background image

© The Author(s)  2024. Published  by Oxford University  Press on behalf of the Endocrine  Society. All rights 
reserved. For commercial  re-use, please contact reprints@oup.com  for reprints  and translation  rights  for 
reprints.  All other  permissions  can be obtained  through  our RightsLink  service via the Permissions  link on the 
article page on our site

for  further  information  please contact  journals.permissions@oup.com.  This  article 

is published  and distributed  under the terms  of the Oxford University Press, Standard  Journals  Publication 
Model (https://academic.oup.com/pages/standard-publication-reuse-rights) 

1

 

Bisphosphonates Maintain BMD after Sequential Teriparatide and Denosumab in 

Premenopausal Women with Idiopathic Osteoporosis 

 

Mafo Kamanda-Kosseh

1

, Stephanie Shiau

2

, Sanchita Agarwal

1

, Ananya Kondapalli

1

, Ivelisse 

Colon

1

, Nayoung Kil

1

, Mariana Bucovsky

1

, Joan M. Lappe

3

, Julie Stubby

3

, Elizabeth Shane

1

, Adi 

Cohen

 

Columbia University Irving Medical Center, New York, New York, USA 

Department of Biostatistics and Epidemiology, Rutgers School of Public Health, Piscataway, NJ, 

USA 

10 

Creighton University Medical Center, Omaha, Nebraska, USA 

11 

 

12 

Keywords (< 6): Premenopausal osteoporosis,  teriparatide,  denosumab, bisphosphonate, 

13 

alendronate,  zoledronic acid, bone density, HR-pQCT, bone turnover markers 

14 

 

15 

Adi Cohen MD, MHS 

16 

https://orcid.org/0000-0002-0641-5747 

17 

Columbia University, College of Physicians & Surgeons 

18 

Department of Medicine, Division of Endocrinology  

19 

180 Fort Washington Avenue, HP9-910 

20 

New York, NY 10032 

21 

Telephone:  212-305-7225     Telefax: 212-342-4161 

22 

Email: ac1044@columbia.edu 

23 

 

24 

The extension study was supported by Amgen, as an Investigator Initiated  Study (ISS 

25 

#20177429). The parent studies  of teriparatide and sequential  denosumab were funded by the 

26 

United States Food and Drug Administration (FDA) Orphan Products Clinical Trials Grants 

27 

Program (R01 FD003902; R01005114). These studies  were also supported by the National 

28 

Institutes  of Health / National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases (K24 

29 

AR052665; R03 AR064016), Thomas L. Kempner, Jr. and Katheryn C. Patterson and the 

30 

Simon-Strauss Foundation.   

31 

 

32 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

 

Disclosure summary: AC, ES, and JML receive research support from Amgen. 

 

Trial Registration 

  

ClinicalTrials.gov NCT

 03396315 

 

ABSTRACT 

Context:

 We previously reported that sequential  teriparatide followed by denosumab 

substantially  increases BMD in premenopausal idiopathic osteoporosis  (PremenIOP). 

Objective:

 To determine whether administration of bisphosphonates  after denosumab cessation 

is associated with stable BMD in PremenIOP 

10 

Design:

 Open-label extension study  

11 

Participants:

 24 PremenIOP Teriparatide-Denosumab Study participants  

12 

Interventions

: Oral alendronate  (ALN), 70mg weekly, or IV zoledronic acid (ZOL), 5mg once 

13 

(patient choice), was administered 7 months (M) after final denosumab dose. 

14 

Outcomes:

 BMD by DXA and serum C-telopeptide (CTX) q6M; vertebral fracture assessment 

15 

(VFA) and HR-pQCT q12M. 

16 

Results:

 24 women with PremenIOP (aged 43±8 years), severely affected with low trauma adult 

17 

fractures (range 0-12; 9 with vertebral fractures) and/or very low BMD, had large BMD increases 

18 

on sequential  teriparatide-denosumab  (spine:  25±9%; total hip: 11±6%). During the 

19 

Bisphosphonate  Extension, mean BMD and CTX changes in the entire group were small and 

20 

not statistically significant at 6 or 12M.  

21 

Women choosing ZOL (n=6) versus ALN (n=18) did not differ by baseline age, BMI, fractures, 

22 

BMD, or CTX. On ZOL, there were small LSBMD declines and CTX increases, particularly 

23 

between 6M and 12M, while greater stability was observed on ALN.  

24 

Changes in BMD and CTX did not differ by duration of denosumab (36M vs <36M) or between 

25 

20 women who remained premenopausal and 4 who transitioned  into menopause. Higher pre-

26 

teriparatide CTX, likely reflecting baseline remodeling status, predicted more spine and hip bone 

27 

loss. No new vertebral (clinical or VFA screening) or non-vertebral fractures occurred. 

28 

Conclusion:

 BMD remained stable in women with PremenIOP who received bisphosphonates 

29 

after sequential teriparatide-denosumab  therapy.

 

30 

 

31 

Introduction 

32 

Premenopausal women with early onset osteoporosis  and no known cause of bone loss or bone 

33 

fragility are considered to have idiopathic osteoporosis  (IOP). Premenopausal women with IOP 

34 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

 

have deficits in bone density and microarchitecture

1-3

 and variable bone remodeling activity as 

assessed  by serum bone formation markers

4

 and tissue level bone formation rate (BFR/BS) on 

tetracycline-labelled transiliac biopsies

1

 

We recently reported that a sequential  protocol of teriparatide for two years followed by 

denosumab for two to three years markedly increased areal BMD by dual energy x -ray 

absorptiometry (DXA) at the spine and hip in premenopausal women with IOP

5,6

.  On 

teriparatide,  serum bone turnover markers (BTMs), N-terminal propeptides of procollagen type 1 

(P1NP), osteocalcin (OCN) and C-telopeptide (CTx), increased significantly by three months 

and remained above baseline  by 24 months

5

. On denosumab, serum P1NP, OCN and CTx 

10 

decreased by approximately 75-85% by three months after the first dose of denosumab and 

11 

remained suppressed

6

12 

 

13 

Denosumab cessation without additional  treatment is known to result in increased BTMs, rapid 

14 

bone loss and increased vertebral fracture risk

7-9

 in postmenopausal  women.  The risk of bone 

15 

loss and fracture with denosumab cessation in premenopausal women with IOP is unknown. 

16 

Our prior study has shown that premenopausal women with IOP lose bone mass after stopping 

17 

teriparatide

10

.  In that context, and, since raloxifene, a selective estrogen  receptor modulator, has 

18 

been ineffective in preventing bone loss after denosumab in postmenopausal  women

11

, and 

19 

bone loss and vertebral fracture has been reported with denosumab cessation in a men with 

20 

IOP

12

 and nonmetastatic prostate cancer

13

, we considered this premenopausal group, many 

21 

with vertebral fractures, to be at risk for bone loss without antiresorptive after denosumab 

22 

cessation. Additionally, current denosumab package labeling and current guidelines  recommend 

23 

bisphosphonate  or other antiresorptive  therapy after completing a course of denosumab

8,14,15

24 

Therefore, we enrolled participants who had completed teriparatide followed by denosumab in 

25 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

 

an open label study in which they received 12 months of oral or IV bisphosphonate  treatment 

(patient centered choice) followed by 12 months of observation.   

 

The primary goal of the study was to assess whether consolidation therapy with oral or 

intravenous bisphosphonate  would prevent bone loss expected with denosumab cessation.  

Additional  goals were to assess  the effects of consolidation therapy on CTX and on bone quality 

as assessed  by high resolution  peripheral quantitative computed tomography (HR-pQCT), as 

well as on incident fractures and other adverse events. We hypothesized that both oral and IV 

bisphosphonate  would prevent bone loss after denosumab cessation in premenopausal women 

with IOP. Herein, we present results of the first 12 months of this Bisphosphonate  Extension 

10 

Study.   

