A sensitiviein vitro method for studying the induction and inhibition of bone resorption

Abstract

A sensitive method has been developed for studying the early effects of hormones and other agents on the movement of calcium into and out of bone. Half-calvariae from 6-day-old mice that have been pulsed four days previously with⁴⁵Ca, are explanted into separate dishes of liquid medium and maintainedin vitro; one half serves as control and the other for experimentation. The time course of action of any agent is followed by removing small samples aseptically from the media and analysing for isotope.

Both parathyroid hormone and vitamin A cause extensive bone resorption, and as compared with controls an increased release of⁴⁵Ca from the treated bones into the medium can be detected within 2 hours. Calcitonin rapidly inhibits the release of⁴⁵Ca from resorbing bones; the time course is similar to that for its actionin vivo in lowering serum calcium. Our results indicate that agents that induce bone resorption increase both the number of multinucleate osteoclasts and the effectiveness of the existing cells in mobilising calcium. Calcitonin prevents the formation of new multinucleate osteoclasts, and also prevents existing osteoclasts from mobilising bone mineral.

Calcitonin inhibits the release of⁴⁵Ca from living explants maintained in control medium. This reduction is attributed to the suppression of the endogenous resorption that is in progress when the bones are explanted; exchange of isotope still occurs, as in a dead explant.

Résumé

Une méthode quantitative pour étudier les effets précoces des hormones et autres agents sur la mobilisation du calcium osseux a été mise au point. Des moitiés de calottes craniennes de souris de 6 jours, ayant reçu du⁴⁵Ca quatre jours auparavant, sont explantéesin vitro et placées dans des récipients séparés, en milieu liquide; une moitié sert de témoin, l'autre moitié est utilisée pour l'expérimentation. Ce mode d'action dans le temps, de chaque produit testé, est déterminé en prélevant aseptiquement de petits échantillons dans le milieu et en dosant l'isotope.

L'hormone parathyroidienne et la vitamine A provoquent une résorption osseuse étendue ainsi qu'un passage augmenté du⁴⁵Ca des os traités dans le milieu, au bout de 2 heures, si on les compare aux témoins. La calcitonine inhibe rapidement la mobilisation du⁴⁵Ca des os résorbés: l'intervalle de temps est similaire à celui obtenuin vivo en abaissant le calcium sérique. Nos résultats indiquent que les agents, qui induisent la résorption osseuse, augmentent à la fois le nombre des ostéoclastes et l'efficacité des cellules existantes, en ce qui concerne la mobilisation du calcium. La calcitonine inhibe la libération du⁴⁵Ca des explants vivants, maintenus dans un milieu contrôle. Cette réduction est attribuée à la suppression de la résorption endogène, en cours au moment de la transplantation: un échange isotopique est toujours observé, comme au niveau des explants sur vivants.

Zusammenfassung

Eine quantitative Methode zur Bestimmung der Früheffekte von Hormonen oder andern Wirkstoffen auf die Wanderung von Calcium in den oder aus dem Knochen wurde entwickelt. Calvarien-Hälften von 6 Tagen alten, 4 Tage früher mit⁴⁵Ca markierten Mäusen werden explantiert und in getrennten Schalen mit flüssiger Nährlösungin vitro belassen. Die eine Hälfte dient als Kontrolle, die andere wird für das Experiment eingesetzt. Anhand kleiner Proben, die den Medien aseptisch entnommen und auf ihren Isotopengehalt geprüft werden, kann die Wirkung der verschiedenen Agentien im Verlaufe der Zeit beobachtet werden.

Sowohl Parahormon als auch Vitamin A verursachen eine ausgedehnte Knochenresorption und es wurde, im Vergleich zu den Kontrollen, innerhalb von 2 Std eine gesteigerte Abgabe von⁴⁵Ca aus den behandelten Knochen in das Medium nachgewiesen, Die Freisetzung von⁴⁵Ca aus resorbierenden Knochen wird durch Calcitonin rasch inhibiert. Wirkungsweise und Verlauf bestehen, wiein vivo, in einer Senkung des Serum-Calciums.

Unsere Resultate zeigen, daß Wirkstoffe, welche eine Knochenresorption veranlassen, sowohl die Zahl der polynucleären Osteoklasten ansteigen lassen als auch die vorhandenen Zellen zur vermehrten Calcium-Mobilisation anregen. Calcitonin dagegen verhindert die Bildung neuer, polynucleärer Osteoklasten wie auch die Mobilisation von Knochenmineral durch die vorhandenen Osteoklasten.

Calcitonin wirkt hemmend auf die Abgabe von⁴⁵Ca von lebenden Explantaten, die in Kontrollmedium kultiviert werden. Diese Abnahme wird der Unterdrückung der endogenen Resorption zugeschrieben, welche im Moment der Knochenexplantation im Gange ist; der Austausch des Isotopes findet weiterhin statt, wie dies bei einem toten Explantat der Fall ist.