transmedТрансляционная медицинаTranslational Medicine2311-44952410-5155Almazov National Medical Research Centre, Saint Petersburg, Russia10.18705/2311-4495-2023-10-6-535-548LOUQMKtransmed-879Research ArticleЭНДОКРИНОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯMETABOLIC DISEASESМорфологическая и биохимическая характеристика остеогенеза при медикаментозной терапии экспериментального остеопорозаMorphological and biochemical characteristics of osteogenesis during drug therapy of experimental osteoporosisЛисовскийД. А.LisovskyD. A.

Лисовский Дмитрий Александрович, аспирант отдела нейрофармакологии им. С. В. Аничкова

ул. Академика Павлова, д. 12, Санкт-Петербург, 197022

Dmitriy A. Lisovskiy, Post-graduate student, Department of Neuropharmacology

lisovskiy_d_med@mail.ruДробленковА. В.MaminaN. Sh.

Дробленков Андрей Всеволодович, д.м.н., профессор (специальность «клеточная биология»), ведущий научный сотрудник отдела нейрофармакологии им. С. В. Аничкова

Nailya Sh. Mamina, Post-graduate student, Department of Neuropharmacology

БайрамовА. А.DroblenkovA. V.

Байрамов Алекбер Азизович, д.м.н., ведущий научный сотрудник Института эндокринологии; ведущий научный сотрудник отдела нейрофармакологии им. С. В. Аничкова

Andrey V. Droblenkov, MD, Dr. Sci. (Med.), Professor, Leading Research Associate, Department of Neuropharmacology named after S. V. Anichkov

БобковП. С.BairamovA. A.

Бобков Павел Сергеевич, к.м.н., старший научный сотрудник отдела нейрофармакологии им. С. В. Аничкова; доцент кафедры медико-биологических дисциплин

Alekber A. Bairamov, Dr. Med. Sci. (Pharmacology), Leading Researcher, Institute of Endocrinology, Almazov National Medical Research; Leading Researcher, Departmеnt of Neuropharmacology

МаминаН. Ш.BobkovP. S.

Мамина Наиля Шамилевна, аспирант отдела нейроармакологии им. С. В. Аничкова

Pavel S. Bobkov, MD, Cand. Sci. (Med.), Senior Research Associate, Department of Neuropharmacology named after S. V. Anichkov; Assistant Professor, Department of Biomedical Disciplines

ФёдоровН. А.FedorovN. A.

Фёдоров Никита Алексеевич, лаборант отдела нейрофармакологии им. С. В. Аничкова

Nikita A. Fedorov, laboratory assistant, Department of Neuropharmacology

КароноваТ. Л.KaronovaT. L.

Каронова Татьяна Леонидовна, д.м.н., заведующая лабораторией клинической эндокринологии Института эндокринологии

Tatiana L. Karonova, Dr. Med. Sci. (Endocrinology), Head of the Laboratory of Clinical Endocrinology, Institute of Endocrinology

ШабановП. Д.ShabanovP. D.

Шабанов Петр Дмитриевич, д.м.н., профессор, заведующий отделом нейрофармакологии им. С. В. Аничкова

Petr D. Shabanov, Dr. Med. Sci. (Pharmacology), Professor and Head, Department of Neuropharmacology

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт экспериментальной медицины»РоссияInstitute of Experimental MedicineRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт экспериментальной медицины»; Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияInstitute of Experimental MedicineRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт экспериментальной медицины»РоссияInstitute of Experimental Medicine; Almazov National Medical Research CentreRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияInstitute of Experimental MedicineRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияAlmazov National Medical Research CentreRussian Federation202320122023106535548Copyright © Лисовский Д.А., Дробленков А.В., Байрамов А.А., Бобков П.С., Мамина Н.Ш., Фёдоров Н.А., Каронова Т.Л., Шабанов П.Д., 20242024Лисовский Д.А., Дробленков А.В., Байрамов А.А., Бобков П.С., Мамина Н.Ш., Фёдоров Н.А., Каронова Т.Л., Шабанов П.Д.Lisovsky D.A., Mamina N.S., Droblenkov A.V., Bairamov A.A., Bobkov P.S., Fedorov N.A., Karonova T.L., Shabanov P.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://transmed.almazovcentre.ru/jour/article/view/879Актуальность

Актуальность. Остеопороз представляет собой клинико-экономическую проблему мирового масштаба. Существенным вкладом в решение проблемы эффективного лечения остеопороза может стать создание препаратов на основе уникальных биологически активных соединений.