11 

 

12 

Methods 

13 

Premenopausal women with IOP who had completed teriparatide treatment under FD003902

5

 

14 

and sequential  denosumab under FD005114

6

 were eligible to participate in this open label 

15 

bisphosphonate  extension study conducted at Columbia University Irving Medical Center 

16 

(CUIMC), New York, NY and Creighton University Medical Center, Omaha, NE. 

17 

 

18 

Because of the young age of the participants, the risks of long term antiresorptive therapy, the 

19 

plan for post-denosumab bisphosphonate  transition  that would lengthen the treatment course, 

20 

and pregnancy planning considerations for some participants, FD005114 planned  a limited 

21 

course denosumab. FD005114 offered 2-3 years of denosumab therapy based on patient 

22 

choice after discussion of individual factors including disease  severity, response history, and 

23 

future pregnancy planning. Six patients were treated for 2 years, while 18 were treated for 3 

24 

years. 

25 

 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

 

Bisphosphonate  treatment was initiated 7 months after the last denosumab dose.  We designed 

a protocol initiating bisphosphonate  7 months after the last denosumab dose because it had 

been hypothesized that treatment with IV bisphosphonate  while denosumab remains fully active 

on bone may limit bone uptake and efficacy in this setting

16

. Participants chose either 

alendronate  (ALN) 70 mg po weekly for 12 months or one dose of zoledronate (ZOL) 5 mg IV, 

after discussion of benefits, risks, potential  side effects and administration method associated 

with each medication.     

 

Participants were assessed  for habitual dietary calcium intake and provided with calcium 

supplements that contained 315 mg of elemental calcium (as the citrate salt) and 250 

10 

international  units (IU) of vitamin D; they were instructed to take two tablets daily as well as a 

11 

multivitamin with 400 IU of vitamin D, for a total of 630 mg calcium and 900 IU vitamin D. 

12 

 

13 

The Columbia University Irving Medical Center Institutional  Review Board (IRB) reviewed and 

14 

approved the study (IRB AAAN0161); the Creighton University Medical Center IRB approved 

15 

the study after it was approved by Columbia. All participants provided their written informed 

16 

consent. A Data and Safety Monitoring Committee met annually throughout the study.  

17 

 

18 

Inclusion and exclusion criteria were those of the parent studies

5,6

.  Eligible participants were 

19 

required to have regular menses, early follicular phase follicle stimulating hormone levels less 

20 

than 20 mIU/mL, no historical or biochemical secondary cause of osteoporosis, and no clinical 

21 

features of known monogenetic forms of osteoporosis (e.g., osteogenesis  imperfecta). Prior to 

22 

enrollment in FD003902, all had radiographically documented adult, low-trauma fractures and/or 

23 

T-

scores that were ≤ -2.5 or Z-scores ≤ -2.0 at the lumbar spine (LS), femoral neck (FN) or total 

24 

hip (TH). Low trauma was defined as equivalent to a fall from a standing height or less; skull 

25 

and digit fractures were excluded. Women with secondary causes of osteoporosis (estrogen 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

 

deficiency, eating disorders, celiac or gastrointestinal  disease),  osteomalacia, renal insufficiency, 

abnormal liver function tests, hyperparathyroidism, urinary calcium above 300 mg/g creatinine, 

serum 25-hydroxyvitamin D (25-OHD) levels below 20 ng/ml, specific drug exposures 

(glucocorticoids, anticonvulsants,  methotrexate, depot medroxyprogesterone acetate, 

gonadotrophin  releasing  hormone agonists for suppression  of menstrual cycles) were excluded. 

If serum 25-OHD levels were < 30 ng/ml at baseline, additional vitamin D was prescribed as 

clinically appropriate to maintain levels > 30 ng/ml. Normal serum calcium and renal function 

were required. Participants were counseled regarding  the need for effective contraception and 

negative urine pregnancy tests were required at each visit. 

  

10 

Fasting morning serum was collected at the Bisphosphonate  Extension Study baseline (7 

11 

months after the last denosumab dose), six and 12 months and stored at  -80

o

C for batch 

12 

analyses of CTX performed in the Biomarkers Core of the Irving Institute for Clinical and 

13 

Translational  Research at Columbia University. CTX was assessed by ELISA (RRID: 

14 

AB_2923399; IDS, Boldon, UK).

 

Fasting serum calcium and serum 25-OH vitamin D were 

15 

measured at baseline and fasting serum calcium was measured for each visit (Quest 

16 

Diagnostics).  

17 

 

18 

Areal BMD was measured by DXA (Discovery, Hologic Inc., Waltham, MA) at baseline, 6 and 12 

19 

months at the LS, TH, FN and distal radius (DR)

4

. For 22 subjects, all scans were obtained on 

20 

the same machine at Columbia or Creighton over the course of all studies.  Due to COVID 

21 

related travel restrictions, for 2 subjects (ALN group), scans obtained on the same outside 

22 

facility Hologic machine over the entire course of the Bisphosphonate  Extension Study were 

23 

included in analyses. Short-term coefficient of variation is 0.7% (LS) and 1.4% (FN) at Columbia 

24 

and 1.5% (LS and FN) at Creighton. Phantoms were circulated between the study sites 

25 

(Columbia and Creighton). T- and Z-

scores were generated using the manufacturer’s database. 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

 

Trabecular Bone Score (TBS), a textural analysis of LS BMD images, was assessed at L1-L4 

using TBS iNsight software version 3.1.2.   

 

Prespecified retreatment criteria were applied at the 6-month timepoint for participants who had 

chosen ALN treatment: the option to change to IV zoledronate 5mg was offered if there was 

significant bone loss defined as greater than the manufacturer specified least significant change 

at the spine, total hip or femoral neck resulting in a T score ≤ -2.5. There were no per protocol 

retreatment criteria for the ZOL group. 

 

Screening for moderate and severe vertebral fractures was performed by Vertebral Fracture 

10 

Assessment (VFA) on lateral spine images (evaluable vertebrae T4 to L5) using Hologic QDR 

11 

Physician Viewer software at baseline and 12 months of bisphosphonate  treatment. Participants 

12 

were categorized as having vertebral fractures based on an International  Society for Clinical 

13 

Densitometry (ISCD)-

certified densitometrist’s (AC) reading of the interpretable image using  the 

14 

Genant semi-quantitative method, the currently recommended clinical technique. For the 

15 

diagnosis  of moderate (25-40% reduction in vertebral height) or severe (>40% reduction in 

16 

vertebral height) fractures, sensitivity and specificity of VFA are comparable to spine 

17 

radiographs

17

18 

 

19 

HR-pQCT scans were performed at CUIMC at baseline and after 12 months of bisphosphonate 

20 

treatment using the second-generation scanner (XtremeCT II; XCT2, Scanco Medical, 

21 

Brüttisellen,  Switzerland; 68 kVp voltage, 1460 

μA current, 43 sec integration  time) with an 

22 

isotropic voxel size of 60.7 μm. Scans of the non-dominant distal  radius and tibia were acquired 

23 

unless there was a contraindication (prior fracture or metal implant), in which case the 

24 

contralateral limb was scanned. Briefly, a reference line was placed at the distal endplate  on a 

25 

2-D scout view and scans were acquired using a standard fixed offset of 9 mm and 22 mm from 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

 

the reference line at the radius and tibia, respectively generating a 10.2 mm long scan region in 

the axial direction. Attenuation data were converted to equivalent hydroxyapatite (HA) densities. 

The analytic methods have been described

18-20

,  validated

21-23

  and applied in various clinical 

studies

24-27

.  The manufacturer’s phantom was scanned daily for quality control. 

