Evaluation of bone architecture in diet-induced osteoporosis rat model using micro-CT

Veränderungen der trabekulären und kortikalen Knochenarchitektur sind ein wesentliches Merkmal in der Pathogenese der Osteoporose. Aufgrund der hohen räumlichen Auflösung hat sich die mikro-Computertomographie in der quantitativen Analytik von Knochenstrukturparametern etabliert. Sie ermöglicht eine schnelle, nicht-destruktive Bildgebung und eine Quantifizierung der trabekulären und kortikalen Mikroarchitektur des osteoporotischen Knochens. In der vorliegenden Arbeit wurden über einen Zeitraum von 14 Monaten Spongiosaproben aus dem Wirbelkörper TH 10 und der proximalen Tibia von ovariektormierten Ratten unter zusätzlicher Diät (OVX + Diät) mit Kontrolltieren (Sham) verglichen. Dabei wurden klassische Parameter (BV/TV, Tb.N. Tb.Th, Tb.Sp. SMI, Tb.PF und i.S.) der trabekulären Mikroarchitektur durch die mikro-Computertomographie ermittelt. Des Weiteren wurden die Ausdehnung der Spongiosa in der Längsachse quantifiziert und die Dicke sowie die Porosität der Kortikalis standardisiert quantifiziert. Im Verlauf von 0-14 Monaten zeigt sich eine Reduktion des relativen Knochenvolumens, der Trabekelanzahl und der trabekuklären Schnittfläche sowohl in den Brustwirbelkörpern (Th10) als auch in der Tibia der OVX+Diät-Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe. Diese Veränderungen gehen mit einer Reduktion der trabekulären Längsausdehnung in der Tibia einher. Auffallende Veränderungen finden sich ebenfalls in der zunehmenden Porosität der Kortikalis bei Tieren in der 12 und 14 Monatsgruppe nach Ovariektomie und Diät. Die Induktion eines osteoporotischen Knochens ist in der Kombination von Ovariektomie und entsprechender Diät reproduzierbar. Die erfassten Knochenareale Th 10 und proximale Tibia weisen im zeitlichen Verlauf die klassischen Merkmale der Knochenstrukturveränderungen in der Pathophysiologie der Osteoporose auf. In der vorliegenden Arbeit können diese Veränderungen der Knochenmikrostruktur mittels Mikro-CT sicher quantifiziert werden.Changes in trabecular and cortical bone architecture are distinct features in the pathogenesis of osteoporosis. Due to the high spatial resolution micro-computertomography has been established as the method of choice for quantitative analyses of bone structure parameters. It provides fast, non-destructive imaging and quantification of trabecular and cortical microarchitecture of the osteoporotic bone. In this study spongiosa from T10 vertebral body and proximal tibia was sampled over 14 months from rats who had undergone ovariectomy under a special diet (OVX+diet) as well as sham-operated rats in the control group. Parameters of trabecular architecture (BV/TV, Tb.N. Tb.Th, Tb.Sp. SMI, Tb.PF and i.S.) were assessed using micro-computertomography. Furthermore, expansion of spongiosa in the longitudinal axis was quantified and diameter as well as porosity of the corticalis was measured. Over the time course of 14 months a reduction of the relative bone volume, the number of trabeculae and the trabecular cut area (?) in both vertebral bone and tibia of rats in the OVX+diet group as compared to the sham group was observed. Noticeable changes were seen in the porosity of the corticalis in the 12 and 14 month group of rats in the OVX+diet group. Induction of osteoporosis in bone can be reproduced by ovariectomy and special diet. Changes in bone microstructure were quantified by micro-CT. Both vertebral bone and tibia display the classical pathophysiological features of structural changes as seen in osteoporosis