Analisi mediante microtomografia computerizzata basata sulla radiazione X di sincrotrone della cinetica di Bone Turnover in condizioni di gravità modificata

Bone is a complex tissue that undergoes a continuous remodeling process. Gravity is a force that plays a decisive role in this context and contributes to the maintenance of bone integrity. During my PhD work, I analyzed the changes in bone microarchitecture in wild type mice (WT) and transgenic mice (PTN-Tg) exposed to altered gravity conditions (microgravity, macrogravity and tail-suspension). The strain of transgenic mice, that over-expresses the pleiotrophin (PTN) in bone, has been chosen for the positive effects of PTN on bone turnover. In microgravity conditions, this study revealed a decrease in bone volume during the space flight in weight-bearing bones of both strains. For both PTN-Tg and WT mice it was observed a decrease in the number of trabeculae after the flight as well as a significant increase in trabecular spacing, while the trabecular thickness showed no significant change. It was observed that the expression of the PTN transgene during flight appears to have protected the PTN-Tg mice from the negative effects induced by microgravity. Obviously, different results were obtained under the macrogravity conditions. Femur site has showed that the most favorable conditions obtained in the WT mice compared to PTN-Tg mice in the vivarium is preserved in the 2g condition in both the strains. However no significant changes were reported in several morphometric parameters in 2g mice compared to the respective sites of the vivarium. Finally, in the tail-suspension condition it is observed a reduction in bone volume till total volume ratio, more marked in the PTN-Tg samples compared to WT samples. However this decrease of bone volume in both strains seems less marked than that obtained under microgravity conditions. It could be argued that the use of the front legs leads to a release of circulating molecules and that this release "recovers" partially metabolic changes due to the absence of load on the hind legs. Moreover, it has been hypothesized that the "oblique" position assumed by the mouse could activate a response due to the fluid shifts toward the head, by altering in any way, the effects of tail suspension.

L'osso è un tessuto complesso che subisce un continuo processo di rimodellamento. La gravità è una forza fisica che svolge un ruolo determinante in tale contesto e contribuisce al mantenimento dell'integrità ossea. Durante il mio lavoro di Dottorato ho analizzato le alterazioni della microarchitettura ossea in topi wild type (WT) e topi transgenici (PTN-Tg) esposti a condizioni di gravità modificata (microgravità, macrogravità e tail-suspension). Il ceppo di topo transgenico che sovra-esprime la pleiotropina (PTN) nell’ osso è stato scelto per gli effetti positivi della PTN sul turnover osseo. Nelle condizioni di microgravità, questo studio ha rivelato una diminuzione del volume osseo durante il volo spaziale nelle ossa portanti di entrambi i ceppi. Per entrambi i topi PTN-Tg e WT è stata osservata una diminuzione del numero di trabecole dopo il volo nonché un aumento significativo della distanza trabecolare, mentre lo spessore trabecolare non ha mostrato alcuna variazione significativa. Si è osservato che l'espressione del transgene PTN durante il volo sembra aver protetto i PTN-Tg dagli effetti negativi indotti dalla microgravità. Risultati ovviamente differenti sono stati ottenuti invece nelle condizioni di macrogravità (2g). A livello femorale è emerso che le condizioni più favorevoli dei WT rispetto ai topi PTN-Tg nel vivarium permangono nei topi 2g dei due ceppi. Non sono state invece riportate variazioni significative dei diversi parametri morfometrici nelle spine dei topi 2g rispetto ai rispettivi siti dei vivarium. Infine nella condizione di tail-suspension si osserva una riduzione del volume delle ossa di carico rispetto al volume totale più marcata nei campioni PTN-Tg rispetto ai campioni WT. Tale diminuzione del volume osseo in entrambi i ceppi sembra comunque meno marcata rispetto a quella ottenuta in condizioni di microgravità. Si potrebbe ipotizzare che l’utilizzo delle zampe anteriori porti ad un rilascio in circolo di molecole e che questo rilascio “tamponi” parzialmente le modifiche metaboliche dovute all’assenza di carico sugli arti posteriori. Per di più, è stato ipotizzato che la posizione “obliqua” che il topo assumeva avrebbe potuto attivare una risposta dovuta al fluid shift verso la testa, alterando in un qualche modo, gli effetti della tail suspension.