Effect of long-term zoledronic acid treatment on cancellous bone in the mandible and femur of Wistar rats

Os bisfosfonatos (BF) são amplamente utilizados no tratamento de doenças osteolíticas como metástases ósseas e osteoporose. A osteonecrose dos maxilares associada ao uso de BF (OMAB) é caracterizada pela presença de osso exposto ou que pode ser sondado através de uma fístula que persiste por mais de oito semanas em pacientes com história de terapia de BF e sem história de radioterapia na região de cabeça e pescoço e/ou sem doença metastática nos maxilares. A incidência de OMAB aumenta com a potência, duração do tratamento e dose de BF recebida. Até o presente momento, a fisiopatologia da OMAB não está clara, dificultando a prevenção e o tratamento. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da administração de altas doses Ácido Zoledrônico (AZ) por período prolongado no osso esponjoso da mandíbula e da metáfise proximal do fêmur de ratos Wistar. Para relacionar as descobertas à fisiopatologia da OMAB, o regime de administração de BF de um modelo animal relevante desta lesão foi reproduzido. Seis animais receberam AZ (0,6 mg / kg) e seis receberam solução salina no mesmo volume (Controles). Os compostos foram administrados por via intraperitoneal em cinco doses a cada 28 dias. A eutanásia dos animais ocorreu após 150 dias de início da terapia. As hemimandíbulas e fêmures direitos foram escaneados usando Micro-tomografia computadorizada (Micro-CT) de alta resolução (14 m). Para a primeira análise realizada neste estudo, os dados morfométricos do osso esponjoso foram calculados na região do segundo e primeiro molar na mandíbula e na metáfise do fêmur usando CTAnalyzer (Bruker, Bélgica). Para a segunda análise, cinco amostras de hemimandíbulas de cada grupo foram cortadas em lâminas histológicas (5 m) e coradas com Hematoxilina e Eosina. Para comparar os parâmetros morfométricos na Micro-CT e histologia, as imagens de Micro-CT foram espacialmente alinhadas à histologia. Os dados morfométricos do osso alveolar foram calculados usando o software CTAnalyzer (Bruker, Bélgica) na região entre as raízes mesial e distal do primeiro molar. A densidade da área vascular (área vascular/área total; VA/TA) e os dados histomorfométricos ósseos foram estimados usando Axiovision na mesma região (entre as raízes mesial e distal do primeiro molar). Foi adotada significância estatística de 5% ( = 0,05). Os animais tratados com AZ apresentaram aumento significativo na porcentagem de volume ósseo (p <0,05) com trabéculas mais espessas, osso mais compacto com menor separação trabecular na mandíbula e no fêmur. Na mandíbula, o aumento da densidade óssea e diminuição da separação trabecular foram fortemente correlacionados com a diminuição da área vascular observada no grupo AZ (p <0,05). Em conclusão, o tratamento de longa duração com altas doses de AZ foi significativamente associado ao aumento na densidade óssea e à diminuição dos espaços medulares, canais nutritivos e vasculatura do osso alveolar. A análise com Micro-CT revelou alterações semelhantes na estrutura óssea tanto na mandíbula quanto no fêmur do grupo AZ.Bisphosphonates (BFs) are widely used in the treatment of osteolytic diseases such as bone metastases and osteoporosis. The osteonecrosis of the jaws related to BF (ONB) is characterized by the presence of exposed bone or bone that can be probed through a fistula that persists for more than eight weeks in patients with a history of BF therapy and without history of head and neck radiotherapy and / or without metastatic disease in the jaws. The incidence of ONB increases with potency, duration of treatment and dose of BF received. Thus far, the pathophysiology of ONB is unclear, hampering prevention and treatment. The aim of this study was to objectively assess the effect of long-term high-dose Zoledronic Acid (ZA) on cancellous bone in the jaw and femur of Wistar rats. In order to link our findings to the physiopathology of ONB, the therapeutic regiment of a relevant ONB animal model was reproduced. Twelve Wistar rats were randomly divided in two groups: six received Zoledronic acid (ZA; 0.6 mg / kg) and six (Controls) received saline solution in the same volume. The compounds were administrated intraperitoneally in five doses each 28 days. The rats were killed after 150 days of the therapy onset. Mandibles and femurs were scanned using a high-resolution (14m) micro-computerized tomography (Micro-CT). For the first analysis carried in this study, cancellous bone morphometric data were calculates in the region of the second and first molar in the mandible and in the proximal femur using CTAnalyzer (Bruker, Belgium). For the second analysis five samples were cut into histological slices (5m) and stained with Hematoxylin and Eosin. In order to compare the same morphological structures in Micro-CT and histology, the Micro-CT images were aligned to histology. Alveolar bone morphometric data (Micro-CT) was calculated using CTAnalyzer (Bruker, Belgium) in the region between the mesial and distal roots of the first molar. Blood vessels density and bone histomorphometric data were calculated using Axiovision (Carl Zeiss, Germany) in the same region used for Micro-CT evaluation. Statistical significance of 5% (=0.05) was adopted. ZA treated rats presented significant increase in the percentage of bone volume (p<0.05) with thicker trabeculae and more compact bone with smaller marrow spaces in the mandible and femur. In the mandible, the increase in bone density and decrease of marrow spaces size was strongly correlated with the decrease in the vascular area noticed in the ZA group (p