In vivo 

short

term reproducibility (CV) for HR-pQCT measures at CUIMC is less than 1.5% for all 

density measurements and less than 5.0 % for structural parameters except cortical porosity. All 

scans were visually inspected for motion; scans with a motion score >3 were excluded from 

analyses

28

 

Bone strength was estimated from the HR-pQCT images using micro-finite element analysis 

10 

(μFEA) based on a voxel conversion approach

29,30

. We simulated axial compression on each 

11 

radius and tibia model up to 1% strain using a homogeneous Young's modulus of 10 GPa and 

12 

Poisson's ratio of 0.3 to estimate stiffness (kN/mm)

31

. Failure load (N) was estimated based on 

13 

criterion by Pistoia et al.

32

. We used a commercial μFEA solver (FAIM, v8.0, Numerics88, 

14 

Calgary AB, Canada) to solve the models as previously described

25

.  

15 

 

16 

Data Handling Procedures and Statistical Analysis 

17 

All data, including data collected on case report forms were entered into Microsoft Excel 

18 

(Microsoft Corporation, Redmond, WA) and imported to SAS (SAS Institute, Cary, NC). Missing 

19 

data were not imputed. 

20 

Given the non-randomized study design,  the primary objective was to estimate the within-group 

21 

change in BMD by DXA at the lumbar spine (primary), total hip and femoral neck (secondary) 

22 

after stopping denosumab treatment. A one-sample two-tailed T-test against the null hypothesis 

23 

of no change was used to assess  whether bisphosphonate  treated patients differ on DXA 

24 

outcomes relative to the measurements acquired at the end of the denosumab treatment period, 

25 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

 

(7 months after the final dose of denosumab). The primary outcome was the within-group 

difference (percent change) in LS BMD between the baseline bisphosphonate  visit (which 

coincided with the final denosumab study visit) and the 12-month bisphosphonate  visit.  

Secondary outcomes included the within-group difference (percent change) in (1) LS BMD at 

6M, (2) TH, FN and DR BMD between the baseline bisphosphonate  visit and the 6 and 12-

month visits, (3) change in HRpQCT parameters at 12 months, and (4) change in serum CTX at 

6 and 12 months. 

For this analysis method, assuming the largest SD (4.30%) for change in spine aBMD that we 

had observed both in our historical cohort of women with IOP who discontinued teriparatide

10

 

and a 3% margin, we estimated that we would have >90% power to estimate the confidence 

10 

interval for an absolute  change in aBMD at the spine (primary outcome), total hip and femoral 

11 

neck (exploratory outcomes) with a sample size of 25-30. 

12 

Pre-planned exploratory analyses compared DXA BMD and CTX change between the ALN and 

13 

ZOL treated groups and assessed  relationships  between remodeling parameters and BMD 

14 

change. No adjustments were made for multiple comparisons. 

15 

As this was a small, non-randomized study, we were not able to compare incidence of adverse 

16 

events or incident fractures in oral vs IV bisphosphonate  subjects. However, we prospectively 

17 

captured all serious and nonserious  adverse events, with particular emphasis on incident 

18 

vertebral fractures (by VFA scans at baseline and 12 months and radiographs of incident clinical 

19 

vertebral fractures) and non-vertebral fractures (verified by review of radiographs or radiograph 

20 

reports). All data are presented ± SD, excepting the Figures which are presented  ± SE. 

21 

Role of the funding source 

22 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

10 

 

This study was supported as an Investigator Initiated  Study by Amgen Inc. while the two parent 

studies  were supported by the United States Food and Drug Administration (FDA) Orphan 

Products Clinical Trials Grants Program. The principal investigators, Dr. Cohen and Dr. Shane, 

designed  and conducted the study. Amgen Inc. had no role in collection, analysis,  and 

interpretation  of data, writing of the report, or decision to submit for publication. Statisticians at 

Rutgers University performed all analyses. These studies  were also supported by R03 

AR064016 (Cohen), K24 AR052665 (Shane) and K23 AR054127 (Cohen), Thomas L. Kempner, 

Jr. and Katheryn C. Patterson and the Simon-Strauss Foundation. Dr. Cohen and Dr. Shane had 

full access to all study data and had final responsibility for the decision to submit for publication. 

 

10 

Results 

11 

From 4/2018 to 5/2021, 32 eligible  women who had completed the Teriparatide and Denosumab 

12 

Studies were offered enrollment in the Bisphosphonate  Extension Study and 27 women enrolled 

13 

(Figure 1). Of the 27, one was lost to follow up and two women were not able to travel for DXA 

14 

scanning at the study sites due to COVID travel restrictions. Therefore, 24 participants are 

15 

included in Table 1.  At entry into the Teriparatide  Study, mean age was 37.7 ± 8.1 years; at 

16 

entry into the Bisphosphonate  Extension Study, mean age was 43.2 ± 8.0 years.  At entry to the 

17 

Teriparatide  Study, participants were severely affected with low trauma adult fractures (range 0-

18 

12) and/or very low BMD. Nine women had a history of vertebral fractures. Six women had 

19 

previously presented with fractures during pregnancy or lactation and were considered to have 

20 

pregnancy and lactation associated osteoporosis  (PLO) in addition  to idiopathic osteoporosis. 

21 

Of these six, four had sustained vertebral fractures, while two had hip fractures. Additional 

22 

fractures sustained during the Teriparatide  Study (in 3 participants: metatarsal, rib, (recurrent) 

23 

vertebral) and Denosumab Study (in 2 participants: radius, femur/tibia stress reaction) have 

24 

been previously reported

5,6

; the five subjects involved all enrolled in this Bisphosphonate 

25 

Extension Study (2 in the ZOL group, 3 in ALN).

 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

11 

 

 

Per protocol, bisphosphonate  initiation  (oral or IV) was planned  at 7 months after the last 

denosumab dose. Bisphosphonate  therapy was initiated  at a mean of 7.3 ± 0.5 months after last 

denosumab dose (range 7-9 months after last denosumab). Three women who initiated 

bisphosphonate  treatment 8-9 months after the last denosumab dose are included in these 

analyses. 

  

After completing sequential teriparatide-denosumab,  participants demonstrated large increases 

in BMD: 25 ± 9% at lumbar spine (LS), 11 ± 6% at the total hip (TH), and 14 ± 7% at the femoral 

neck (FN). Pretreatment baseline LS BMD Z score was -2.0 ± 0.9, increasing to -0.1 ± 1.0 after 

10 

teriparatide-denosumab.  Mean CTX was 342 ± 166 pg/mL before starting teriparatide and 173 ± 

11 

203 pg/mL after completing denosumab (Table 1).  

12 

 

13 

Changes in BMD and CTX in All Participants 

14 

During bisphosphonate  treatment, on average, there was no significant bone loss at the LS, TH, 

15 

FN, or forearm at 6 or 12 months. Mean CTX changes were also small and not statistically 

16 

significant at 6 or 12M (Figure 2).  

17 

 

18 

We investigated potential  predictors of spine and hip BMD percent change at 6 and 12 months 

19 

(Table 2). Participant age, height and weight were not related to spine and hip BMD change at 

20 

any timepoint. Bone remodeling rate at the time of bisphosphonate initiation,  assessed  by 

21 

fasting morning serum CTX level, was variably and inconsistently  related to BMD changes. CTX 

22 

at this timepoint was significantly and inversely related to spine BMD change at 6 and 12 

23 

months, suggesting  that higher CTX at bisphosphonate  initiation  predicted more spine bone 

24 

loss. In contrast, the opposite  relationship  with CTX was seen for total hip change at 6 months. 

25 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

12 

 

TH BMD trended upward at the 6-month timepoint, and higher CTX was associated with more 

favorable BMD change at the total hip.   

