Boen remodelingin vitro: The effects of two diphosphonates on osteoid synthesis and bone resorption in mouse calvaria

Abstract

Two Diphosphonates, ethane-1-hydroxy-1,1-diphosphonate (EHDP) and dichloromethylene diphosphonate (Cl₂MDP) inhibitin vitro bone resorption, which is either stimulated by parathyroid hormone or intrinsic in a bone remodeling culture system. While Cl₂MDP is more effective than EHDP in inhibiting resorption, it also appears to result in a related diminution in osteoid formation. This effect causes a marked biochemical and morphological depression of bone remodelling with Cl₂MDP at a concentration equivalent to 10-μg-phosphorus/ml of culture medium. The difference in activity between EHDP and Cl₂MDP may be related to their relative affinities for the bone mineral surfaces and hence their effective free concentration in the bone extracellular fluid. It is hypothesized that diphosphonates may also affect bone formation indirectly if one assumes that the degree of mineralization of the matrix is important in the induction and regulation of osteoblastic activity in remodelling bone.

Résumé

Deux diphosphonates, à savoir l'éthane-1-hydroxy-1,1-diphosphonate (EHDP) et le dichlorométhane diphosphonate (Cl₂MDP), inhibentin vitro la résorption osseuse qui est stimulée soit par la parathormone ou par voie intrinsèque dans un système de culture d'os en remaniement. Alors que le Cl₂MDP est plus efficace que l'EHDP dans l'inhibition de la résorption, ce fait semble en rapport avec une diminution de le formation de tissu ostéoide. Il s'en suit une diminution biochimique et morphologique marquée du remaniement osseux avec le Cl₂MDP à une concentration équivalent à 10 μg de phosphore/ml de milieu de culture. La différence d'activité entre l'EHDP et le Cl₂MDP peu être liée à leur affinité relative pour les surfaces du minéral osseux et, par suite, à leur concentration effective dans la fluide extracellulaire osseux. Les diphosphonates pourraient aussi affecter l'os indirectement si l'on admet que le degré de minéralisation de la matrice est important pour l'induction et la régulation de l'activité ostéoblastique dans l'os en voie de remaniement.

Zusammenfassung

Zwei Diphosphonate, Aethan-1-hydroxy-1,1-diphosphonat (EHDP) und Dichloromethylen-Diphosphonat (Cl₂MDP) hemmen in vitro die Knochenresorption. Diese wird verfolgt entweder mittels Stimulierung durch PH oder in einem Kultursystem, in welchem normale Knochenneubildung stattfindet. Während Cl₂MDP die Resorption wirksamer hemmt als EHDP, scheint es ebenfalls eine Verminderung der Osteoidbildung zu verursachen. Dies bewirkt eine deutliche biochemische und morphologische Herabsetzung der Knochenneubildung, bei einer Cl₂MDP-Konzentration von 10 μg Phosphor/ml Kulturmedium. Die unterschiedliche Wirksamkeit von EHDP und Cl₂MDP läßt sich wahrscheinlich auf ihre verschiedenen Affinitäten zu der Oberfläche des Knochenminerals und somit auf ihre tatsächliche freie Konzentration in der extracellulären Flüssigkeit des Knochens zurückführen. Ausgehend von der Annahme, daß die Anregung und Regulierung der Osteoblasten-Aktivität bei der Knochenneubildung vom Ausmaß der Matrix-Mineralisation bestimmt wird, läßt sich die Vermutung aufstellen, daß die Diphosphonate die Knochenbildung auch indirekt beeinflussen können.