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Fragestellung: Die der Entstehung oxidativer Schäden zugrunde liegenden Mechanismen und deren Folgen für Alterungsprozesse im menschlichen Knochen sind bis heute noch nicht vollständig geklärt. Ziel der Studie war es, im Tiermodell die durch Seneszenz bedingten Veränderungen der knöchernen Integrität zu analysieren und einen altersabhängigen anti-oxidativen Effekt nach Gabe des Antioxidants N-Acetylcystein (NAC) auf die Knochenstruktur und Stabilität zu identifizieren.

Methodik: Männliche Wistar Ratten wurden in 3 Altersgruppen (Alter: 7 Wochen = juvenil, 6-8 Monate = adoleszent, 24 Monate = seneszent, jeweils n ≥ 6) untersucht. Zur Analyse des anti-oxidativen Effekts wurde zusätzlich adoleszenten und seneszenten Tieren oral NAC verabreicht. Die unbehandelten Tiere dienten als Vergleichskontrollgruppe. Die Ratten-Femura wurden bzgl. ihrer Knochenstruktur mittels μ CT-Analyse und biomechanischer Stabilität im 4-Punktbiegetest untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Juvenile Knochen der Wistar Ratten sind signifikant kleiner und zeigen eine dicke und eng vernetzte trabekuläre Struktur im Vergleich zu den beiden älteren Gruppen. Die adoleszenten Knochen sind signifikant am längsten und zeigen die höchste Knochendichte, wohingegen seneszenter Knochen sowohl an Länge als auch an Knochendichte verliert bei allerdings signifikant größter Steifigkeit. Unter dem Einfluss des Antioxidants NAC nimmt die trabekuläre Struktur im adoleszenten Knochen ab, was auf einen tendenziell pro-oxidativen Effekt hinweist. Am seneszenten Knochen hingegen scheint NAC anti-oxidativ zu wirken, mit vermehrter und dichterer trabekulärer Struktur bei außerdem erhöhter Bruchfestigkeit. Somit zeigt sich mit zunehmender Knochenalterung eine verminderte trabekuläre Struktur und Bruchfestigkeit, die sich in der Seneszenz möglicherweise durch entsprechend anti-oxidative Therapie verbessern lässt.

Weitere Analysen auf zellulärer Ebene, im Mikroenvironment des Knochens, sind geplant, um die potentiell altersbedingte verminderte Osteoblastogenese bei gleichzeitig verstärkter Osteoklastenaktivität und zunehmender Adipogenese im bestehenden Tiermodell zu verifizieren.

Die Studie dient als Grundlage zur Analyse einer möglichen klinischen Anwendung von Antioxidantien zur knöchernen Protektion durch Alterungsprozesse. Hierbei ist kritisch zu differenzieren, in welchem Altersstadium sich der Knochen befindet, da Antioxidantien möglicherweise einen altersabhängig gegensätzlichen Effekt auf die Knochenintegrität nehmen.