert 5 Gruppen (jeweils 14 Tiere) zugeteilt. Gruppe 1 wurde keiner Ovariektomie unterzogen und diente damit als gesunde Kontrollgruppe (Non OVX). Gruppe 2 wurde einer Ovariektomie unterzogen (OVX) und blieb ohne weitere Therapie als osteoporotische Kontrolle. Die Gruppen 3-5 wurden ovariektomiert und erhielten Baicalein (10 mg/kg KG), Zileuton (10 mg/kg KG) oder eine Kombination von Baicalein und Zileuton (jeweils 10 mg/kg KG) mittels sojafreien Futters über den gesamten Versuchszeitraum von 13 Wochen. In der 8. Woche wurde bei allen Tieren eine bilaterale Osteotomie der metaphysären Tibia durchgeführt, die mittels einer 5-Loch-Leibinger-Platte und 4 Schrauben aus Titan osteosynthetisch versorgt wurde. Den Tieren wurden zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Osteotomie jeweils 4 verschiedene Fluorochrome subkutan injiziert, um die Rückschlüsse auf die Frakturheilung und die dynamische Kallusbildung zu untersuchen. Fünf Wochen nach der Osteotomie wurde die Knochenheilung mittels einer Mikrocomputertomographie (Mikro-CT), einem biomechanischen Test, einer Mikroradiographie und der polychromen Sequenzmarkierung untersucht. Die statistische Auswertung erfolgte mit dem Programm GraphPad Prism mittels einer one-way-ANOVA und des Tuckey-Kramer Post-hoc-Tests. Das Signifikanzniveau wurde auf p < 0,05 festgelegt.
Die Ovariektomie führte zu einem signifikant höheren Körpergewicht und einer gesteigerten Futteraufnahme verglichen mit der Non OVX-Gruppe. Das signifikant höhere Uterusgewicht der Non OVX-Tiere bestätigte die erfolgreich durchgeführte Ovariektomie. Die LOX-Inhibitoren hatten dabei keinen Einfluss auf das Uterusgewicht. Die biomechanischen Eigenschaften wurden mittels 3-Punkt-Biegetest untersucht. Elastizität, Maximalkraft und Streckengrenze blieben ohne signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen. Anhand der Mikro-CT konnten eine erhöhte Kortikalisdichte und ein größeres Kortikalisvolumen in der Zileuton- und Baicalein+Zileutongruppe verglichen mit der OVX-Gruppe registriert werden. Die Weichteildichte war in allen ovariektomierten Gruppen signifikant reduziert, was an einem verzögerten Heilungsverlauf aufgrund der durchgeführten Ovariektomie liegen könnte. Die Analyse der Mikroradiographie lieferte abweichende Ergebnisse im Vergleich zur Mikro-CT. Die distale dorsale Kortikalisdichte fiel in der Gruppe der Kombinationstherapie geringer gegenüber allen Vergleichsgruppen aus, auch die Kallusdichte war in den Gruppen der Zileuton- sowie der Kombinationstherapie gegenüber der Non OVX-Gruppe signifikant reduziert. Diese Ergebnisse wurden in der Mikro-CT-Analyse nicht bestätigt. Diese Diskrepanz ist möglichweise dadurch zu erklären, dass die Mikroradiographie nur drei mittlere Schnittbereiche eines Knochens untersucht, wohingegen die Mikro-CT den ganzen Knochen einschließt. Mit Hilfe der polychromen Sequenzmarkierung wurde festgestellt, dass die frühe und die späte Phase der Frakturheilung durch die Gabe der LOX-Inhibitoren unbeeinflusst blieb. Die Kallusfläche in der mittleren Phase der Knochenheilung wurde durch die Gabe von Baicalein positiv beeinflusst. Die alleinige Gabe von Baicalein zeigte eine überlegene Wirkung im Vergleich zur Monotherapie mit Zileuton oder einer Kombinationstherapie. Dieser positive Effekt von Baicalein gibt Anlass zur Vermutung, dass, obwohl beide Substanzen als LOX-Inhibitoren fungieren, es eine Relevanz hat, ob die 12/15-LOX oder die 5-LOX inhibiert wird. Die Knochenheilung in der späten Phase ist besonders ausgeprägt in der Non OVX-Gruppe, was unterstreicht, dass die Knochenheilung im osteoporotischen Knochen beinträchtig ist und die durchgeführten Behandlungen die Heilung nicht wesentlich verbessern können.
