Einfluss selektiver Androgen- und Östrogenrezeptormodulatoren in Mono- und Kombinationstherapie auf die Knochensubstanz der osteopenen, männlichen Ratte
Influence of Selective Androgen and Estrogen Receptor Modulators in Mono- and Combination Therapy on the Bone Substance of Osteopenic Male Rats
by Georg Büchler
Date of Examination:2025-01-27
Date of issue:2025-01-21
Advisor:PD Dr. Marina Komrakova
Referee:PD Dr. Marina Komrakova
Referee:Prof. Dr. Stephan von Haehling
Referee:Prof. Dr. Dieter Kube
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
Osteoporosis is one of the systemic skeletal diseases characterized by a loss of bone mass, leading to increased bone fragility and susceptibility to fractures. The World Health Organization (WHO) classifies osteoporosis as a widespread disease, and its incidence and prevalence have been rising in Germany in recent years. The most common form is postmenopausal osteoporosis. However, osteoporosis in men has also shown an increasing trend in recent years. One important reason for this is the aging population and the consequent progressive loss of testicular function in older age. There are few studies aimed at exploring pharmacological treatment options for men with osteoporosis. Since age-related osteoporosis in men is associated with testosterone deficiency, the idea emerged to address this deficiency through substitution therapy. Some studies have shown that this can effectively improve bone quality. However, testosterone substitution often results in numerous undesirable side effects. A novel approach is the application of selective androgen receptor modulators (SARMs), which ideally have tissue-selective effects on bone. An important finding in recent years has been that estrogens also play a role in maintaining healthy bone homeostasis in the male body. Estrogen deficiency in postmenopausal osteoporosis is already therapeutically addressed through the use of selective estrogen receptor modulators (SERMs). There are numerous studies on the use of these substances in women, but their application in men has been scarcely investigated. The aim of our study was to examine the influence of a combination therapy of the SARM enobosarm and the SERM raloxifene on male bone metabolism. Additionally, we compared the combination therapy with the individual therapies using each substance. This study investigated whether the medications used could prevent the development of osteoporosis and thus be applied prophylactically. In our study, testosterone deficiency was induced through orchiectomy, which led to the development of osteoporosis in the rats. Fifteen eight-month-old male rats were divided into five experimental groups. In four groups, orchiectomy was performed to induce androgen deficiency-associated osteoporosis. One group was not orchiectomized and served as the healthy control group (NON-ORX), while one orchiectomized group (ORX) served as the diseased control group. Three of the orchiectomized groups received prophylactic pharmacological treatment. The EN group was treated with enobosarm (0.4 mg/kg body weight). The RLX group received raloxifene (0.7 mg/kg body weight), and one group received a combination of enobosarm (0.4 mg/kg body weight) and raloxifene (0.7 mg/kg body weight). Prophylactic administration of the substances began immediately after orchiectomy using soy-free feed and continued for 18 weeks. Subsequently, the animals were euthanized, and samples were collected. The fourth lumbar vertebra and the right femur were analyzed using micro-computed tomography, biomechanical testing, and ashing experiments. Additionally, bone turnover markers were measured in the serum of the rats. Statistical analysis was performed using a one-way ANOVA and Tukey's test. The combined treatment with raloxifene and enobosarm resulted in the most significant improvement in bone parameters, with effects being more pronounced than with the respective monotherapies. Bone turnover markers showed significant improvement. In the RLX+EN group, there was also a marked reduction in the animals' body weight. The combined therapy likely led to a decrease in visceral fat tissue. Enobosarm showed partial improvement in microarchitecture, but no effect on biomechanical properties or bone turnover markers was observed. The body weights of the animals remained unchanged. Treatment with raloxifene improved biomechanical and trabecular parameters compared to the ORX group. However, bone turnover markers showed no significant changes. Additionally, a reduction in body weight was observed in the RLX group. This has been previously described in rats and is attributed to reduced food intake. In this study, we demonstrated for the first time a synergistic positive effect of a combination of the osteoanabolic enobosarm and the antiresorptive raloxifene on the bone tissue of orchiectomized rats. Most of the measured bone parameters were preserved or even improved under combination therapy compared to the healthy control group, suggesting a positive influence on age-related bone loss. The monotherapies also led to partial improvement of the investigated parameters but were overall less effective than the combination therapy. The combination therapy we used may represent a preventive treatment option for age-related osteoporosis in men. However, side effects and additional combinations with other representatives of the utilized substance classes should be further investigated.