Целью исследования явилось морфологическое обоснование экспериментальной модели остеопороза и комплексная (многофакторная) оценка эффективности его медикаментозной терапии. Материалы и методы. Исследование выполнено на 40 половозрелых самках крыс Вистар, которые составили 6 групп. У животных четырех опытных групп (по 6 особей в каждой) формировали модель остеопороза: первую и вторую группу (соответственно) составили крысы молодого возраста, третью и четвертую — старого. Животным второй и четвертой групп вводили препарат, апробируемый на способность активировать процесс остеосинтеза. Крысы пятой и шестой групп (молодые и старые, по 8 особей в каждой), подвергнутые ложной операции, служили контролями. В результате применения гистоморфометрического метода и атомно-абсорбционной спектроскопии в диафизах бедренных костей устанавливали толщину слоев компактного вещества, число костных пластинок и остеоцитов, а также количество коллагена, кальция и фосфора. При помощи иммуноферментного анализа в сыворотке крови устанавливали маркеры костного ремоделирования — остеокальцина, склеростина, остеопротегерина, фактора роста фибробластов-23 и лиганда активатора ядерного фактора каппа-β (RANKL). Статистическую обработку данных проводили с использованием программы GraphPad PRISM (USA) определения медианы, верхнего и нижнего квартилей. Различия считали значимыми при р < 0,01.

Результаты

Результаты. Моделирование остеопороза индуцирует атрофическое истончение компактного вещества, снижение числа остеоцитов и костных пластинок в диафизах бедренных костей, уменьшение в них содержания коллагена, кальция и фосфора, снижение концентрации остеокальцина, склеростина, фактора роста фибробластов, остеопротегерина и увеличение концентрации RANKL в плазме крови, более выраженные у старых животных. В результате использования препарата Х3 для терапии остеопороза выявлены: значительное увеличение толщины компактного вещества, количества остеоцитов и костных пластинок в диафизах, содержания в них коллагена, кальция и фосфора, увеличение концентрации биохимических маркеров остеосинтеза, слабо выраженный дисбаланс RANKL. Увеличение содержания в плазме маркеров костного ремоделирования было наиболее выраженным при комбинации препарата Х3 с витамином Д3.

Заключение

Заключение. 1. Использованный эндокринно-хирургический способ моделирования остеопороза приводит к выраженным дегенеративным изменениям остеоцитов и их производных во всех отделах компактного вещества кости, а также вызывает значительные нарушения минерального состава и дисбаланс маркеров костного ремоделирования, более выраженные у сенильных крыс. 2. Тестируемый препарат Х3, использованный для терапии остеопороза, обладает высокой степенью эффективности, поскольку стимулирует регенераторный остеогенез, восстанавливает нарушенное строение элементов костной ткани, ее органических и минеральных компонентов. 3. Восстановительный эффект препарата более выражен у сенильных крыс.

Relevance

Relevance. Osteoporosis is a clinical and economic problem on a global scale. A significant contribution to solving the problem of effective treatment of osteoporosis can be the creation of drugs based on unique biologically active compounds.

The aim of the study was the morphological substantiation of the experimental model of osteoporosis and a comprehensive (multifactorial) assessment of the effectiveness of its drug therapy.