 

We also examined relationships  between baseline bone remodeling status at entry to the 

Teriparatide  Study (assessed by serum CTX and tissue level bone remodeling rate on transiliac 

crest bone biopsies) and changes in BMD on bisphosphonate  therapy. Higher pre-teriparatide 

CTX was associated with more spine bone loss  at 6 and 12 months and with more femoral neck 

BMD change at 12 months of bisphosphonate  therapy. Higher tissue  level bone remodeling rate 

was associated with more femoral neck loss at 6 but not at 12 months. Those with particularly 

high remodeling states  tended to drive these relationships.  The two subjects (one on 

10 

alendronate  and one on zoledronic acid) with the highest pretreatment CTX (both > 500 pg/mL) 

11 

also had the most spine/hip  bone loss  (both > 5%).   

12 

 

13 

Within the Denosumab Study, denosumab treatment was offered for 2-3 years

6

. Upon entering 

14 

the bisphosphonate  extension study, 18 participants had received 3 years of denosumab, while 

15 

6 had received less than 3 years of denosumab therapy. Among these 6, one had received 18 

16 

months and the rest had received 24 months of denosumab therapy. Changes in BMD and CTX 

17 

did not differ by duration of denosumab (36M vs <36M; Supplementary Table

33

). 

18 

 

19 

As noted, all participants were premenopausal when they started the Teriparatide  Study. Based 

20 

on menstrual history, menopausal symptoms, and serum FSH levels, 20 women remained 

21 

premenopausal and four women transitioned into menopause before/during the 12-month 

22 

bisphosphonate  extension study. Participants who entered menopause reviewed options for 

23 

therapy with their primary care team, outside of the study.  Of the four (all in the ALN group) who 

24 

entered menopause over the course of the study, two chose transdermal hormone therapy, 

25 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

13 

 

while two remained off therapy. Changes in BMD and CTX did not differ between those who 

remained premenopausal and those who transitioned  to menopause (Supplementary Table

33

). 

 

Prespecified retreatment criteria (see Methods) were applied at the 6-month timepoint for 

participants who had chosen ALN treatment. No subject met retreatment criteria at the 6-month 

timepoint.  

 

In the subset of women (n=19) who started bisphosphonate  < 8 months after the last 

denosumab dose, completed a full year of bisphosphonate treatment, and remained 

premenopausal during the study period, results were not substantively changed; mean BMD 

10 

and CTX changes were small and not statistically significant at 6 or 12 months (data not 

11 

shown).  

12 

 

13 

Comparisons between ZOL and ALN groups 

14 

Of the 24 participants, 6 selected IV ZOL and 18 chose weekly oral ALN. Those who selected 

15 

ZOL or ALN did not differ at baseline by age, BMI, fractures, BMD, calciotropic hormones or 

16 

CTX (Table 1).  The groups did not differ in terms of timing of bisphosphonate start. All 

17 

participants in the ZOL group received the infusion at the 7-month timepoint. 

18 

 

19 

In the ZOL group, there were small declines in BMD and increases in CTX, particularly between 

20 

6M and 12M, while greater stability was observed in the ALN group (Figure 3). In the ZOL group 

21 

by 12 months, BMD declined by -2.4 ± 1.0% at the spine (p=0.04 vs baseline),  -3.0 ± 4.3% at 

22 

the total hip (p=0.3 vs baseline) and -2.7 ± 3.4% (p=0.2 vs baseline) at the femoral neck and 

23 

CTX increased by 300 ± 190 pg/mL (p=0.02 vs baseline), on average. Changes on alendronate 

24 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

14 

 

at 12 months were more favorable: -1.1 ± 4.8% at the lumbar spine, +0.4 ± 2.2 at the total hip 

and +0.1 ± 3.3 at the femoral neck, and an increase in CTX of 7 ± 200 pg/mL (all NS vs 

baseline). The ZOL group had significantly greater increases in CTX and decreases in TH BMD 

than the ALN group (Figures 3B & 3D). 

 

HR-pQCT 

Thirteen women completed 12 months of bisphosphonate  treatment and had HR-pQCT scans 

at both baseline  and 12-month time points. In the 13 patients, 12 tibia and 11 radius scans were 

analyzable at both time points. After 12 months of treatment, at the tibia (Table 3), cortical 

density decreased by 0.6% (p=0.002) and porosity increased by 9.9% with an absolute  increase 

10 

of 0.17% (p=0.05). No significant changes were seen at the radius, although there was a trend 

11 

towards increase in total density and trabecular thickness by 0.7% (both p=0.08; data not 

12 

shown).    

13 

 

14 

Adverse Events 

15 

Both oral and IV bisphosphonate  were well tolerated.  One subject stopped ALN treatment after 

16 

one month of treatment due to exacerbation of pre-existing dermatitis/hives; this subject was 

17 

followed off additional bisphosphonate  therapy and results  are included in the final dataset. 

18 

Another subject stopped oral alendronate after 6 months for personal reasons and is included in 

19 

the final dataset.  Symptoms of acid reflux were reported in two women on ALN but did not lead 

20 

to discontinuation.  Joint pain was reported in one woman on ZOL and four women on ALN. 

21 

Symptoms of acute phase reaction after ZOL infusion were reported by three women: two 

22 

women reported two days of joint pain and fatigue and one woman reported two days of 

23 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

15 

 

abdominal pain. No episodes of hypo- or hypercalcemia occurred. No new vertebral (clinical or 

VFA) or non-vertebral fractures occurred on bisphosphonate  therapy. 

 

 

Discussion 

In 24 women with premenopausal idiopathic  osteoporosis  who experienced large increases in 

BMD after sequential therapy with teriparatide  and 24 to 36 months of denosumab, the gains 

were maintained during a 12-month bisphosphonate  transition year. High bone remodeling prior 

to treatment (pre-teriparatide)  predicted more bone loss  during the bisphosphonate  transition 

year.  Although not a randomized study, our data suggest that 12 months of weekly alendronate 

provided greater suppression  of CTX and stability of BMD than a single IV dose of zoledronic 

10 

acid, particularly at the hip sites and between the 6- and 12-month time points. 

11 

 

12 

Our results are consistent with data from several reports that oral alendronate

34-36

  and IV 

13 

zoledronic acid 

35-40

 maintain BMD in postmenopausal women after being treated with 

14 

denosumab for a similar amount of time. In two studies of approximately 100 postmenopausal 

15 

women who had received 1 year of denosumab, BMD remained stable on weekly 

16 

alendronate

34,41

.  Similarly, BMD was maintained after a single dose of zoledronate in 27 women 

17 

who had received approximately 2 years of denosumab therapy

37

. These data contrast with 

18 

studies  of risedronate and raloxifene, neither of which appear to prevent post-denosumab bone 

19 

loss

11,36,42

20 

 

21 

Zoledronic acid has been shown to have more potent suppressive  effects on bone remodeling 

22 

than alendronate

43

.   Thus, our findings that weekly alendronate provided greater suppression  of 

23 

CTX and greater stability of BMD than a single dose of IV zoledronic acid could be considered 

24 

unexpected. We hypothesize that the differences seen between oral and IV bisphosphonate 

25 

may be related to the difference in the opportunity for skeletal uptake provided by the 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

16 

 

administration timing and protocol (one dose vs repeated dosing). Several other authors have 

hypothesized  that inability of zoledronic acid to prevent post-denosumab bone loss in some 

protocols could be related to suppression  of bone turnover, and low bone uptake, at the time of 

zoledronic acid administration

15,16,44

.  It is possible  that persistent  remodeling suppression  related 

to the prior denosumab dose (even at 7±0 months after denosumab dose) inhibited optimal 

uptake of the one-time dose of IV zoledronic acid at the time that it was given, while the 

repeated dosing of the weekly alendronate allowed repeated opportunities  for skeletal 

medication uptake as the denosumab effects waned. A recent position statement by ECTS

15

published  after our trial’s design, has proposed consideration of repeat dosing  of zoledronic acid 

in the first year after denosumab withdrawal.  Further investigation  will be needed to delineate 

10 

the optimal timing and dosing regimen for IV bisphosphonate  after denosumab cessation. 