Keywords: Osteoporosis; SARM; SERM; Fracture; Micro-CT; Bonedensity
German
Die Osteoporose gehört zu den systemischen Skeletterkrankungen, bei der es zu einem Verlust von Knochen kommt, welcher zu einer erhöhten Fragilität der Knochen mit Frak- turneigung führt. Die Osteoporose wird von der WHO als Volkskrankheit bewertet und zeigt auch in Deutschland zuletzt eine steigende Inzidenz und Prävalenz. Die häufigste Form ist die postmenopausale Osteoporose. Allerdings zeigt auch die Osteoporose bei Männern in den letzten Jahren eine zunehmende Tendenz. Ein wichtiger Grund ist das zunehmende Alter der Gesellschaft und folglich der progrediente Verlust der Hodenfunk- tion im höheren Alter. Studien, mit dem Ziel, medikamentöse Therapieoptionen bei Män- nern mit Osteoporose zu erforschen, gibt es wenige. Da die altersassoziierte Osteoporose beim Mann mit einem Testosteronmangel vergesellschaftet ist, lag die Idee nahe, diesen durch Substitution auszugleichen. Einige Studien zeigten, dass dies effektiv zu einer Ver- besserung der Knochenbeschaffenheit führt. Die Testosteronsubstitution führt jedoch oft zu vielen unerwünschten Nebenwirkungen. Ein neuer Ansatz ist die Anwendung von se- lektiven Androgenrezeptormodulatoren (SARM). Diese haben idealerweise eine gewebs- selektive Wirkung auf den Knochen. Eine wichtige Erkenntnis der letzten Jahre war, dass auch im männlichen Organismus Östrogene eine Rolle für die gesunde Knochenhomöo- stase spielen. Der Östrogenmangel bei der postmenopausalen Osteoporose wird therapeu- tisch schon durch den Einsatz selektiver Östrogenrezeptormodulatoren (SERM) adres- siert. Zum Einsatz dieser Substanzen bei Frauen gibt es zahllose Studien, während der Einsatz bei Männern wenig untersucht wurde. Ziel unserer Studie war es, den Einfluss einer Kombinationstherapie aus dem SARM Enobosarm und dem SERM Raloxifen auf den männlichen Knochenstoffwechsel zu untersuchen. Gleichzeitig erfolgte ein Ver- gleich mit den beiden Substanzen in Einzeltherapie. In dieser Studie untersuchten wir, ob die genutzten Medikamente die Ausbildung einer Osteoporose verhindern können und somit prophylaktisch eingesetzt werden könnten. In unserer Studie induzierten wir mit Hilfe der Orchiektomie einen Testosteronmangel, welcher bei den Ratten konsekutiv zur Ausbildung einer Osteoporose führte. Hierfür wur- den jeweils fünfzehn acht Monate alte, männliche Ratten in fünf Versuchsgruppen einge- teilt. Bei vier Gruppen erfolgte die Orchiektomie zur Induktion einer Androgenmangel- assoziierten Osteoporose. Eine Gruppe wurde nicht orchiektomiert und diente als gesunde Kontrollgruppe (NON-ORX), während eine orchiektomierte Gruppe (ORX) als kranke Kontrollgruppe vorgesehen war. Drei der orchiektomierten Gruppen wurden prophylak- tisch medikamentös behandelt. Die EN-Gruppe wurde mit Enobosarm behandelt (0,4 mg/kg Körpergewicht). Die RLX-Gruppe erhielt Raloxifen (0,7 mg/kg Körperge- wicht) und eine Gruppe erhielt Enobosarm (0,4 mg/kg Körpergewicht) kombiniert mit Raloxifen (0,7 mg/kg Körpergewicht). Direkt nach Orchiektomie erfolgte die prophylak- tische Gabe der Substanzen mit dem sojafreien Futter. Die Gabe wurde über 18 Wochen Zusammenfassung 87 fortgesetzt. Anschließend erfolgte die Tötung der Versuchstiere und die Gewinnung der Versuchsproben. Der vierte Lendenwirbelkörper und das rechte Femur wurden mittels Mikrocomputertomographie, biomechanischer Testung und einem Veraschungsversuch untersucht. Weiter wurden im Serum der Ratten die Knochenumbauparameter erhoben. Die statistische Analyse wurde mit einer one-way-ANOVA und einem Tukey-Test durch- geführt. Die kombinierte Behandlung aus Raloxifen und Enobosarm führte zur deutlichsten Ver- besserung der Knochenparameter. Die Effekte waren ausgeprägter als unter den jeweili- gen Monotherapien. Die Knochenumbauparameter zeigten sich signifikant verbessert. Bei der RLX+EN-Gruppe kam es auch zu einer deutlichen Gewichtsabnahme der Tiere. Die kombinierte Therapie führt wahrscheinlich zu einer Abnahme des viszeralen Fettge- webes. Enobosarm zeigte eine partielle Verbesserung der Mikroarchitektur, während wir keinen Effekt auf die biomechanischen Eigenschaften, oder die Knochenumbauparameter mes- sen konnten. Die Körpergewichte der Tiere blieben ohne signifikante Änderungen. Unter der Behandlung mit Raloxifen zeigten sich die biomechanischen und trabekulären Parameter gegenüber der ORX-Gruppe verbessert. Die Knochenumbauparameter blieben ohne nennenswerte Änderung. Weiter kam es zu einer Körpergewichtsabnahme in der RLX-Gruppe. Diese ist bei Ratten bereits vorbeschrieben worden und resultierte aus einer verminderten Nahrungsaufnahme. In dieser Studie konnten wir zum ersten Mal einen synergistischen positiven Effekt einer Kombination aus dem osteoanabolen Enobosarm und dem antiresorptiven Raloxifen auf das Knochengewebe orchiektomierter Ratten nachweisen. Die meisten der bestimmten Knochenparameter blieben unter der Kombinationstherapie erhalten, oder zeigten sich sogar verbessert gegenüber der gesunden Kontrollgruppe, was ein Hinweis auf einen positiven Einfluss auf den altersbedingten Knochenverlust sein könnte. Die Monotherapien führten ebenfalls zu einer partiellen Verbesserung der unter- suchten Parameter, blieben aber insgesamt in ihrem Effekt hinter der Kombinationsthe- rapie zurück. Die von uns genutzte Kombinationstherapie stellt möglicherweise eine prä- ventive Behandlungsoption für die altersbedingte Osteoporose bei Männern dar. Neben- effekte und weitere Kombinationen mit anderen Vertretern der genutzten Substanzklas- sen sollten allerdings weiter untersucht werden.
Schlagwörter: Osteoporose; SARM; SERM; Fraktur; Mikro-CT; Knochendichte