Materials and methods

Materials and methods. The study was carried out on 40 mature female Wistar rats, which comprised 6 groups. A model of osteoporosis was formed in animals of four experimental groups (6 animals in each): the first and second groups (respectively) consisted of young rats, the third and fourth — old ones. Animals of the second and fourth groups were injected with a drug tested for its ability to activate the process of osteosynthesis. Rats of the fifth and sixth groups (young and old, 8 animals each), subjected to sham surgery, served as controls. As a result of the use of the histo-morphometric method and atomic absorption spectroscopy in the diaphysis of the femur, the thickness of the layers of the compact substance, the number of bone plates and osteocytes, as well as the amount of collagen, calcium and phosphorus were determined. Using enzyme immunoassay, bone remodeling markers — osteocalcin, sclerostin, osteoprotegerin, fibroblast growth factor-23 and nuclear factor kappa-β activator ligand (RANKL) — were determined in the blood serum. Statistical processing of the data was carried out using the GraphPad PRISM (USA) program to determine the median, upper and lower quartiles. Differences were considered significant at p < 0.01.

Results

Results. Modeling of osteoporosis induces atrophic thinning of the compact substance, a decrease in the number of osteocytes and bone plates in the diaphysis of the femur, a decrease in the content of collagen, calcium and phosphorus in them, a decrease in the concentration of osteocalcin, sclerostin, fibroblast growth factor, osteoprotegerin and an increase in the concentration of RANKL in the blood plasma, more pronounced in old animals. As a result of the use of the drug X3 for the treatment of osteoporosis, the following were revealed: a significant increase in the thickness of the compact substance, the number of osteocytes and bone plates in the diaphysis, the content of collagen, calcium and phosphorus in them, an increase in the concentration of biochemical markers of osteosynthesis, and a mild imbalance of RANKL. The increase in plasma levels of markers of bone remodeling was most pronounced when the drug X3 was combined with vitamin D3.

Conclusion

Conclusion. 1. The used surgical-endocrine method of modeling osteoporosis leads to pronounced degenerative changes in osteocytes and their derivatives in all parts of the compact bone substance, and also causes significant disturbances in the mineral composition and an imbalance of bone remodeling markers, more pronounced in senile rats. 2. The tested drug X3, used for the treatment of osteoporosis, has a high degree of effectiveness, since it stimulates regenerative osteogenesis, restores the damaged structure of bone tissue elements, its organic and mineral components. 3. The restorative effect of the drug is more pronounced in senile rats.