11 

 

12 

Some studies of postmenopausal women who received one dose of zoledronic acid after 

13 

denosumab have documented an initial response  followed by an increase in bone turnover 

14 

markers later in the transition year

15,44-46

. This has led several authors to recommend close 

15 

monitoring of bone turnover markers with consideration of early retreatment with zoledronic acid 

16 

in those who demonstrate a rise in bone turnover markers

15,45

. Our data also suggest that while 

17 

a single  dose of IV zoledronic acid given 7 months after the last denosumab dose may suppress 

18 

bone turnover and prevent bone loss for 6 months, the effect may wane during the second half 

19 

of the year. Further studies  are required to determine the utility of monitoring plans  in all 

20 

populations.   

21 

 

22 

Some studies suggest that the duration  of denosumab treatment may affect the trajectory of 

23 

BMD after discontinuation, with more bone loss occurring after longer treatment

15,40,46

.  A recent 

24 

review of 15 studies separated by short (< 2.5 years) vs long (> 2.5 years) duration of 

25 

denosumab reported that bisphosphonates  were more effective in preventing bone loss in those 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

17 

 

treated for a shorter time

15

. All participants in our study were treated for only 2-3 years. The 

relatively brief exposure to denosumab may explain why we found no effect of duration on BMD 

maintenance. 

  

The results  of our study are novel because they pertain to the previously unstudied  scenario of 

denosumab withdrawal in premenopausal women with idiopathic osteoporosis.  Postmenopausal 

women

15

 or patients with rheumatoid arthritis on glucocorticoids

47

 are assumed to have a high 

bone turnover state with increased drive for bone loss as an underlying etiology of their 

osteoporosis.  In contrast, we have documented that premenopausal women with idiopathic 

osteoporosis  have quite variable baseline bone remodeling status. Those with low bone 

10 

remodeling activity documented on transiliac crest biopsy have very disrupted bone 

11 

microstructure and osteoblast  dysfunction. Those with high bone remodeling activity have 

12 

evidence of mild hypercalciuria and secondary hyperparathyroidism

1

. We hypothesized that 

13 

those with IOP and low bone formation would be less likely to lose bone during bisphosphonate 

14 

transition,  while those with increased bone resorption at baseline  would be more likely to 

15 

experience bone loss. The inverse relationship  that we observed between BMD change and 

16 

bone remodeling before treatment (pre-teriparatide) generally supports our hypothesis.  CTX 

17 

measured at denosumab end/bisphosphonate  baseline was less consistently predictive of BMD 

18 

response and may be more reflective of individual duration of denosumab action than an 

19 

underlying state of bone metabolism that could affect the results during the bisphosphonate 

20 

transition  year. 

21 

 

22 

This study has several strengths.  It is a long-term prospective study providing detailed bone 

23 

density, bone structure and bone turnover data in a well characterized albeit rare population  of 

24 

premenopausal women with idiopathic osteoporosis  treated with a sequential  regimen of 

25 

anabolic (teriparatide) and antiresorptive (denosumab) osteoporosis  therapy. Our study also has 

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

18 

 

several limitations.  The study is small because it was limited to those enrolled in the teriparatide 

and denosumab studies.  The small sample size limited subgroup  analyses as well as our ability 

to discern effects of treatment on fracture risk. The almost universal experience of rapid bone 

loss and the risk of rebound vertebral fractures after denosumab cessation, and the current 

product labeling  made a placebo group design unethical, and the study population  was too 

small for a randomized study comparing zoledronic acid and alendronate. Limitations  also 

include the nonrandomized design  which led to uneven group size and may have introduced 

bias. The onset of the COVID pandemic during the study prevented travel for some participants 

and delayed some study visits. The analyses presented here do not address the durability of the 

effect of the one year of planned bisphosphonate therapy. Data from the year of follow up after 

10 

bisphosphonate  cessation are undergoing  analysis and will be presented in future. 

11 

  

12 

In conclusion, in premenopausal  women with idiopathic osteoporosis,  bisphosphonate  therapy 

13 

is associated with stable bone density in the first 12 months after sequential treatment with 

14 

teriparatide followed by up to three years of denosumab. Duration of denosumab therapy and 

15 

transition  to menopause did not appear to affect the results. Some women with very high bone 

16 

remodeling rate prior to treatment, which may reflect underlying mechanisms of osteoporosis in 

17 

idiopathic osteoporosis,  may be at greater risk for bone loss during the year of bisphosphonate 

18 

therapy after denosumab. Additionally,  our results suggest  that 12 months of weekly 

19 

alendronate  may provide greater suppression of CTX and more stable BMD than a single dose 

20 

of IV zoledronate, particularly at the hip and during the second 6 months of the year.  Future 

21 

studies  are needed to determine the optimal individualized  protocol for bisphosphonate 

22 

transition  after denosumab therapy.   

23 

 

  

24 

 

 

25 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

19 

 

Acknowledgements: 

We would like to express our sincere gratitude to the study participants who contributed to this 

research, to the organizations  that provided funding for this research, and to Dr. Robert R. 

Recker, who served as Site Principal Investigator at Creighton University, collaborator, and 

coauthor over the course of the parent Teriparatide Study, Denosumab Extension Study, and 

this Bisphosphonate  Extension Study.   

 

Figure Legends 

 

Figure 1: Consort Diagram 

10 

Legend: N/A 

11 

 

12 

Figure 2: Change in BMD and CTX on 12 months of bisphosphonate  after denosumab 

13 

withdrawal in all subjects.  

14 

2A. Percent change in BMD at the Lumbar Spine 

15 

2B. Percent change in BMD at the Total Hip 

16 

2C. Percent change in BMD at the Femoral Neck 

17 

2D. Change in Serum CTX 

18 

Legend: There were no statistically significant changes in BMD or CTX at any timepoint. 

19 

 

20 

Figure 3: Change in BMD and CTX on 12 months of bisphosphonate  after denosumab 

21 

withdrawal in the alendronate  and zoledronic acid groups.   

22 

3A. Percent change in BMD at the Lumbar Spine 

23 

3B. Percent change in BMD at the Total Hip 

24 

3C. Percent change in BMD at the Femoral Neck 

25 

3D. Change in Serum CTX 

26 

 

27 

Legend: Alendronate  group: solid line; Zoledronic acid group: dashed line. 

28 

# p<0.05 for within group change vs baseline;  * p<0.05 for comparison of change in alendronate 

29 

vs zoledronic acid groups. 

