Background: Focal bone microcracks with osteoclast recruitment and bone lysis, may reduce fracture resistance in racehorses. As current imaging does not detect all horses at risk for fracture, the discovery of novel serum biomarkers of bone resorption or osteoclast activity could potentially address this unmet clinical need. The biology of equine osteoclasts on their natural substrate, equine bone, has never been studied in vitro and may permit identification of specific biomarkers of their activity.
Objectives: (1) Establish osteoclast cultures on equine bone, (2) Measure biomarkers (tartrate resistant acid phosphatase isoform 5b [TRACP-5b] and C-terminal telopeptide of type I collagen [CTX-I]) in vitro and (3) Study the effects of inflammation.
Study design: In vitro experiments.
Methods: Haematopoietic stem cells, from five equine sternal bone marrow aspirates, were differentiated into osteoclasts and cultured either alone or on equine bone slices, with or without a pro-inflammatory stimulus (IL-1β or LPS). CTX-I and TRACP-5b were immunoassayed in the media. Osteoclast numbers and bone resorption area were assessed.
Results: TRACP-5b increased over time in osteoclast cultures without bone (p < 0.0001) and correlated with osteoclast number (r = 0.63, p < 0.001). CTX-I and TRACP-5b increased with time for cultures with bone (p = 0.002; p = 0.02 respectively), correlated with each other (r = 0.64, p < 0.002) and correlated with bone resorption (r = 0.85, p < 0.001; r = 0.82, p < 0.001 respectively). Inflammation had no measurable effects.
Main limitations: Specimen numbers limited.
Conclusions: Equine osteoclasts were successfully cultured on equine bone slices and their bone resorption quantified. TRACP-5b was shown to be a biomarker of equine osteoclast number and bone resorption for the first time; CTX-I was also confirmed to be a biomarker of equine bone resorption in vitro. This robust equine specific in vitro assay will help the study of osteoclast biology.
Hintergrund: Fokale Mikrofrakturen im Knochen mit Osteoklasten Rekrutierung und Knochen Lyse können die Frakturresistenz bei Rennpferden verringern. Da die derzeitige Bildgebung nicht alle Pferde mit Frakturrisiko erfasst, könnte die Entdeckung neuer Serum-Biomarker für die Knochenresorption oder Osteoklasten Aktivität diesen ungedeckten klinischen Bedarf möglicherweise decken. Die Biologie der Pferde Osteoklasten auf ihrem natürlichen Substrat, dem Pferdeknochen, wurde noch nicht in vitro untersucht und könnte die Identifizierung spezifischer Biomarker für ihre Aktivität ermöglichen. ZIELE: (1) Anlegen von Osteoklastenkulturen an Pferdeknochen, (2) Messung von Biomarkern (tartrate resistant acid phosphatase isoform 5b [TRACP-5b] und C-terminal telopeptide of type I collagen [CTX-I]) in vitro und (3) Untersuchung der Auswirkungen von Entzündungen.
Studiendesign: In vitro experimentelle Studie.
Methoden: Hämatopoetische Stammzellen aus fünf sternalen Knochenmark Aspiraten von Pferden wurden in Osteoklasten differenziert und entweder alleine oder auf Knochenscheiben von Pferden kultiviert, mit oder ohne proinflammatorischen Stimulus (IL 1β oder LPS). CTX-I und TRACP-5b wurden in den Medien immunoassayiert. Die Anzahl der Osteoklasten und die Fläche der Knochenresorption wurden bestimmt.
Resultate: TRACP 5b nahm mit der Zeit ohne Knochen zu (p < 0.0001) und korrelierte mit der Osteoklasten Anzahl (r = 0.63, p < 0.001). CTX-I und TRACP-5b nahmen bei Kulturen mit Knochen mit der Zeit zu (p = 0.0018 bzw. p = 0.02), korrelierten miteinander (r = 0.64, p < 0.002) und korrelierten mit der Knochenresorption (r = 0.85, p < 0.001 bzw. r = 0.82, p < 0.001). Entzündungen hatten keine messbaren Auswirkungen. WICHTIGSTE EINSCHRÄNKUNGEN: Limitierte Probenanzahl.
Zusammenfassung: Osteoklasten von Pferden wurden erfolgreich auf Knochenscheiben von Pferden kultiviert und ihre Knochenresorption quantifiziert. TRACP-5b erwies sich zum ersten Mal als Biomarker für die Anzahl der Osteoklasten und die Knochenresorption bei Pferden; CTX-I wurde ebenfalls als Biomarker für die Knochenresorption bei Pferden in vitro bestätigt. Dieser robuste pferdespezifische in-vitro-Assay wird die Untersuchung der Osteoklasten Biologie unterstützen.
Keywords: CTX-I; TRACP-5b; bone biomarker; bone resorption; horse; stress fracture.
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