антиостеопорозное средствоколлагенкостное ремоделированиекостные пластинкимаркеры остеогенезаостеопорозостеоцитыanti-osteoporotic agentbone platesbone remodelingcollagenosteocytesosteogenesis markersosteoporosisReferencesBolland MJ, Grey AB, Gamble GD, Reid IR. Effect of osteoporosis treatment on mortality: a meta-analysis // J Clin Endocrinol Metab. 2010. No 95. P. 1174–1181.Bolland MJ, Grey AB, Gamble GD, Reid IR. Effect of osteoporosis treatment on mortality: a meta-analysis // J Clin Endocrinol Metab. 2010. No 95. P. 1174–1181.MacLean C, Newberry S, Maglione M, et al. Systematic review: comparative effectiveness of treatments to prevent fractures in men and women with low bone density or osteoporosis // Ann Intern Med. 2007. No 148. Р. 197–213.MacLean C, Newberry S, Maglione M, et al. Systematic review: comparative effectiveness of treatments to prevent fractures in men and women with low bone density or osteoporosis // Ann Intern Med. 2007. No 148. Р. 197–213.Cauley JA, Thompson DE, Ensrud KC, et al. Risk of mortality following clinical fractures // Osteoporosis Int. 2000. No 11. Р. 556–561.Cauley JA, Thompson DE, Ensrud KC, et al. Risk of mortality following clinical fractures // Osteoporosis Int. 2000. No 11. Р. 556–561.Kanis JA. World Health Organization Scientific Group. Assessment of Osteoporosis at the Primary Health-Care Level Technical Report Sheffield. UK: WHO Collaborating Centre, Uni versity of Sheffield; 2008.Kanis JA. World Health Organization Scientific Group. Assessment of Osteoporosis at the Primary Health-Care Level Technical Report Sheffield. UK: WHO Collaborating Centre, Uni versity of Sheffield; 2008.National Osteoporosis Foundation 2004. Disease statistics.National Osteoporosis Foundation 2004. Disease statistics.National Osteoporosis Foundation. Advocacy News & Updates. American’s Bone Health: The State of Osteoporosis and Low Bone Mass. Accessed April 18. 2011.National Osteoporosis Foundation. Advocacy News & Updates. American’s Bone Health: The State of Osteoporosis and Low Bone Mass. Accessed April 18. 2011.Риггз Б.Л., Мелтон Д. Остеопороз. Этиология, диагностика, лечение. ЗАО «Издательство Бином». М. 2000. С. 309–313.Riggz BL, Melton D. Osteoporosis. Etiology, diagnosis, treatment. CJSC Binom Publishing House. M. 2000. P. 309–313. In RussianInternational Osteoporosis Foundation. 2010.International Osteoporosis Foundation. 2010.EFFO and NOF. Who are candidates for prevention and treatment for osteoporosis? // Osteoporos Int. 1997. No 7. Р. 1–32.EFFO and NOF. Who are candidates for prevention and treatment for osteoporosis? // Osteoporos Int. 1997. No 7. Р. 1–32.Management of Osteoporosis in Postmenopausal Women: 2010 Position Statement of The North American Menopause Society // Menopause. 2010. Vol.17. No 1. Р. 25–54.Management of Osteoporosis in Postmenopausal Women: 2010 Position Statement of The North American Menopause Society // Menopause. 2010. Vol.17. No 1. Р. 25–54.WHO. FRAX® WHO fracture risk assessment tool: calculation tool. Accessed February 14. 2011.WHO. FRAX® WHO fracture risk assessment tool: calculation tool. Accessed February 14. 2011.Байрамов А.А., Маевский Е.И., Шабанов П.Д. Коррекция костного ремоделирования при экспериментальном остеопорозе // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2019. Т. 17. № 4. С. 43–50.Bairamov AA, Maevskij EI, Shabanov PD. Correction of bone remodeling in experimental osteoporosis. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2019;17(4):43–50. doi.org/10.17816/RCF17443-50. In RussianЛесняк О.М. Аудит состояния проблемы остеопороза в Российской Федерации // Профилактическая медицина. 2011. № 2. С. 7–10.Lesnyak OM. Audit of the state of the problem of osteoporosis in the Russian Federation // Preventive medicine. 2011;(2):7–10. In RussianКеттайл В.М., Арки Р.А. Патофизиология эндокринной системы. Перевод с англ. М.: Бином. 2010. 