30 

 

31 

Table 1: Subject Characteristics 
Mean ± SD unless otherwise 
indicated 

All Patients 
(N=24) 

Alendronate 
(N=18) 

Zoledronic 
acid 
(N=6) 

P-value 

Subject Characteristics at 
Teriparatide Study Baseline (Parent 
study baseline, prior to treatment) 

 

 

 

 

Age (years)

 

37.7 ± 8.1 

38.7 ± 8.6 

34.7 ± 6.3 

0.3 

Weight (kg)

 

57.4 ± 10.7 

56.1 ± 8.0 

61.4 ± 16.8 

0.3 

Height (cm)

 

163.4 ± 8.0 

162.3 ± 8.4 

166.8 ± 6.1 

0.2 

Body mass index (BMI; kg/m

2

)

 

21.4 ± 3.3 

21.3 ± 2.5 

22.0 ± 5.2 

0.7 

BMD (g/cm

2

      Lumbar spine  

 
0.80 ± 0.10 

 
0.78 ± 0.10 

 
0.86 ± 0.08 

 
0.1 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

20 

 

      Total hip   
      Femoral neck   
      Distal radius  

 

0.74 ± 0.09 
0.63 ± 0.11 
0.67 ± 0.06 

0.72 ± 0.09 
0.61 ± 0.10 
0.67 ± 0.06 

0.78 ± 0.09 
0.70 ± 0.12 
0.68 ± 0.04 

0.2 
0.09 
0.9 

BMD Z-score 
      Lumbar spine  
      Total hip   
      Femoral neck   
      Distal radius  

 

 
-2.01 ± 0.89 
-1.52 ± 0.72 
-1.68 ± 0.91 
0.05 ± 0.99 

 
-2.13 ± 0.88 
-1.60 ± 0.71 
-1.84 ± 0.83 
0.04 ± 1.06 

 
-1.65 ± 0.90 
-1.21 ± 0.73 
-1.13 ± 1.03 
0.08 ± 0.85 

 
0.3 
0.3 
0.1 
0.95 

BMD T-score 
      Lumbar spine  
      Total hip   
      Femoral neck   
      Distal radius  

 

 
-2.26 ± 0.90 
-1.69 ± 0.75 
-1.96 ± 0.98 
-0.28 ± 1.00 

 
-2.43 ± 0.88 
-1.80 ± 0.73 
-2.15 ± 0.90 
-0.33 ± 1.1 

 
-1.79 ± 0.89 
-1.30 ± 0.77 
-1.31 ± 1.08 
-0.16 ± 0.82 

 
0.1 
0.2 
0.09 
0.7 

Serum parathyroid hormone 
(pg/mL)

 

19.3 ± 6.4 

20.0 ± 6.8 

16.7 ± 4.5 

0.3 

Serum calcium (mg/dL)

 

9.3 ± 0.3 

9.3 ± 0.4 

9.3 ± 0.2 

0.9 

Serum 25-OHD (ng/mL)

 

39.5 ± 9.1 

39.2 ± 9.3 

40.3 ± 9.1 

0.8 

Serum C-telopeptide (CTX; pg/mL)

 

342 ± 166 

342 ± 180 

345 ± 122 

0.97 

Urinary calcium excretion (mg/g 
creatinine)

 

144.0 ± 66.1 

135.2 ± 66.8 

174.0 ± 60.4 

0.3 

Cancellous Bone Formation Rate 
(BFR; mm

2

/mm/yr) on tetracycline 

labeled transiliac crest bone biopsy

5

 

0.011 ± 0.009  0.012 ± 0.010  0.009 ± 0.006  0.5 

Subject Characteristics at 
Bisphosphonate Extension Study 
Baseline 

 

 

 

 

Age (years) 

43.2 ± 8.0 

44.2 ± 8.4 

40.3 ± 6.8 

0.3 

Weight (kg) 

61.6 ± 12.3 

61.2 ± 12.0 

62.8 ± 14.7 

0.8 

Height (cm) 

163.0 ± 8.0 

162.2 ± 8.4 

166.6 ± 6.3 

0.3 

Body mass index (BMI; kg/m

2

23.0 ± 3.8 

23.2 ± 3.6 

22.5 ± 4.6 

0.7 

Number of fractures 
      Median (IQR) 
      Range 

3 (1, 4) 
0, 14 

2 (1, 4) 
0, 14 

3.5 (3, 6) 
1, 9 

0.3 
 

Number of adult fractures 
      Median (IQR) 
      Range 

2 (1, 3.5) 
0, 12 

2 (0, 3) 
0, 12 

2.5 (2, 5) 
1, 9 

0.3 
 

Vertebral fractures [N(%)] 

9 (37.5) 

7 (38.9) 

2 (33.3) 

0.8 

PLO Designation      [N(%)] 

6 (25.0) 

4 (22.2) 

2 (33.3) 

0.6 

BMD (g/cm

2

      Lumbar spine  
      Total hip   
      Femoral neck   
      Distal radius   

 
0.99 ± 0.1 
0.83 ± 0.1 
0.72 ± 0.1 
0.66 ± 0.05 

 
0.98 ± 0.1 
0.82 ± 0.1 
0.71 ± 0.1 
0.66 ± 0.05 

 
1.02 ± 0.1 
0.85 ± 0.09 
0.77 ± 0.1 
0.67 ± 0.03 

 
0.5 
0.5 
0.3 
0.6 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

21 

 

Trabecular bone score   

1.38 ± 0.09 

1.391 ± 0.10 

1.384 ± 0.07 

0.9 

BMD Z-score 
      Lumbar spine  
      Total hip   
      Femoral neck   
      Distal radius   

 
-0.06 ± 1.0 
-0.66 ± 0.7 
-0.65 ± 0.9 
0.05 ± 0.8 

 
-0.06 ± 1.1 
-0.68 ± 0.8 
-0.70 ± 0.9 
0.05 ± 0.8 

 
-0.07 ± 0.6 
-0.59 ± 0.7 
-0.46 ± 0.9 
0.05 ± 0.6 

 
0.98 
0.8 
0.6 
0.998 

BMD T-score 
      Lumbar spine  
      Total hip   
      Femoral neck   
      Distal radius   

 
-0.55 ± 1.1 
-0.92 ± 0.9 
-1.15 ± 1.0 
-0.48 ± 0.8 

 
-0.60 ± 1.2 
-0.98 ± 1.0 
-1.28 ± 1.1 
-0.54 ± 0.8 

 
-0.36 ± 0.7 
-0.74 ± 0.73 
-0.75 ± 0.9 
-0.33 ± 0.5 

 
0.7 
0.6 
0.3 
0.6 

Serum parathyroid hormone 
(pg/mL) 

23.1 ± 8.9 

22.7 ± 9.9 

24.3 ± 8.4 

0.7 

Serum calcium (mg/dL) 

9.5 ± 0.4 

9.5 ± 0.5 

9.4 ± 0.4 

0.6 

Serum creatinine (mg/dL) 

0.79 ± 0.11 

0.78 ± 0.12 

0.80 ± 0.11 

0.8 

Serum 25-OHD (ng/mL) 

43.0 ± 10.9 

43.2 ± 12.4 

42.2 ± 5.3 

0.8 

Serum C-telopeptide (CTX; pg/mL) 

173 ± 203 

192 ± 210 

124± 194 

0.5 

 
Table 2: Potential Predictors of Percent Change in BMD (Pearson Correlations, r,p) 

Significant relationships are shown in 

bold

, trends are shown in 

Italics

 

 

 

LS BMD  

6M change 

LS BMD  

12M change 

TH BMD  

6M change 

TH BMD 

12M change 

FN BMD  

6M change 

FN BMD  

12M change 

Bisphosph
onate 
Study 
Baseline 

Age 

0.11, 0.6 

0.33, 0.2 

-0.06,  0.8 

0.14, 0.5 

0.08, 0.7 

0.30, 0.2 

Weight 

-0.11,  0.6 

-0.11,  0.7 

0.18, 0.4 

0.15, 0.5 

0.28, 0.2 

0.08, 0.7 

Height 

-0.33,  0.1 

-0.29,  0.2 

0.10, 0.7 

-0.01,  0.96 

0.21, 0.4 

-0.11,  0.6 

Serum CTX 

-0.44,  0.05 

-0.61,  0.006 

0.58, 0.008 

0.33, 0.2 

0.35, 0.1 

-0.12,  0.6 

Teriparatid
e Study 
Baseline 
(prior  to 
sequential 
treatment 
course) 

Serum CTX 

-0.57,  0.009 

-0.60,  0.005 

0.42, 0.07 

0.14, 0.6 

-0.01,  0.98 

-0.46,  0.04 

Cancellous Bone 
Formation Rate 
on tetracycline 
labeled transiliac 
crest bone 
biopsy

5

 

