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Der Einfluss von Baicalein auf die metaphysäre Frakturheilung im Osteoporosemodell der Ratte

dc.contributor.advisorKomrakova, Marina Dr.
dc.contributor.authorWeber, Marie
dc.date.accessioned2019-07-08T09:56:26Z
dc.date.available2019-07-23T22:50:05Z
dc.date.issued2019-07-08
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0003-C159-F
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-7548
dc.language.isodeude
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc610de
dc.titleDer Einfluss von Baicalein auf die metaphysäre Frakturheilung im Osteoporosemodell der Rattede
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedThe Influence of Baicalein on the metaphyseal fracture healing in the rat model of osteoporosisde
dc.contributor.refereeSehmisch, Stephan Prof. Dr.
dc.date.examination2019-07-16
dc.description.abstractgerDie systemische Skeletterkrankung Osteoporose zeichnet sich durch eine reduzierte Knochenmineraldichte und eine Schädigung der Mikroarchitektur des Knochengewebes aus. Die globale Rolle der Osteoporose bedingt ihre Einstufung durch die WHO als eine der 10 wichtigsten Volkskrankheiten [Bartl 2011]. Auch die Heilung der osteoporotischen Fraktur ist vor allem in der frühen Phase durch Minderperfusion sowie reduzierte Kallusformation und –qualität erschwert [Xu et al. 2003]. Die Therapie der metaphysären Fraktur des osteoporitschen Knochens durch Lipoxygenase-Hemmer stellt einen neuen Ansatz in der Osteoporose Behandlung dar. Schon länger wird, wegen der Auswirkung der 5-Lipoxygenasen auf die Frakturheilung, ein osteoanaboler Einfluss der Lipoxygenase-Inhibitoren angenommen [Lee et al 2012]. Der Effekt des selektiven 12/15-Lipoxygenase-Inhibitors Baicalein auf die manifeste Osteoporose wurde jedoch kaum untersucht. Für das Flavonoid des Baikal-Helmkrautes (Scrutellaria baicalensis) wurde bereits eine anti- inflammatorische sowie eine anti-kanzerogene Wirkung nachgewiesen [Chen et al 2013]. 60 weibliche Sprague-Dawley-Ratten (drei Monate alt, im Durchschnitt 275,4 +/- 15 g schwer) wurden randomisiert zu gleichen Teilen in 5 Gruppen zu jeweils 12 Tieren aufgeteilt. Die Gruppe NON OVX blieb ohne jegliche Behandlung, während die anderen Tiere einer Ovarektomie unterzogen wurden. Bis zur 8 Wochen später vorgenommenen bilateralen Osteotomie der Tibiae hatten die ovarektomierten Ratten eine manifeste Osteoporose entwickelt. Dabei wurde an jeder Tibia-Metaphyse ein transversaler Frakturspalt von 0,5 cm erzeugt und durch eine 5-Loch-Leibinger-Platte aus Titan und je vier Schrauben osteosynthetisch versorgt. Die Baicalein-Applikation erfolgte ab dem Tag nach der Osteotomie bei dreien der ovarektomierten Gruppen in den Konzentrationen 1 mg/kg Körpergewicht, 10 mg/kg Körpergewicht und 100 mg/kg Körpergewicht. An Tag 15, 20 und 28 nach Osteotomie wurden allen Tieren subkutan drei Fluorochrome gespritzt, um die Ergebnisse im Zuge der polychromen Sequenzmarkierung evaluieren zu können. Der Versuch wurde 4 Wochen nach Osteotomie mit der Obduktion der Ratten beendet. Die Tibiae wurden einem biomechanischen Belastungstest, einer Mikro-Computertomographie-Analyse sowie einer mikroradiographischen und fluoreszenzmikroskopischen Untersuchung unterzogen. Die Ergebnisse wurden durch den gekoppelten Einsatz der Varianzanalyse one-way ANOVA und den Tukey-Kramer post-hoc-Test analysiert und das Signifikanzniveau auf p<0,05 festgelegt. Der Einsatz des Lipoxygenasehemmers Baicalein zeigte positive Effekte auf die Frakturheilung im Vergleich zu den unbehandelten osteoporotischen Kochen. Die niedrigste und mittlere Baicalein-Konzentration resultierten in einer dickeren plattennahen Kortikalis als OVX und NON OVX. Weiterhin konnte für die mit 10 mg Baicalein behandelten Tiere eine größere endostale Kallusfläche in Relation zu OVX festgestellt werden. Hinzu kommt, dass die Frakturüberbrückung der OVX-Ratten bis zu drei Tage später stattfand als bei den Baicalein-Gruppen. Dennoch fielen die Werte der nicht osteoporotischen Knochen vor allem in Bezug auf die endostale Kallusdichte und –fläche sowie die gesamte Kallusfläche auch gegenüber den mit Baicalein behandelten Versuchsgruppen signifikant besser aus. Abschließend sind die besseren Ergebnisse der niedrigeren Baicalein Konzentrationen herauszustellen. Die schlechte Löslichkeit des Wirkstoffes und die nachfolgende Abszess-Bildung dominierten besonders bei den Tieren, die mit der höchsten Konzentration Baicalein behandelt wurden. Die Baicalein-Applikation hat jedoch das Potential, die Heilung der metaphysären Fraktur bei manifester Osteoporose zu unterstützen und sowohl eine frühere Frakturüberbrückung als auch bessere biomechanische Ergebnisse zu erzielen. Während die weit verbreiteten Bisphosphonate und der RANK-L-Inhibitior Denosumab die Kallusreifung aufhalten [Hegde et al. 2016], scheint diese durch Baicalein beschleunigt zu werden. Allerdings bleiben die hier gelieferten Ansätze weiter zu untersuchen. Vor allem auch die phytoöstrogenen Eigenschaften und deren Relevanz für den antiosteoporotischen Einfluss des Flavonoids sind zu prüfen. Eine veränderte Darreichungsform könnte darüber hinaus die anti-inflammatorische und osteoanabole Wirkung des Lipoxygenasehemmers verstärken und genauere Erkenntnisse über den Effekt der Osteoklasteninhibition auf die Frakturheilung erbringen. Schließlich würde auch die Präzipitation des Baicaleins im Gewebe und damit die Abszessbildung vermieden werden, wenn die Darreichung beispielsweise mit dem Futter erfolgen würde.de
