Zucker糖尿病脂肪（ZDF）ラットの2型糖尿病の骨形態計測、機械的完全性、および組成の縦方向の変化

2型糖尿病（T2D）の個人は、骨密度を減少させることなく、骨折のリスクが高くなります。T2Dによって引き起こされる高血糖状態は、コラーゲンネットワークを抑制し、障害のある機械的特性につながると考えられている骨の有機マトリックスに、過剰な糖化末端産生（AGE）を形成すると仮定されています。ただし、メカニズムはよく理解されていません。この研究の目的は、ZDF（FA/FA）ラットでのT2Dの発達と進行中の糖尿病性皮質骨の幾何学的、構造的、および材料特性を12、26週間、および46週間のZDF（FA/FA）ラットの進行中に調査することを目的としています。縦骨の成長は、早くも12週間で減少し、46週までに骨サイズはZDF（FA/FA）ラットとコントロール（FA/+）で大幅に減少しました。糖尿病ラットには、曲げ剛性、究極のモーメント、3点曲げ試験を介して測定されたエネルギーへのエネルギーへの著しい構造障害がありました。骨の幾何学を考慮に入れることで測定された組織材料の特性は、疾患が進行するにつれて変化し、46週間のZDF（FA/FA）ラットの収量と最終的な強度が大幅に低下しました。皮質骨粉末のFTIR分析により、組織材料の欠損は、炭酸塩の減少を有する長期糖尿病を伴うZDF（FA/FA）ラットの組織組成の変化と一致したことが実証されました：年齢患者と比較した場合、リン酸比と酸性リン酸塩含有量の増加コントロールは、骨代謝回転プロセスの変化を示しています。蛍光アッセイを介して測定された年齢の蓄積は、ZDF（FA/FA）ラットの長期T2Dを持つ皮膚で高かったため、骨の年齢は株間で違いはなく、どちらの年齢も骨の強度と相関していませんでした。結論として、糖尿病ZDF（FA/FA）ラットの骨の脆弱性は、骨の成長と発達の障害によって最初に影響を受けた多因子メカニズムを通じて発生する可能性があり、骨の質を低下させ、生体力学的特性を損なう変化した骨代謝回転プロセスに進みます。

Individuals with Type-2 Diabetes (T2D) have an increased risk of bone fracture, without a reduction in bone mineral density. It is hypothesised that the hyperglycaemic state caused by T2D forms an excess of Advanced Glycated End-products (AGEs) in the organic matrix of bone, which are thought to stiffen the collagen network and lead to impaired mechanical properties. However, the mechanisms are not well understood. This study aimed to investigate the geometrical, structural and material properties of diabetic cortical bone during the development and progression of T2D in ZDF (fa/fa) rats at 12-, 26- and 46-weeks of age. Longitudinal bone growth was impaired as early as 12-weeks of age and by 46-weeks bone size was significantly reduced in ZDF (fa/fa) rats versus controls (fa/+). Diabetic rats had significant structural deficits, such as bending rigidity, ultimate moment and energy-to-failure measured via three-point bend testing. Tissue material properties, measured by taking bone geometry into account, were altered as the disease progressed, with significant reductions in yield and ultimate strength for ZDF (fa/fa) rats at 46-weeks. FTIR analysis on cortical bone powder demonstrated that the tissue material deficits coincided with changes in tissue composition, in ZDF (fa/fa) rats with long-term diabetes having a reduced carbonate:phosphate ratio and increased acid phosphate content when compared to age-matched controls, indicative of an altered bone turnover process. AGE accumulation, measured via fluorescent assays, was higher in the skin of ZDF (fa/fa) rats with long-term T2D, bone AGEs did not differ between strains and neither AGEs correlated with bone strength. In conclusion, bone fragility in the diabetic ZDF (fa/fa) rats likely occurs through a multifactorial mechanism influenced initially by impaired bone growth and development and proceeding to an altered bone turnover process that reduces bone quality and impairs biomechanical properties as the disease progresses.