Zusammenfassend ist die präventive Gabe der einzelnen LOX-Inhibitoren und deren Kombination nach unseren Ergebnissen nicht empfehlenswert. Ein begünstigender Effekt auf die osteoporotische Knochenheilung des Rattenmodells blieb aus. Lediglich in der mittleren Phase der Knochenheilung konnte ein Vorteil durch die Therapie mit Baicalein verzeichnet werden. Der Großteil der von uns erhobenen Daten konnte keinen positiven Effekt für Osteoporoseprophylaxe durch LOX-Inhibitoren bestätigen | de |
| dc.description.abstracteng | Osteoporosis is the most common bone dysfunction worldwide. Decreased bone mass, destruction of bone tissue microarchitecture, and reduced bone strength characterize the disease. Particularly affected are postmenopausal women, who may develop osteoporosis due to the lack of estrogen. The often first symptom of the disease is increased bone fragility leading to an osteoporotic fracture. Bone healing is severely impaired in osteoporotic bone. Therapy and improvement of bone healing using lipoxygenase inhibitors (LOX inhibitors) has shown some promising results. Lipoxygenases (LOX) are enzymes that belong to the dioxygenase family. They oxygenate polyunsaturated fatty acids to eicosanoids. They not only have an impact on bone, but are involved in many other diseases such as inflammatory responses, cancers, cardiovascular disease, and metabolic syndromes. Zileuton and baicalein inhibit the action of LOX. Baicalein is considered a potent inhibitor of 12/15-LOX and zileuton of 5-LOX. The aim of this experiment was to investigate the effect of baicalein and zileuton, when administered alone or in combination, on tibial bone healing in the ovariectomized rat model of postmenopausal osteoporosis.
Seventy female Sprague-Dawley rats were randomly assigned to 5 groups (14 animals each). Group 1 did not undergo ovariectomy and thus served as a healthy control group (Non OVX). Group 2 underwent ovariectomy (OVX) and remained without further therapy as an osteoporotic control. Groups 3-5 underwent ovariectomy and received baicalein (10 mg/kg body weight (bw)), zileuton (10 mg/kg bw), or a combination of baicalein and zileuton (10 mg/kg bw each) via soy-free diet throughout the 13-week experimental period. At week 8, all animals underwent bilateral osteotomy of the metaphyseal tibia, which was osteosynthesized using a 5-hole Leibinger plate and 4 titanium screws. The animals were injected subcutaneously with 4 different fluorochromes at different time points after osteotomy to study the inferences on fracture healing and dynamic callus formation. Five weeks after osteotomy, bone healing was assessed by microcomputed tomography (micro-CT), biomechanical testing, microradiography, and polychromatic sequence labeling. Statistical analysis was performed with the GraphPad Prism program using a one-way ANOVA and the Tuckey-Kramer post-hoc test. The significance level was set at p < 0.05.
Ovariectomy resulted in significantly higher body weight and increased feed intake compared to the Non OVX group. The significantly higher uterine weight of the Non OVX animals confirmed the successfully performed ovariectomy. LOX inhibitors had no effect on uterine weight in this case. Biomechanical properties were assessed by 3-point bending test. Stifness, maximum load and yield load remained without significant differences between groups. Based on micro-CT, increased cortical density and cortical volume were registered in the zileuton and baicalein+zileuton groups compared with the OVX group. Soft tissue density was significantly reduced in all ovariectomized groups, which could be due to a delayed healing process because of the ovariectomy performed. Analysis of microradiography provided divergent results compared with micro-CT. Distal dorsal cortical density was lower in the combination therapy group compared with all comparison groups, and callus density was also significantly reduced in the zileuton as well as the combination therapy groups compared with the Non OVX group. These results were not confirmed in the micro-CT analysis. This discrepancy may be explained by the fact that microradiography examines only three middle cut areas of a bone, whereas micro-CT includes the whole bone. Using polychromatic sequence labeling, it was found that the early and late phases of fracture healing were unaffected by the administration of LOX inhibitors. The callus area in the middle phase of bone healing was positively affected by the administration of baicalein. The administration of baicalein alone showed a superior effect compared with monotherapy with zileuton or combination therapy. This positive effect of baicalein gives rise to the assumption that, although both substances act as LOX inhibitors, it has relevance whether the 12/15-LOX or the 5-LOX is inhibited. Late phase bone healing is particularly pronounced in the Non OVX group, underscoring that bone healing is impaired in osteoporotic bone and that the treatments given cannot significantly improve healing.
In conclusion, the preventive administration of the individual LOX inhibitors and their combination is not recommended according to our results. There was no beneficial effect on osteoporotic bone healing in the rat model. Only in the middle phase of bone healing could an advantage be recorded by therapy with baicalein. The majority of the data we collected could not confirm a positive effect for osteoporosis prophylaxis by LOX inhibitors. | de |
| dc.contributor.coReferee | Schminke, Boris PD Dr. Dr. | |
| dc.subject.ger | Baicalein | de |
| dc.subject.ger | Zileuton | de |
| dc.subject.ger | Osteoporose | de |
| dc.subject.ger | Lipoxygenaseinhibitoren | de |
| dc.subject.ger | ovariektomiertes Rattenmodell | de |
| dc.subject.eng | Baicalein | de |
| dc.subject.eng | Zileuton | de |
| dc.subject.eng | osteoporosis | de |
| dc.subject.eng | Lipoxygenase inhibitors | de |
| dc.subject.eng | ovariectomized rat model | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-ediss-14820-1 | |
| dc.affiliation.institute | Medizinische Fakultät | de |
| dc.subject.gokfull | Medizin (PPN619874732) | de |
| dc.description.embargoed | 2023-08-22 | de |
| dc.identifier.ppn | 185507480X | |
| dc.notes.confirmationsent | Confirmation sent 2023-08-08T08:45:01 | de |