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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017)

24.10. - 27.10.2017, Berlin

Ergebnisse des Virus-like Particle-vermittelten Knockdowns des membranständigen RANKL im osteoporotischen Knochen

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Daniel B. Hoffmann - Universitätsmedizin Göttingen, Klinik für Unfallchirurgie, Orthopädie und Plast. Chirurgie, Göttingen, Germany
  • Stefan Schneider - Deutsches Primatenzentrum Göttingen, Göttingen, Germany
  • Kai O. Böker - Deutsches Primatenzentrum Göttingen, Göttingen, Germany
  • Jens Gruber - Deutsches Primatenzentrum Göttingen, Göttingen, Germany
  • Delia Deppe - Universitätsmedizin Göttingen, Klinik für Unfallchirurgie, Orthopädie und Plast. Chirurgie, Göttingen, Germany
  • Arndt F. Schilling - Universitätsmedizin Göttingen, Klinik für Unfallchirurgie, Orthopädie und Plast. Chirurgie, Göttingen, Germany
  • Marina Komrakova - Universitätsmedizin Göttingen, Klinik für Unfallchirurgie, Orthopädie und Plast. Chirurgie, Göttingen, Germany
  • Stephan Sehmisch - Universitätsmedizin Göttingen, Klinik für Unfallchirurgie, Orthopädie und Plast. Chirurgie, Göttingen, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017). Berlin, 24.-27.10.2017. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2017. DocGR17-709

doi: 10.3205/17dkou520, urn:nbn:de:0183-17dkou5201

Veröffentlicht: 23. Oktober 2017

© 2017 Hoffmann et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Die Behandlung der Osteoporose benötigt weitere Innovationen. Das RANKL/OPG-System spielt im Knochenmetabolismus eine wesentliche Rolle, da u.a. durch RANKL Osteoklasten aktiviert werden. Die Regulation dieses Systems ist bei Osteoporose gestört. In Vorversuchen haben wir gezeigt, dass durch Virus-like Particles (VLPs) small interfering RNA (siRNA) in Ratten eingeschleust werden kann um die RANKL-Synthese vornehmlich in Osteoblasten zu inhibieren. Ziel der aktuellen Studie ist es die Auswirkungen dieser innovativen Methode auf die Osteoporose im Rattenmodell zu untersuchen.

Methodik: Vom Polyoma JC Virus abgeleitete VLPs wurden als Träger-Moleküle für RANKL-siRNA genutzt. Als Uptake-Rezeptor in die Zellen diente der Serotonin-Rezeptor 5-HT2a. Die Injektion erfolgte intraperitoneal (ip) mit Einzeldosen von 150 mikrogramm VLP/Injektion (bzw. 0,5 mg/kg KG) 1x wöchentlich.

Der Versuch wurde an weiblichen Spraque-Dawley Ratten durchgeführt. Im Alter von 3 Monaten wurden 48 Ratten ovariektomiert. Eine gesunde Kontrollgruppe wurde nicht operiert (Intact, n=8).

Mit dem Zeitpunkt der Ovariektomie erfolgte die Therapie. Dabei erhielt eine Gruppe 17 beta-Estradiol-Benzoat oral in einer Dosis von 0,6mg/kg KG/Tag (OVX+Estr.). Die eigentliche Versuchsgruppe (OVX+siRANKL) erhielt 150 mikrogramm VLP/Tier mit RANKL-siRNA. Eine Kontrollgruppe erhielt VLPs mit nicht wirkender Control-siRNA in gleicher Dosis (OVX+siCtrl). Die Behandlung erfolgte über 10 Wochen.

Anschließend erfolgte die Versuchsauswertung mittels qPCR, Western-Blot, micro-CT, Veraschungs- und Biomechanik-Tests an Tibiae. Die statistische Auswertung erfolgte mittels one-way ANOVA und mit einem Tukey-Kramer post hoc Test.

Ergebnisse: In der Östrogen-Kontrollgruppe (OVX+Estr.) sank die Expression der RANKL-mRNA physiologisch um 25%. In der Versuchsgruppe (OVX+siRANKL) konnte sie um 33% gesenkt werden. Im Western Blot zeigte sich ein deutlicher Knockdown des membranständigen RANKL auf Proteinebene ggü. den Kontrollgruppen. Die OPG-Expression war in der Versuchsgruppe (OVX+siRANKL) um 41% erhöht, während sie in der Östrogen-Gruppe nicht signifikant verändert war.

Weder in den micro-CT-Untersuchungen zur Morphologie des Knochens noch in den biomechanischen Versuchen zeigte sich eine Verbesserung der Knocheneigenschaften durch den RANKL-Knockdown, wogegen die Östrogen-Therapie eine signifikante Verbesserung des Knochens zeigte.

Schlussfolgerung:

Der von uns beschriebene innovative Applikationsmechanismus von VLPs und siRNA zeigt auch im Langzeitversuch eine erfolgreiche Expressionsinhibierung des Zielproteins.

Die alleinige Blockierung des membranständigen RANKL in osteoporotischen Knochen zeigte in unseren Untersuchungen keine Verbesserung der Knochenqualität. Das lösliche RANKL-Protein aus multiplen Quellen scheint somit beim Pathomechanismus der Osteoporose mit entscheidend.

Offen bleibt, ob es auch bei RANKL ähnlich wie bei PTH einen Unterschied des Therapieerfolgs zwischen intermittierender und kontinuierlicher Applikation gibt.