Долгосрочные эффекты терапии бисфосфонатами: перфорации, микротрещины и механические свойства костей

Разработчик

Шаоченг Ма, Эн Лин Го, Ульрих Хансен, Ричард Л. Абель и др.

Описание технологии

Остеопороз — одна из важнейших патологий, связанных со старением, поэтому ее своевременная и эффективная терапия способствует долголетию человека. Остеопороз характеризуется потерей губчатой костной ткани в результате усиленной активации остеокластов и несбалансированной взаимосвязи между резорбцией и образованием костной ткани, что вызывает истончение трабекул и появление трабекулярных перфораций. Применение бисфосфонатов является терапией первого ряда для лечения остеопороза, которая действует путем снижения ремоделинга костной ткани, и, как полагают, предотвращает их перфорацию и поддерживает их микроструктуру. Тем не менее, бисфосфонаты способны вызывать избыточное подавление ремоделирования, что приводит к накоплению микротрещин.

Целью данной технологии является оценка влияния лечения остеопороза бисфосфонатами на микроструктуру и механическую прочность костей. Оценка микроповреждений в сердцевине губчатой кости проводилась с использованием синхротронной рентгеновской микротомографии с программным обеспечением для анализа изображений. Кость пациентов с переломами, вызванными лечением бисфосфонатами, имеет меньше перфораций, но больше многочисленных и более крупных микротрещин, чем оба контроля — с переломами и без переломов. Кроме того, кости после лечения бисфосфонатами демонстрировали снижение прочности на разрыв и уменьшение модуля Юнга. Эти данные свидетельствуют о том, что терапия бисфосфонатами эффективна для снижения перфораций, но также может привести к накоплению микротрещин, что приводит к потере микроструктурной целостности и, следовательно, снижению механической прочности костей.

Практическое применение

Эта технология может быть использована как метод оценки микроструктурных изменений в костях пациентов, получавших бисфосфонаты. Она может помочь предсказать критический момент накопления микротрещин и оптимизировать продолжительность лечения пациентов, получающих длительную терапию бисфосфонатами. Это позволит назначать бисфосфонаты достаточно долго для того, чтобы увеличить объем костей и уменьшить их перфорацию, и в то же время прекратить лечение до момента критического накопления микротрещин.

Технология применима как для экспериментальных исследований в области изучения механизмов старения, в частности остеопороза, так и (в перспективе) для использования в клинической медицине.

Лаборатории

• Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Imperial College London, London (UK)
• MSk Laboratory, Department of Surgery and Cancer, Faculty of Medicine, Imperial College London, London (UK)
• St. Mary’s Hospital, North West London Major Trauma Centre, Imperial College, London (UK)
• Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Moratuwa, Moratuwa (Sri Lanka)
• Diamond Light Source Ltd, Harwell Science and Innovation Campus, Didcot (UK)

Ссылки

Публикации

• Ma, S. et al. «Long-term effects of bisphosphonate therapy: perforations, microcracks and mechanical properties." 7 Scientific Reports (2017): 43399.
• Ma, S. et al. «Synchrotron Imaging Assessment of Bone Quality." 1 Clinical Reviews in Bone and Mineral Metabolism (2016): 11.
• Karunaratne, A. et al. «Significant deterioration in nanomechanical quality occurs through incomplete extrafibrillar mineralization in rachitic bone: Evidence from in-situ synchrotron X-ray scattering and backscattered electron imaging." 27 Journal of Bone and Mineral Research (2012): 876–890.