dc.description.abstractengThe systemic skeletal disease osteoporosis is characterized by reduced bone mineral density and an impairment of the microarchitecture of the bone tissue. The global role of osteoporosis necessitates its classification as one of the 10 most important widespread diseases [Bartl 20011]. The early stages of healing process of osteoporotic fractures are especially aggravated by reduced perfusion as well as callus formation and quality [Xu et al. 2003]. The therapy of the metaphyseal fracture of the osteoporotic bone by lipoxygenase-inhibitors presents a new approach in the treatment of osteoporosis. For some time now, due to the impact of the 5-lipoxygenase on fracture healing, it has been assumed that lipoxygenase-inhibitors have an osteoanabolic effect [Lee et al. 2012]. However, the influence of the selective 12/15-lipoxygenase-inhibitor Baicalein on manifest osteoporosis has hardly been researched. Anti-inflammatory and anti-carcinogenic effects have already been established for the flavonoid of the Baical- scullcap (Scrutellaria baicalensis) [Chen et al. 2013]. 60 female Sprague-Dawley-rats (three months old, with an average weight of 275,4 +/- 15 g) were randomised in equal parts into 5 groups of 12 animals. The group NON OVX was not given any treatment. The other animals were ovariectomized. A bilateral osteotomy of the tibiae was carried out 8 weeks later, by which time the ovariectomized rats had developed manifest osteoporosis. In the process, a transversal fracture gap of 0,5 cm was created and treated with osteosynthesis using a titanium 5-hole-Leibinger- plate and four screws. The application of Baicalein followed from the day after the osteotomy in three of the ovariectomized groups with concentrations of 1 mg/kg body weight, 10 mg/kg body weight and 100 mg/kg body weight. On day 15, 20 and 28 after the osteotomy, all animals were injected subcutaneously with three fluorochromes to enable an evaluation of the results during the polychrome sequence marking. The trial was concluded 4 weeks after the osteotomy with the autopsy of the rats. The tibiae underwent a biomechanical loading test, a micro-computer tomography-analysis as well as a microradiographic and fluorescence microscopic investigation. The findings were analysed by the paired use of the variance analysis one-way ANOVA and the Tukey-Kramer post-hoc-test. The level of significance was determined as p<0,05. The application of the lipoxygenase-inhibitor Baicalein showed positive effects on fracture healing in comparison to the untreated osteoporotic bones. The lowest and medium concentrations of Baicalein resulted in a thicker cortical bone proximal to the plate compared with OVX and NON OVX. Furthermore, a larger endosteal surface of the callus could be identified for those animals that were treated with 10 mg Baicalein. In addition, the bridging of the fracture took place three days later in the OVX-rats than in the Baicalein-groups. Nevertheless, the results of the non-osteoporotic bones turned out to be significantly better even compared to the trial groups treated with Baicalein especially with regard to the endosteal density and surface of the callus. Finally, the better results of the lower Baicalein concentrations are to be emphasised. The poor solubility of the drug and the subsequent abscess formation was particularly dominant in the animals that were treated with the highest concentration of Baicalein. The application of Baicalein, however, has the potential to support the recovery of the metaphyseal fracture in the case of manifest osteoporosis and could result in both earlier bridging of the fracture and better biomechanical outcomes. Whereas the widely spread bisphosphonates and the RANK-L-inhibitor Denosumab hold back the callus formation [Hegde et al. 2016], Baicalein seems to accelerate it. The approaches presented here should nevertheless be further examined. In particular, the phytoestrogenic properties and their relevance for the antiosteoporotic influence of the flavonoid must be investigated. A different dosage form could furthermore enhance the anti-inflammatory and osteoanabolic impact of the lipoxygenase-inhibitor and deliver more accurate insights concerning the effect of the inhibition of the osteoclasts on fracture healing. After all, the precipitation of Baicalein in the tissue and therefore the abscess formation could be avoided by administration, for example via the feed.de
dc.contributor.coRefereeJarry, Hubertus Prof. Dr.
dc.contributor.thirdRefereeWiese, Karl Günter Prof. Dr. Dr.
dc.subject.gerOsteoporosede
dc.subject.germetaphysäre Frakturde
dc.subject.gerLipoxygenase-Inhibitorende
dc.subject.gerBaicaleinde
dc.subject.engosteoporosisde
dc.subject.engmetaphyseal fracturede
dc.subject.englipoxygenase-inhibitorsde
dc.subject.engBaicaleinde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0003-C159-F-3
dc.affiliation.instituteMedizinische Fakultätde
dc.subject.gokfullOrthopädie (PPN619876204)de
dc.subject.gokfullNachschlagewerke {Medizin} (PPN620300566)de
dc.subject.gokfullPharmazie / Phytotherapie / Heilpflanzen - Allgemein- und Gesamtdarstellungen (PPN619875542)de
dc.subject.gokfullInnere Medizin - Allgemein- und Gesamtdarstellungen (PPN619875747)de
dc.description.embargoed2019-07-23
dc.identifier.ppn1668790319


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