0.09, 0.7 

0.16, 0.5 

0.16, 0.5 

0.26, 0.3 

-0.65,  0.003 

-0.36,  0.1 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

22 

 

TABLE 3: Change in density, microstructure and estimated strength on 12 months of bisphosphonate 

after denosumab cessation assessed by HR-pQCT at the distal tibia in 12 women (mean ± SD) 

 

 

Baseline 

12M % change 

Tb.Area (mm

2

559 ± 119 

-0.06 ± 0.25 

0.7 

Ct.Area (mm

2

107± 10 

0.20 ± 1.34 

0.7 

Tot.vBMD  (mgHA/ccm) 

250 ± 42 

-0.12 ± 1.45 

1.0 

Tb.vBMD  (mgHA/ccm) 

116 ± 21 

0.61 ± 2.10 

0.4 

Tb.N  (1/mm) 

1.16 ± 0.15 

-0.17 ± 2.75 

0.5 

Tb.Th (mm) 

0.242 ± 0.021 

-0.02 ± 0.58 

0.9 

Tb.Sp (mm) 

0.85 ± 0.11 

0.06 ± 2.15 

0.2 

Tb.1/N.SD  (mm)   

0.32 ± 0.06 

-0.63 ± 1.99 

0.5 

Ct.vBMD  (mgHA/ccm) 

934 ± 43 

-0.64 ± 0.65 

0.002 

Ct.Po (%) 

1.79 ± 0.87 

9.91 ± 13.25 

0.05 

Ct.Th (mm) 

1.24 ± 0.18 

0.03 ± 1.10 

0.8 

Stiffness (kN/mm) 

140.9 ± 19.7 

-0.10 ± 2.24 

0.4 

FL (N) 

7252 ± 912 

-0.34 ± 1.79 

0.3 

 

Data Availability Statement: 

Some or all datasets  generated during and/or analyzed during the current study are not publicly 

available but are available from the corresponding author on reasonable request. 

 

REFERENCES 
1. 

Cohen A, Dempster DW, Recker RR, et al. Abnormal bone microarchitecture and evidence of 

osteoblast dysfunction in premenopausal women with idiopathic osteoporosis. 

J Clin Endocrinol 

Metab. 

2011;96(10):3095-3105. 

10 

2. 

Cohen A, Lang TF, McMahon DJ, et al. Central QCT reveals lower volumetric BMD and stiffness in 

11 

premenopausal women with idiopathic osteoporosis, regardless of fracture history. 

J Clin 

12 

Endocrinol Metab. 

2012;97(11):4244-4252. 

13 

3. 

Cohen A, Liu XS, Stein EM, et al. Bone microarchitecture and stiffness in premenopausal women 

14 

with idiopathic osteoporosis. 

J Clin Endocrinol Metab. 

2009;94(11):4351-4360. 

15 

4. 

Cohen A, Recker RR, Lappe J, et al. Premenopausal women with idiopathic low -trauma fractures 

16 

and/or low bone mineral density. 

Osteoporos Int. 

2012;23(1):171-182. 

17 

5. 

Cohen A, Shiau S, Nair N, et al. Effect of Teriparatide on Bone Remodeling and Density in 

18 

Premenopausal Idiopathic Osteoporosis: A Phase II Trial. 

J Clin Endocrinol Metab. 

19 

2020;105(10):e3540-3556. 

20 

6. 

Shane E, Shiau S, Recker RR, et al. Denosumab After Teriparatide in Premenopausal Women With 

21 

Idiopathic Osteoporosis. 

J Clin Endocrinol Metab. 

2022;107(4):e1528-e1540. 

22 

7. 

Bone HG, Bolognese MA, Yuen CK, et al. Effects of denosumab treatment and discontinuation on 

23 

bone mineral density and bone turnover markers in postmenopausal women with low bone 

24 

mass. 

J Clin Endocrinol Metab. 

2011;96(4):972-980. 

25 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

23 

 

8. 

Cummings SR, Ferrari S, Eastell R, et al. Vertebral Fractures After Discontinuation of Denosumab: 

A Post Hoc Analysis of the Randomized Placebo-Controlled FREEDOM Trial and Its Extension. 

Bone Miner Res. 

2018;33(2):190-198. 

9. 

Zanchetta MB, Boailchuk J, Massari F, Silveira F, Bogado C, Zanchetta JR. Significant bone loss 

after stopping long-term denosumab treatment: a post FREEDOM study. 

Osteoporos Int. 

2018;29(1):41-47. 

10. 

Cohen A, Kamanda-Kosseh M, Recker RR, et al. Bone Density After Teriparatide Discontinuation 

in Premenopausal Idiopathic Osteoporosis. 

J Clin Endocrinol Metab. 

2015;100(11):4208-4214. 

11. 

Gonzalez-Rodriguez E, Stoll D, Lamy O. Raloxifene Has No Efficacy in Reducing the High Bone 

Turnover and the Risk of Spontaneous Vertebral Fractures after Denosumab Discontinuation. 

10 

Case Rep Rheumatol. 

2018;2018:5432751. 

11 

12. 

Anagnostis P, Paschou SA, Gonzalez-Rodriguez E, et al. Spontaneous Vertebral Fractures in Males 

12 

with Osteoporosis After Denosumab Discontinuation: A Report of Two Cases. 

J Clin Rheumatol. 

13 

2021;27(8S):S581-S584. 

14 

13. 

Solling AS, Harslof T, Brockstedt HK, Langdahl B. Discontinuation of denosumab in men with 

15 

prostate cancer. 

Osteoporos Int. 

2023;34(2):291-297. 

16 

14. 

Eastell R, Rosen CJ, Black DM, Cheung AM, Murad MH, Shoback D. Pharmacological 

17 

Management of Osteoporosis in Postmenopausal Women: An Endocrine Society* Clinical 

18 

Practice Guideline. 

J Clin Endocrinol Metab. 

2019;104(5):1595-1622. 

19 

15. 

Tsourdi E, Zillikens MC, Meier C, et al. Fracture risk and management of discontinuation of 

20 

denosumab therapy: a systematic review and position statement by ECTS. 

J Clin Endocrinol 

21 

Metab. 

2020. 

22 

16. 

Reid IR, Horne AM, Mihov B, Gamble GD. Bone Loss After Denosumab: Only Partial Protection 

23 

with Zoledronate. 

Calcif Tissue Int. 

2017;101(4):371-374. 

24 

17. 

Lewiecki EM, Laster AJ. Clinical review: Clinical applications of vertebral fracture assessment by 

25 

dual-energy x-ray absorptiometry. 

J Clin Endocrinol Metab. 

2006;91(11):4215-4222. 

26 

18. 

Buie HR, Campbell GM, Klinck RJ, MacNeil JA, Boyd SK. Automatic segmentation of cortical and 

27 

trabecular compartments based on a dual threshold technique for in vivo micro-CT bone 

28 

analysis. 

Bone. 

2007;41(4):505-515. 

29 

19. 

Burghardt AJ, Buie HR, Laib A, Majumdar S, Boyd SK. Reproducibility of direct quantitative 

30 

measures of cortical bone microarchitecture of the distal radius and tibia by HR-pQCT. 

Bone. 

31 

2010;47(3):519-528. 

32 

20. 

Hildebrand T, Laib A, Muller R, Dequeker J, Ruegsegger P. Direct three -dimensional 

33 

morphometric analysis of human cancellous bone: microstructural data from spine, femur, iliac 

34 

crest, and calcaneus. 

J Bone Miner Res. 

1999;14(7):1167-1174. 

35 

21. 

Agarwal S, Rosete F, Zhang C, et al. In vivo assessment of bone structure and estimated bone 

36 

strength by first- and second-generation HR-pQCT. 

Osteoporos Int. 

2016;27(10):2955-2966. 

37 

22. 

