Administração sistêmica de teriparatida aumenta a osteointegração de enxertos desvitalizados em defeitos críticos femorais em modelo murinho

Abstract

Objetivo: Os defeitos segmentares em ossos longos, secundários à ressecção tumoral, traumas e desbridamento após infecção, são tratados frequentemente com aloenxertos maciços desvitalizados. Entretanto, a baixa capacidade de formação e de remodelação óssea dos aloenxertos resulta em altas taxas de falência clínica, acarretando pseudoartrose e fratura tardia do enxerto.A exposição intermitente ao PTH1A34 (teriparatida) tem efeito anabólico no tecido ósseo, aumentando a massa óssea e a resistência do osso cortical e esponjoso. Um conjunto crescente de evidências favorece a hipótese de que o PTH1A34 acelera a consolidação de fraturas, podendo ser utilizado como terapia adjuvante sistêmica para aumentar a osteointegração nas reconstruções maciças com aloenxertos.Assim, este estudo teve como objetivo investigar, em um modelo murino de defeito ósseo crítico segmentar, se a administração sistêmica e intermitente de PTH1A34 acelera a consolidação de aloenxertos.Vinte e sete camundongos C57BL/6 machos, com 15 semanas, foram submetidos à ostectomia médio-diafisária femoral para criação de um defeito crítico. Após a exposição do fêmur, foi posicionada sobre sua superfície uma placa de titânio com seis furos, fixada com parafusos de fixação bloqueados. Os orifícios correspondentes às posições centrais permaneceram sem parafusos e foram utilizados como referência para criação de um defeito com 2,5 a 3,0 mm na porção médio-diafisária do fêmur.Os defeitos foram preenchidos com um segmento femoral acelular alogênico e os animais foram alocados em três grupos (n=9 por grupo) de acordo com a dose (30 ou 40 μg/kg/dia) do tratamento por duas semanas com PTH1A34 ou com salina (grupo controle). Os animais foram mantidos sem tratamento durante sete dias e submetidos à eutanásia ao final da terceira semana após a cirurgia.A consolidação do enxerto foi monitorada com exame radiográfico semanal, e as amostras do fêmur foram submetidas à análise histológica. Para investigar o efeito das duas doses utilizadas de PTH1A34, células estromais da medula óssea foram obtidas de tíbias e fêmures de camundongos tratados por sete dias com injeções subcutâneas diárias de 30 ou 40 μg/kg PTH1A34, ou salina. O ensaio de eficiência em formação de colônias (CFE) foi utilizado para quantificar a frequência de progenitores mesenquimais.O tamanho do defeito foi similar entre os grupos PTH30 (2,7 ± 0,4 mm), PTH40 (3,1 ± 0,5 mm) e salina (2,5 ± 0,4 mm). As superfícies endosteal e periosteal, na avaliação da terceira semana, contribuíram para a osteointegração do aloenxerto, resultando em taxa de consolidação similar entre os grupos.Comparado ao grupo salina, o grupo PTH30 apresentou maior neoformação óssea no interior do enxerto (13,7 ± 4,6% vs. 7 ± 3,7, p=0,03) e na interface entre o aloenxerto e o osso hospedeiro (0,06 ± 0,02 mm³ vs. 0,043 ± 0,015 mm³ no grupo salina e 0,045 ± 0,02 mm³ no grupo PTH40, p=0,007).Os resultados in vitro mostraram não haver diferença significativa no diâmetro das colônias e no número de CFE entre os grupos.Em conclusão, o conjunto dos resultados do presente estudo mostra que 30 μg/kg de PTH1A34 administrado durante duas semanas potencializa o reparo e a osteointegração de aloenxertos em um modelo murino de reconstrução de defeito femoral crítico. Esses resultados são preliminares podem vir a alicerçar estudos em animais de grande porte e esclarecer os mecanismos responsáveis pela ação anabólica do PTH1A34 visando a ampliação do seu uso clínico com essa indicação.

Objective: Segmental defects in long bones, secondary to tumor resection, trauma, and debridement after infection, are frequently treated with devitalized massive allografts. However, limited new bone formation and lack of remodeling in decellularized allografts are associated with high rates of clinical healing failure, such as non-union and late graft fracture. The intermittent exposure to PTH1A34 (teriparatide) has an anabolic effect on bone, enhancing mass and strength of both cancellous and cortical bone. A growing body of evidence also supports that PTH1A34 accelerates fracture healing and, therefore, could be used as a systemic adjuvant therapy to improve osseointegration in massive allograft reconstruction. Thus, this study aimed to investigate whether systemic intermittent administration of PTH1A34 would accelerate massive allograft healing in a murine model of segmental bone defect. Twenty-seven 15-week-old male C57BL/6 mice underwent a mid-diaphyseal femoral ostectomy for the establishment of a segmental bone defect. Briefly, after a longitudinal cutaneous incision along the femur, a titanium microlocking plate was applied on the anterior femoral side. Self-tapping locking screws were inserted and locked to secure the plate. Using the two central holes of the plate as reference, a 2.5–3.0 mm long mid-diaphyseal femoral ostectomy was performed. The defects were filled with an acellular femoral segment from an allogeneic strain, and the animals were then randomly assigned to three groups according to PTH1A34 dosing regimens. Daily doses of human PTH1A34 (30 and 40 μg/kg/day) or saline were administered to the mice (n = 9 per group) for two weeks. The mice were maintained without therapy for seven days and then euthanized three weeks post-surgery. Allograft healing was monitored by weekly X-rays, and the grafted femurs were harvested and used for histological analyses. To assess the differential effects of PTH1A34 doses, primary bone marrow-derived cells were harvested from tibias and femurs of mice treated daily with subcutaneous injections of 30 or 40 μg/kg PTH1A34, or saline, for seven days. The colony-forming efficiency (CFE) assay was used to quantify the approximate frequency of stromal cell progenitors. The defect size was uniform between the PTH1A34 30 μg/kg (2.7 ± 0.4 mm), PTH1A34 40 μg/kg (3.1 ± 0.5 mm), and saline (2.5 ± 0.4 mm) groups. At the three-week endpoint, both periosteal and endosteal surfaces contributed to allograft osseointegration, and the union ratio was similar across groups. Compared to the saline group, the 30 μg/kg PTH1A34 group showed greater bone formation within the graft (13.7 ± 4.6% vs. 7 ± 3.7%, p = 0.03) and at the interface between host bone and allograft (0.06 ± 0.02 mm³ vs. 0.043 ± 0.015 mm³ in the saline group, and 0.045 ± 0.02 mm³ in the 40 μg/kg PTH1A34 group, p = 0.007). In vitro results showed no significant difference in colony diameter or CFE number between groups. In conclusion, the present study shows that 30 μg/kg PTH1A34 administered for two weeks enhances the repair and osteointegration of allografts in a murine model of critical femoral defect reconstruction. These preliminary results may support studies in large animals and help clarify the mechanisms responsible for the anabolic action of PTH1A34, aiming to expand its clinical use for this indication.