Combined antisclerostin antibody and parathyroid hormone (1-34) synergistically enhance the healing of bone defects in ovariectomized rats

Z Gerontol Geriatr. 2020 Mar;53(2):163-170. doi: 10.1007/s00391-019-01685-2. Epub 2020 Jan 16.

Abstract

Osteoporotic bones heal more slowly and ineffectively than normal bones. A combination of antibodies against sclerosing protein (Scl-Ab), and parathyroid hormone 1-34 (PTH 1-34) may improve healing. A standard osteoporotic rat model was established 12 weeks after bilateral ovarian resection (OVX). Bone defects were created in the right femora of 80 rats, which were randomly divided into 4 groups: control, Scl-Ab (25 mg/kg twice weekly), PTH (60 μg/kg of PTH 1-34 three times a week) and PTH plus Scl-Ab. After 12 weeks of treatment the rats were sacrificed and blood and the distal femora were harvested for biochemical evaluation, histology, microcomputed tomography and biomechanical testing. Compared to the control group, monotherapy and combination therapy with PTH and/or Scl-Ab promoted the formation of new bone, enhanced maximum femoral loading and increased the levels of procollagen type I N‑terminal propeptide (PINP) and osteocalcin. The administration of PTH + Scl-Ab maximally enhanced bone defect healing. Combination treatment was better than either treatment alone, indicating a synergistic effect.

Osteoporotische Knochen heilen langsamer und unwirksamer als normale Knochen. Eine Kombination von Antikörpern gegen Sklerosierungsprotein (Scl-Ab) und Parathormon 1‑34 (PTH 1‑34) kann die Heilung verbessern. Ein standardisiertes osteoporotisches Rattenmodell wurde 12 Wochen nach der bilateralen Ovarialresektion (OVX) etabliert. Knochendefekte wurden in den rechten Oberschenkelknochen von 80 Ratten erzeugt, die nach dem Zufallsprinzip in 4 Gruppen eingeteilt wurden: Kontrolle, Scl-Ab (25mg/kg zweimal pro Woche), PTH (60μg/kg PTH 1–34 dreimal pro Woche) und PTH plus Scl-Ab. Nach 12 Wochen Behandlung wurden die Ratten geopfert und Blut sowie die distalen Femora für biochemische Untersuchungen, Histologie, Mikrocomputertomographie und biomechanische Untersuchungen entnommen. Im Vergleich zur Kontrollgruppe förderten die Mono- und Kombinationstherapie mit PTH und/oder Scl-Ab die Bildung von neuem Knochen, eine erhöhte maximale Oberschenkellast und die Erhöhung der Konzentration von Gesamt-Prokollagen Typ I N‑Propeptid (PINP) und Osteocalcin. Die Verabreichung von PTH + Scl-Ab brachte eine maximale Verbesserung der Heilung von Knochendefekten. Die Kombinationsbehandlung war besser als jede der beiden Behandlungen allein, was auf einen synergistischen Effekt hinweist.

Keywords: Antisclerostin antibody; Bone defect; Experimental animal model; Osteoporosis; Parathyroid hormone.

MeSH terms

  • Animals
  • Antibodies / administration & dosage*
  • Bone Density / drug effects
  • Bone Morphogenetic Proteins / immunology*
  • Bone Remodeling / physiology*
  • Bony Callus / drug effects
  • Disease Models, Animal
  • Drug Therapy, Combination
  • Female
  • Fracture Healing / drug effects*
  • Humans
  • Ovariectomy
  • Parathyroid Hormone / pharmacology
  • Parathyroid Hormone / therapeutic use*
  • Random Allocation
  • Rats
  • Rats, Sprague-Dawley
  • X-Ray Microtomography / methods

Substances

  • Antibodies
  • Bone Morphogenetic Proteins
  • Parathyroid Hormone