MacNeil JA, Boyd SK. Accuracy of high-resolution peripheral quantitative computed tomography 

38 

for measurement of bone quality. 

Med Eng Phys. 

2007;29(10):1096-1105. 

39 

23. 

Manske SL, Zhu Y, Sandino C, Boyd SK. Human trabecular bone microarchitecture can be 

40 

assessed independently of density with second generation HR-pQCT. 

Bone. 

2015;79:213-221. 

41 

24. 

Agarwal S, McMahon DJ, Chen J, et al. The Clinical and Skeletal Effects of Long-Term Therapy of 

42 

Hypoparathyroidism With rhPTH(1-84). 

J Bone Miner Res. 

2023;38(4):480-492. 

43 

25. 

Agarwal S, Shiau S, Kamanda-Kosseh M, et al. Teriparatide Followed by Denosumab in 

44 

Premenopausal Idiopathic Osteoporosis: Bone Microstructure and Strength by HR-pQCT. 

J Bone 

45 

Miner Res. 

2023;38(1):35-47. 

46 

26. 

Hansen S, Shanbhogue V, Folkestad L, Nielsen MM, Brixen K. Bone microarchitecture and 

47 

estimated strength in 499 adult Danish women and men: a cross-sectional, population-based 

48 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

24 

 

high-resolution peripheral quantitative computed tomographic study on peak bone structure. 

Calcif Tissue Int. 

2014;94(3):269-281. 

27. 

Krez A, Agarwal S, Bucovsky M, et al. Long-term Bone Loss and Deterioration of 

Microarchitecture After Gastric Bypass in African American and Latina Women. 

J Clin Endocrinol 

Metab. 

2021;106(4):e1868-e1879. 

28. 

Sode M, Burghardt AJ, Pialat JB, Link TM, Majumdar S. Quantitative characterization of subject 

motion in HR-pQCT images of the distal radius and tibia. 

Bone. 

2011;48(6):1291-1297. 

29. 

Muller R, Ruegsegger P. Three-dimensional finite element modelling of non-invasively assessed 

trabecular bone structures. 

Med Eng Phys. 

1995;17(2):126-133. 

30. 

van Rietbergen B, Weinans H, Huiskes R, Odgaard A. A new method to determine trabecular 

10 

bone elastic properties and loading using micromechanical finite -element models. 

J Biomech. 

11 

1995;28(1):69-81. 

12 

31. 

Macneil JA, Boyd SK. Bone strength at the distal radius can be estimated from high-resolution 

13 

peripheral quantitative computed tomography and the finite element method. 

Bone. 

14 

2008;42(6):1203-1213. 

15 

32. 

Pistoia W, van Rietbergen B, Lochmuller EM, Lill  CA, Eckstein F, Ruegsegger P. Estimation of distal 

16 

radius failure load with micro-finite element analysis models based on three-dimensional 

17 

peripheral quantitative computed tomography images. 

Bone. 

2002;30(6):842-848. 

18 

33. 

Kamanda-Kosseh M, Shiau S, Agarwal S, et al. Supplementary Table from Bisphosphonates 

19 

Maintain BMD after Sequential Teriparatide and Denosumab in Premenopausal Women with 

20 

Idiopathic Osteoporosis https://doi.org/10.5061/dryad.5x69p8dbs. Published 2024. Accessed 

21 

March 12, 2024. 

22 

34. 

Kendler D, Chines A, Clark P, et al. Bone Mineral Density After Transitioning From Denosumab to 

23 

Alendronate. 

J Clin Endocrinol Metab. 

2020;105(3):e255-264. 

24 

35. 

Leder BZ, Tsai JN, Jiang LA, Lee H. Importance of prompt antiresorptive therapy in 

25 

postmenopausal women discontinuing teriparatide or denosumab: The Denosumab and 

26 

Teriparatide Follow-up study (DATA-Follow-up). 

Bone. 

2017;98:54-58. 

27 

36. 

Tutaworn T, Nieves JW, Wang Z, Levin JE, Yoo JE, Lane JM. Bone loss after denosumab 

28 

discontinuation is prevented by alendronate and zoledronic acid but not risedronate: a 

29 

retrospective study. 

Osteoporos Int. 

2023;34(3):573-584. 

30 

37. 

Anastasilakis AD, Papapoulos SE, Polyzos SA, Appelman-Dijkstra NM, Makras P. Zoledronate for 

31 

the Prevention of Bone Loss in Women Discontinuing Denosumab Treatment. A Prospective 2-

32 

Year Clinical Trial. 

J Bone Miner Res. 

2019;34(12):2220-2228. 

33 

38. 

Horne AM, Mihov B, Reid IR. Bone Loss After Romosozumab/Denosumab: Effects of 

34 

Bisphosphonates. 

Calcif Tissue Int. 

2018;103(1):55-61. 

35 

39. 

Kondo H, Okimoto N, Yoshioka T, et al. Zoledronic acid sequential therapy could avoid 

36 

disadvantages due to the discontinuation of less than 3-year denosumab treatment. 

J Bone 

37 

Miner Metab. 

2020;38(6):894-902. 

38 

40. 

Makras P, Appelman-Dijkstra NM, Papapoulos SE, et al. The Duration of Denosumab Treatment 

39 

and the Efficacy of Zoledronate to Preserve Bone Mineral Density After Its Discontinuation. 

J Clin 

40 

Endocrinol Metab. 

2021;106(10):e4155-e4162. 

41 

41. 

Freemantle N, Satram-Hoang S, Tang ET, et al. Final results of the DAPS (Denosumab Adherence 

42 

Preference Satisfaction) study: a 24-month, randomized, crossover comparison with alendronate 

43 

in postmenopausal women. 

Osteoporos Int. 

2012;23(1):317-326. 

44 

42. 

Laroche M, Couture G, Ruyssen-Witrand A, Constantin A, Degboe Y. Effect of risedronate on 

45 

bone loss at discontinuation of denosumab. 

Bone Rep. 

2020;13:100290. 

46 

43. 

Hadji P, Gamerdinger D, Spieler W, et al. Rapid Onset and Sustained Efficacy (ROSE) study: results 

47 

of a randomised, multicentre trial comparing the effect of zoledronic acid or alendronate on 

48 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

25 

 

bone metabolism in postmenopausal women with low bone mass. 

Osteoporos Int. 

2012;23(2):625-633. 

44. 

Solling AS, Harslof T, Langdahl B. Treatment with Zoledronate Subsequent to Denosumab in 

Osteoporosis: a Randomized Trial. 

J Bone Miner Res. 

2020;35(10):1858-1870. 

45. 

Popp A, Bock B, Senn C, Grifone S, Lippuner K. Early recurrence of increased bone turnover 

markers after nitial response to single dose zoledronate following densoumab discontinuation in 

postmenopausal women. Paper presented at: American Society for Bone and Mineral Research 

Annual Meeting2019. 

46. 

Everts-Graber J, Reichenbach S, Gahl B, et al. Effects of zoledronate on bone mineral density and 

bone turnover after long-term denosumab therapy: Observations in a real-world setting. 

Bone. 

10 

2022;163:116498. 

11 

47. 

Saag KG, McDermott MT, Adachi J, et al. The Effect of Discontinuing Denosumab in Patients With 

12 

Rheumatoid Arthritis Treated With Glucocorticoids. 

Arthritis Rheumatol. 

2022;74(4):604-611. 

13 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

26 

 

 

Figure 1 

180x243  mm ( x  DPI) 

 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024

dgae240-html.html
background image

27 

 

 

Figure 2 

339x190  mm ( x  DPI) 

 

 

Figure 3 

339x190  mm ( x  DPI) 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/jcem/advance-article/doi/10.1210/clinem/dgae240/7644367 by UCSD-Philosophy user on 23 April 2024