335 с.Cattail VM, Arki RA. Pathophysiology of the endocrine system. M. Binomi. 2010. 335 p. In RussianПоворознюк В.В., Григорьева Н.В. Менопауза и остеопороз. К.: Здоровье, 2004. 356 с.Povoroznyuk VV, Grigor’eva NV. Menopause and osteoporosis. K.: Health, 2004. 356 p. In RussianМаевский Е.И., Рощенфельд А.С., Гришина Е.В., Кондрашова М.Н. Коррекция метаболического ацидоза путем поддержания функций митохондрий: монография. Пущино, ИТЭБ РАН. 2001.155 с.Maevskij EI, Roshchenfel’d AS, Grishina EV, Kondrashova MN. Correction of metabolic acidosis by maintaining the functions of mitochondria. (monograph). Pushino, ITEB RAS, 2001. 155 p. In RussianМаевский Е.И., Учитель М.Л., Байрамов А.А. и др. Коррекция гормональной активности субстратными композициями у мужчин и женщин // Гастроэнтерология Санкт-Петербурга. 2017. № 2–3. С. 55–56.Maevskij EI, Uchitel’ ML, Bajramov AA., et al. Correction of hormonal activity with substrate compositions in men and women // Gastroenterology of St. Petersburg. 2017;(2–3):55–56. In RussianМитохондриальные процессы во временной организации жизнедеятельности: Сб. / Под ред. М. Н. Кондрашовой, В. В. Дынника, Ю. Г. Каминского и др. Пущино, 1978. 182 с.Mitochondrial processes in the temporal organization of life. Edited by M. N. Kondrashovа, V. V. Dynnik, Yu. G. Kaminskij, et al. Pushchino, 1978. 182 p. In RussianТерапевтическое действие янтарной кислоты: Сб. / Под ред. М. Н. Кондрашовой. Пущино, 1976. 255 с.Therapeutic effect of succinic acid. Sb. Edited by M. N. Kondrashova. Pushchino, 1976. 255 p. In RussianМаевский Е.И., Гришина Е.В., Хаустова Я.В. и др. Вновь о препаратах, содержащих сукцинат // Гастроэнтерология Санкт-Петербурга. 2017. № 1. С. 91–92.Maevskij EI, Grishina EV, Haustova YaV, et al. Again about preparations containing succinate // Gastroenterology of St. Petersburg. 2017;(1):91–92. In RussianVasilieva AA, Simonova MA, Bairamov AA, et al. Сorrection of the functional state of female rats after unilateral ovariectomy using a succinate containing composition. Cardiometry, 2017. No 10. P. 86–92. DOI: 0.12710/cardiometry.2017.8692.Vasilieva AA, Simonova MA, Bairamov AA, et al. Сorrection of the functional state of female rats after unilateral ovariectomy using a succinate containing composition. Cardiometry, 2017. No 10. P. 86–92. DOI: 0.12710/cardiometry.2017.8692.Янтарная кислота в медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве: Сб. / Под ред. М. Н. Кондрашовой, Ю. Г. Каминского, Е. И. Маевского. Пущино, 1996. 300 с.Succinic acid in medicine, food industry, agriculture. Sb. Edited by M. N. Kondrashova, Yu. G. Kaminskij, E. I. Maevskij. Pushchino, 1996. 300 p. In RussianКотельников Г.П., Булгаков С.В. Остеопороз. М.: ГЕОТАР-Медиз. 2010. 504 с.Kotelnikov GP, Bulgakov SV. Osteoporosis. M. GEOTAR Mediz. 2010. 504 p. In RussianКроненберг Г.М., Мелмед Ш., Полонски К.С., Ларсен П.Р. Эндокринология по Вильямсону. Репродуктивная эндокринология. Перевод с англ. М.: Рид Элсивер. 2011. 410 с.Kronenberg GM, Melmed SH, Polonski KS, Larsen PR. Endocrinology according to Williamson. Reproductive endocrinology. M. Reid Elsiver. 2011. 410 p. In RussianХоджкин С. Клиника Мэйо об Остеопорозе. Перевод с англ. М.: Астрель. 2007. 237 с.].Hodzhkin S. Mayo Clinic on Osteoporosis. M.: Astrel. 2007. 237 p. In RussianЛевицкий А.П., Макаренко О.А., Деньга О.В. и др. Экспериментальные методы исследования стимуляторов остеогенеза: Методические рекомендации. Киев: Авиценна, 2005. С. 31–38.Levitskiy AP, Makarenko OA, Den’ga OV, et al. Eksperimental’nye metody issledovaniya stimulyatorov osteogeneza: metodicheskie rekomendatsii. Kiev: Avitsenna; 2005. P. 31–38. In RussianФролькис В.В., Поворознюк В.В., Евтушенко О.А., Григорьева Н.В. Экспериментальный остеопороз // Doctor. 2003. № 6. С. 48–52.Frol’kis V, Povoroznyuk V, Evtushenko O, Grigorieva N. Eksperimental’nyy osteoporoz. Doctor. 2003;(6):48–52. In RussianБайрамов А.А., Мамина Н.Ш., Каронова Т.Л., Шабанов П.Д. Возможности прижизненной валидации модели экспериментального остеопороза остеопорозе // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2020. Т. 18. № 4. С. 365–367. DOI: 10.7816/RCF184365-367.Bairamov AA, Mamina NSh, Karonova TL, Shabanov PD. Possibilities of in vivo validation of a model of experimental osteoporosis. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2020;18(4):365–367. In Russian. DOI: 10.7816/RCF184365-367.Замараева Т.В. Метод определения содержания коллагеновых белков по оксипролину // Современные методы в биохимии. М.: Медицина, 1977. C. 262–264].Zamaraeva TV. Method for determining the content of collagen proteins by hydroxyproline // Modern methods in biochemistry. M.: Medicine, 1977. C. 262–264. In RussianБерченко Г.Н., Липкин С.М. Особенности исследования костной ткани. В кн.: Микроскопическая техника: Руководство для врачей и лаборантов. / Под ред. Д. С. Саркисова и Ю. Л. Перова. М.: Медицина, 1996. С. 463.Bertchenko GN, Lipkin SM. Features of Bone Tissue Research. In: Microscopic Techniques: A Guide for Physicians and Laboratory Technicians. Edited by D. S. Sarkisov, Yu. L. Perov. Moscow: Meditsina, 1996. P. 463. In RussianШараев П.Н. Метод определения свободного и связанного оксипролина в сыворотке крови // Лабораторное дело. 1981. № 5. С. 283–285.Sharayev PN. Method for determining free and bound hydroxyproline in blood serum. Laboratory Work. 1981;(5):283–285. In RussianПатент на изобретение RU2582973C1. Байрамов А.А., Шабанов П.Д., Маевский Е.И. и др. Антиостеопорозное средство.Patent RUS2582973C1. Bajramov AA, Shabanov PD, Maevskij EI, et al. Antiosteoporoznoe sredstvo. In RussianГОСТ 33044-2014 «Принципы надлежащей лабораторной практики».GOST 33044-2014 “Principles of Good Laboratory Practice”. In RussianVega D, Maalouf NM, Sakhaee K. The role of receptor activator of nuclear factor-kappaB (RANK)/ RANK ligand/osteoprotegerin: clinical implications // J Clin Endocrinol Metab. 2007. Vol. 92. No 12. Р. 4514–4521.Vega D, Maalouf NM, Sakhaee K. The role of receptor activator of nuclear factor-kappaB (RANK)/ RANK ligand/osteoprotegerin: clinical implications // J Clin Endocrinol Metab. 2007. Vol. 92. No 12. Р. 4514–4521.Добронравов В.А. Современный взгляд на патофизиологию вторичного гиперпаратиреоза: роль фактора роста фибробластов 23 и Klotho // Нефрология. 2011. No. 4. С. 11–20.Dobronravov VA. Modern Insights into the Pathophysiology of Secondary Hyperparathyroidism: The Role of Fibroblast Growth Factor 23 and Klotho. Nephrology. 2011;(4):11–20. In RussianШутов Е.В. Значение фактора роста фибробластов-23 у больных хронической болезнью почек — обзор современных исследований // Лечащий врач. 2012. № 8. С. 35–42.Shutov EV. Significance of fibroblast growth factor-23 in patients with chronic kidney disease — a review of modern research // Attending physician. 2012. No. 8. P. 35–42. In RussianKneissel M. The promise of sclerostin inhibition for the treatment of osteoporosis // IBMS BoneKEy. 2009. No. 6. Р. 259–264.Kneissel M. The promise of sclerostin inhibition for the treatment of osteoporosis // IBMS BoneKEy. 2009. No. 6. Р. 259–264.Гребенникова T.А., Белая Ж.Е., Рожинская Л.Я., Мельниченко Г.А. Канонический сигнальный путь Wnt/β-катенин: от истории открытия до клинического применения // Терапевтический архив. 2016. Т. 10, № 88. С. 74–81.Grebennikova TA, Belaya ZhE, Rozhinskaya LYa, Mel’nichenko GA. Canonical signaling pathway of Wnt/βcatenin: from the history of discovery to clinical application // Therapeutic archive. 2016;10(88):74–75. In RussianSims NA, Chia LY. Regulation of sclerostin expression by paracrine and endocrine factors // Clin Rev Bone Miner Metab. 2012. No.10. Р. 98–107.Sims NA, Chia LY. Regulation of sclerostin expression by paracrine and endocrine factors // Clin Rev Bone Miner Metab. 2012. No.10. Р. 98–107.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.